CC BY
55
© В.К. Угольников, П. С. Симонов,
Н.В. Угольников, 2006
УДК 622.235
В.К. Угольников, П.С. Симонов, Н.В. Угольников
РАЦИОНАЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ВВ И КОНСТРУКЦИЙ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ
Семинар № 12
Эффективность взрывных работ в значительной мере зависит от применяемого взрывчатого вещества (ВВ), обусловливающего величину и форму взрывного импульса.
При выборе ВВ на карьерах в большинстве случаев учитывают стоимость ВВ, обводненность и крепость горных пород, слагающих взрываемый массив. Учет обводненности заключается в использовании водоустойчивых ВВ, а крепость пород определяет требуемые детонационные и энергетические характеристики ВВ.
В идеале тип применяемого взрывчатого вещества должен определяться с учетом механизма действия взрыва, а повышение эффективности взрывных работ достигается согласованием параметров взрываемого участка массива с параметрами взрывного импульса или соответствия энергетических и детонационных характеристик ВВ условиям, в которых протекает взрывной процесс.
Экспериментальными и теоретическими исследованиями [1] установлено, что разрушение пород взрывом может происходить как за счет хрупких, так и пластических деформаций. При этом в скальных породах - в основном за счет хрупких деформаций. Энергия волн напряжений нарушает массив в основном по системе естественных микротрещин и других плоскостей ослабления. Последующее расширение продуктов детонации увеличивает образовавшиеся трещины до полного нарушения связности среды. Следовательно, в хрупких средах,
характеризующихся высшими значениями упругих постоянных, наиболее целесообразно применение ВВ с высоким начальным давлением и высокой скоростью детонации. По мере уменьшения упругих свойств среды начальное давление в зарядной камере должно уменьшаться одновременно с уменьшением скорости детонации ВВ - определяющую роль здесь играет импульс волны напряжения.
Влияние того или иного фактора на разрушение пород взрывом определяется величиной их удельного волнового сопротивления - акустической жесткостью (А =
рСр).
При величине А = (0,2 + 0,5) • 10-6
кг/(м2с) разрушение массива горных пород происходит за счет расширяющихся газов продуктов взрыва. При
А = (5 + 15) • 10-6 кг/(м2с) основными
факторами взрывного разрушения являются ударные и упругие волны и газы, а при А = (15 + 25) • 10-6 кг/(м2с) разрушение определяется действием ударных и упругих волн - прямых и отраженных.
На карьерах Южного Урала разрабатываются породы с широким спектром акустической свойств (рСр = =(4^20) 106 кг/м3 м/с). Вместе с тем ассортимент применяемых промышленных ВВ на предприятиях не отличается разнообразием, это: граммониты, гранипоры, дибазиты, аммонит 6ЖВ, гранулотол (рввО = (3^6,5)106 кг/м3 м/с).
Повышение эффективности взрыва при применении различных типов ВВ, форм и конструкций зарядов, забойки (ее величины и качества) может быть достигнуто только в том случае, если параметры взрывного импульса будут соответствовать параметрам взрываемого участка массива не только физико-техническим, но и геометрическим, которые определяются параметрами взрывных работ.
Проведенные в промышленных условиях исследования позволили установить, что для повышения степени дробления пород взрывом необходимо применять ВВ с большей скоростью детонации (рис. 1).
Таким образом, определена область рационального применения взрывчатых веществ, характеризующаяся максимально возможной степенью дробления пород различной крепости (рис. 2).
Рис. 1. Влияние скорости детонации ВВ на максимально возможную для данных массивов степень дробления: 1 - порфирит (Малый Куйбас, ар=13,7; ±'=12^ 16); 2 - гра-нодиорит (Гумбейский ор=10;
±=10^12); 3 - известняк (Агаповский ар=7; ±=6-10)
Рис. 2. Область рационального
применения ВВ при взрывании пород различной крепости
Установлено, что при взрывном разрушении горных пород одной крепости высокобризантными ВВ максимально возможная степень дробления в среднем вдвое выше по сравнению с низко -бризантными. При этом с увеличением крепости по-род степень дробления возрастает.
Эффективность применения различных типов ВВ определяется рацио-нальной величиной и характером распределения энергонасыщенности взрываемого массива, что позволяет определить величину удельного расхода ВВ, обеспечивающую требуемую степень дробления () для пород различной крепости (табл.1, 2, 3).
На карьерах удельный расход ВВ, как правило, изменяется от 0,3^1,2 кг/м3. Поэтому очевидно, что в поро-дах с коэффициентом крепости :Р<8 рационально применять низкоэнергетические ВВ, при f = 8^16 - среднеэнергетические ВВ и при :1>16 - высоко-энергетические (рис. 2).
При рСр<рВВ0 для повышения эффективности необходимо трансформирование формы взрывного импульса в
Таблица 1
Удельный расход низкобризантных ВВ (0=3500 м/с)
Удельный расход ВВ (кг/м3)
Класс ВВ f =8 f =11 f =14
1 =1,2 1 =1,6 1 =2,0 1 =1,6 1 =2,0 1 =2,4 1 =2,0 1 =2,4 1 =2,8
Низкоэнергетические Среднеэнергетические Высокоэнергетические 0.545 0.389 0.273 0.712 0.509 0.356 0.879 0.628 0.440 1.218 0.870 0.609 1.385 0.990 0.693 1.552 1.109 0.776 1.842 1.316 0.921 1.961 1.401 0.981 2.081 1.486 1.040
Таблица 2
Удельный расход бризантных ВВ (0=4500 м/с)
Удельный расход ВВ (кг/м3)
Класс ВВ f =8 f =11 f =14
1 =1,6 1 =2,0 1 =2,4 1 =2,0 1 =2,4 1 =2,8 1 =2,4 1 =2,8 1 =3,2
Низкоэнергетические Среднеэнергетические Высокоэнергетические 0.549 0.392 0.274 0.716 0.511 0.358 0.883 0.631 0.442 0.986 0.705 0.493 1.153 0.824 0.577 1.320 0.943 0.660 1.393 0.995 0.696 1.512 1.080 0.756 1.632 1.165 0.816
Таблица 3
Удельный расход высокобризантных ВВ (0=6500 м/с)
Удельный расход ВВ (кг/м3)
Класс ВВ f =8 f =11 f =14
1 =2,4 1 =2,8 1 =3,2 1 =2,8 1 =3,2 1 =3,6 1 =3,6 1 =4,0 1 =4,4
Низкоэнергетические Среднеэнергетические Высокоэнергетические 0.556 0.397 0.278 0.723 0.517 0.362 0.891 0.636 0.445 0.522 0.373 0.261 0.689 0.492 0.344 0.856 0.611 0.428 0.614 0.438 0.307 0.733 0.524 0.367 0.853 0.609 0.426
Рис. 3. Зависимость КПД взрывного дробления от приведенных к массе заряда линии сопротивления по подошве (ЛСПП) и сетки скважин: 1 - сплошной колонковый заряд; 2 - рассредоточенный воздушным промежутком; 3 - с воздушной подушкой.
сторону увеличения временной составляющей, такое изменение достигается в результате столкновения ударных волн по длине заряда и торможения газовых потоков за счет осевого рассредоточения заряда воздушными промежутками, забойки скважин и взрывания в зажатой среде. При этом в процессе разрушения увеличивается долевое участие газового фактора при снижении действия взрывных волн.
Согласно [2] у зарядов с воздушной полостью в первый момент расширения часть энергии продуктов детонации будет передаваться воздушной полости и накапливаться в ней в активной форме в виде энергии сжатого воздуха. Когда давление в зарядной полости станет равным давлению продуктов детонации, энергия, накопившаяся в воздушной полости, начинает передаваться во внешнюю среду вместе с оставшейся энергией продуктов детонации более удаленным участкам зоны возмущения, что способствует более равномерному распределению энергии в среде и более равномерному дроблению пород взрываемого массива.
Исследования влияния конструкций заряда на эффективность взрывного дробления проводились на Лисьегорском до-
ломитовом карьере АО ММК в породах крепостью f = 8 - 10 (по шкале проф. М.М. Протодьяконова). Скважины бурились станками 2СБШ - 200 глубиной от 15 до 18,5 м. В качестве ВВ использовались аммонит №6 ЖВ и граммонит 79/21. Величина воздушной полости выбиралась из условия !%'• = (0,17-0,35) !к€ р и составляла 1,5 - 2 м.
Взрывание зарядов ВВ короткозамедленное с интервалами замедления 35 - 50 мс с применением диагональной схемы.
Проведенные исследования позволили установить зависимость изменения КПД взрывного дробления от приведенных к массе заряда в скважине параметров сетки скважин и ЛНС (рис. 3.) для различных конструкций заряда.
Максимальное значение КПД взрывного дробления на графике характеризует максимальное использование энергии взрыва на дробление горных пород.
Анализ полученных зависимостей показывает, что при взрывании зарядов с воздушной подушкой и воздушными промежутками КПД взрывного дробления в
1,3-1,5 раза выше, чем для сплошного колонкового заряда, при этом средний раз-
мер куска взорванной горной породы снизился с 0,17-0,15 до 0,11-0,12 м.
Рациональные значения приведенных ЛСПП и сетки скважин для зарядов с воздушными промежутками выше на 10 %, чем при сплошном колонковом заряде.
Применение зарядов ВВ с воздушной подушкой и воздушным промежутком позволяет сократить ширину спектра взрывного импульса, увеличивая при этом его длительность, что приводит к росту зоны дробления горных пород и снижению интенсивности сейсмических колебаний в дальней зоне. Причем создание воздушной полости позволяет увеличить колонку заряда ВВ и уменьшить при этом зону нерегулируемого дробления.
Таким образом, изменение конструкции заряда на Лисьегорском доломитовом карьере ОАО «ММК» позволило снизить объемы бурения, удельный расход ВВ и при этом возросла степень дробления горных пород.
При рСр>рВвО увеличение силовой составляющей взрывного импульса может быть достигнуто при инициировании скважинного заряда ВВ через удлиненный промежуточный боевик с детонационной характеристикой, превышающей детонационную характеристику основного ВВ.
Анализ практики производства взрывных работ на карьерах Южного Урала показывает, что на большинстве предприятий при выборе типа ВВ не учитываются свойства взрываемого массива горных по-
род. Лишь на ряде карьеров регулирование характеристик взрывного импульса производится с применением скважинных зарядов, рассредоточенных воздушным промежутком и зарядов с воздушной подушкой. При этом максимальное использование энергии взрыва скважинного заряда ВВ на дробление достигается при рациональных, приведенных к массе скважинного заряда, параметрах ЛСПП и сетки скважин. Выход негабарита на этих карьерах составил 1,5^5 %. На остальных карьерах регулирование процессом взрывного нагружения заключается в повышении величины энергонасыщенности массива за счет увеличения удельного расхода, причем выход негабарита составляет 5^15 %.
Таким образом, установление рациональной величины и характера распределения энергонасыщенности взрываемого массива, с учетом соответствия технологических и природных факторов для достижения требуемой степени дробления, высокой эффективности производственных процессов добычи и переработки, а также качества товарной продукции является первостепенной задачей на всех карьерах.
Трудность выбора ВВ связана с отсутствием общепризнанных концепции действия взрыва на горный массив и единого критерия оценки взрывчатых свойств промышленных ВВ.
--------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое 2. Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Энергия
действие взрыва в горных породах.- М.: Недра, взрыва и конструкция заряда.- М.: Недра, 1964.
1986.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Угольников В.К., Симонов П.С., Угольников Н.В. - Магнитогорский государственный технический университет.
