Взрывное разупрочнение слоистых руд при отбойке от массива Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

. *>.*• .*.•.*

!*Х> >!•>

vI5.tr

Г. Г. КАРКАШАДЗЕ С.А.ГОНЧАРОВ Н.Г. ЧУ РИЛОВ

............

• I • • • - . - * • * • •

# • • • • • • •

РАЗРУШЕНИЯ

• • • « •

А I

• А • «

• - • •

.

лчу .

4 • • •

• • • •

• »

................ • • •

I •

• * • • •

• • •

V'**!

• *• >: у/«*«'/»***#*''» •

! X >. л X л! •*! •

• •!*.* У.'У

Взрывное разупрочнение слоистых руд при их отбойке от массива

В технологической цепи добычи и переработки руд самым энергоемким процессом является их разрушение. Суммарная энергоемкость разрушения таких крепких руд как железистые кварциты достигает 35-36 кВт.ч на одну тонну. При этом по отдельным процессам разрушения энергозатраты примерно следующие: бурение - 0,3-0,4 кВт.ч/т; взрывание — 0,5-0,6 кВт.ч/т; дробление — 3-3,3 кВт.ч/т; измельчение — 30-31 кВт.ч/т.

Коэффициенты полезного действия механических процессов разрушения горных пород при бурении, взрывании, дроблении и измельчении относительно невысоки (достигают максимум 10%).

При разрушении пород машинами (бурение, дробление, измельчение) повысить коэффициент их полезного действия можно путем совершентвования сомого процесса и совершенствавания разрушающей машины. Что же касается взрывного разрушения пород, что существует мнение, что повысить к.п.д. этого процесса нет возможности, так как это процесс не регулируемый.

Действительно, качество дробления руды при взрывной отбойке определяется только удельным расходом взрывчатого вещества, а не каэффициентом полезного действия взрыва. Это справедливо если рассматривать взрывное разрушение как процесс получения горной массы. Если же рассматривать горную массу как исходный продукт для последующей переработки на обогатительной фабрике (например, рудная масса), то целесообразно на стадии взрывной отбойки разупрочнить в ней меж-зерновые связи с целью снижения энергоемкости помола и улучшения раскрытия минеральных зерен и как следствие — улучшить технологические показатели обогащения руды. Наиболее технологично осуществить взрывное разупрочнение воз-

можно в слоистых рудах за счет возникновения максимальных сдвиговых напряжений на плоскостях параллельных слоистости как наиболее энергоемких с точки зрения раскрытия рудных зерен.

Для оценки сдвиговых напряжений на этих плоскостях рассмотрим массив пород, представленных параллельными слоями, угол падения которых составляет а.. В массиве распростваняется от взрыва ряда скважин плоская вертикальная волна напряжений сжатия. Явлениями отражения волны от границ слоев и интерференцией волн, в данной постанове задачи, пренебрегаем.

Рис. 1. Ориентация плоской волны сжатия в слоистом массиве

1 — плоскость волны сжатия;

2 — линия простиания слоев.

Пусть волна, представленная пласко-стью хОг, движется в направлении Оу (рис.1). Угол между линией простирания слоев и плоскостью волны равен Д В любой точке массива плоская волна сжатия создает напряженное состояние, характеризуемое следующими главными напряжения-

ми:

°2 = °3 = -

l-ju

(1)

где « — коэффициент Пуассона. Определим зависимость величины ¡3 от угла а при заданных значениях угла а наклона слоев к плоскости волны. Плоскости волны, выделенного слоя и поверхности массива проходят через начало координат, тогда общее уравнение выделенного слоя запишется в виде

А ,х+В ¡у¥С ,z=0

(2)

Аналогично для плоскостей волны и поверхности массива соответственно имеем

C2z=0,

В3у=0,

(3)

Тогда уравнение линии простирания амеет вид

AjX+B}y=0

(4)

Следовательно, угол между линией -эостирания слоев и плоскостью волны ловлетворяет условию

tgp = -

А

1

в

1

(5)

Кроме того,

С

cos а =

1

VAl 2 + Вх 2 + С,

(6)

cos у =

Вх

у/Ах 2 +ВХ 2 + С, 2

(7)

tg1 р = tg2 у -

cos2 а cos2 у

или

tgft = ±V tg*y —

cos2 a cos2 у

Примем во внимание, что максимальные касательные напряжения реализуются в плоскостях, распроложенных под углом л /4 к линии действия напряжения ау, т.е.

при у =л /4. Следовательно, для обеспечения максимума касательных напряжений в слоях массива необходмо ориентировать волну сжатия относительно линии простирания слоев под некоторым углом /Зтах, определяемом из выражения

(9)

Из (9) следует, что возможны два различных значения угла ориентаций волны сжатия

Атах = arct8 к - COS 2 а) ,

Атах = arcfg ( - V - COS 2 а ) , (Ю)

При ЭТОМ

a Е [ л/4 , л/2 ] .

Ориентации волны сжатия, соответствующие полученным заначениям величин /?, качественно показаны на рис. 1, а и б. Величина максимальных касательных напряжений тшах составляет

=i(°-.-a2>=i (T^fb '<")

max

Эти касательные напряжения можно увеличить примерно в 4 раза на основе создания плоских волн сжатия, оприентиро-ванных под углами /?, тах и /?2 тах к линиям

простирания слоев массива.

Произведём оценочный расчет.

В общем случае, касательные напряжения хи в плоскости слоя с нормалью £/, направляющие косинусы которой в системе осей хуг (рис.1) равны 1,т,п, определяются выражением:

Решая совместно с (5), (6) и (7) имеем

rv 2 = ax 2 m2 + a2 2 P + o3 2 n2 —

- [ o, m2 + a2 t2 + a3 n2 ]2 , (12)

Поскольку для рассматриваемого напряженного состояния

°2 — °3

и

Z2 + т2 + rt2 = 1, то

ти = (cjj -a2)mVl - m2,

1

или тц = 2 ( - а2 ) sin 2 у,

(13)

л:

(О < у< 2 ) •

Преобразуя выражения (8) находим

cos у = I sin а • cos /? I ,

(14)

(0 < а < я/2 ч 0 <ß <л

\

)

Объединяя (13) и (14) для относительного касательного напряжения, имеем:

ти /(а,¿6), (я/2 <Р<рО

(а, -ст2) 1 —/(а , /3), (0 <р <я/2 )

(15)

где

f(a,ß) = sin а • cosß V1 -sin2 а • cos2ß

Максимум касательного напряжения в выделенном слое при заданном а достигается при условии

df(a.ß)= 0 dß

и определяется соотношением

ß = ± arccos ( - ) . (16)

Зависимости f(a,ß) для различных а представлены на рис.2.

На практике угол а характеризует строение слоистого массива, а угол «ß» поддается варьированию путем поворота линии ряда одновременно взрываемых скважинных зарядов. Запишем уравнение связи в виде

зависимости угла <ф» от угла «о», при кото-ром значения касательных напряжений максимальны: 1

при 0 < а < 45° ,/3=0;

(17i

при

45° < а < 90°, ß = ± arctg V — cos 2 а

(18)

г»

ол -

о г -

ß'ipad.

Рис. 2. Зависимости касательных напряжений в плоско-

стях слоев от угла ориентации 1. а = 15° : 2. а = 30° ; 3. а = 45

с напрЯ гацииВ

Í_ ж

4. а = 60

5. а = 75°

6. а = 90

Отсюда следует важных практический вывод: наиболее эффективного разупрочнения межзерновых связей в слоистых породных массивах при зврывной рудоподго-товке можно добиться, если располагать ряды одновременно взрываемых вертикальных скважин в зависимости от ориентацш слоистости в пристрантве в соответствии < условиями (17) и (18).

Оптимальное направление распростра нения взрывной волны может быть реали зовано за счет соответствующей коммута ции скважинных зарядов. При монтаж< взрывной цепи с помощью детонирующеп шнура и инициирования скважинных заря дов поправка на угол распространени: взрывной волны должна составлять:

• £jl

arcsin -ß ;

(19

где С — скорость распространения про дольной волны в массиве, м/с.

.О — скорость распространения детона ционной волны в ДШ, м/с.

Следовательно, наибольшая степен разупрочнения межзерновых всязей в плс скостях напластования слоев реализуете при выполнении условий:

при

О < о: < л , ß = ± arcsin

£..

D ' (20)

при

45° < а < 90° ;

ß =

С

± arctg V — cos 2 а ± arcsin -ß-

В представленных расчетных зависимостях знак угла отсчета относительно ли-

нии простиранияч слоев рудных массивов выбирается в зависимости от направления взрывной отбойки.

Таким образом, используя на практике рекомендуемые направления отбойки слоистых рудных массивов, например, железистых кварцитов можно интенсифицировать процесс разупрочнения межзерновых связей на стадии взрывной отбойки и тем самым снизишь энергоемкость ее дробления и особенно измельчения.

© Авторов

місти, вылущенныг изашеиьсжвом московского

?осУ2>л>сжветото ютою тивхрсижежА

Цена в ІІБО (оплата в рублях по курсу ММВБ на день оплаты)

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Экологические проблемы горного производства», 1993 г.:

□ Тезисы докладов. — 160 с.

□ Доклады. — 256 с.

НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА

□ Тезисы докладов.

1,0

1,0

94

272 с.

1,0

ВТОРАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Экологические проблемы горного производства», 1995 г.:

□ Доклады. — 600 с.

СБОРНИКИ НАУЧНЫХ ТРУДОВ:

□ Комплексное освоение месторождений твердых полезных ископаемых (выпуски 0, 1, 2). — 301, 282, 288 с.

Горные науки и промышленность. — 318 с.

Актуальные проблемы освоения месторождений и минерального сырья. — 280 с.

Вопросы теории открытых горных работ. — 285 с.

Горный информационно-аналитический бюллете» за 1992-1995 гг.

8,0

3.0 каждый

3.0

1.5

2.5

0,5