Тематическая подборка Обоснование перехода к ресурсосберегающим технологиям взрывного разрушения горных пород
М.Г. МЕНЖУЛИН, Г.И. КОРШУНОВ, доктора техн. наук. Санкт-Петербургский государственный горный институт; А.А. ЖУРАВЛЕВ, президент ассоциации «Недра» (Москва); П.И. АФАНАСЬЕВ, инженер, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Горная порода представляет собой неоднородное твердое тело сложной структуры. Механизм разрушения горной породы под действием взрывной нагрузки, которая резко изменяется во времени и пространстве, отличается чрезвычайной сложностью. Существующие проекты буровзрывных работ (БВР) основаны на эмпирических зависимостях, которые учитывают характеристики современных взрывчатых веществ (BB). В результате значительная часть минеральных ресурсов переизмельчается или становится негабаритом.
Качество подготовки взорванной горной массы к выемке, включая степень дробления пород, должно обеспечивать 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 ведения БВР на карьерах показывает, что за счет учета реальных услоний ведения работ можно регулировать качество дробления и значительно улучшить технико-экономические показатели отбойки Обоснование параметров БВР должно базироваться как на совокупной оценке основных влияющих природных и техногенных факторов, так и на учете неизбежных на практике существенных отклонений фактических параметров от их проектных значении.
Решение такой задачи невозможно без расчетов геометрических параметров расположения зарядов, их массы, применяемых взрывчатых материалов, размеров опасных зон, трешиноватости пород, обводненности и других природных факторов.
К приоритетным направлениям расчета параметров взрыва следует отнести выбор рациональной конструкции скважинных зарядов BB (рассредоточенный или комбинированный заряды), схем взрывания, а также использование низкобризантных BB, Увеличение крепости пород ведет к повышению удельного расхода BB. что негативно сказывается на выходе переизмельченного продукта. Обводненность пород не позволяет использовать низкобризантные BB типа игданит и отдельные конструкции скважинных зарядов, например с воздушными промежутками. При производстве взрывных работ на карьерах образуются негабаритные фракции. Выход негабарита - понятие относительное, определяемое емкостью погрузочно-транспортного оборудования и размерами приемного отверстия дробилок.
Наличие негабарита требует проведения вторичного дробления. Основной метод вторичного дробления негабаритов (метод накладных зарядов) требует большого удельного расхода BB, вследствие чего образуются интенсивные воздушно-ударные волны, воздействие которых может привести к негативным последствиям для находящихся на пути распространения волн зданий и сооружений.
Существующие технологии требуют учета установленных фактов разрушения горных пород при совершенствовании качества взрывной подготовки горной массы на карьерах.
Используемые отечественные технологии взрывного разрушения горных пород по качеству дробления, разбросу разрушенной породы, выходу негабаритов и мелкодисперсной фракции и другим показателям часто уступают технологиям, применяемым на зарубежных горнодобывающих предприятиях.
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 взрывании зарядов различных BB характер разрушения в ближней зоне неодинаков Меньшая доля энергии остается в среде при взрыве тех BB, у которых меньше скорость детонации. А увеличение скорости детонации сопровождается резким увеличением объемной энергии диссипации (рассеивания) разрушения в непосредственной близости от заряда. Данная энергия при взрывном разрушении расходуется на нагревание частиц породы в ближней зоне и образование трещин, а также на их слияние, что приводит к образованию кусков разрушенной горной массы Таким образом, на формирование механических возмущений расходуется только часть энергии взрыва, оставшаяся после исключения из обшей энергии взрыва энергии диссипации.
На показано, как из начального состояния среды A (P0 - начальное давление, V0 - начальный объем) под действием ударного сжатия параметры среды изменяются до состояния А1 или A2. Под состоянием A2 понимается более бризантное BB, а под состоянием A1 - менее бризантное BB. Нагрузка происходит по ударной адиабате. При переходе из состояний A1 и A2 после прохождения фронта происходит разгрузка частиц. Разгрузка описывается статической адиабатой. Следовательно, существует разность между энергией, запасенной на фронте, и энергией разгрузки. Эта разность энергии (заштрихованная область) для BB с высокими детонационными параметрами A-A2-C и для BB с низкими детонационными параметрами A-A1-B. называется энергией диссипации. Она является остаточной внутренней энергией частиц после прохождения фронта. Отсюда видно, что BB с высокими детонационными параметрами теряет больше энергии, чем BB с низкими детонационными параметрами.
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.
Выбор расстояния между рядами скважин и расстояния между скважинами необходимо осуществлять на основе совмещения зон трешинообразования, получаемых при взрыве двух скважинных зарядов. Зона трешинообразования определяется равенством тангенциального напряжения динамическому пределу прочности породы на отрыв. Выбор линии наименьшего сопротивления необходимо осуществлять на основе сложения зоны трещинообразования с огкольной 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 гранулометрический состав разрушенной горной массы, уменьшить выход мелких фракций и негабарита и осуществить выбор нужного типа BB.
