Способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом

 

Использование: горная промышленность, открытая и подземная геотехнология, взрывная отбойка трещиноватых горных пород с целью получения заданной степени дробления. Сущность изобретения: в трещиноватом горном массиве бурят, заряжают и взрывают группы скважин. Величину незаряженной части каждой из скважин определяют математически в зависимости от ее диаметра, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств отдельностей массива, параметров его трещиноватости, коэффициента трения между отдельностями массива, размера кондиционного куска и эффекта взаимодействия соседних зарядов ВВ. Технический результат: создание в скважинном (шпуровом) заряде ВВ незаряжаемой части определенной длины обеспечивает получение заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом. 1 табл.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам взрывной отбойки руд и пород скважинным или шпуровыми зарядами ВВ при открытой геотехнологии с целью снижения выхода негабарита, и может быть использовано при подземной геотехнологии.

Опыт ведения взрывных работ на открытых и подземных горных разработках ОАО ППГХО показал, что в случае, если размер естественных отдельностей в горном массиве превышает размер кондиционного куска, основным источником выхода негабарита является участок массива в районе недозаряда (забойки) скважин.

Известен способ определения длины недозаряда (забойки) скважин для получения качественной отбойки горной массы скважинными или шпуровыми зарядами ВВ при открытой геотехнологии [1]. Длина забойки здесь зависит от диаметра скважин, коэффициента разрыхления взорванной породы или от величины линии сопротивления на подошве уступа. Однако, формулы расчета длины забойки не учитывают физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости и параметров детонации ВВ, что в крупноблочных массивах горных пород приводит к повышенному выходу негабарита (до 15-20%).

Наиболее близким техническим решением является способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом, включающий бурение, заряжание скважин ВВ с оставлением незаряженной части скважин длиной, зависящей от диаметра заряда и физико-механических свойств отдельностей массива (предел прочности образцов пород на сжатие, разрыв, коэффициент Пуассона, плотность породы и скорость продольной волны в ней) и их взрывание [2]. Однако и в этом способе при определении длины незаряженной части скважины не учитываются параметры трещиноватости массива, размер требуемого кондиционного куска, коэффициент трения между отдельностями в массиве, коэффициент усиления действия от взрыва нескольких зарядов ВВ.

Кроме того, в [2] длина незаряженной части скважины определяется исходя из радиусов зон раздавливания и радиального трещинообразования, которые определены для цилиндрических зарядов ВВ. Однако из физики действия взрыва известно, что нижняя и верхняя торцевые части цилиндрического заряда действуют как условно сферический заряд. Поэтому в [2] длина незаряженной части скважины для весьма трудновзрываемых пород (размер отдельности более 1,5 м) составляет 5,5-6,0 м при высоте уступа 10 м (см. табл.27 на стр.215), а расстояние между скважинами 5,0-5,5 м. Использование этих параметров в аналогичных породах на марганцевом карьере “Громовский” ОАО ППГХО привело к весьма высокому выходу негабарита (до 20-25%). Причем, было установлено, что основная часть негабарита образуется между верхними торцами зарядов и верхней площадкой уступа, т.е. на уровне незараженной части скважин.

Предложен способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом, включающий бурение, заряжание скважин ВВ с оставлением в каждой из скважин незаряженной части длиной, зависящей от диаметра скважин, физико-механических свойств отдельностей массива, детонационных характеристик ВВ и их взрывание, отличающийся тем, что с учетом параметров трещиноватости массива, размера кондиционного куска и эффекта взаимодействия одновременно взрываемых зарядов ВВ величину незаряженной части скважины определяют из выражения

где ρ _в - плотность заряжания, кг/м³;

D - скорость детонации ВВ, м/с;

d₃ - диаметр заряда ВВ, м;

v - коэффициент Пуассона горной породы;

μ - коэффициент трения между отдельностями массива;

d _К - размер кондиционного куска, м;

К_n⊥ - коэффициент усиления действия от взрыва группы зарядов ВВ;

π=3,14;

d_e - средний размер отдельности массива, м;

Ф - показатель трещиноватости массива;

σ _р - предел прочности на разрыв горной породы, Па;

f - коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить заданную степень дробления массива на уровне незаряжаемой части скважин за счет определения длины незаряжаемой части скважины с учетом параметров трещнноватости массива, размера кондиционного куска и эффекта взаимодействия зарядов ВВ.

Сущность способа заключается в следующем. Верхняя часть цилиндрического заряда ВВ, ответственная за дробление массива, между торцом заряда и верхней площадкой уступа (обнажением массива), согласно законам физики, действует как условно-сферический заряд ВВ. При взрыве условно-сферического заряда ВВ в трещиноватом массиве со скоростью 10-100 м/с распространяется волна деформаций, которая представляет собой последовательное перемещение, соударение и дробление отдельностей массива. Величина l_заб определена из закона сохранения энергии, согласно которому кинетическая энергия, полученная отдельностью (в которой размещена торцевая часть заряда ВВ), в результате расширения продуктов взрыва расходуется на упругие, пластические деформации и хрупкое разрушение окружающего трещиноватого массива. Пластические деформации происходят между гранями естественных отдельностей массива. Математический вывод см. в приложении 1.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Физико-технические свойства взрываемого массива v, σ _p,f обычно определяют на стадии геологоразведочных работ по известным методикам. Величину d_К задают исходя из требуемой степени дробления массива. Средний размер отдельности в массиве d_е определяют по обнажению, откосу уступа. Значения величин К_n⊥ , Ф, μ взаимосвязаны с d_е, их определяют из таблицы.

Коэффициент усиления действия взрыва при одновременном инициировании группы зарядов равен (см. приложение 1).

К_n⊥ =ln 2.7[n-μ(n-1)],

где n - число взаимодействующих зарядов ВВ в одновременно взрываемой группе, n=μ ^-1+1.

Детонационные характеристики ВВ (D, ρ _в) и диаметр скважин определяют, используя справочную литературу.

Подставляя численные значения параметров в математические формулы, получаем величину l_заб. Далее бурят скважины, заряжают их зарядами ВВ, оставляя заданную величину недозаряда. Монтируют сеть ДШ и производят взрывание.

Пример. Требованиями заказчика установлен допустимый размер куска угля не более 300 мм. При существующих параметрах БВР на разрезе “Уртуйский” выход фракции +300 мм составил 15-20%. Анализ параметров БВР и результатов взрыва показал, что основная масса негабарита появляется из верхней части уступа. При этом недозаряд составлял 5-6 м при высоте уступа 10 м. Расчет по формуле (1) производился следующим образом. Вначале по откосу уступа линейным методом определен средний размер отдельности угля d_е=1,0 м, коэффициент крепости угля равен f=2, применяемое ВВ - граммонит М-21 с D=3,6·10 ³ м/с, ρ _B=0,85·10³ кг/м³, средние значения величин: коэффициент Пуассона ν=0,3, σ _p=1,5-10⁶ Па определены по известным методикам, диаметр скважин шнекового бурения d₃=0,17 м, d _K=0,3 м, далее по таблице и величине d_e определены Ф=70, μ=0,6, К_n⊥ =1,5. Подставляя численные значения параметров в точную формулу (1), получим l_заб=2,7 м. Подставив соответствующие значения в упрощенную формулу (1), получим l_заб=2,52 м.

Использование величины недозаряда l_заб=2,5-2,7 м при дроблении взрывом бурых углей разреза “Уртуйский” позволило снизить выход негабарита с 15-20 до 3-5% и обеспечить технологический регламент при отгрузке угля потребителям.

Таким образом, использование способа получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом с определением величины недозаряда расчетом по формулам в массивах углей доказало его эффективность и достоверность.

Источники информации

1. Нормативный справочник по буровзрывным работам. М., Недра, 1986, стр.59, 75.

2. Ракишев Б.Р. Прогнозирование технологических параметров взорванных пород на карьерах. Алма-Ата, изд. “Наука” КазССР, 1983, с.211, 102, 103.

Формула изобретения

Способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом, включающий бурение, заряжание скважин взрывчатым веществом с оставлением в каждой из скважин незаряженной части длиной, зависящей от диаметра скважин, физико-механических свойств отдельностей массива, детонационных характеристик ВВ и их взрывание, отличающийся тем, что с учетом параметров трещиноватости массива, размера кондиционного куска и эффекта взаимодействия одновременно взрываемых зарядов ВВ величину незаряженной части скважины определяют из выражения

где ρ _в - плотность заряжания, кг/м³;

D - скорость детонации ВВ, м/с;

d₃ - диаметр заряда ВВ, м;

v - коэффициент Пуассона горной породы;

μ - коэффициент трения между отдельностями массива;

d _к - размер кондиционного куска, м;

К_n⊥ - коэффициент усиления действия от взрыва группы зарядов ВВ;

π=3,14.

d_e - средний размер отдельности массива, м;

Ф - показатель трещиноватости массива;

σ _р - предел прочности на разрыв горной породы, Па;

f - коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову.