Установление рациональных параметров взрывных работ в трещиноватых скальных грунтах

В результате проведенных исследований установлено, что рациональные значения длины колонкового заряда соответствует максимальному разрушающему эффекту; наименьшая степень дробления имеют трещиноватые породы IV категории. В процессе взрыва они разрушаются в основном на естественные отдельности.

Эффективность применения на карьерах высокопроизводительного погрузочного оборудования определяется в первую очередь степенью дробления грунтов взрывом, проработкой подошвы уступов и параметрами развала от взорванной горной массы.

Ведение взрывных работ на рассматриваемом карьере осложнено высокой крепостью разрабатываемых пород (f=12-22) и интенсивной естественной трещиноватостью [1]. Простирание плоскостей субширотных трещин совпадающих с простиранием уступов карьера и падающих в сторону выработанного пространства под углом 45-60⁰, обусловливает формирование последних по плоскостям трещин [2,3] это приводит к образованию больших (до 22 м) сопротивлений по подошве уступов.

При разрушении пород скважинными зарядами значительную часть энергии ВВ (до 50%) стремятся сосредоточить в донной части, что объясняется неравномерным сопротивлением действию заряда по высоте взрываемого слоя.

При одинаковой вместимости ВВ нижняя часть колонкового заряда в силу наличия зажима по подошве будет производить меньшее разрушающее действие, чем средняя и верхняя части. Если рассматривать преодолевающую способность колонкового заряда по подошве уступа с изменением его длины, то следует отметить, что удлиненный заряд производит меньшее разрушающее действие по подошве уступа, чем такой же заряд, но сосредоточенный в районе подошвы уступа [4]. На рисунке 1 показано соотношение разрушающей способности сосредоточенного (Q_n) и удлиненного (l₃) зарядов.

Рис. 1 - Разрушающая способность заряда длиной l3 по подошве уступа [4] l3 - удлиненный заряд; Qn - сосредоточенный у подошвы заряд, эквивалентный по эффективности действия удлиненному; Wn - линия сопротивления по подошве.

Как видно из рисунка, при длине скважинного заряда (0,25-0,3) W_n действие заряда по подошве уступа пропорционально его длине, то есть энергия удлиненного заряда используется на 100%. При дальнейшем увеличении длины заряда разрушающее его действие уменьшается и при l₃=0,96W_n составляет 0,6pW_n то есть эффективность использования его энергии составляет 60% (р - вместимость ВВ в 1 пог.м. скважины, кг).

Разрушающее действие заряда по подошве уступа можно усилить размещением дополнительного заряда в перебуре (ниже отметки подошвы уступа). При значении длины перебура 0,3W_n разрушающая способность заряда возрастает на 50%. Эти закономерности действия удлиненного заряда позволяют выделить рациональную длину перебура (l_п), которая составляет 0,3W_n, и величину донного заряда, которая в основном определяет качество проработки подошвы уступа.

Глубина перебура зависит от диаметра заряда и крепости взрываемых пород. Однако в наших экспериментах мы попытались учесть влияние на величину перебура не только крепость пород, но и характеристики ее трещиноватости, в первую очередь расстояние между трещинами, которое определяет в конечном итоге размер естественной отдельности.

Для этого в характерных породах месторождения с различной степенью трещиноватости были выполнены опытно-промышленные взрывы, что подтвердило эту закономерность действия удлиненного заряда.

В характерных породах месторождения были выполнены эксперименты, подтверждающие эту закономерность действия удлиненного заряда. При этом исследовалась степень дробления пород с изменением длины колонкового заряда (l₃), которая изменялась в пределах 7-12 м при l_п= 0,3W_n.

Степень дробления пород оценивалась отношением:

K= (1)

где d_e - размер естественной отдельности в массиве, см;

d_ср - размер среднего куска во взорванной горной массе, см.
Средний размер естественной отдельности de рассчитывали по формуле:

de= (2)

где V_i - объем частных отдельностей, м³;

Pi - процентное содержание частных отдельностей в массиве, %.

Анализ результатов опытно-промышленных взрывов позволил установить дифференцированно для каждой категории пород по взрываемости [5] зависимость степени дробления K от удельного расхода взрывчатого вещества q_эт (регулируемого длиной заряда). Зависимость аппроксимируется уравнением вида:

K=AthB(qэт+с)+D (3)

где A, B, C, D - эмпирические коэффициенты, значение которых приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Значение эмпирических коэффициентов

Категория пород по взрываемости	Коэффициенты
	A	B	C	D
I	0,24	35	0,81	2,58
II	0,30	30	0,77	2,50
III	0,53	10	0,69	2,15
IV	0,45	20	0,61	1,75

Анализ характеристик K = f(q_эт) (рис.2) позволил установить, что:

а) рациональные значения длины колонкового заряда для диаметра скважин 269 мм (перегиб кривых в верхней части графика) соответствует максимальному разрушающему эффекту. При длине перебура l_п ? 0,3 W_п длина заряда не должна превышать для пород: I категории - 11,5 м; II категории - 11,0 м; III категории - 11,0 м; IV категории - 10,5 м;, а величина забойки должна находиться в пределах 7-8,5 м;

б) нижний перегиб кривых характеристик K = f(q_эт) отсекает длину донного заряда, численное значение которого находится в пределах (0,5-0,6) W_п;

в) наименьшую степень дробления имеют трещиноватые породы IV категории. В процессе взрыва они разрушаются в основном на естественные отдельности, то есть степень дробления этих пород незначительная. Величина перебура для этих пород должна составлять 0,25 W_п.

Рис. 2 - Зависимость степени дробления пород от удельного расхода ВВ (длины заряда). I-IV категории пород по взрываемости.

При рациональных значениях перебура (0,3 W_п) и длины колонкового заряда регулирование удельного заряда эталонного ВВ (гранулотона) достигалось изменением сетки скважин (α * W). Для этого в условиях карьера была выполнена серия опытно-промышленных взрывов. Качество разрушения пород при вариации удельного заряда эталонного ВВ оценивалось размером среднего куска (d_ср) и выходом негабарита (V_н).

Размер d_ср в функции удельного заряда по результатам опытных взрывов (рис.3) описывается уравнением вида:

dср= (4)

где α₀, α₁ - эмпирические коэффициенты, значение которых приведено в табл. 2.

Таблица 2 - Значение эмпирических коэффициентов зависимости dсрdср = f(qэт)

Категории пород по взрываемости	Коэффициенты
	α0	α1
I	18,657	37,842
II	6,400	24,804
III	24,635	35,646
IV	31,001	34,897

Рис. 3 - Зависимость размера среднего куска от удельного расхода ВВ.

Зависимость между выходом негабарита (V_н⁺¹⁶⁰ ) и удельным расходом эталонного ВВ (рис. 4) описывается уравнением вида:

(5)

где α₀, α₁ - эмпирические коэффициенты, значение которых приведено в таблице 3.

Таблица 3 - Значение эмпирических коэффициентов зависимости Vн = f(qэт)

Категории пород по взрываемости	Коэффициенты
	α0	α1
I	3,30	3,86
II	2,70	3,56
III	3,60	4,90
IV	3,90	5,84

Рис. 4 - Зависимость выхода негабарита от удельного расхода ВВ.

Оптимальные значения удельного заряда и сетки скважин определялись в результате анализа затрат по всему технологическому комплексу: на буровзрывные работы, экскавацию, дробление негабарита, неплановые ремонты, транспортировку.

Библиографический список

1. Совершенствование технологии взрывных работ в трещиноватом массиве. /В.Н.Мазаник, Ю.М.Гусев, С.Н.Зверьков// Физика и технология разрушения пород взрывом: Сборник научн. трудов КФАНСССР.- Апатиты. 1974. - с 34-42.
   
2. Трещиноватость скальных пород Восточного рудного узла Печенги и ее влияние на горные работы. /В.Н.Мазаник, В.Н.Макаров// Пути повышения эффективности открытых горных работ: Сборник научн. трудов КФАНСССР.- Л.: Наука, 1970.- с.84-92.
   
3. К учету трещиноватости при выборе фронта развития горных работ /В.Н.Мазаник, И.А.Турчанинов// Проблемы совершенствования технологии добычи руд: Сборник научн. трудов КФАНСССР.- Л.: Наука, 1973.- с.94-98.
   
4. Лангефорс У., Кильстрем Б. Современная техника взрывной отбойки горных пород. М.: Недра, 1968-284 с.
   
5. Мазаник В.Н. О классификации скальных грунтов по взрываемости. Вестник научно-промышленного общества - М.: "Алев-В", 2012 г., выпуск 19 - с 117-120.
   

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ