книги из ГПНТБ / Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом

взрыва оптимальный размер кусков необходимо уменьшать. Возрас­ тание блочности оказывает большее влияние, чем возрастание кре­ пости. Так, например, в породах одной и той же блочности с возра­ станием коэффициента крепости от 2 до 20 удельный расход ВВ возрастает примерно в 1,5 раза. В породах же с одним и тем же коэффициентом крепости, но с различной блочностью удельный расход ВВ возрастает значительно быстрее (в породах весьма крупноблочных в 3—4 раза по сравнению с мелкоблочными).

Рис. 106. Зависимость грануломет­ рического состава взорванной массы от диаметра скважинного заряда при взры вании гранита:

1 — диаметр заряда 105 мм; 2 — диаметр заряда 230 мм

Производительность экскаватора ЭКГ-4,6 в Гайском карьере увеличилась с 400 до 900 м3/ч, т. е. более чем в 2 раза при уменьше­ нии выхода негабарита с 7 до 0,2%. Часовая производительность автомашин увеличилась в 2 раза при уменьшении среднего диаметра куска с 55 до 15 см [51].

Рассмотрим принятые и рекомендуемые методы оценки степени дробления. Показателем эффективности разрушения породы при взрыве является ее кусковатость, или степень дробления. Обычно качество взрыва оценивается по выходу наиболее крупной негаба­ ритной фракции, от которой зависят: производительность и ритмич­ ность выпуска руды из камер; условия работы погрузочных машин; затраты времени и средств на вторичное дробление; целесообразность принятых параметров буровзрывных работ и допустимых размеров куска на предприятии.

В связи с этим степень дробления характеризуется: числом не­ габаритных кусков на 1 м3 взорванной массы; средним объемом не­ габаритного куска; процентом выхода негабаритов по отношению к взорванному объему; гранулометрическим составом взорванной массы; процентом отходов за счет переизмельчения [72].

Характеристика степени дробления по содержанию негабаритных кусков условна, так как с изменением размеров кондиционного куска (увеличения размеров приемных отверстий дробилок, емкости ковша и др.) изменяется процент выхода негабарита, хотя грануло­ метрический состав взорванной массы остается неизменным.

170

Гранулометрический состав обычно выражается в простых про­ центах (по выходу отдельных классов) или в суммарных процентах (по сумме выхода фракции до или выше данного класса).

Недостатками характеристики гранулометрического состава в простых процентах являются:

несоблюдение при произвольном выборе числа классов постоян­ ства закономерности в выходе классов — форма графика постоянно меняется;

ошибка в определении процента выхода одного класса ведет к ошибкам во всех остальных, поскольку сумма всех классов равна

ЮОо/о- Характеристика взорванной массы по суммарным процентам

имеет следующие преимущества: по положению кривой на графике

Гранулометрический состав взорванной массы по фракциям опре­ деляется путем непосредственного замера или фотограмметрическим способом.

Рекомендуемый некоторыми исследованиями средний, или сред­ невзвешенный диаметр [73] не отражает полных затрат энергии взрыва на дробление, поскольку одна и та же величина средневзве­ шенного диаметра может быть получена не при одном, а при самых различных соотношениях между фракциями. С другой стороны, одна и та же величина средневзвешенного диаметра может быть получена для различных объемов взорванной массы, что также не от­ ражает полных затрат энергии взрыва на дробление. В связи с этим при оценке влияния степени дробления на стоимость отдельных тех­ нологических операций и на общую стоимость добычи единицы про­ дукции рекомендуется комплексный показатель степени дробления с, являющийся более представительным по сравнению с приведенными выше [74]:

Формула (VI.1) не учитывает естественную трещиноватость массива, поэтому является приближенной. Точность ее тем больше, чем меньше влияние естественной трещиноватости на степень дробления. На ве­ личину показателя степени дробления влияет как количественная

171

величина фракций, из которых состоит взорванная масса, так и ка­ чественная ее характеристика, зависящая от объема среднего куска. Оценка степени дробления по показателю с может быть рассмотрена на следующем примере. Если разрушаемый объем Vp имеет равно­ мерное дробление (t = 1), тогда

то величину диаметра среднего куска разрушаемого объема можно выразить через разрушаемый объем и показатель степени дробления:

Из формулы (VI.2) следует, что величина dcP не зависит одно­ значно от показателя степени дробления. При высокой степени дробления dcр может быть достаточно большим, если велик разрушае­ мый объем. Наоборот, при малом разрушаемом объеме и небольшой степени дробления dcp может быть незначительным.

Средний диаметр куска зависит только от гранулометрического состава и может быть вычислен по формуле

d,ср П d.

где dt диаметр среднего куска данной фракции;

V t_

■объемная доля данной фракции.

v n

§ 27. Влияние степени дробления на стоимость технологических операций и общую стоимость добычи

Рациональная степень дробления определяется конечной стои­ мостью полезного ископаемого, включая первую стадию дробления на фабрике, если в таковой имеется необходимость. Рациональная степень дробления зависит от мощности применяемого оборудования, а последняя — от принятой производственной мощности предприя-

172

тия. Так, например, для карьеров небольшой производственной мощности (до 50 000 т в год) допустимый максимальный размер куска составляет 500 мм, для карьеров средней производственной мощности (более 300 000 т в год) 0,8—1 м и для карьеров большой

допустимые размеры будут уве­ личиваться.

Для карьеров строительных материалов небольшой производст­ венной мощности (до 0,5 мл. м3 в год) с щековыми дробилками с при­

Рациональная степень дробления определяется по эксперимен­ тальным данным с помощью графического анализа.

График зависимости стоимости отбойки для обычных ВВ в общем виде от диаметра скважинного заряда показан на рис. 107. Из гра­ фика видно, что с увеличением диаметра стоимость буровых работ

173

уменьшается, а стоимость взрывных работ увеличивается. Минималь­ ная стоимость отбойки соответствует оптимальному диаметру. Воз­ растание стоимости взрывных работ с увеличением диаметра заряда объясняется указанным выше увеличением удельного расхода ВВ,

друг от друга несущественно, поэтому графики не строились. Ре­ зультаты, аналогичные приведенным, получены и для вскрышных пород Кузбасса [49]. « •

График зависимости стоимости вскрышных работ от диаметра скважинного заряда и емкости ковша экскаватора для различных пород показан на рис. 109. Из графика следует, что:

оптимальный диаметр резко уменьшается с ухудшением взрывае­ мости пород; если в легковзрываемых породах при уступе высотой 15 м оптимальным для экскаваторов ЭКГ-8 является диаметр 269— 195 мм, то для трудновзрываемых — 132—140 мм;

174

О влиянии типа ВВ на величину потерь энергии заряда в ближней зоне взрыва. Рекомендации по подбору типа ВВ. В гл. II и III были рассмотрены закономерности изменения энергии ударной волны и волны напряжений с расстоянием в зависимости от свойств ВВ, формы заряда и свойств пород. Было отмечено, что энергия ударной волны в породе тем меньше, чем меньше мощность ВВ и крепость пород (см. рис. 31). В мягких породах значительная часть энергии остается в продуктах взрыва. Часть энергии продуктов взрыва рас­ ходуется на сообщение взорванной массе дополнительной кинетиче­ ской энергии. Потери энергии на необратимые деформации зависят от свойств пород и условий приложения нагрузки.

На рис. 110 показан график зависимости давления от деформации для трех различных по свойствам пород — глинистого алеврита, известняка и мрамора при взрывании плоского заряда ПЖВ-20 [32].

Большие по величине деформации соответствуют высоким давле­ ниям, т. е. ближней зоне взрыва. В глинистом алеврите деформации достигают наибольших значений, что объясняется большей ударной сжимаемостью за счет находящегося в нем газа и жидкости. В зоне высоких давлений (высоких плотностей) глинистый алеврит ведет

мраморе.

Затраты энергии на разрушение пропорциональны деформациям. Наименьшими являются затраты в мраморе, наибольшими — в гли­ нистом алеврите. Уменьшения затрат энергии в глинистом алеврите можно добиться уменьшением величины прилагаемых напряжений (рис. 111). По мере уменьшения величины прилагаемой нагрузки абсолютная величина деформаций, а следовательно и затраты энер­ гии на пластические деформации уменьшаются.

На рис. 112 показана зависимость величины и характера изме­ нения деформаций от формы заряда и расстояния для глинистого алеврита и известняка, из которой видно, что с расстоянием величины относительных деформаций быстро уменьшаются и что их абсолют­ ная величина в более плотном известняке меньше, чем в глинистом алеврите. Величина относительных деформаций для плоских зарядов продолжает оставаться высокой даже на расстояниях более 5 —6R0 от центра взрыва. Это указывает на то, что потери энергии, обусло­ вленные геометрическим расхождением ударной волны, по сравне­ нию с потерями на ударное сжатие незначительны.

Из рис. 110 и 111 видно, что в зоне высоких давлений деформации линейны, что объясняется большими скоростями нагружения. Таким образом, графики (рис. 110—112) указывают на различную энерго­ емкость процесса. Энергоемкость разрушения в ближней зоне больше, чем в дальней. Для разрушения плотных твердых пород целесообра­ зен режим хрупкого разрушения. Это достигается применением мощных бризантных ВВ, обеспечивающих высокие скорости нагру­ жения и высокие давления. Для малоплотных пород целесообразно

176

5

Рис. 112. Зависимость величины характера из­ менения деформации от формы заряда и рас­ стояния:

ческий: I —глинистый алев­ рит; Л — известняк

12 Заказ 873

применять ВВ малой мощности, поскольку для их разрушения не требуются высокие напряжения.

Переход на более мощные ВВ сопровождается переизмельчением породы, в особенности в ближней зоне взрыва. Если переизмельчение нежелательно и ведет к потерям полезного ископаемого или к снижению его качества, мощность ВВ не должна быть значитель­ ной и давления на контакте «заряд — порода» не должны превышать пределы прочности породы динамическому сжатию.

Представляется целесообразным следующий порядок подбора типа ВВ.

В с л у ч а е н е ж е л а т е л ь н о с т и п е р е и з м е л ь ч е -

ни я п о р о д ы .

1.Подбирается ряд ВВ с известными детонационными характе­ ристиками (показателем изэнтропы, плотностью и скоростью детона­ ции).

2.Определяется прочность породы сжатию для условий все­ стороннего равномерного динамического сжатия.

3.Определяется давление на фронте детонационной волны.

4.По формулам (11.27) и (11.30) определяются D и Р, а затем Р пор для пары «ВВ — порода».

Результаты расчетов заносятся в сводную таблицу.

5.Производится экспериментальная проверка количества пере-

измельченной породы для выяснения правильности отмеченного в таблице ВВ. В случае несоответствия переходят на другое ближай­ шее по импедансу ВВ.

Примеры расчета по указанной методике для некоторых пород и ВВ приведены в табл. 23, 24 и 25. Данные табл. 23 получены с по­ мощью электронно-вычислительной машины. Соответствующие по­ рядковым номерам 1—17 типы ВВ и порядковым номерам 1—6 типы пород указаны в табл.24 и 25. В табл. 24 включены также дан­ ные о пределе прочности сжатию пород в условиях сложного и дина­ мического напряженных состояний и данные о давлениях во фронте детонационной волны.

Из табл. 23 видно, что ВВ № 1 (тэн) непригодно ни для одной из приведенных в таблице пород, так как его применение приведет к переизмельчению и потерям энергии ввиду весьма высоких давле­ ний на границе «заряд — порода». Эти давления значительно больше предела прочности пород сжатию.

Для диабаза могли бы быть пригодны ВВ № 2, 3 и 4, так как они обеспечивают высокие давления (235 000 кгс/см2 и более). Хотя прессованный и литой тротил и имеют высокую плотность (1,59— 1,63 г/см3), но в скважине такая плотность не может быть достигнута из-за применяемой технологии заряжания. Указанной плотностью и необходимыми детонационными характеристиками обладают только горячие льющиеся водонаполненные взрывчатые вещества (ГЛВВВ).

Для гранита ВВ, обеспечивающего давление 155 000 кгс/см2, в таблице нет (прессованный тротил не обеспечивает необходимой плотности заряжания). Необходимо изготовление ГЛВВВ с несколько

178

* ВВ, обеспечивающие давления, близкие по величине к пределу прочности сжатию.

Т а б л и ц а 24

* В стальном кольце.