3.13. Разрушение негабаритных кусков

Наличие большого числа случайных факторов, учет которых невозможен при проектировании массовых взрывов, неизбежно приводит к выходу негабаритных фракций. Размер кусков взорванной породы (м) в забое лимитируется [24]:

- вместимостью ковша выемочно-погрузочной машины Е (м³):

; (3.49)

- вместимостью кузова транспортного сосуда V(м³):

; (3.50)

- меньшим размером приемного отверстия бункера или дробилки В_д (м):

; (3.51)

- при погрузке на конвейер - шириной ленты конвейера В_к (м):

. (3.52)

Предельно допустимым считают наименьшее из расчетных значений d_к. Все куски большего размера считаются негабаритными и подлежат разрушению. Суммарное содержание негабаритных кусков в горной массе, выраженное в процентах, дает выход негабарита.

Выход негабарита находят по результатам экспериментов или массовых взрывов. Можно воспользоваться также зависимостью, предложенной проф., д.т.н. Рубцовым В.К.:

, (3.53)

где d_ср – средний оптимальный размер куска взорванной породы, см.; d_н – допустимый размер негабаритного куска, см.; Р_н – фактический выход негабарита, %; Р_i – содержание в массиве естественных отдельностей размером больше d_н, %.

Для проектных и учебных расчетов можно руководствоваться таблицей 3.20.

Таблица 3.20. Выход негабарита при отбойке вертикальными скважинными зарядами (по «Гипроруде»)

Средний линейный размер кондиционного куска, мм	Категория пород по трещиноватости
	1	2	3	4	5
500	1	3,5	11	17	26
750	0,5	3	10	16	25
1000	-	1	4	13	18
1200	-	0,5	2	6	9
1500	-	-	-	2	4

По формуле (3.53) можно найти выход негабарита, задаваясь величиной d_ср, или рассчитать ожидаемый средний размер куска взорванной породы при известном выходе негабарита.

По виду используемой энергии различают: механические, термические, взрывные и комбинированные методы разрушения негабарита.

При выборе метода разрушения негабарита следует руководствоваться следующими принципами: надежность, безопасность, технологичность, экономичность. Окончательный выбор производят на основе технико-экономического уравнения.

Для формирования конкурентоспособных вариантов вторичного дробления следует ориентироваться, в первую очередь, на механические способы. В породах I категории по трещиноватости эффективно использование падающего груза, II и III категории – пневмо- или гидромолотов.

Машиностроительные фирмы мира выпускают пневмо- и гидромолоты с широким диапазоном массы, энергии единичного удара, частоты ударов. К примеру, ОАО «Тверской экскаватор» выпускает две модели гидромолотов МГ-150 и МГ-300 с энергией единичного удара соответственно 1500 и 3000 Дж. и частотой ударов 270–960 ¹/_мин.

ООО «Традиция-К» рекламирует 9 моделей гидромолотов с энергией единичного удара в интервалах 2400–9000 Дж. и частотой ударов 190–530 ¹/_мин.

Фирма «Caterpillar» выпускает 9 моделей гидромолотов с энергией единичного удара в интервалах 1017–10168 Дж. и частотой ударов 320–1850 ¹/_мин.

Фирма «INDEKO» – 10 моделей с энергией единичного удара в интервалах 2500–16000 Дж. и частотой ударов 325–1000 ¹/_мин. Фирма «Komatsu» – две модели с энергией единичного удара 7300 Дж. и частотой ударов 370–470 ¹/_мин.

Характеристика гидроударников «Раммер» приведена в таблице 3.21.

Заслуживает внимания также использование гидроклиновых установок и НРС. В этом случае применяют ту же технологию, что и для отделения блоков облицовочного камня (п. 3.2). В случае создания мобильных установок весьма перспективен метод разрушения импульсными водяными струями, динамическое давление которых достигает 1,5–3,8 ГПа.

Основным недостатком термических и электротермических методов является высокая удельная энергоемкость разрушения – до 20·10⁶ Дж/м³.

Благодаря своей универсальности, взрывные методы разрушения негабарита по-прежнему популярны, тем более что до сих пор основные методы разрушения скальных и полускальных пород на карьерах основаны на использовании энергии взрыва.

Заряд ВВ располагают на поверхности породного куска или в шпурах диаметром 32–36 мм с забойкой из песчано-глинистой смеси (рис.3.16).

Таблица 3.21- Краткая техническая характеристика гидроударников «Раммер»

Показатели	С22	С23	С24	С26	С52	С54	С56	С82	С84	С86
Масса в рабочем состоянии, кг	100	210	330	500	950	970	1690	2100	2900	3450
Энергия ударов, Дж-1	140	450	620	1000	1800	2200	3500	5200	6000	8200
Частота ударов, с-1	23-27	6-33	10-22	7-16	6-9	6-9	6-8	6-8	6-10	5-6
Рекомендуемые экскаваторы для навески гидроударника	ЭО-2621			ЭО- 5015	ЭО-3332 ЭО-3122		ЭО-4321	ЭО-5122 ЭО-5123 ЭО-5124		ЭО- 6123
Средняя толщина дробимого куска, м	0,25	0,4	0,55	0,75	1,0	1,2	1,6	2,0	2,2	2,5
Сменная производительность, м3	60	80	85	90	100	110	120	130	150	170

Простейший накладной заряд состоит из слоя ВВ толщиной 3,5–5,0 см, покрытой песчаной или глинистой забойкой (схема а). Удельный расход ВВ зависит от прочностных свойств пород и формы куска, составляет от 1,5 до 3,0 кг/м³.

Для расчета массы наружного заряда (кг) используют формулу «Союзвзрывпрома»:

Q_з = q_н ·V, (3.54)

где q_н – удельный расход ВВ, кг/м³; V – объем куска породы (таблица 3.22).

В качестве ВВ применяют порошкообразные и гранулированные ВВ, а в последнее время и пластичные ленточные изделия ПЛ-1 из состава «Сейсмопласт» и листовой эластит ЭЛ-2. В качестве инициаторов обычно используют электродетонаторы или детонирующий шнур.

Эффективность взрыва накладного заряда повышается, если его накрыть гидроэкраном – полиэтиленовым пакетом с 5–20 л. воды (рис.3.16, а), служащим для направленного отражения и концентрации (кумуляции) ударных волн.

Н

а б в

Рис. 3.16. Типы зарядов при разрушении негабарита: а  накладной; б  кумулятивный; в  шпуровой с гидрозабойкой; 1 – электродетонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – забойка; 4 – провода взрывной сети; 5 – источник тока; 6 – кумулятивный заряд; 7 – ДШ; 8 – вода

аилучшие результаты получают при соотношении масс жидкости и ВВ – 2:3 и высоте столба жидкости в 3 и более раза превышающей толщину слоя взрывчатого вещества. Удельный расход ВВ при этом может быть снижен до 0,3–0,6 кг/м³ [29].

Таблица 3.22. Характеристика негабаритных кусков

Длина ребра негабарита, м	Объем негабаритного куска, м3	Количество кусков в 1 м3, ед.
0,3-0,4	0,05	20
0,4-0,5	0,10	10
0,5-0,6	0,17	6
0,6-0,7	0,27	4
0,7-1,0	0,65	1,5

Для наружных зарядов находят применение стандартные кумулятивные заряды ЗКП и ЗКП-М массой от 0,135 до 4,0 кг (табл. 3.23). Они инициируют от стандартного электродетонатора (капсюля-детонатора), ДШ или неэлектрических волновых систем. За счет направленного действия взрыва такого заряда резко уменьшен разлет кусков породы и сокращен удельный расход ВВ до 0,4–0,6 кг/м³. Недостаток кумулятивных зарядов – их высокая стоимость.

При шпуровом способе разрушения негабаритов возможно применение любых типов ВВ. Шпуры бурят ручными или колонковыми перфораторами. Их глубина составляет 1/2–1/4 толщины негабаритного куска, удельный расход ВВ – 0,1–0,3 кг/м³, а масса заряда в зависимости от крепости пород – 50–400 г.

Повышению эффективности этого метода способствует заполнение шпура водой (схема в). При этом удельный расход ВВ может быть снижен до 0,01–0,05 кг/м³. Вследствие малого коэффициента объемного сжатия жидкости энергия взрыва переходит с небольшими потерями в ударную волну. Блок породы (негабарит) разваливается на части без разлета осколков, так как метательное действие взрыва выражено слабо, вследствие небольшого объема газообразных продуктов взрыва.

Таблица 3.23. Характеристика кумулятивных зарядов

Тип заряда	Общая масса ВВ, кг	Предельная толщина дробимого куска, м	Тип заряда	Общая масса ВВ, кг	Предельная толщина дробимого куска, м
ЗКП-100	0,135	0,5	ЗКП-4000	4,0	2,8
ЗКП-200	0,245	0,8	ЗКП-М-1000	1,0	1,2
ЗКП-400	0,475	1,0	ЗКП-М-2000	2,0	1,6
ЗКП-1000	1,229	1,4	ЗКП-М-4000	4,0	2,0
ЗКП-2000	2,179	2,2	-	-	-

Несмотря на широкое распространение, для взрывных способов разрушения характерны повышенная опасность, высокие удельные затраты энергии (до 15·10⁶ Дж/м³) и стоимость. Неизбежны при этом и простои оборудования, которое удаляют за пределы взрывоопасной зоны. С целью сокращения перерывов в работе, связанных с проведением взрывных работ, разрушение негабаритов приурочивают к массовым взрывам.