Характеристика развала взорванной горной массы

В результате взрыва формируется развал взорванной горной массы, которая размещается в пределах буровой заходки и за ее пределами (отброшенная часть развала).

Размеры и формы развала взорванной горной массы, а также коэффициент разрыхления пород в развале зависят от параметров и условий взрывания: свойств пород, числа взрываемых рядов, высоты уступа, расстояния между скважинами в ряду и между рядами скважин, проектного удельного расхода ВВ, угла наклона скважин и горизонту, схемы МКЗВ, наличия и размеров полосы неубранной горной массы у откоса взрываемого уступа.

Изучение особенностей формирования параметров развала взорванной горной массы с оценкой смещения отдельных элементов взрываемой части уступов в пределах профиля развала показало, что дальность массового перемещения породы зависит от начальной скорости отрыва породы от поверхности откоса уступа.

Экспериментальными исследованиями процессов движения среди среды при взрыве скважинных зарядов установлено, что наибольшую начальную скорость приобретает участок массива на откосе уступа, расположенный на уровне, соответствующем середине колонки заряда ВВ под подошвой уступа [36].

Для технологической оценки качества подготовки к выемке взорванной горной массы используют не только средний размер куска породы в разряде, но и величину коэффициента разрыхления. В ходе проведенных экспериментов выявлены значительные колебания плотности взорванных пород по высоте и ширине развала. При взрывании на подобранный забой коэффициент разрыхления (К_Р) изменяется по ширине развала.

Наибольший коэффициент разрыхления наблюдается в отброшенной части развала, уменьшаясь по мере приближения от наиболее удаленной точки развала к целику. Для взрывания на неубранную горную массу характерно изменение величины К_р в направлении от верхней части развала, где он имеет наибольшее значение, к подошве уступа.

Такой характер изменения К_р по высоте и ширине развала является результатом закономерного уменьшения скоростей смещения отдельных частей взрываемого массива с удалением от обнаженных поверхностей, а также изменения структуры взорванной горной массы по крупности кусков в результате проявления эффекта «просеивания» мелких фракций [36]

Установление профиля развала и его размеров начинают с вычисления скоростей движения частиц (кусков) породы.

По данным А.С. Ташкинова, среднюю скорость смещения частиц породы на стенках зарядного намера (м/с) можно вычислить по формуле:

V_c = 4370–1050·l_ср, (3.30)

где l_ср – средний размер структурного блока в массиве, м.

Начальная скорость полета кусков породы составит, (м/с)[36]:

, (3.31)

где q₁ – удельный расход ВВ по первому ряду скважины, кг/м³; Δ – плотность ВВ, кг/м³.

Величину q₁ (кг/м³) можно найти из выражения:

q₁ = ή_o·q_п, (3.32)

где ή_о – коэффициент, учитывающий фактическое состояние откоса уступа (ή_о = 0,75 при h = 15 м; ή_о = 0,8 при 15 м < h ≤ 20 м.; ή_о = 0,85 при h > 20 м).

Значение показателя n₁ рассчитывают по формуле:

n₁ = 1,35 – 0,06·l_ср. (3.33)

Размерность величины l_ср та же, что и в формуле (3.30).

Величину откольной зоны h_о (м) над подошвой уступа устанавливают из выражения:

- при взрывании с перебуром:

h_о = 0,5·(l_вв – l_пер); (3.34)

- при взрывании с недобуром:

h_о = 0,5·(l_вв + l_н), (3.35)

где l_пер – длина перебура, м; l_н – длина недобура, м.

Максимальную дальность взрывного перемещения породы (ΔВ_о, м) при порядной схеме МК3В можно найти по таблице 3.19.

Таблица 3.19. Максимальная дальность перемещения породы при порядной схеме взрывания (по А. С. Ташкинову)

Для других схем соединения зарядов дальность взрывного перемещения породы (м.) рассчитывают по формуле:

ΔВ_ψ = ΔВ_о·(0,73 + 0,27·cоs2ψ), (3.36)

где ψ – угол, образованный линией откоса уступа и линией расположения одновременно взрываемых зарядов, град.

Для порядной схемы взрывания продольными рядами (рис.3.14, а) ψ = 0˚, для схемы с поперечными рядами (рис.3.14, е) ψ = 90˚; для диагональных и волновой развернутой схем (рис.3.14, ж, з, л, и) 0˚ < ψ ≤ 90˚; для волновой экранирующей (рис.3.14, к) 90˚< ψ ≤180˚; для порядно-врубовых и порядных через скважину (рис.3.14, б, в, г, д) ψ = 180˚.

Общая ширина развала взорванной горной массы с учетом ширины буровой заходки составит, м:

В_р = А_б + ΔВ_ψ – h_о·ctgα, (3.37)

где А_б – ширина буровой заходки, м.

А_б = W + b·(n_р–1). (3.38)

Расчетную ширину экскаваторной заходки (м) при использовании экскаваторов мехлопат находят по формуле:

А_э = (1.5÷1,7)·R_ч.у, (3.39)

где R_ч.у – радиус черпания экскаватора на уровне стояния (горизонта установки), м.

Общее число экскаваторных заходок, за которое отрабатывают развал, составит:

t = В_р / А_э. (3.40)

Полученное расчетом значение t округляют до ближайшего большого целого числа.

Для построения профиля развала (рис.3.15) по характерным точкам можно воспользоваться рекомендациями А.С. Ташкинова. Обычно в пределах развала выделяют 4–5 точек. Первую располагают на контакте с невзорванной частью массива (высота развала в ней равна h₁), вторая точка находится на расстоянии С от первой (С = 1,15·q₁·A_б), третья – вблизи внешнего контура буровой заходки, пятая – в самой удаленной точке развала, а четвертая – посредине между третьей и пятой. По подошве уступа находят расстояние x_i для каждой из точек (рис. 3.15) и вычисляют отношение m = x /B .

Отношение ширины буровой заходки к ширине развала:

n = A_б / В . (3.41)

Высота развала в первой точке, м:

. (3.42)

Высота развала в каждой из остальных точек, м:

. (3.43)

Средний коэффициент разрыхления в профиле развала можно рассчитать по формуле:

. (3.44)

Рис. 3.15. Схема (образец) к построению развала горных пород с 5 характерными точками.

При взрывании на неубранную горную массу (на неподобранный забой) общая ширина развала (м) может быть найдена из выражения:

В_рп = А_б + ΔВ_п.о, (3.45)

где ΔВ_п.о – ширина полосы отброса породы, м.

Величина ΔВ_п.о зависит от ширины полосы неубранной горной массы Р_n˙c(м), играющей роль своеобразной подпорной стенки.

Ширину подпорной стенки (м), обеспечивающую наилучшее дробление пород, можно определить по формуле [35]:

(3.46)

где К_р = 1,05–1,1 – коэффициент разрыхления породы в подпорной стенке; W – линия наименьшего сопротивления, м; К_нв – коэффициент, учитывающий использование энергии взрыва на дробление и перемещение горной массы; q_п – проектный удельный расход ВВ, кг/м³; Е_о – удельная энергия ВВ, кгс.м/м²; Е – модуль упругости породы, кгс/м²; σ_сж – предел прочности породы на одноосное сжатие, кгс/м².

Величина коэффициента К_нв зависит от коэффициента крепости пород f по шкале М.М. Протодьяконова.

При f = 6–10, К_нв = 0,10–0,15; при f = 11–14, К_нв = 0,15–0,20; при f = 15–18, К_нв = 0,06–0,12;

Ширина подпорной стенки, определенная по формуле (3.46) для условий флюсовых карьеров Донбасса находится в пределах 10–12м, а для железорудных карьеров Кривбасса – 20–25м.

По рекомендациям «Гипроруды», в породах средней крепости Р_п.c = 2·W, а в крепких породах – (3,0–3,5)·W [34].

Если Р_п.c < 0,4·ΔВ_ψ, то ширина полосы отброса породы ΔВ_п.о составит, (м):

ΔВ_п.о = ΔВ_ψ –1,6·Р_п.c. (3.47)

Если Р_п.c ≥ 0,4·ΔВ_ψ, то ΔВ_п.о = Р_п.c. Величину ΔВ_ψ находят по формуле (3.36).

Высота развала при взрывании на неподобранный забой составляет:

h_р = h·(1,15÷1,40). (3.48)

При взрывании практически в зажатой среде коэффициент разрыхления пород в развале изменяется по высоте развала. В нижней части развала у подошвы уступа породы после взрыва связные и К_р=1,03–1,10. В средней части развала взорванные породы связные-сыпучие и К_р=1,12–1,20. В верхней (вспученной) части развала породы сыпучие и К_р=1,3–1,5.

Учитывая указанный характер изменения величины К_р по высоте развала можно сделать вывод о том, что взрывание на неубранную горную массу целесообразно в легко и средне взрываемых породах.