Гoрная пoрoда предcтавляет coбoй неoднoрoднoе твердoе телo cлoжнoй cтруктуры. Механизм ее разрушения бoлее cлoжен, чем механизм разрушения прocтых oднoрoдных твердых тел. Механизм же разрушения гoрной породы под дейcтвием взрывной нагрузки, которая резко изменяетcя во времени и проcтранcтве, отличаетcя чрезвычайной cложноcтью.
В наcтоящее время cущеcтвующие проекты буровзрывных работ оcнованы на эмпиричеcких методах давних лет, которые не учитывают характериcтики cовременных ВВ. В результате значительная часть ресурсов уходит в отсев и негабарит. Поэтому необходимо создавать новые ресурсосберегающие технологии.
Развитие и совершенствование технологии добычи на карьерах связано с повышением эффективности буровзрывных работ (БВР), которые являются одной из важнейших составляющих современной технологии подготовки горной массы. В таких условиях возросла роль качества подготовки взорванной
горной массы и требуемой степени дробления пород, обеспечивающей ритмичную работу погрузочной техники. Важным резервом повышения эффективности БВР является возможность управления результатами отбойки в зависимости от изменения горно-геологических и технических условий, и исключение повреждений охраняемых объектов.
Опыт взрывных работ на карьерах свидетельствует о том, что за счет учета реальных условий ведения работ и регулирования качества дробления могут быть значительно улучшены основные технико-экономические показатели отбойки. Их обоснование должно базироваться как на совокупной оценке основ ных влияющих природных и тех-ногенных факторов, так и на учете неизбежных на практике существенных отклонений фактических параметров от их проектных значений. Решение такой задачи невозможно без расчетов геометрических параметров расположения зарядов, их массы, применяемых взрывчатых материалов (ВМ), размеров опасных зон, трещиноватости пород, обводненности и других природных факторов.
Рис. 1. БВР на Дуфферинском карьере (Канада)
В наcтоящее время cущеcтвующие проекты буровзрывных работ оcнованы на эмпиричеcких методах давних лет, которые не учитывают характериcтики cовременных ВВ. В результате значительная часть ресурсов уходит в отсев и негабарит. Поэтому необходимо создавать новые ресурсосберегающие технологии.
Развитие и совершенствование технологии добычи на карьерах связано с повышением эффективности буровзрывных работ (БВР), которые являются одной из важнейших составляющих современной технологии подготовки горной массы. В таких условиях возросла роль качества подготовки взорванной
горной массы и требуемой степени дробления пород, обеспечивающей ритмичную работу погрузочной техники. Важным резервом повышения эффективности БВР является возможность управления результатами отбойки в зависимости от изменения горно-геологических и технических условий, и исключение повреждений охраняемых объектов.
Опыт взрывных работ на карьерах свидетельствует о том, что за счет учета реальных условий ведения работ и регулирования качества дробления могут быть значительно улучшены основные технико-экономические показатели отбойки. Их обоснование должно базироваться как на совокупной оценке основ ных влияющих природных и тех-ногенных факторов, так и на учете неизбежных на практике существенных отклонений фактических параметров от их проектных значений. Решение такой задачи невозможно без расчетов геометрических параметров расположения зарядов, их массы, применяемых взрывчатых материалов (ВМ), размеров опасных зон, трещиноватости пород, обводненности и других природных факторов.
К приоритетным направлениям расчета перечисленных параметров взрыва следует отнести выбор рациональной конструкции скважин-ных зарядов ВВ (таких как рассредоточенный или комбинированный заряды), использование низкобризантных ВВ, схем взрывания и т.д. Увеличение крепости пород ведет к повышению удельного расхода ВВ, что негативно сказывается на выходе переизмельченного продукта. Обводненность пород не позволяет использовать низкобризантные ВВ типа игданит и отдельные конструкции скважинных зарядов, например с воздушными промежутками [1]. При производстве взрывных работ на карьерах наблюдается также выход негабаритных фракций, размеры которых могут не удовлетворять требованиям последующих технологических стадий производства. Выход негабарита - понятие относительное, определяемое емкостью погрузочно-транспортного оборудования. Выход негабарита приводит к поломке и простоям транспортно-погрузочного оборудования, а также требует проведения вторичного дробления. Обычно применяется основной метод вторичного дробления негабаритов (метод накладных зарядов). Метод требует большого удельного расхода ВВ, что приводит к образованию интенсивных воздушно-ударных волн, воздействие которых может привести к негативным последствиям для находящихся на пути распространения УВВ зданий и сооружений.
Следовательно, существующие технологии требуют учета установленных фактов разрушения горных пород при совершенствовании качества взрывной подготовки горной массы на карьерах.
На рис. 1 и 2 показаны технологии БВР на Дуфферинском карьере (Канада) и в Каменногорске (Ленинградская область). Из рисунков видно, что зарубежные технологии БВР более эффективны, чем технологии, применяемые в России. В результате, используемые в настоящее время отечественные технологии взрывного разрушения горных пород по качеству дробления, разбросу разрушенной породы и выходу негабаритов и мелкодисперсной фракции и т.п. уступают технологиям, применяемым на западных горнодобывающих предприятиях.
Рис. 2. БВР в Каменногорске (Ленинградская обл.)
В настоящей работе рассматривается взрывное разрушение горных пород, обеспечивающее уменьшение выхода мелкой фракции и негабаритов, основанное на рассмотрении физических процессов взрывного разрушения, которое необходимо внедрять и использовать при разрушении горных пород.
При взрывании зарядов различных ВВ характер разрушения в ближней зоне неодинаков. Меньшая доля энергии остается в среде при взрыве тех ВВ, у которых меньше скорость детонации. А увеличение скорости детонации сопровождается резким увеличением объемной энергии диссипации разрушения в непосредственной близости от заряда [2]. Данная энергия при взрывном разрушении необратимо расходуется на нагревание частиц породы в ближней зоне и образование трещин, а также их слияние, что, в свою очередь, приводит к образованию кусков разрушенной горной массы. Таким образом, на формирование механических возмущений расходуется только часть энергии взрыва, оставшаяся после исключения из общей энергии взрыва энергии диссипации.
Рис. 3. Статические и ударные адиабаты
Рис. 4. Тангенциальные составляющие волны напряжения и энергия диссипации
Следовательно, существующие технологии требуют учета установленных фактов разрушения горных пород при совершенствовании качества взрывной подготовки горной массы на карьерах.
На рис. 1 и 2 показаны технологии БВР на Дуфферинском карьере (Канада) и в Каменногорске (Ленинградская область). Из рисунков видно, что зарубежные технологии БВР более эффективны, чем технологии, применяемые в России. В результате, используемые в настоящее время отечественные технологии взрывного разрушения горных пород по качеству дробления, разбросу разрушенной породы и выходу негабаритов и мелкодисперсной фракции и т.п. уступают технологиям, применяемым на западных горнодобывающих предприятиях.
Рис. 2. БВР в Каменногорске (Ленинградская обл.)
В настоящей работе рассматривается взрывное разрушение горных пород, обеспечивающее уменьшение выхода мелкой фракции и негабаритов, основанное на рассмотрении физических процессов взрывного разрушения, которое необходимо внедрять и использовать при разрушении горных пород.
При взрывании зарядов различных ВВ характер разрушения в ближней зоне неодинаков. Меньшая доля энергии остается в среде при взрыве тех ВВ, у которых меньше скорость детонации. А увеличение скорости детонации сопровождается резким увеличением объемной энергии диссипации разрушения в непосредственной близости от заряда [2]. Данная энергия при взрывном разрушении необратимо расходуется на нагревание частиц породы в ближней зоне и образование трещин, а также их слияние, что, в свою очередь, приводит к образованию кусков разрушенной горной массы. Таким образом, на формирование механических возмущений расходуется только часть энергии взрыва, оставшаяся после исключения из общей энергии взрыва энергии диссипации.
Рис. 3. Статические и ударные адиабаты
На рис. 3 показано, как из начального состояния среды А (Ро - начальное давление, Vo- начальный объем) под действием ударного сжатия параметры среды изменяются до состояния А1 (Р1 - давление, V1- объем) или А2 (Р2 - давление, V2 - объем).
Под состоянием А2 понимается более бризантное ВВ, а под состоянием А2 менее бризантное ВВ. Нагрузка происходит по ударной адиабате. Из состояний А1 и А2 после прохождения фронта происходит разгрузка частиц. Разгрузка описывается статической адиабатой. Таким образом, существует разность между энергией, запасенной на фронте, и энергией разгрузки. Эта разность энергии (заштрихованная область) для ВВ с высокими детонационными параметрами А-А2-С и для ВВ с низкими детонационными параметрами А-А1-В, что называется энергией диссипации. Она является остаточной внутренней энергией частиц после прохождения фронта. Отсюда видно, что ВВ с высокими детонационными параметрами теряет больше энергии, чем ВВ с низкими детонационными параметрами [3].
Зная энергию диссипации, можно определить энергию, участвующую в механической работе, оценить радиальные и тангенциальные составляющие волн напряжения и на их основе рассчитать зоны трещинообразования, дробления и переизмельчения.
Рис. 5. Радиусы зон трещинообразования и откола при массовом взрыве
Выбор расстояния (рис. 5) между рядами скважин и расстояния между скважинами необходимо осуществлять на основе совмещения зон трещинообразования, получаемых при взрыве двух скважинных зарядов. Зона трещинообразования определяется равенством тангенциального напряжения динамическому пределу прочности на отрыв, Выбор линии наименьшего сопротивления необходимо осуществлять на основе определения и сложения зоны трещинообразования с отколь-ной зоной. Для уменьшения выхода негабарита в пространстве между первым рядом скважин и откосом уступа необходимо создание гладкого откоса уступа. С этой целью можно применять предварительное щелеобразование. Таким образом, можно оптимизировать грансостав разрушенной горной массы, уменьшить выход мелких фракций и негабарита и осуществить выбор нужного типа ВВ.
Литература
1. Ефремов Э.И., Пономарев А.В. Технология формирования скважинных зарядов ВВ и отбойки обводненных горных пород // Взрывное дело. 2007. Вып. 5. С. 33-40.
2. Менжулин М.Г., Бровин В.Е. Энергетическая эффективность разрушения горных пород при взрыве ВВ с различными детонационными характеристиками // Записки Горного института. 2007. Т. 171. С. 121 -125.
3. Менжулин М.Г., Афанасьев П.И., Трофимов А.В. Влияние детонационных параметров взрывчатых веществ на энергетическую эффективность взрывного разрушения горных пород // Записки Горного института. 2010. Т. 186. С. 63-70.
М.Г. Менжулин, д-р техн. Наук (Санкт-Петербургский государственный горный институт)
Г.И. Коршунов, д-р техн. наук
А.А. Журавлев, президент Ассоциации «Недра»
П.И. Афанасьев, аспирант
Статья из "Журнала современных строительных технологий "Красная линия" № 51, 25 марта 2011 г.
Г.И. Коршунов, д-р техн. наук
А.А. Журавлев, президент Ассоциации «Недра»
П.И. Афанасьев, аспирант
Статья из "Журнала современных строительных технологий "Красная линия" № 51, 25 марта 2011 г.
