Лекция № 10 Расчет зарядов и параметров их расположения (при заданных модели станка и диаметре скважин)

Основой расчета скважинного заряда ВВ является правильное определение величины эталонного и проектного расхода ВВ (qэ и qп) и объема породы Vз, взрываемой зарядом.

Предельное значение сопротивления по подошве (с. п. п.) для одиночной скважины

диаметром dс (м) определяется по формуле С. А. Давыдова

Wод = 53 Ктdc , (10.1)

где Кт – коэффициент трещиноватости, равный для монолитных пород 1, для трещиноватых 1.1; сильнотрещиноватых 1.2; ∆ - плотность заряда ВВ, кг/ м³; - плотность пород, кг/м³; Квв коэффициент работоспособности ВВ (по отношению к граммониту 79/21).

« Союзвзрывпром» рекомендует определять предельную величину с. п. п. с учетом взаимодействия соседних зарядов при m 1.2 по формуле

W`пр = Wод (1.6- 0.5m). (10.2)

Решая совместно уравнения (10.1) и (10.2) и принимая Кт = 1.1; Квв= 1; ∆ = 0.9 т/м³, можно получить

W`пр =[30dс (3 – m)]/ . (10.3)

Величина с. п. п. при вертикальных скважинных зарядах проверяется также из условия безопасного ведения буровых работ по формуле

Wб = Ну сtgα + С, (10.4)

где Ну – высота уступа, м; α – угол откоса уступа, градус; С – минимально допустимое расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа, м; С = 3 м.

Приравняв формулы (10.3) и (10.4), можно найти диаметр вертикальных скважин, который обеспечивает нормальную проработку подошвы уступа при данной высоте и угле откоса уступа:

Dс = (Ну сtgα +C) /[30(3-m)]. (10.5)

Если определенный по этой формуле диаметр скважин получается большим, чем позволяет бурить имеющийся станок, то надо использовать другие станки для бурения скважин большего диаметра или бурить наклонные скважины, или применять более мощное ВВ, или, наконец, парносближенные скважины с тем, чтобы обеспечить предельно допустимую величину с. п. п. (Wпр).

Опыт и исследования показывают, что Wпр находится в функциональной зависимости от dс. Для одинаковых типов ВВ, плотности заряжания и коэффициента сближения зарядов можно определить значение Wпр для разных диаметров скважин по формуле

Wпр = Кdс (10.6)

Для легковзрываемых пород Wпр = (40-45) dс , для пород средней взрываемости

Wпр = (35-40) dс и для трудновзрываемых пород Wпр = (25-35) dс.

Величина W является основой для дальнейших расчетов сетки скважин с учетом коэффициента их сближения m. По условию дробления для легковзрываемых пород m = 1.1-1.2, для пород средней взрываемости m = 1-1.1 и для трудновзрываемых пород m = 0.85-1. Следует считать приведенные показатели m, характеризующие положение скважинных зарядов относительно откоса уступа, от расстояний между одновременно взрываемыми зарядами (с единым интервалом замедления) при различных схемах КЗВ. Последние позволяют при квадратной схеме расположения скважин производить взрывание с фактическим m = 2-4 и более, чем достигается лучшее дробление трудновзрываемых пород.

При пологих откосах уступов когда фактическая величина с. п. п. для вертикальных скважин Wф>Wпр, а коэффициент их сближения уменьшается (до m 0.6), применяют наклонные скважины. К мероприятиям по преодолению завышенной величины с. п. п. относятся также применение более мощных ВВ, увеличению диаметра зарядов ВВ, котловых зарядов, парносближенных скважин в первом ряду.

Для изотропных пород а = m W; при квадратной сетке b а, при шахматной сетке b 0.85 а.

Параметры сетки скважин более точно устанавливаются с учетом эллипсовидной формы зон дробления отдельных зарядов, расположение которых в плане зависит от направления трещин по отношению к откосу уступа.

2. Особенности метода скважинных зарядов

Взрывание разнородных и сложноразнородных уступов может быть валовым и раздельным. При валовом взрывании все три размера взрываемого блока (ширина, длина, высота) или некоторые из них устанавливаются независимо от положения контактов разнотипных пород на основе общих технологических соображений. Такое взрывание организационно является наиболее простым. Однако оно обуславливает значительные потери и разубоживание полезного ископаемого, необходимость его раздельной выемки. Поэтому в ряде случаев производят раздельную подготовку разнородных пород к выемке.

Раздельное взрывание пород осуществляется путем разновременного взрывания горизонтальных или наклонных разнотипных слоев, выборочного взрывания горизонтальных или наклонных разнотипных слоев, выборочного взрывания отдельных участков в плане, взрыворазделение пород.

При разновременном многорядном взрывании горизонтальных или пологих слоев (рис. 10.1, а и б) отдельно производят бурение скважин или шпуров по разнотипным породам, разделяя их на подуступы. Возможен сброс части породы верхнего слоя на нижнюю площадку уступа. При взрывании верхнего слоя применяются порядные схемы КЗВ. Такой порядок взрывания применяется при расположении контактных поверхностей между разнотипными породами под углом к горизонту до 10 - 15°, обуславливает высокую трудоемкость процессов, низкую производительность оборудования, большой расход бурения и ВВ, увеличение сроков выемки полезного ископаемого.

Рисунок 10.1 Схемы раздельного взрывания разнородных пород:

І, ІІ- соответственно основной и дополнительный заряды ВВ ; ІІІ и ІV- соответственно руда и порода; V – контур развала; 1-6 – порядок взрывания зарядов

Разновременное взрывание наклонных слоев наклонными скважинными зарядами (рис. 10.1, в) обеспечивает разделение разнотипных пород при расположении контактов под углом 65 - 80° и достаточной мощности взрываемого слоя (m 0.1 Ну).

Указанные способы раздельного взрывания применяют при сложноразнородных уступах (чередование пород в профиле). Применение их обуславливает уменьшение высоты и ширины взрываемых блоков.

При разнородных уступах (в основном чередование разнотипных пород по длине уступа) часто применяют разновременное выборочное взрывание отдельных участков по длине уступа, при котором ширина и длина взрываемых блоков определяется конфигурацией залежи полезного ископаемого в плане (рис. 10.1, г).

Способы разделения пород в процессе взрыва (взрыворазделение) с использованием КЗВ наклонных (реже вертикальных) скважинных зарядов позволяет переместить породы из отдельных частей уступа в заданные участки развала.

При разнородных уступах уменьшить разубоживание взорванного полезного ископаемого можно путем выбора подходящей схемы коммутации скважинных зарядов(рис. 10.1, д).

При сложноразнородных уступах с наклонным или крутым контактом между рудой и породой взрыворазделение возможно путем перемещения их из разных частей уступа в периферийную, центральную и приуступную части развала.

Перемещение руды из нижней части уступа в периферийную часть развала за счет обрушения породной части уступа достигается сгущением сетки скважин и увеличением длины забойки (рис. 10.1, г). В этих условиях для перемещения пустой породы в дальнюю часть развала (рис. 10., ж) в верхней части скважин размещают дополнительный заряд ВВ (до 20% массы всего заряда). Таким же образом производится перемещение руды из верхней части уступа в дальнюю часть развала при разработке залежи со стороны лежачего бока.

Многорядное короткозамедленное взрывание в зажатой среде имеет модификации: взрывание с подпорной стенкой из неубранной взорванной породы; под разрыхленным слоем; с одной открытой поверхностью; взрывание высоких уступов.

Наряду с определенными достоинствами этого способа при всех модификациях взрывания в зажатой среде резко уменьшается коэффициент разрыхления взорванной породы (Кр = 1.05 –1.2, редко выше), что даже при хорошем дроблении существенно повышает энергоемкость выемки и продолжительность экскаваторного цикла.

Достоинствами взрывания с подпорной стенкой из неубранного у откоса слоя взорванной породы (рис. 10.2, а) является качественное дробление пород І и ІІ классов по взрываемости и, главное, резкое ограничение ширины развала при увеличенном qп, что позволяет снизить затраты на другие процессы и улучшить распределение во времени объемов вскрышных работ, так как изменяются и основные элементы систем разработки; ширина рабочих площадок, длина экскаваторного блока, ширина заходки, скорость подвигания фронта работ.

Рисунок 10.2 Схемы взрывания в зажатой среде:

Нр – высота развала породы; В – ширина развала; Шп.с – ширина подпорной стенки;

Нр.с – высота разрыхленного слоя; ℓп – глубина перебура.

Аналогичным по сущности является метод взрывания скважинных зарядов под разрыхленным слоем пород (рис. 10.2, б), используемый иногда в легковзрываемых породах. Толщина разрыхленного слоя, образуемого за счет увеличения перебура скважин, составляет (15-20) dс. При этом на 15—20% возрастает qп. Недостаток метода – ухудшение условий бурения и уменьшение его производительности.

Наличие одной открытой поверхности характерно для случаев многорядного взрывания в траншеях и использовании схем коммутации с продольным врубом. Особенности этого способа – увеличенный перебур скважин врубового ряда, сгущение сетки скважин на 10-15%, ограничение минимальной ширины взрываемого блока (не мене 4-5 рядов скважин).

В трещиноватых скальных породах возможно взрывание высоких уступов (Ну = 20—40 м), что ведет к сокращению объема бурения (за счет уменьшения числа перебуров), расхода средств инициирования. Вместе с тем увеличивается допустимая ширина рабочей площадки уступа и необходимо создание подуступов во взорванной горной массе для выемочного и транспортного оборудования после каждого взрыва; экскаваторы при этом сначала работают в тупиковых заходках.

Взрывание на дробление с частичным сбросом породы возможно при технологии разработки с перевалкой вскрышных пород в выработанное пространство (рис. 10.3). Развал в этом случае стремятся получить не кучным, как при выемке взорванной массы с погрузкой в транспортные средства, а наоборот – широким. Эффект перемещения породы взрывом можно оценить коэффициентом сброса:

Ксбр = Vсбр/ Vв.б,

где Vсбр и Vв.б – соответственно объем породы, сброшенный взрывом в отвал, и взорванного блока.

Рисунок 10.3 Схема взрывания на Рисунок 10.4 Схема расположения парносближен- дробление с частичным сбросом ных скважинных зарядов ВВ на уступе: породы в выработанное Wпр – предельно допустимый размер с. п. п. пространство.

Величина Ксбр, пропорциональная ширине развала, возрастает в 1.7-2.8 раза при увеличении qф с 0.5 до 1.5 кг/м³ (рис. 10.5, а) и в 1.4-2 раза при изменении угла наклона скважин от 90 до 60° (рис 10.5, б), но уменьшается с ростом Ну и Шв.б

Рисунок 10.5 Графики зависимости ширины развала В при частичном сбросе породы (Шв.б = 40 м) от удельного расхода ВВ qф и угла наклона скважин к вертикали:

І – при β = 0°; ІІ – при β = 30° ІІІ – при qф = 1.5 кг/м³; ІV- при qф = 0.5 кг/м³; V – при qф = 1 кг/м³; 1- при Ну = 15 м и 2 – при Ну = 30 м.

Несмотря на удорожание буровзрывных работ, частичный сброс породы в выработанное пространство позволяет уменьшить общие затраты на разработку вскрышных пород. Целесообразное соотношение объемов пород, перемещаемых в отвал экскаватором и взрывом, устанавливается технико-экономическими расчетами.

Взрывание парносближенными скважинными зарядами ВВ (рис. 10.4) в настоящее время применяется при большой фактической величине с. п. п. Wф и недостаточном диаметре скважин, когда Wф> Wпр. Расстояние между парносближенными скважинами равно (3-4)dс, так что они практически образуют один заряд увеличенного диаметра. Иногда используют строенные заряды или «кусты»скважинных зарядов. Массу парносближенных зарядов определяют также, как это было описано ранее. При этом величина преодолеваемого сопротивления по подошве увеличивается в раза по сравнению с величиной его при одиночном заряде того же диаметра, а при строенных зарядах – в раза. Применение парносближенных зарядов целесообразно только в первом ряду скважин.

Технология приконтурного взрывания должна обеспечить устойчивость откосов бортов и отдельных уступов в их конечном положении. Необходимость ее применения связана с тем, что при обычных взрывах дробления вертикальными скважинами диаметром 215-320 мм в приоткосном массиве образуются зоны заколов и остаточных деформаций. При мгновенном взрывании ширина этих зон достигает соответственно 10-13 и 50-70 м. Уменьшение их размеров при конечном положении уступов достигается:

- применением короткозамедленного взрывания с продольными врубами и диагональными схемами коммутации зарядов (см. 9.2) на расстоянии не менее 30-40 м от предельного контура каждого уступа;

- использованием в приконтурном взрывном блоке наклонных скважин (под углом уступа) диаметром 100-160 мм в мало- и среднетрещиноватых и диаметром 80-100 мм в сильно- и чрезвычайно трещиноватых породах при расстояниях между скважинами не более 2 м. Это позволяет осуществить отрыв пород по линии скважин и резко уменьшить ее дробление в глубину массива;

- предварительным щелеобразованием по конечному контуру с помощью взрывания скважинных зарядов, имеющих линейную плотность от 0.4-0.6 до 1.5-3 кг/м, за счет размещения в скважине гирлянд патронов ВВ, соединенных детонирующими шнурами; расстояние между скважинами равно 1-2 м, глубина скважин составляет (1-2) Ну, верхняя часть их (1-1.5 м) не заряжается.

В результате одновременного взрыва в массиве по линии скважин образуется щель, которая экранирует защищаемый борт от вредного воздействия последующих массовых взрывов. Несмотря на увеличение затрат на приконтурное взрывание в 3-5 раз по сравнению с затратами на обычные массовые взрывы, применение его является экономически эффективным ввиду уменьшения объемов вскрышных работ и вспомогательных процессов в последующий период.