книги / Технология и безопасность взрывных работ
..pdf6.3.3. Расчет скважинных зарядов выброса
При расчете зарядов выброса принимается, что масса заряда ВВ пропорциональна объему взорванной породы.
Величину заряда выброса Q (кг) можно определить по
формулам:
при W < 25 м: Q = q · W3 (0,4 + 0,6 n3);
при W = 25–40 м: Q = q · W 3 (0,4 + 0,6 n3)·√ (W / 25).
Значение удельного расхода ВВ q (кг/м3) установлено опытным путем и приведено в табл. 6.3 для зарядов нормального выброса и зарядов рыхления для аммонита 6ЖВП работоспособностью 300 см3. При применении другого ВВ необходимо значение q умножить на поправочный коэффициент, равный отношению работоспособности аммонита 6ЖВП к работоспособности применяемого ВВ.
|
|
|
|
Таблица 6.3 |
Удельный расход аммонита 6ЖВП для зарядов |
||||
|
нормального выброса и зарядов рыхления |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Категория |
Удельный расход ВВ (аммонит 6ЖВП), q кг/м3 |
|
Коэффициент |
|
породы |
для зарядов |
для зарядов рыхления |
крепости |
|
по шкале Союз- |
нормального |
при минных штольнях |
|
|
взрывпрома |
выброса |
и шурфах |
0,3 |
|
I |
0,71 |
– |
0,5 |
|
II |
0,79 |
– |
0,5 |
|
III |
0,83 |
– |
0,6 |
|
IV |
0,87 |
– |
0,8–1,0 |
|
V |
0,87 |
0,29 |
1,5–2,0 |
|
VI |
0,87 |
0,29 |
3–4 |
|
VII |
1,12 |
0,37 |
5–6 |
|
VIII |
1,12 |
0,37 |
5–6 |
|
IX |
1,25 |
0,42 |
5–6 |
|
X |
1,25 |
0,42 |
8–10 |
|
XI |
1,50 |
0,50 |
8–10 |
|
XII |
1,62 |
0,54 |
12–14 |
|
XII |
1,75 |
0,58 |
12–14 |
|
XIV |
2,00 |
0,67 |
16–20 |
|
XV |
2,12 |
0,71 |
16–20 |
|
XVI |
2,25 |
0,75 |
241
Взрывание на выброс применяют главным образом при проведении канав, котлованов и траншей различного назначения. Заряды выброса располагают на расстоянии a = 0,5W (n + 1) (м) один от другого, чтобы при совместном действии они образовали выемку сровнойподошвой.
Для достижения направленного выброса породы заряды располагаются в два-три ряда вдоль оси траншеи и ряды взрывают последовательно с интервалом замедления от 0,5 до 6 с, в зависимости от величины W (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Схема выемки при направленном действии зарядов выброса
Первым взрывают ряд, расположенный у нерабочего борта, на который требуется выбросить породу. Масса зарядов ВВ последующих рядов по мере удаления от открытой поверхности увеличивается в 1,5–2,5 раза.
При направленном взрывании в плотных грунтах и в породах средней крепости применяют метод наклонных скважинных зарядов (рис. 6.6).
Рис. 6.6. Схема расположения наклонных скважин с зарядами для направленного выброса
242
Первые два ряда скважин, образующих вруб, взрывают с замедлением 50–100 мс, следующий ряд – с замедлением 250–400 мс, а далее ряд за рядом с интервалом 150–250 мс.
6.3.4. Регулирование степени дробления горных пород
Профессор Б.Н. Кутузов [3] выделяет две основные зоны взрывного разрушения горных пород:
1.Зона регулируемого дробления, где имеет место прямое взрывное действие на породу, и, зная ее свойства, можно изменением параметров взрывного воздействия менять интенсивность разрушения породы в этой зоне.
2.Зона нерегулируемого дробления, в которой разрушение происходит вследствие механических соударений. При этом дробление зависит от ширины и направления трещин, размеров микродефектов, масштаба взрыва и т.д., что поддается регулированию в ограниченном объеме.
Регулирование воздействия взрыва одиночного заряда ВВ на горный массив в зоне регулируемого дробления обеспечива-
ется за счет изменения:
1) удельного расхода ВВ;
2) диаметра заряда;
3) типа применяемого ВВ;
4) конструкции заряда;
5) направления инициирования сплошного заряда;
6) порядкаинициированиячастейрассредоточенного заряда;
7) качества и длины забойки.
Регулирование воздействия взрыва группы зарядов на массив в зоне нерегулируемого дробления обеспечивается за счет изменения:
1) сетки расположения и числа рядов скважин;
2) интервалов замедления и последовательности взрывания зарядов во взрываемом блоке – применения короткозамедленного взрывания (КЗВ);
243
3)высоты уступа;
4)схемы расположения скважин на уступе.
Параметры регулирования дробления можно также разделить на два класса:
1.Первый класс позволяет обеспечить дробление любой интенсивности:
1) удельный расход ВВ;
2) диаметр скважин;
3) сетка расположения скважин.
2.Второй класс параметров позволяет изменить интенсивность дробления в ограниченных пределах, при этом не исключающих выход крупной негабаритной фракции, уменьшая
еена 10–20 %:
1)тип ВВ;
2)конструкция зарядов (рассредоточенные с породными, водяными или воздушными промежутками);
3)рассредоточенные заряды с КЗВ отдельных частей;
4)обратное инициирование сплошных зарядов;
5)парносближенные скважины;
6)увеличение высоты уступов;
7)взрывание в «зажатой» среде;
8)предварительное закрытие трещин опережающим взрывом по контуру взрываемого блока.
Рассмотрим более подробно регулирование основных параметров взрыва для получения требуемой (проектной) степени дробления горных пород.
1. Удельный расход ВВ и диаметр заряда
Установлено, что при увеличении удельного расхода ВВ q дробление массива сначала интенсивно усиливается, а затем наступает состояние насыщения массива энергией взрыва и она расходуется бесполезно на повышенный разброс породы.
Увеличение интенсивности при этом прекращается, и кривая изменения выхода негабарита становится почти параллельной оси абсцисс (рис. 6.7).
244
Рис. 6.7. Изменение объема выхода негабарита VН (%) в зависимости от удельного расхода ВВ q (кг/м3) для разных диаметров зарядов (d1 < d2): 1 – выход негабарита из зоны 2 при диаметре заряда d1; 2 – выход негабарита из зоны 2 при диаметре заряда d2
Выполаживание кривой дробления также будет происходить из-за влияния зоны 2 (зона нерегулируемого дробления), размеры которой с некоторого значения удельного расхода q не изменяются.
В трещиноватом массиве трещины экранируют распространение энергии взрыва и уменьшают возможность дробления. При меньшем диаметре заряда ВВ трещины меньше экранируют распространениеэнергиивзрываидроблениеулучшается.
При меньшем диаметре заряда (dЗ < 150 мм) кривая пойдет ниже и в некоторых случаях может достигнуть оси абсцисс (при этом выход негабаритных фракций равен 0).
При большем диаметре заряда (dЗ > 250 мм) кривая пойдет выше и при любом удельном расходе ВВ не удается получить нулевой выход негабарита, т.е. всегда будет иметь выход негабарита VH1 и VH2 из зоны нерегулируемого дробления.
Точка пересечения обеих кривых с осью VН соответствует процентуестественныхнегабаритныхотдельностеймассивадовзрыва.
245
На практике при определении рациональных q кривые на графиках заменяют отрезками прямых. При этом точность результатов снижается на 15–20 %.
Для современных карьеров и рудников наблюдается тенденция к увеличению удельных расходов ВВ с 0,4–0,5 кг/м3 до
0,7–0,9 кг/м3.
2.Диаметр заряда, линия наименьшего сопротивления
исетка расположения скважин
Для каждой категории пород существует линейная зависимость между ЛНС (W) и диаметром скважины dЗ: W = k · dЗ, угол наклона которой уменьшается с увеличением крепости и блочности пород.
С увеличением диаметра заряда dЗ и W при условии постоянного удельного расхода ВВ q выход крупных фракций VН при взрыве также повышается вследствие увеличения количества отдельностей, слагающих массив, попадаю-
щий в зону нерегулируемого дробления (рис. 6.8).
Уменьшая диаметр заряда dЗ, можно добиться, чтобы все отдельности попали в зону регулируемого дробления. Поэтому диаметр заряда относится к одному из наиболее мощных параметров регулирования степени дробления.
При однорядном взрывании коэффициент сближения скважин m = a/W для обеспечения интенсивного дробления пород должен находиться в диапазоне 0,8–1,0.
При многорядном взрывании наилучшее дробление массива обеспечивается при m = 1,2. При m > 1,5 исчезает взаимодействие между соседними зарядами и каждая скважина образует индивидуальную воронку взрыва.
246
В породах ниже средней крепости (f < 7) для снижения себестоимости отбойки следует снижать расходы на взрывание за счет использования более дешевых ВВ, в крепких породах (f > 14) – снижать себестоимость бурения за счет применять более производительных средств и способов бурения.
В связи с усложнением условий взрывания при увеличении глубины карьеров предполагаются переходы:
1) от использования вертикальных скважин большого диаметра к наклонным скважинам среднего (200 мм) и уменьшенного (150 мм) диаметров;
2) от тяжелых станков для скважин диаметром 250–320 мм на высокопроизводительные станки для бурения наклонных скважин диаметром 150–200 мм.
3. Конструкция заряда
Конструктивно скважинный заряд ВВ может быть сплошным и рассредоточенным – с воздушными и/или породными промежутками между зарядами ВВ (рис. 6.9).
Рис. 6.9. Конструкция скважинного заряда и зона регулируемого дробления: а – сплошной заряд; б – рассредоточенный забойкой;
в– рассредоточенный воздушными промежутками
Урассредоточенного заряда основная масса ВВ расположена в нижней части, остальная часть – в середине и/или в верху скважины (рис. 6.10). В результате при равном выходе горной массы с 1 м скважины и одинаковом удельном расходе
247
ВВ улучшается эффективность разрушения горной массы за счет увеличения зоны регулируемого дробления и уменьшению выхода негабаритных кусков по сравнению со сплошным зарядом.
Рис. 6.10. Схема рассредоточения зарядов ВВ: a, в – для дробления крепких пропластков (II) в мягких породах (I); б, г – для дробления крепких пород (II) с мягкими пропластками (I)
При этом в неоднородных породах целесообразно выполнить рассредоточение таким образом, чтобы сам заряд ВВ располагался в наиболее трудно взрываемых участках породы. Необходимо отделить забойкой твердую часть массива (II) от мягкой (I), так как в этом случае действие заряда в твердой части массива наиболее эффективно.
4. Высота уступов
Сущность этого метода регулирования дробления в том, что несколько рядов скважин сразу бурят на величину двух или трех уступов и взрывают способом КЗВ (рис. 6.11).
248
Рис. 6.11. Схема взрывания высоких уступов: a – обычная порядная;б – с врубовыми рядами; 1–8 ряды скважин
При высоте уступа 10–15 м, перебуре 2–3 м и длине забойки 6–7 м коэффициент использования глубины скважины для размещения заряда ВВ, разрушающего массив, не превышает 50 %. С увеличением высоты уступа длина заряда растет.
При взрывании одной скважиной n уступов число скважин (перебуров и забоек) уменьшается на (n – 1), при этом одновременно увеличивается коэффициент использования скважин для размещения зарядов, разрушающих массив.
При увеличении высоты уступа с 15 до 75 м время действия взрыванамассивувеличиваетсяв1,7–2 раза, улучшаядробление.
Используя метод высоких уступов, можно реализовать следующую технологическую схему добычи:
1)бурение 5–10 рядов скважин глубиной 25–50 м;
2)заряжание скважин сплошными или рассредоточенными зарядами на длину, оставляя под забойку 6–7 м;
3)взрывание отдельных частей зарядов с замедлением 25–30 мс снизу вверх, причем при таком многорядном расположении скважин реализуется возможность взрывания на подпорную стенку из породы, разрушенной предыдущим взрывом.
5. Забойка скважин
Устья шпуров и скважин, оставшиеся свободными после размещения зарядов ВВ, заполняют забоечным материалом: глиной, песком, мелкойпородой, буровоймелочьюит.д. (рис. 6.12).
249
Рис. 6.12. Классификация применяемых забоек скважинных зарядов
Установлено, что забойка:
1)уменьшает потери энергии в процессе детонации заряда
иобеспечивает более полное протекание реакции взрыва;
2)увеличивает длительность воздействия газов взрыва на стенки зарядной камеры, повышается при этом интенсивность дробления породы и продолжительность вылета газов взрыва в атмосферу, чем снижает опасность воспламенения метановоздушной смеси в шахтах, опасных по газу и пыли;
3)уменьшает силу УВВ и разброс кусков породы. Качественная забойка повышает эффективность взрывания
на 10–15 %, причем наиболее эффективна забойка из песка или
250