- •1. Классификация свойств и параметров
- •1*4. Плотность пород
- •1.9. Основные правила изучения физико-технических параметров пород
- •2. Механические свойства горных пород
- •2.5. Прочность и разрушение пород
- •если
- •2.10. Упругие колебания в массивах горных пород
- •3.1. Распространение и накопление тепла
- •3.2. Теплоемкость
- •3.4. Тепловое расширение
- •3.5. Тепловые свойства массивов
- •3.6. Тепловые свойства рыхлых пород
- •4. Электромагнитные свойства горных пород
- •4.3. Особые случаи поляризации минералов и пород
- •4.4. Электропроводность
- •4.5. Диэлектрические потери
- •4.6. Магнитные свойства
- •4.8. Естественные электрические и магнитные поля
- •4.9. Радиоактивность пород. Воздействие излучений
- •5. Взаимная связь свойств, паспортизация пород.
- •Свойства пород Луны
- •СсЧк = 900*2? «Ю-5;
- •5.5. Паспортизация горных пород по физико-техническим параметрам
- •6. Воздействие внешних физических полей на горные породы
- •6.1. Влияние влаги
- •6.3. Термические напряжения в породах
- •6.7. Воздействие электрического и магнитного полей
- •7. Горнотехнологические характеристики пород
- •7.5. Классификация горнотехнологических параметров пород
- •7.6. Твердость, вязкость, дробимость и абразивность пород
- •8.6. Комбинированные методы разрушения
- •8.9. Дробление и измельчение цолезного ископаемого после извлечения
- •9. Управление состоянием массива горных пород
- •Обогащение и геотехнология
- •9.1. Осушение массивов
- •9.2. Процессы разупрочнения
- •9.5. Устойчивость бортов карьеров и отвалов
- •9.6. Тепловой режим шахт и рудников
- •9.8. Физико-химические (геотехнологические) методы
- •10; Методы контроля состояния массива горных пород
- •10.1. Свойства пород как источники информации
- •10.2. Исследование массивов методами полевой геофизики
- •10.3. Скважинные методы исследования
- •10.6. Методы контроля за составом полезных ископаемых
- •10.8. Методы контроля за отдельными технологическими процессами
кристаллической решетки, модуля объемного сжатия, микротвер дости и с увеличением влажности, пористости и давления на по роды.
Положительным качеством электрического разрушения яв ляется то, что оно происходит практически мгновенно — сразу, как только напряжение превысит пробивное.
Электрическим пробоем жидкости обусловлен так называе мый э л е к т р о г и д р а в л и ч е с к и й э ф ф е к т (ЭГЭ). При высоковольтном импульсном разряде разрушению способствует возникающая в жидкости кавитационная полость, которая, за хлопываясь, разрушает находящиеся поблизости тела. На этой оснаве разработаны экспериментальные буровые установки с бу рами, которые не имеют деталей, механически действующих на породу. Бур состоит из вращающегося центрального электрода и зубчатой коронки, между которыми происходит разряд. Однако к. п. д. таких установок весьма низок и не превышает 2%.
8.6. Комбинированные методы разрушения
При термическом разрушении, как известно, все тепло, по ступающее в горную породу, расходуется на нагрев ее до темпе ратуры, при которой термические напряжения достигают разрушающих [см. уравнение (8.33)]. Поэтому, используя уравне ния (8.1)£и (8.37), можно рассчитать удельную работу термиче
ского |
разрушения |
пород |
А Т1 которая |
слагается |
из |
энергии, |
потраченной на собственно механическое разрушение |
А 0, |
и энер |
||||
гии, |
потерйнной |
за счет |
термических |
преобразований |
АфЛ: |
|
|
|
|
( 2 т ^ - * ) |
|
<8'48> |
Из уравнения (8.48) видно, что при термическом разрушении существуют дополнительные по сравнению с механическим раз рушением [см. уравнение (8.3)] потери энергии, обусловленные коэффициентом преобразования тепла в механические напря жения, равным
Ап |
|
A Q-f- Аф _ |
| |
(8.49) |
|
Ат |
^ о + ^ф. т |
2ср ( 1 — 2v) |
|
||
|
|
||||
Выделив |
в |
формулах |
(8.48) и |
(8.3) постоянный |
параметр |
----- lY |
можно |
сравнить |
оставшиеся части, |
соответ- |
|
Е \ Едёф |
) |
|
|
|
ственно асж и ер/а (1 — 2v). Это позволяет сравнить энергоемкость механического и термического способов разрушения.
Сравнение показывает, что во всех случаях наблюдается следующее соотношение:
*OK< - ? - ( 1 - 2 V). |
(8.50) |
В |
среднем |
огсж^ 1 0 8 Па, |
(1 — 2v) ^ 1010 Дж/м3. Если при |
||
нять, что сгсж |
= |
2 -108 Па; а |
= 2*10"5 1/К; с = 0,7• 103 Дж/(кг • К); |
||
р = 2,6 • 103 |
кг/м3; v = |
0,25, |
то отношение А п/Ат будет |
||
равно |
0,22. |
|
|
|
|
В результате рассмотрения электротермического способа раз рушения пород получено следующее выражение для удельной
работы |
разрушения: |
|
|
|
Аэ |
“Ь ^Ф. э |
Щжф (1 —2у) |
Е |
(8.51) |
Ea?,r tg б |
деф |
где Аф'Э— потери энергии при электротермическом разрушении породы.
Соответственно |
коэффициент преобразования электрической |
||||
энергии |
в механические напряжения |
||||
|
AQ-\-Аф |
осжаег tg б |
(8.52) |
||
Т,э==Л0-М ф. э - |
2ср (1 —2v) |
||||
|
|||||
Сравнение цэ |
с |
механическим |
методом также показывает, |
||
что |
|
|
|
|
|
^сж ^ |
ср (1 — 2у) |
|
(8.53) |
||
aer tg б |
|
|
|||
и в среднем |
^ ^ |
составляет |
1010—1012 Дж/м3. |
Следовательно, формальное сравнение данных работы раз рушения указывает на меньшую энергоемкость механического способа. Фактически же часто выгоднее производить разруше ние пород немеханическими (термическим, электротермическим и др.) способами. Это обусловлено следующими факторами:
1)разрушение пород механическими способами возможно только весьма прочными износостойкими внедряющимися в по роду рабочими органами при приложении к ним больших уси лий;
2)механическое разрушение связано с поверхностным воз действием па породу, в результате чего в последней преобладают силы сжатия, в отличие от немеханических способов, при которых
впроцессе -разрушения, как правило, основную роль играют растягивающие напряжения;
3)с целью достижения разрушающих напряжений при меха ническом разрушении скальных пород используют энергию взрыва, что усложняет технологию производства работ;
4)энергоемкость разрушения пород механическими спосо бами зависит от их прочности (прямо пропорциональна квадрату прочности), в то время как при немеханических методах в ряде случаев прочность может вообще не сказываться на величине работы разрушения (при Е/асж^ const)^4eM больше параметры Осж, Е и а пород, тем больше коэффициент преобразования энер
гии в механическую. Практика и эксперименты показывают, что механическое разрушение эффективно только при удельной работе разрушения не более 10Б Дж/м3, термическое — до 5 X X 108 Дж/м3.
Таким образом, с целью снижения энергоемкости процесса
разрушения |
пород наиболее |
перспективны к о м б и н и р о - |
в а и п ы е |
м е т о д ы , при |
которых физическое воздействие |
используется для снижения прочности пород до величины, по зволяющей осуществить эффективное механическое разрушение.
На эффекте снижения прочности некоторых пород в резуль тате их локального нагрева основаны термомеханические и электротермомеханические методы разрушения и бурения горных
пород, сочетающие |
электрическое, термическое |
и механическое |
||
воздействия. |
|
работы |
показали, что скорость т е р м о - |
|
Экспериментальные |
||||
м е х а н и ч е с к о г о |
бурения |
гранитов по сравнению с термй- |
||
ческим возрастает |
в 3,5 раза, |
по сравнению с |
механическим — |
в 5,6 раза. Тепловой поток создают, как обычно, с помощью газовой или плазменной горелки. Механическое воздействие на породу осуществляют шарошками. Пламя горелки напра вляют на забой скважины в пространство между шарошками.
Откол кусков породы от массива при наличии одной или двух обнаженных поверхностей возможен тогда, когда трещина, возникающая в породе, имеет криволинейную форму и полностью изолирует отбиваемый кусок от массива. В то же время при элек тротермическом разрушении пород возникновение любой тре щины приводит к резкому спаду термических напряжений. Для дальнейшего развития трещины необходим длительный нагрев породы, который часто не дает положительных результатов. Забой растрескивается, ослабляется, но окончательного отделе ния кусков породы от массива не происходит. Для их отделения
необходимо дополнительное механическое |
воздействие на |
забой. |
С этой целью созданы э л е к т р о т е р м о |
м е х а н и ч е |
с к и е |
механизмы, сочетающие в себе электротермическое и механиче ское воздействие. Электромагнитное поле, воздействуя на по роду, подготовляет ее к разрушению, которое происходит под воздействием механических нагрузок. На этом принципе основан
м е т о д в н е д р я ю щ е г о с я |
э л е к т р о д а (рис. 8.7). |
Данный метод заключается в |
том, что высокопотенциальный |
электрод, воздействуя на породу высокочастотным электриче ским полем, расплавляет ее в месте контакта и углубляется в нее под действием механических усилий. Вместе с электродом про исходит углубление зоны наибольшего разогрева породы. Это позволяет откалывать куски породы от массива за счет растяги вающих напряжений.
Метод внедряющегося электрода целесообразно использовать для разрушения мерзлых пород. К электроду, который одновре менно представляет собой режущий орган, подводится электри
ческий |
ток высокой частоты |
(0,5—2 МГц). За счет |
выделения |
тепла |
происходит оттаивание |
мерзлой породы вокруг |
электрода |
и создается такая область, в которую внедряется электрод под действием механических усилий. В результате происходит отде ление откалываемого блока от мерзлого массива (см. рис. 8.7).
Скорость внедрения v электрода в мерзлый массив прямо пропорциональна квадрату напряжения электрического поля
Рис. 8.7. Метод высокочастотного
элситротермомсханического разру шения горных пород:
1 — гидравлическая система на гружения; 2—внедряющийся элек трод; 3 — отделяемый блок (ВЧУ — высокочастотная установка)
2 |
|
|
|
|
б и обратно пропорциональна |
||
Осж* |
|
г0гг tg 6/U2F |
|
|
|||
|
|
|
(8.54) |
||||
|
сф. э ' |
aL ad2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
где Лф. э — некоторый |
коэффициент, |
учитывающий |
форму элек |
||||
тродов |
и |
изменения |
свойств пород |
при нагреве; |
/ — частота |
||
электрического |
поля, |
1Гц; F — механическое усилие внедрения |
|||||
электрода, |
Н; |
a, |
d — соответственно |
половина ширины и тол |
|||
щины |
электрода, |
м. |
|
|
|
Затраты на рыхление мерзлых пород электротермомеханическим способом в 2 раза ниже, чем буровзрывным.
При проходке горных выработок в скальных породах находит применение электротермомеханический метод откола горных по род от массива, разработанный в Московском горном институте проф. Ю. И. Протасовым. Сущность метода заключается в интен
сивном |
нагреве забоя и н ф р а к р а с н ы м и |
г е н е р а т о |
р а м и |
(нагревателями) и в последующем |
нанесении ударов |
по нагретой поверхности.
Создаются породопроходческие комбайны, основанные на ука занном принципе.
Энергоемкость разрушения породы е при нагреве ее инфра красными нагревателями может быть рассчитана по физическим параметрам породы:
97(т^плХ2 У 7
(8.55)
dbNy~K2 V а
где кпл — коэффициент пластичности |
породы; X — коэффициент |
|||
теплопроводности; |
t — время нагрева |
породы |
до разрушения; |
|
d — коэффициент, |
определяющий поверхность |
нагретого |
уча |
|
стка; b — коэффициент, учитывающий положение |
нагретого |
уча |
стка в массиве породы по отношению к свободным поверхностям,
ограничивающим |
массив; |
N — мощность |
генератора |
излучения; |
||
— коэффициент |
объемного теплового |
расширения; |
К — мо |
|||
дуль объемного |
сжатия; |
а — температуропроводность |
породы. |
|||
Существуют также разработки, |
основанные не |
на |
нагреве, ч |
|||
а на о х л а ж д е н и и пород. Так, |
установлено, что |
при локаль |
ном сильном охлаждении поверхности породы интенсивной струей низкотемпературного газа в породе возникают растягивающие напряжения. Если дополнительно к охлажденной таким образом породе воздействовать механическими нагрузками, то механиче ские и термические касательные напряжения, имеющие одно направление, будут суммироваться, увеличивая площадь и глу бину зоны разрушения. Эксперименты, проведенные на уста новках, сочетающих в себе шарошечный метод бурения с охла ждением породы струей жидкого азота, показали увеличение скорости бурения гранитов в 1,5 раза по сравнению с механиче ским методом. Данный способ наиболее целесообразно применять для бурения скважин в породах с коэффициентом крепости '/ более 14.
8.7. Взрываемость горных пород
и расчеты |
процессов |
взрывания |
При взрыве образуется |
з о н а |
с ж а т и я (зона пластиче |
ских деформаций), в которой порода либо переизмельчается (скаль ные и полускалыше породы), либо уплотняется (часть плотных и мягкие глинистые породы, рис. 8.8). При этом преодолевается сопротивление породы силам сжатия и сдвига. При взрывном дроблении массива скважинными зарядами радиус зоны сжатия
составляет (1—7,5) d3, где |
d3 |
— диаметр заряда. |
|||
За зоной |
сжатия |
расположена з о н а |
т р е щ и н о о б р а |
||
з о в а н и я; |
радиус |
ее |
при |
скважинных |
зарядах составляет |
(20—50) d3. Здесь энергия взрыва расходуется на преодоление сопротивления породы сдвигу, растяжению и частично сжатию. За зоной трещинообразования следует з о н а с о т р я с е н и я , которая с удалением от заряда переходит в зону упругих дефор маций. Зоны сжатия и трещйнообразования образуют вместе зону р е г у л и р у е м о г о д р о б л е н и я . В зоне сотрясе ния также частично происходит разрушение пород по естествен
ным трещинам (без дробления отдельностей |
массива) — это |
зона |
н е р е г у л и р у е м о г о д р о б л е н и я . |
При взрывных |
ра |
ботах стремятся максимально увеличить зону регулируемого дробления путем управления действием взрыва.
Разрушение пород при взрыве происходит в результате сово купного воздействия расширяющихся продуктов детонации,
ударных волн |
и волн разгрузки. Р а с ш и р я ю щ и е с я |
г а |
з ы разрушают породу непосредственно в месте закладки |
ВВ. |
|
Одновременно |
они передают энергию взрыва в массив. Коэффи |
циент передачи энергии взрыда в массив составляет 0,4—0,6. Энергия в массиве вблизи заряда распространяется в виде удар ной волны.
J
Л
Л
Л
Л
Рис. ,8.8. Зоны взрыва:
1 — заряд ВВ; |
2 — газовая по-, |
||
лость; 3 — зона |
сжатия; |
4 |
— зона |
трещннообразования; |
5 |
— зона |
|
сотрясен и |
|
|
У д а р н ы е в о л н ы отличаются от. упругих тем, что де формации и напряжения, вызванные ими, превосходят предел упругости й достигают пределов прочности пород, в результате чего породы разрушаются. Скорость распространения ударной волны выше скорости продольной упругой. Если ударная волна
распространяется |
в |
воздухе, |
ее скорость |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.56) |
где |
vp — скорость |
звука; |
х — отношение удельных |
теплоемко |
||||
стей |
воздуха |
при |
постоянном |
давлении ср и постоянном объеме |
||||
Су\ |
и а 2 — давление газа соответственно до и после прохожде |
|||||||
ния |
ударной |
волны. |
|
|
|
|||
Скорость распространения ударной волны в породах можно |
||||||||
принять |
равной (1,1—1,3) vp. |
|
сжатия. |
|||||
Зона |
ударной |
волны |
собственно и образует зону |
За пределами этой зоны ударная волна переходит в волну напря жений, распространяющуюся со звуковой скоростью.
Механизм разрушения пород взрывом зависит от акустиче ской жесткости пород z (табл. 8.2).
Разрушение пород происходит в виде трещин. Скорость раз вития трещин, согласно теории Гриффитса (см. раздел 6.2), в сред нем около V3i;y.
Энергия взрыва воздействует на массив пород, в связи с чем в расчетах необходимо применять физические характеристики массива. Разрушение его происходит путем отрыва и сдвига. По этому в расчетах разрушейия взрывом используют пределы проч
ности пород при растяжении и сдвиге с учетом анизотропии пород. Если взрыв производят, например, в скважинах, пробуренных перпендикулярно к слоистости, то сдвиг происходит вдоль слоев, а отрыв — перпендикулярно к слоям. Поэтому в расчет надо включать тсд, ||И ар1. Так как процесс взрывания носит ударный характер, в расчетах должны быть использованы динамические параметры пород.
|
|
Т а б л и ц а 8.2 |
|
Механизм разрушения пород взрывом |
|
Акустическая |
|
Основном Фактор, |
жесткость |
Пор оды |
|
2- 10-°, |
вызывающий разрушен |
|
кг/(м2- с) |
|
|
0 ,2 -5 |
Рыхлые и связные |
Расширяющиеся газы |
5—15 |
Полуовальные |
Ударные и упругие волны и газы |
15 -25 |
Скальные |
Ударные и упругие волны (прямые и |
|
|
отраженные) |
В |
простейшем |
|
случае |
у д е л ь н у ю э н е р г и ю |
р а з |
|
р у ш е н и я |
в з р ы в о м |
можно представить в следующем |
||||
виде: |
|
|
|
|
|
|
L ~ |
2 \ 2Е |
' 2G |
-jjr [tfp + 2 (1 + V) Тсдв]* |
(8.57) |
||
|
|
|
||||
Так как тсдв > |
ор, эффективность разрушения взрывом в основ |
ном определяется пределом прочности породы при сдвиге. Опти мальные условия, взрыва бывают тогда, когда сдвиг происходит
ВДОЛЬ СЛОИСТОСТИ, ибо ТСД1!|| < т сд в 1 .
Степень дробления породы взрывом зависит прежде всего от ее сопротивления действию взрыва, что характеризуется у д е
л ь н ы м р а с х о д о м взрывчатого вещества (ВВ) |
(в г/м3), |
||
необходимым |
для достижения заданного |
эффекта дробления. |
|
В практике производства горных работ выделяют заряды, |
|||
образующие |
воронку н о р м а л ь н о г о |
в ы б р о с а |
(в ре |
зультате взрыва из воронки удаляется вся порода), и заряды, приводящие к н о р м а л ь н о м у д р о б л е н и ю (порода дробится в объеме воронки, но не выбрасывается).
Удельный расход ВВ в последнем случае составляет 7з удель ного расхода ВВ при зарядах нормального выброса.
Для определения удельного расхода ВВ применительно к кон кретным породам используют различные шкалы и классифи кации пород по взрываемости, например шкалу Союзвзрывпрома, в которой породы разделены на 16 категорий по удельному рас ходу аммонита № 9, создающему воронку нормального выброса.
Широко применяется также Единая классификация пород по буримости и взрываемости проф. А. Ф. Суханова.
Строгий аналитический расчет удельного расхода ВВ в на стоящее время затруднен, так как не существует математического описания зависимости эффективности взрывания от физикотехнических характеристик Пород в массиве. Вместе с тем много численные наблюдения и производственный опыт указывают на возможность относительной оценки сопротивления пород взрыванию и составления расчетной шкалы взрываемости, основванной на механических параметрах пород.
Длк |
расчета о т н о с и т е л ь н о г о у д е л ь н о г о р а с |
х о д а |
ВВ приняты следующие исходные положения: |
1.Энергия взрыва (а следовательно, и расход ВВ) при дро
блении породы затрачивается на создание новых поверхностей с преодолением пределов прочности породы при сжатии асж, сдвиге тсдп и растяжении сгр. Доля участия сжимающих, сдвига ющих и растягивающих напряжений в дроблении при различных видах и условиях взрывания неодинакова. Для относительной оценки взрываемости пород можно принять, что их участие во взрыве одинаково. Таким образом, удельный расход q является функцией срх прочностных параметров пород:
(8.58)
2. Расход энергии взрыва на дробление породы пропорцио нален площади вновь создаваемых свободных поверхностей; которая, в свою очередь, зависит от степени дробления я, т. е.
от соотношения средних линейных размеров отдельности /ср и куска взорванной породы dcp, т. е.
(8.59)
С увеличением степени дробления п практически пропор ционально увеличивается удельный расход ВВ. Обычно в прак тике взрывания п = 1 -f- 5. В отдельных случаях, например при dcp= 0,1 -j- 0,25 м, когда естественные отдельности не дро бятся и порода разрушается взрывом на сотрясение, величина п
может |
быть меньше |
единицы. |
3. |
Влияние трещиноватости третьего порядка на удельный |
|
расход ВВ имеет сложный характер: в целом оно учитывается |
||
коэффициентом трещиноватости К тр. |
||
В |
трещиноватом |
массиве неизбежны потери энергии ВВ. |
Поверхности раздела могут иногда полностью отражать волны напряжений или резко ослаблять их. В общем случае эти по тери можно принять равными 20% от общего количества энергии взрыва и дополнительный расход ВВ можно учесть коэффициен том 1,2. Вместе с тем следует учитывать, что развитая трещино ватость массива сокращает расход ВВ на создание новых поверх ностей. С трещиноватостью связаны также потери энергии (рав ные в среднем 20%) на взаимное перемещение кусков без их
дробления. Таким образом, удельный расход ВВ является функцией трещиноватости:
<7= cp3(tfTp). |
(8.60) |
4. Энергия взрыва расходуется также на преодоление силы тяжести и придание кускам взорванной породы кинетической анергии. Такой расход энергии пропорционален объемному весу породы у:
0 = <MY). |
(8.61) |
Анализируя |
все зависимости q [уравнения (8.59)—(8.61)], |
можно получить |
конечную зависимость расчетного удельного |
расхода эталонного ВВ (№ 6 ЖВ) от физических свойств породы:
<7э = 2 (асж + тсдв+ ор) 10"7 + 2у • КГ4. |
(8.62) |
Рассчитанный по данной формуле эталонный удельный рас ход ВВ для большинства взрываемых горных пород изменяется от 5 до 50 г/м3, достигая в особых случаях для внекатегорных пород 70—100 г/м3.
В соответствии с изложенным все горные породы по трудно сти дробления взрывом (по величине эталонного удельного рас хода ВВ) могут быть разделены на пять классов и 25 категорий
(см. |
приложение 42). |
1 |
класс — легковзрываемые породы; дэ ^ 10 г/м3; катего |
рии |
1—5; |
IIкласс — породы средней трудности взрывания; дэ = 10,1 -f- -f-20 г/м3; категории 6—10;
|
НГ класс — трудновзрываемые |
породы; |
дэ = 20,1 -f- 30 г/м3; |
|||
категории 11—15; |
трудновзрываемые |
породы; |
дэ = 30,1 -f- |
|||
~ |
IV класс — весьма |
|||||
40 г/м3; категории |
16—20; |
трудновзрываемые породы; дэ = |
||||
= |
V класс — исключительно |
|||||
40,1 -f- 50 г/м3; категории |
21—25. |
|
использован |
|||
|
Эталонный удельный расход |
ВВ может быть |
не только для классификации горных пород по степени трудности
их дробления |
взрывом. |
Он является также |
основой для пред |
||||
варительного |
расчета |
технологии |
взрывания |
и |
фактического |
||
расхода ВВ |
на |
взрывание. |
|
|
|
|
|
В действительности размещение зарядов ВВ в массиве нерав |
|||||||
номерное и не соответствует схеме эталонного взрыва. |
|||||||
Для учета всех реальных факторов, связанных |
со взрывом, |
||||||
на основе эталонного |
удельного |
расхода |
ВВ |
устанавливают |
|||
п р о е к т н ы й |
у д е л ь н ы й р а с х о д |
ВВ |
дп: |
|
|||
Qn ~ (/э^ВВ^д^с. з&у^с. п #тр, |
|
|
|
(8.63) |
где квв — переводной коэффициент от аммонита № 6 ЖВ к прак тически используемому ВВ; /сд — коэффициент, учитывающий
требующуюся в данных условиях степень дробления; /сс. 3 — коэффициент, учитывающий фактически принимаемую степень сосредоточения зарядов ВВ, т. е. форму заряда в массиве, отлич ную от принятой при определении q3; к у — коэффициент, учи тывающий влияние объема взрываемой породы на проектный
расход ВВ; кс, п — коэффициент, учитывающий число |
свободных |
||
поверхностей |
взрываемой части массива; |
К тр — коэффициент тре |
|
щиноватости. |
|
|
|
Общую массу заряда пг определяют по различным формулам, |
|||
используя qn. |
с о с р е д о т о ч е н н ы х |
з а р я д а х |
расчеты |
Так, при |
ведутся исходя из предположения, что при взрыве образуется нормальная воронка взрыва. Объем такой воронки (при радиусе г = W) примерно равен кубу линии наименьшего сопротивления W (кратчайшее расстояние от центра заряда до ближайшей обна
женной поверхности), поэтому общая масса заряда |
тп для нор |
мального выброса составит |
|
m = f(n) qtlW3, |
(8.04) |
где / (п) ^ 1 — функция показателя действия взрыва, завися-»
щая |
от |
множества |
факторов; |
п = |
Для |
зарядов рыхления |
||
(выброс |
породы |
из |
воронки |
практически |
отсутствует) |
/ (п) — |
||
= 0,33. |
расчете |
у д л и н е н н ы х |
з а р я д о в , расположенных |
|||||
При |
||||||||
параллельно обгЩженной поверхности, используют |
формулу |
|||||||
Г. П. Демидюка |
иь |
П. П. Назарова: |
|
|
|
|||
m = f(n)qn(W4 + W3), |
|
|
|
(8.65) |
||||
где |
I — длина |
заряда. |
|
|
|
|
||
Для взрывания серии удлиненных зарядов предложен расчет |
||||||||
исходя из разрушаемого одним зарядом объема породы: |
|
|||||||
m — cjW aH, |
|
|
|
|
|
(8.66) |
где а — расстояние между смежными удлиненными зарядами, м;
Н — высота уступа, м. |
|
При |
осуществлении к о р о т к о з а м е д л е и н о г о в з р ы |
в а н и я |
(последовательного взрывания серии или отдельных |
зарядов с интервалами в тысячные доли секунды) производят расчет интервала замедления, наиболее благоприятного для Достижения максимального дробления.
Экспериментально установлена следующая формула расчета интервала замедления t, учитывающая его зависимость от акусти
ческой жесткости |
z пород: |
|
t = ¥ £ w - |
+ 9,6, |
(8.67) |
У 2 |
|
|
где величина z имеет размерность т/(м2*с).
8.8. Вторичное дробление пород в забое
Использование разнотипного оборудования для выемки, пере мещения и дробления разрушенных пород накладывает определен ные ограничения на максимальные линейные размеры кусков. Принято руководствоваться следующими зависимостями между характерными параметрами горного оборудования и линейными размерами максимальных (кондиционных) кусков.
Допустимый максимальный размер кусков d, обусловленный емкостью ковша V экскаватора или погрузчика
d, |
0,75 ¥ V |
(8.68) |
v 2. |
Допустимый размер кусков, |
обусловленный емкостью ку |
зовов вагонов, вагонеток и самосвалов, непосредственно не учи тывается, поскольку емкость кузова F Kдолжна в 3—4 раза и бо лее превышать емкость ковша экскаватора или погрузчика. Однако с целью снижения разрушающих ударных нагрузок на днище кузова при загрузке его ориентировочно полагают
допустимым размер кусков |
|
d sc 0,5 У Т К. |
(8.69) |
3. Допустимый размер кусков при погрузке |
нороды в пере |
грузочные бункера, приемные воронки дробилок, грохотов и т. п.
|
|
(0,75 |
0,8) 6, |
|
|
|
|
|
(8.70) |
||
где |
Ь — меньшая |
сторона |
приемного |
отверстия |
бункера |
или |
|||||
дробильной |
установки. |
кусков |
при |
погрузке |
на |
конвейер |
|||||
|
4. Допустимый |
размер |
|||||||||
|
d ^ |
0,55 —0,1, |
|
|
|
|
|
|
(8.71) |
||
где |
В — ширина ленты конвейера, |
м. |
|
|
|
|
|||||
|
Куски породы, имеющие размеры больше указанных, назы |
||||||||||
ваются |
н е г а б а р и т а м и |
и подлежат измельчению |
в забое. |
||||||||
Выход |
негабарита — понятие |
относительное, определяемое |
ем |
||||||||
костью погрузочно-транспортного оборудования. |
крупных |
не |
|||||||||
|
В т о р и ч н о е |
д р о б л е н и е |
(разрушение |
габаритов) осуществляют обычно взрывным способом. В разру шаемом куске породы пробуривают шпур, закладывают заряд и производят взрывание. В таких случаях используют ранее рассмотренные применительно к взрыванию массива положения.
Наряду со взрывным разрушением в практику горного дела внедряются н е м е х а н и ч е с к и е м е т о д ы дробления нега баритов. Один из наиболее известных способов разрушения пород — это раскалывание негабарита н а г р е в о м его лю бым источником тепла, располагаемым на поверхности или в уг лублении (в шпуре). По одному из этих методов разрушение про изводится сжиганием кусков термита, помещенных в небольших
шпурах. Хорошие результаты получены при разрушении рого виков, джеспиллитов и кварцитов.
Метод создания разрушающих напряжений в куске горной породы нагреванием его электрической дугой опробован на пес чанике, мраморе и гранит-порфирах как в лабораторных условиях, так и в карьерах. Под воздействием тепла электрической дуги порода раскалывается через несколько минут. Расход энергии при этом сравнительно небольшой.
Если источник тоила расположен на поверхности куска породы, то рас чет энергоемкости такого процесса разрушения сводится к задаче нагрева источником тепла постоянной мощности некоторого иолубесконечного твер дого тела (части большого тела с одной ярко выраженной поверхностью).
Решение дифференциального уравнения теплопроводности для таких условий дает следующую формулу для определения температуры породы в любой точке:
(8.72)
где Т, Ts и Т0 — соответственно температура в точке, удалепной на расстоя ние d от поверхности нагрева; температура поверхности породы в процессе
нагрева; первоначальная температура породы; Ф — функция |
интеграла |
вероятностей; а — температуропроводность породы; t — время |
нагрева |
породы.
Если до одной и той же температуры порода нагревается в двух точках, удаленных от поверхности, на различных расстояниях d x и d2i то
<h _ |
d% |
(8.73) |
|
2 V ati |
2V at2 |
||
|
Отсюда отношение времени нагрева этих, точек t1 и t2\
Таким образом, время, необходимое для нагрева какой-то точки до определенной температуры, прямо пропорционально квадрату ее расстояния от нагреваемой поверхности (рис. 8.9).
Из уравнения-(8.73) следует также, что время нагрева породы обратно пропорционально ее температуропроводности, а по скольку с глубиной резко возрастает время нагрева породы, то тепло, поглощаемое породой, скапливается в основном в неко тором ее объеме (рабочем теле), размеры которого определяются временем нагрева и температуропроводностью породы.
Если представить, что тепловые свойства породы во всех направлениях одинаковы, то поверхность рабочего тела будет близка по форме к полусфере (рис. 8.10). Расширение этого тела приводит к расколу породы. Очевидно, чем больше относи тельные размеры этого тела и чем оно ближе к клиновидному, тем легче произойдет разрушение породы. Поэтому при разру шении негабарита высокая температуропроводность и слоистость
пород, иаправлеппая вдоль требуемой плоскости раскола, играют положительную роль.
Так как термические напряжения в пористой породе ниже, чем в плотной мало пористой, то, как правило, разрушение, ^акже как и термическое бурение (см. раздел 8.4), рыхлых выветрелых и сильно пористых пород (группы 2.п и 3.п) термическим способом неэффективно, несмотря на то, что одновременно со
Рис 8.9. Типичные кривые изме нения температуры в зависимости от нагрева:
1 — при глубине 1 см от поверх ности; 2 — при глубине 2 см
5
Рис . 8.10. Форма рабочего тела при нагреве от температуры т0 до Г,:
а — массивная порода; б — слои стая
снижением термических напряжений уменьшается и прочность пород.
Разрушение негабаритов горных пород можно осуществлять
также э л е к т р и ч е с к и м и |
м е т о д а м и (см. раздел 8.5). |
Широко применяют метод |
т о к о в п р о м ы ш л е н н о й |
ч а с т о т ы . |
|
Часто с целью снижения величин применяемых напряжений электрического тока электроды располагают на одной поверх ности на небольшом расстоянии друг от друга (см. рис. 8.4, б).
Разрушение таким способом, ввиду приповерхностного нагре ва, менее эффективно, чем при расположении элетродов с проти воположных сторон, однако в этом случае на электродах доста точно иметь напряжение порядка 100—200 В.
В ы с о к о ч а с т о т н ы й к о н т а к т н ы й с п о с о б раз рушения негабаритных кусков железистого кварцита при частоте _поля 0,5—2 МГц неоднократно испытывали на карьерах начи ная с 1958 г. Опыты показали возможность успешного разрушения
кусков |
железной |
руды, |
гранитов, |
полиметаллических |
руд |
данным |
способом. |
Время |
разрушения |
кусков составляло |
от 5 |