Степень дробления и выход негабарита при взрывном рыхлении горных пород на карьерах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Г.М. Крюков, М.И. Докутович, С.Н. Жаровонко, 2011

УДК 622.271

Г.М. Крюков, М.И. Докутович, С.Н. Жаровонко

СТЕПЕНЬ ДРОБЛЕНИЯ И ВЫХОД НЕГАБАРИТА ПРИ ВЗРЫВНОМ РЫХЛЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД НА КАРЬЕРАХ

Решена задача по установлению обобщающей зависимости степени разрушения горных пород в зоне регулируемого дробления с учетом реального распределения напряжений в разрушаемой породе.

Ключевые слова: буровзрывные работы, дробление горных пород, выход негабарита.

ЖЭнедрение в горное производство -іїж компьютерной техники значительно повысило скорость и эффективность оценок технико-эко-номических показателей (ТЭП) горных работ, в том числе и буровзрывных работ (БВР). Вместе с тем, положительные результаты применения компьютеров существенно повысили требования к достоверности соотношений и зависимостей, используемых в расчетах с использованием сложных аналитических зависимостей и больших массивов табличных данных. Методики расчета параметров БВР, применяемые в настоящее время [1-3], были разработаны еще в середине прошлого века. При этом заранее предполагается, что параметры БВР, рассчитанные по этим методикам, являются ориентировочными и обязательно должны быть скорректированы по результатам проведения опытно-промышленных взрывов в конкретных горногеологических условиях того или иного карьера. Это обстоятельство приводит к существенному замедлению прогнозных оценок результатов взрывных работ и планирования параметров последующих горных работ: вторичного дробления, экскавации, транспортировки, т. е. имеет место существенное отставание при-

кладной теории разрушения горных пород взрывом зарядов промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) от современного уровня и возможностей компьютерной техники, широко внедряемой в горную промышленность.

При оценке эффективности взрывного дробления горных пород основными критериями, определяющими эффективность ведения взрывных и последующих горных работ, являются: выход негабарита, степень дробления горных пород, форма развала, количество «порогов» и т. д., причем первые два принято считать главными. Установление общих зависимостей указанных критериев взрывного дробления горных пород от свойств последних, типа ПВВ и схем расположения и инициирования зарядов является практически непреодолимой математической задачей. Поэтому на кафедре «Разрушение горных пород взрывом» МГГУ была поставлена и решена задача по установлению обобщающей зависимости степени разрушения горных пород в зоне регулируемого дробления с учетом реального распределения напряжений в разрушаемой породе. Этот новый теоретический подход к описанию процесса разрушения горных пород в зоне регулируемого дроб-

ления при взрывах зарядов ПВВ излагаемый ниже, подтвержденный результатами лабораторных [4] и опытно-промышленных исследований.

Выход негабарита. Установлено [5], что Ь0 - радиус зоны регулируемого дробления горных пород при взрыве удлиненного заряда ПВВ, равен:

Ь = а ІР / к3а , м; (1)

0 0 у ж 3 рас

где а0 - радиус зарядной полости, м; Рж

- давление продуктов детонации (ПД) в точке Жуге, Па; страс - предел прочности пород на одноосное растяжение, Па;

, 2уР

к = 1 + - ж

; у - показатель изо-

Е (1 + ^ энтропы продуктов детонации (ПД); Е -модуль упругости (Юнга) породы, Па;

- коэффициент Пуассона, характеризующий её сжимаемость.

В свою очередь, давление Рж при детонации цилиндрического заряда ПВВ определяется соотношением вида:

Рж =AD2/ (у +1), (2)

где A - плотность заряжения ПВВ, кг/м3; D - скорость детонации заряда, м/с.

С учетом (1) и (2), в [6] показано, что если а - расстояние между зарядами в ряду и b - расстояние между рядами зарядов - удовлетворяют соотношениям а > 2bo; b > 2bo, (3)

то выход негабарита описывается соотношением

V+ = V+(1 - q), q < 1. (4)

где V+ - выход негабарита в развале, %; V+ - содержание негабарита в массиве (до взрыва), %;

q = dJ AD2 [(У + 1) аЬ°рас ] 1. (5)

где d^ - диаметр зарядной полости, d^ =

2а0, м. При этом зона регулируемого дробления приближенно описывается соотношением v = 4Ь2/ , а зона нере-

рд 0 зр

гулируемого дробления равна ущ = (аЬ - 4Ь02 )/зр. При условиях (3) параметр д < 1. Если же принять а < 2Ь0; Ь < 2Ь0, (6)

то д > 1 и выхода негабарита не будет при исключении отрицательного взаимного влияния взрыва соседних зарядов на процесс разрушения ими породы. Соотношения (4) и (5) являются теоретическим обобщением известных результатов опытных и опытно-

промышленных исследований В. К. Рубцова [7] и хорошо согласуются с результатами последующих опытно-

промышленных исследований других авторов. Таким образом, соотношения (1-6) впервые позволяют надежно прогнозировать значения первого главного критерия взрывного дробления горных пород - выход негабарита и условия безнегабаритного взрывного дробления пород.

Средний размер куска в развале. Как правило, степень дробления горных пород на карьерах оценивается средним размером кусков породы в развале -вторым главным критерием взрывного дробления горных пород на карьерах. Средний размер кусков породы в развале при д < 1 в соответствии с [6] определяется соотношением

dср = 1ср [1 - ^ (1 - ^)], м; (7)

где /ср - средний размер кусков в массиве (до взрыва), м; ^Ср! = ^ / /Ср; ^ -средний размер кусков породы в зоне регулируемого дробления, т. е. при

г < Ьо. Очевидно, dсрl определяется

гранулометрическим составом раздробленной горной породы в зоне регулируемого дробления. Если же д > 1, то

^р dср 1.

Показатели Единицы измерения Серийный вариант Опытно-промышленный взрыв

1. диаметр скважин мм 110 110

2. вместимость ВВ в 1 п.м. скважины кг/м 7 7

3. высота уступа м 12 12

4. сетка скважин м 3,5х3,5 2,4х2,4

5. длина перебура м 2 0,7

6. длина забойки м 2 2

7. длина заряда м 12 10,7

8. длина скважины м 14 12,7

9. масса заряда в одной скважине кг 82 80 (76)

10. удельный расход ВВ кг/м3 *6 о" 1,2

11. плотность заряжания кг/м3 0,75 0,75

12. выход негабарита % 10 <1

13. средний размер кусков в развале м 0,24 0,17

Таким образом, для определения второго главного критерия эффективности взрывного дробления горных пород - среднего размера кусков в развале - необходимо установить зависимость степени разрушения горных пород в зоне регулируемого дробления от свойств последних, термодинамических параметров применяемого ПВВ, схем расположения и инициирования зарядов. В МГГУ [4] даны теоретические оценки формирования гранулометрического состава горной массы и среднего размера куска в развале. Эти соотношения получили удовлетворительную сходимость с результатами лабораторных

экспериментальных исследований. В настоящей статье приводятся результаты опытно-промышленного

взрывного дробления известняка на карьере и сопоставленные этих данных с теоретическими оценками, изложенными выше.

* По Типовому проекту БВР q = 0,46 кг/м3 принимается из [1].

Опытно-промышленные исследования взрывного дробления известняка.

Условия проведения опытнопромышленного взрыва на Мончалов-ском месторождении известняков на карьере «Жуково» ООО «Карбонат»:

1. Разрушаемая порода - известняк;

2. Крепость пород по СНиП - VIIая группа;

3. Плотность породы Рпор = 2,36 1 03 кг/м3;

4. Трещиноватость - третья категория по В.К. Рубцову при среднем размере кусков породы в массе I = 1м;

ср

5. Размер негабарита равен 0,6 м. Его содержание в массиве до взрыва составляет ~ 20 %;

6. Взрывчатое вещество - Грану-лит РП;

7. Количество скважин - 9 шт;

8. Обводненность скважин - сухие;

9. Способ инициирования зарядов

— электрический, с использованием ЭД-ЗИ (ЭДБИ) с применением промежуточных детонаторов, опущенных в скважину;

10. Промежуточные детонаторы -Гранулит РП (измельченный, 3 кг) и аммонал-200 (аммонит №2 6ЖВ) - 200 г;

11. Схема инициирования - порядная;

12. Буровое оборудование - буровые станки (пнев-моударного бурения) СБУ-100.

Предлагаемые параметры размещения скважин на уступе рассчитаны по (1) и (6) в виде

а = Ь = апЛ \Р / к .о = 2,4 м.

0 ^ ж 3 рас "

В этом случаи негабарит формироваться не будет, а средний размер куска в развале будет меньше чем при серийном взрывании, поскольку он будет определяться только средним размером кусков в зоне регулируемого дробления. То есть в развале не будет негабаритных кусков имеющихся в массиве до взрыва и сохраняющихся после взрыва в зоне нерегулируемого дробления.

Параметры взрывных работ при серийных и опытнопромышленном взрывах на карьере «Жуково» ООО «Карбонат» приведены в таблице.

В соответствии с изложенной выше теорией рассчитаем ориентировочно выход негабарита при серийном взрывании. В этом случаи при

взрыве удлиненного заряда формируется зона регулируемого дробления

V = 2,42/ = 5,76/ .

рд ? зр 5 зр

Общий же объем разрушения приходящийся на взрыв одного заряда

V = 3,52/ = 12,25/ . Таким образом,

др зр зр

объем зоны нерегулируемого дробления будет равен v = 6 49/ . Следователь-

нд 5 зр

но, выход негабарита при серийном

взрывании

будет

равен %, где

V 6,49

vН=-^ • v+=^— 20 = 10,6 Н V е 12,25

др 5

V += 20% - содержание негабарита в

е

массе до взрыва. Это оценка практически полностью согласуется с результатами серийного взрывания. По предполагаемому варианту размещения зарядов в опытно-промышленном взрыве выход негабарита не должно быть, что действительно и наблюдалось. Для иллюстрации этого факта приведены фотографии развала при опытнопромышленного взрыве (см. рис. 1), на которых видно, что в это случаи на поверхности развала негабарита нет. При экскавации горной массы негабарита не

было и внутри развала, а средний размер кусков получился равным dср = 0,17 м.

Выводы

1. Проведенный опытно-

промышленный взрыв дробления известняка на карьере «Жуково» подтвердил основные положения разработанной теории дробления горных пород взрывом скважинных зарядов ПВВ на уступах карьеров.

2. По предложенным параметрам БВР имело место безнегабаритное взрывное дробление известняка с существенным снижением (на 30%) среднего размера куска в развале до ^ср = 0,17 м. При серийном же взрывании выход негабарита составляет 10% при среднем размере кусков в развале ^ср = 0,24 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нормативный справочник по буровзрывным работам / Ф. А. Авдеев [и др.]. - 5-е изд. - М.: Недра, 1986. - 511 с.

2. Афонин В.Г. Справочное руководство по взрывным работам в строительстве / В. Г. Афонин, Л. М. Гейман, В. М. Комир. - Киев: Б^вильник, 1974. - 382 с.

3. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом: учебник для вузов / Б. Н. Кутузов. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: МГИ, 1992. - 516 с.

4. Крюков Г.М. Главные критерии для оценки взрывного дробления горных пород на карьерах / Г. М. Крюков, М. И. Докутович, С. Н. Жаворонко // Взрывное дело: Сб. научных трудов / Отдельный выпуск Г орного информационно-аналитического бюллетеня. - 2007. - №

ОВ7. - М.: Издательство «МИР ГОРНОЙ КНИГИ», 2007. - С. 180____195.

5. Крюков Г.М. Феноменологическая ква-зистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом зарядов промышленных ВВ / Г. М. Крюков, Ю. В. Глазков. - Препринт. - М.: МгГу, 2003. - №

11. - 67 с.

6. Крюков Г.М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале / Г. М. Крюков. - Препринт. - М.: МГГУ, 2005. - № 2. - 30 с.

7. Рубцов В.К. Исследование дробимости горных пород взрывами на карьерах: дис. _ д-ра техн. наук / В. К. Рубцов. - М.: МГИ, 1971. -412 с. ПТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------

Крюков Г.М. - профессор, доктор технических наук, Докутович М.И. - аспирант,

Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru Жаровонко С.Н. - ЗАО «ПСУ ГИДРОСПЕЦСТРОЙ»