Принципы расчета зарядов в отдельной скважине и блоке, параметры развала взорванной горной массы

По своей конструкции скважинные заряды могут быть сплошными колонковыми и рассредоточенными. Сплошные заряды просты и наименее трудоемки по за­ряжанию, но воздействуют в основном на нижнюю часть уступа. Их применяют в обводненных породах. В рассредото­ченных зарядах основную массу ВВ располагают в нижней части скважины, а один, реже—два одинаковых дополни­тельных заряда — в средней и верхней частях, что позволяет уменьшить размеры зоны нерегулируемого дробления и по­высить качество дробления, особенно в крупноблочных поро­дах. Заряды, рассредоточенные инертной зарядкой, применяют в разнопрочных породах. В зарядах с воз­душными промежутками, предложенными для су­хих забоев акад. Н.В.Мельниковым и д-ром техн.наук Л.Н.Марченко, реализуется явление интерференции удар­ных волн от взрыва разных частей заряда, происходит запирание газов нижней части зарядов, что способствует более интенсивному дроблению горной массы. Длина воздушного промежутка составляет (8—12) d_с, увеличиваясь в легко­взрываемых породах. Для создания воздушного промежутка используют специальные затворы и вспененный по­листирол. В трудновзрываемых и обводненных породах ни­жнюю часть заряда формируют из ВВ с большой работоспо­собностью (гранулотол, алюмотол), а верхнюю — из низко­бризантных ВВ (граммонит 79/21, гранулиты). Промежуточ­ный инициирующий заряд или шашки-детонаторы располага­ют в нижней части скважины. Для повышения надежности взрывания в обводненных скважинах помещают два боевика: один в верхней (сухой) части заряда, другой—в нижней. Общая длина зарядов в скважине l_вв (м) должна быть максимальной:

, (4)

где 1_з — длина забойки, м; 1_пр — длина промежутка (при сплошном заряде 1_пр=0), м. Обычно

, (5)

причем верхний предел относится. к чрезвычайно трещино­ватым легковзрываемым породам, нижний — к практически монолитным трудновзрываемым породам. В качестве забоечного материала используют буровую мелочь, песок, щебень, хвосты обогатительных фабрик с размером частиц не более 50 мм.

Масса заряда Q_з (кг), размещаемая в скважине диа­метром d_с (м):

. (6)

На практике массу заряда рассчитывают, исходя из ве­личины удельного расхода ВВ, который зависит от взрываемости пород и необходимой степени дробления.

Исходя из объема породы, взрываемой зарядом, его масса

, (7)

где q – удельный расход ВВ, кг/м³.

При квадратной сетке скважин а=b, а при их шахматном расположении b0,85а. Учитывая это обстоятельство, легко установить параметры сетки скважин. При использовании парносближенных скважин в одну из них размещают расчетный заряд ВВ. Массу заряда во второй парносближенной скважине можно найти по формуле

, (8)

где W – ЛСПП при парносближенных скважинах, м; а — расстояние между смежными парами скважин.

Объем взрывного блока V_б (м³) устанавливают с та­ким расчетом, чтобы обеспечить выемочно-погрузочную ма­шину взорванной горной массой на определенный срок:

, (9)

где Q_{см п} — сменная эксплуатационная производительность выемочно-погрузочной машины, м³; n_см — число рабочих смен выемочно-погрузочной машины за сутки, ед; n_q — норматив обеспеченности выемочно-погрузочной машины взор­ванной горной массой, сут.

В учебных расчетах величину n_g для карьеров, распо­ложенных в южных районах, принимают равной 30 сут, в средней климатической зоне — 10—15 сут; в северной — 7— 10 сут. Исходя из параметров сетки скважин объем блока:

, (10)

где n_p — количество одновременно взрываемых рядов скважин, ед; L_6в — длина взрывного, блока, м.

Решив совместно выражения (9) и (10), можно найти необходимую L_6в и число скважин, взрываемых в одном ряду :

. (11)

Общий расход ВВ (кг) на блок

. (12)

Важным показателем буровзрывных работ является вы­ход горной массы с 1 м скважины. На действующих карьерах его величину находят, разделив V_б на суммарную глубину пробуренных скважин в блоке. Для учебных расчетов можно использовать формулу

, (13)

где  — выход горной массы с 1 м скважины, м³.

В результате взрыва формируется развал взорванной горной массы. Форма его поперечного сечения зависит от свойств взрываемых пород, массы заряда, параметров их расположения и схемы взрывания. Для расчета шири­ны развала В можно использовать формулу Гипроруды

. (14)

При этом меньшее значение В соответствует легковзрываемым породам. Высота развала при многорядном взрыва­нии двух-трех рядов скважин обычно не превышает высоты уступа h_=(0,6—1,0)h. С увеличением n_ высота развала в средней и тыльной его частях превышает высоту уступа на 5-30%.

Литература: 1 осн. 46-50, 61-85; 2 осн. 16-26, 55-61; 64-71; 3 осн. 48-109

Контрольные вопросы:

1. Перечислите способы подготовки горных пород к выемке;

2. Назовите особенности подготовки к выемке полускальных и скальных пород;

3. Укажите типы буровых станков;

4. Назовите методы взрывных работ;

5. Укажите эксплуатационные параметры взрывных скважин.

Лекция 4. Технологические схемы выемки и погрузки. Виды забоев

Разработка горных пород механическими лопатами

Экскаваторы типа механической лопаты являются наиболее распространенными выемочно-погрузочными машинами на карьерах. Конструктивное исполнение по­зволяет использовать их в тех природных условиях, где выемочно-погрузочные машины непрерывного действия неэффективны.

Они предназначены в основном для разработки плотных горных пород без предварительного рыхления, мерзлых, полускальных и скальных пород с предвари­тельным рыхлением. В специальном северном исполне­нии механические лопаты обеспечивают выемочно-по­грузочные работы в зонах с суровыми климатическими условиями при низких температурах воздуха.

Рабочим органом механической лопаты являются ковш, рукоять, стрела.

Первый экскаватор типа механической лопаты был построен фирмой «Оттис» в США в 1834 г. В России первый экскаватор был построен на Путиловском за­воде в 1901 г. Это были паровые экскаваторы на рельсовом ходу.

Современные карьерные экскаваторы имеют гусенич­ный ход и электрический или дизельный привод.

Процесс экскавации плотных пород из массива за­ключается в срезании стружки режущей кромкой ков­ша, повороте экскаватора к месту разгрузки, разгрузке ковша и возвращении рабочего органа в забой. Выем­ка взорванной горной массы крепких пород осущест­вляется заглублением ковша в развал.

По способу перемещения рукояти с ковшом совре­менные экскаваторы разделяются на канатные и гид­равлические.

Черпание у канатного экскаватора происходит бла­годаря усилию напорного механизма, расположенного на стреле, и его подъемных канатов от подъемных ле­бедок. Траектория черпания при этом сохраняется по­стоянной, начинается она в нижней части забоя.

У гидравлического экскаватора траектория черпания может быть самой разнообразной (рис.1) благодаря особому соединению рукояти со стрелой и дополни­тельному механизму поворота ковша на конце рукояти. Этим обеспечивается более эффективное использование энергии для внедрения и наполнения ковша.

Рисунок 1 - Траектории черпания гидравлического экскаватора:

1, 2, 3 — направления вращения рабочего органа экскаватора

В плотных породах и полускальных трещиноватых без предварительного рыхления черпание гидравлическим экскаватором начинается, как правило, горизон­тальным внедрением ковша (траектория г) верхней ча­сти забоя. Во взорванном на сотрясение массиве чер­пание начинается с нижней части забоя (траектория б), при этом образуется как бы вруб для дополнительного разрыхления горной массы самообрушением. При раз­работке песчано-валунной горной массы гидравличе­ский экскаватор может удалить крупное включение в любой зоне забоя черпанием с выкапывающей траек­торией в. При разработке мягких или хорошо взорван­ных горных пород траектория черпания у гидравличе­ского экскаватора а аналогична траектории канатного. При оборудовании гидравлического экскаватора обрат­ной лопатой он имеет возможность обеспечить нижнее черпание (траектория д).

Существенным достоинством гидравлических экскаваторов является информация через управления об условиях на исполнительных органах машины. Это обеспечивает большую надежность его работы и позволяет машинисту выбирать оптимальные траектории для эффективного черпания.

Благодаря трем степеням свободы рабочего органа 1, 2, 3 (см.рис.1) гидравлический экскаватор может работать также с оборудования «обратная лопата», обеспечивая разработку забоя в мягких и хорошо взорванных породах как выше уровня стояния экскаватора (направление А), так и ниже (направление Б).

Ковши гидравлических экскаваторов шире, чем канатных, поэтому при расчете буровзрывных работ для получения оптимального состава горной массы для экскавации гидравлическим экскаватором необходимо принимать меньший размер ковша в плане.

Разгрузка у гидравлического экскаватора осуществляется или опрокидыванием, или раскрытием ковша (челюстей ковша). У канатного экскаватора разгрузка осуществляется открыванием днища ковша над местом разгрузки.

Для более эффективной разработки сильнотрещиноватых пород без буровзрывных работ или с взрыванием массива на сотрясение применяют ковши с зубьями, центральные из которых удлинены.

По назначению механические лопаты делятся на карьерные и вскрышные.

Карьерные экскаваторы предназначены для разработки горных пород с погрузкой в средства транспорта ординарным рабочим оборудованием на уровне стояния экскаватора и удлиненным – выше уровня стояния экскаватора.

Вскрышные экскаваторы имеют большие рабочие параметры и предназначены для разработки горных пород с перевалкой вскрыши в выработанное пространство.

Одноковшовые экскаваторы типа механической лопаты выпускаются в основном в СНГ, США, Франции, ФРГ и Японии.

В СНГ выпускаются карьерные экскаваторы с ковшом емкостью от 3,2 до 20 м³ и вскрышные экскаваторы с ковшом емкостью от 15 до 100 м³. В США фирмы «Дрессер-Марион», «Бьюсайрус-Эри» и «Харншвегер» выпускают карьерные и вскрышные экскаваторы с ковшом вместимостью от 3 до 160 м³. Во Франции фирма «Кейс-Поклен», в ФРГ фирмы «Ориенштейн унд Коппель», «Демаг» и «Либхерр», в Японии фирма «Хитачи» выпускают гидравлические экскаваторы с ковшом вместимостью от 3 до 30 м³.