Тема: Взрываемость горных пород. Методы взрывных работ. Вторичное дробление. Параметры взрывных скважин. Механизация заряжения скважин.

Степень дробления породы взрывом зависит, прежде всего, от ее сопротивления действию взрыва, что характеризуется удельным расходом взрывчатого вещества (ВВ), g (кг/м³), для достижения заданного эффекта дробления.

Аналитический расчет удельного расхода ВВ невозможен, т.к. математическое описание анизатропных физико-технических характеристик породы и технологических условий взрывания, влияющих на сопротивление породы взрыву, крайне сложно. Вместе с тем, многочисленные наблюдения, их анализ и производственный опыт дают возможность относительной оценки сопротивления пород взрыванию.

Отправным для относительного расчета удельного расхода ВВ являются следующие условия:

1. Энергия ВВ (а, следовательно, и его расход) при дроблении породы в массиве затрачивается на создание новых поверхностей с преодолением пределов прочности породы при сжатии σ_сж., сдвиге σ_сдв., и растяжении σ_раст.. Эти пределы устанавливаются механическими испытаниями образцов пород. Доля участия сжимающих, сдвигающих и растягивающих напряжений в дроблении при различных видах и условиях взрывания неодинаковы. Для относительной оценки взрываемости пород допустимо принять их участие одинаковым. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

.

2. Расход энергии ВВ на дробление породы пропорционален площади вновь создаваемых взрывом поверхностей. В свою очередь, они пропорциональны степени дробления n, т.е. отношение средних линейных размеров отдельности (куска) в массиве l_ср. и куска взорванной породы d_ср.. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

.

3. Энергия ВВ затрачивается также на преодоление силы тяжести и придание кускам взорванной породы кинетической энергии. Эти затраты пропорциональны плотности породы ν. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

.

4. Для сопоставимости результатов взрывов и исключения влияния дополнительных факторов на показатель трудности взрывания данной породы необходимы эталонные условия взрывания. В качестве эталона принят взрыв на дробление 1 м³ монолитной породы при наличии шести открытых поверхностей с расположенным в центре зарядом и при степени дробления породы n=2. В результате взрыва получается (условно) 8 кубиков и создаются новые поверхности с S=6 м². При соблюдении указанных условий эталонный удельный расход эталонного ВВ (г/м³) определяется из эмпирического выражения:

g₂=k₁(σ_сж +σ_сдв +σ_раст.)+ k₂∙ν∙g,

где k₁ и k₂ – эмпирические коэффициенты;

ν – плотность породы.

Эталонный удельный расход ВВ для большинства взрывов горных пород изменяется от 10 до 100 г/м³, достигая в особых случаях для некатигорийных пород большей величины. При эталонных условиях взрывания решающее значение имеет сопротивление пород растяжению σ_раст. из-за наличия у куба шести открытых поверхностей. Однако, для относительной оценки взрываемости пород в соответствии с общими положениями метода целесообразно использовать в качестве критерия сумму показателей прочности пород σ_сж , σ_сдв и σ_раст.. В соответствии с изложенным все горные породы по трудности дробления взрывом (по величине эталонного удельного расхода ВВ) могут быть разделены на 5 классов и 25 категорий:

I класс – легковзрываемые (g_э≤10 г/м³), категории 1 – 5;

II класс – средней взрываемости (g_э=20,1÷40 г/м³), категории 6 – 10;

III класс – трудновзрываемые (g_э=40,1÷60 г/м³), категории 11 – 15;

IV класс – весьма трудновзрываемые (g_э=60,1÷80 г/м³), категории 16 – 20;

V класс –исключительно трудновзрываемые (g_э≥80 г/м³), категории 21 – 25;

Показатель эталонного удельного расхода ВВ базируется на объективных характеристиках породы (ν, σ_сж., σ_сдв., σ_раст.), подлежащих экспериментальному определению. Эталонный удельный расход ВВ используется не только для классификации горных пород по степени трудности их дробления взрывом. Он является также основой для предварительного выбора технологии взрывания и расчета проектного удельного расхода ВВ.

Методы взрывных работ.

1. Метод скважинных зарядов. Для разрушения массива применяют вертикальные и наклонные скважины ø 100÷400 мм расширяемые на железнорудных карьерах огневым способом до 600 мм. Это основной метод взрывных работ.

2. Метод шпуровых зарядов. Для взрывания применяют вертикальные, наклонные или горизонтальные шпуры ø до 75 мм и глубиной до 5 м. Этод метод применяется на карьерах для вспомогательных работ.

3. Метод котловых шпуровых и котловых скважинных зарядов. Шпуры и скважины предварительно простреливаются небольшими зарядами для создания емкости в скважине с целью увеличения их для размещения большего количества ВВ в скважине.

4. Метод камерных зарядов. Сосредоточенные заряды большой массы, от нескольких до 1000 тонн, размещаются в камерах. Метод применяют, в основном, для взрывания на выброс и сброс при строительстве плотин, дамб, каналов.

5. Метод малокамерных зарядов (рукавов). Заряды размещаются в горизонтальных углублениях сечением 30х30 см и глубиной до 3 м для взрывания небольших уступов. Метод применяется редко при отсутствии бурового оборудования.

6. Метод наружных (накладных) зарядов. Заряды укладываются на разрушаемые объекты (негабариты, козырьки уступов и т.п.).

Вторичное дробление.

Из-за недостаточного учета свойств взрываемого массива при расчете параметров БВР или низкого качества взрывания во взорванной горной массе образуются крупные куски пароды, которые затрудняют работу вспомогательного грузочного оборудования, снижают производительность, приводят к авариям. Их называют производственными негабаритами. Негабариты раскладываются по рабочей площадке и подвергаются вторичному дроблению.

Способы вторичного дробления.

1. Механический способ – гидравлический бутобой.

2. Взрывной способ.

3. Электрофизический способ.

1. Гидравлические бутобои оборудуются на базе гидравлических экскаваторов малых моделей, эффективно используются для разрушения негабаритов в полускальных осадочных пародах.

2. При взрывном способе заряд ВВ: помещают в шпуре ø 32 – 36 мм с забойкой из песка или воды; или на поверхности куска (накладной заряд ВВ с удельным расходом 2,5 – 3 кг/м³ располагают слоем 3 – 5 см и присыпают песком); в другом случае заряд с удельным расходом 0,3 – 0,6 кг/м³ помещают в полиэтиленовый мешок с водой; и, наконец, используют специальный кумулятивный заряд ЗКП и ЗКН с массой 0,1 – 4 кг. Благодаря практической несжимаемости жидкости использование воды в качестве забойки позволяет уменьшить разлет кусков при взрывании.

3. При электрофизическом способе предусматривается нагрев отдельного участка негабарита электрической дугой или токами высокой частоты. Вследствие увеличения объема нагреваемой зоны негабарит разрушается от механических напряжений.

Параметры взрывных скважин.

К основным параметрам скважин относятся: глубина, ø и угол наклона скважины. От этих параметров, а также типа и плотности ВВ, размеров сетки скважин на уступе и порядка взрывания зависит масса заряда, вместимость 1 n/м скважины, выход взорванной горной массы с 1 n/м скважины и конструкция заряда.

Глубина скважины L_с (м) определяется высотой взрываемого уступа H_у, углом наклона скважины к горизонту β и величиной перебура скважины L_п ниже отметки подошвы уступа.

L_с= H_у/sinβ + L_п.

По величине β различают горизонтальные, наклонные и вертикальные скважины.

Горизонтальные скважины используются очень редко.

Наклонные скважины бурят по углу от 60 до 75°. При взрывании наклонных скважин, когда β=α, где α – угол откоса уступа, β – угол наклона скважины, сопротивление породы взрыванию постоянно по всей высоте уступа отрыв обычно происходит по линии скважин, улучшается степень дробления, хорошо прорабатывается подошва уступа, расход ВВ может быть снижен на 5 – 7%.

Перебур скважины необходим для качественной проработки пород в подошве уступа и составляет L_п=(10÷15)d_с, где d – диаметр скважины. Перебур скважины не допускают если нижележащий уступ – полезное ископаемое (во избежание разбрасывания). Диаметр скважины должен обеспечить размещение требуемого заряда ВВ для разрушения заданного объемам породы при установленной его длине L_ВВ.

При расчете диаметра скважины необходимо учитывать расстояние от центра заряда до открытой поверхности, т.е. ЛНС – линию начального сопротивления. От диаметра скважины зависит ее вместимость кг/м.

P=7,85d_с²Δ,

где Δ – плотность заряжения ВВ в скважине, кг/дм³.

Механизация заряжания скважин.

Машины для заряжания скважин является одним из основных средств, обеспечивающих комплексную механизацию работ по загрузке, доставке, дозировке и заряжанию ВВ.

Выбор типа машины и схемы механизированного заряжания зависят от ассортимента и объема расхода ВВ на один массовый взрыв, расстояния транспортирования и технологии взрывных работ.

Типы ВВ:

- эмульсолит;

- сибирит;

- УП и т.д.