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

и скорости перемещения взорванной массы, следует, что при при­ нятых интервалах замедления образуются сквозные щели шириной, достаточной для расчленения массива на части. Число, размеры и направление образующихся дополнительных поверхностей зависит от конкретных горно-геологических условий, схем взрывания и ин­ тервалов замедления.

Из опыта известно, что при величине интервала менее оптималь­ ной степень дробления ухудшается, а при величине интервала более оптимальной нарушается целостность взрывной сети, целостность скважин и зарядов, что ведет к нарушению намеченного порядка взрывания скважин и к отказам зарядов.

При расчете интервала замедления на Ждановском карьере ком­ бината Печенганикель принимают во внимание возрастание сопро­ тивляемости массива перемещению в сторону обнаженной поверх­ ности по мере увеличения числа отбиваемых рядов скважин. На этих карьерах приняты диагональные схемы взрывания. Взрываемые ступени зарядов отдалены друг от друга. Число зарядов в ступени ограничено. По мере приближения отбиваемого ряда к тылу массива интервал замедления увеличивается.

Расчет оптимальной величины интервала замедления произ­

Коэффициент к г для первого ряда скважин равен 4—5, для вто­ рого — 5—6, третьего, четвертого, пятого и шестого — 7—8 мс/м. Коэффициент к2 равен 2,5—3 мс на 1 м расстояния между скважи­ нами в ряду.

При одновременном взрывании на нескольких уступах, т. е. при так называемом каскадном взрывании взрывные сети могут быть повреждены кусками породы. Скорость полета отдельных кусков достигает 100 м/с. Во избежание повреждения взрывной сети интер­ вал между взрывами уступов

^уст Зу' Ю , МС,

где I — расстояние между каскадами, м; 3 — коэффициент запаса; v' — скорость полета кусков, м/с.

Принятая на карьерах методика расчета является прогрессивной, так как учитывает отличия в сопротивляемости действию взрыва раз­ личных участков массива, обеспечивает наилучшее соударение кусков, максимальное рассредоточение ВВ в массиве и наименьшее разруша­ ющее действие в тыл массива за линией последнего ряда скважин.

Наблюдения и замеры величин смещений и скоростей смещений

190

за линией последнего ряда скважин показали, что при величине смещений w — 25 мм и скорости смещений v — 0,5 м/с время, в тече­ ние которого происходит разрушение, равно 50 мс. Это время близко к величине принятого интервала замедления. Сопоставления и рас­ четы показывают, что величина интервала замедления может быть рассчитана также по формуле £опт = w/v, с, если известны ожида­ емые величины смещений и скорости смещений.

Наибольшая степень дробления может быть достигнута при схе­ мах взрывания, обеспечивающих последовательное взрывание каж­ дой скважины в отдельности и последовательное взрывание частей заряда в скважине — в первую очередь верхней, и во вторую — нижней. При такой схеме взрывания каждый предыдущий заряд

икаждая предыдущая часть заряда будут создавать дополнительную обнаженную поверхность или дополнительную нагрузку на массив, улучшающую степень использования энергии взрыва.

Трудности, связанные с реализацией такой схемы, могут быть преодолены применением детонационных реле, водонаполненных взрывчатых веществ и детонирующих шпуров с различной скоростью детонации, обеспечивающих передачу детонации через заданный интервал времени.

Известно, что водонаполненные ВВ непосредственно от детони­ рующего шнура не взрываются и что для их возбуждения требуются промежуточные детонаторы из шашек мощных ВВ (A-IX-I, ТГ, ТНТ

идр.). Детонирующие шнуры с различной скоростью детонации необходимы для дальнейшего совершенствования взрывных работ.

На рис. 114 показана диагональная схема взрывания, обеспечи­ вающая последовательное взрывание рядов скважин, а на рис. 115 —

последовательное взрывание рядов скважин, каждой скважины в ряду. Детонация от ряда к ряду или от скважины к скважине передается либо электродетонаторами короткозамедленного действия, либо детонационными реле (КЗДШ).

На рис. 116 показана диагональная схема взрывания со строен­ ными скважинными зарядами для преодоления больших сопротивле­ ний по подошве. Расстояния между скважинами в ряду значительно большие расстояний между рядами. Схема составлена с учетом напра­ вления естественных трещин. Детонация от заряда к заряду пере­ дается детонационными реле.

Схема соединения, показанная на рис. 114, обеспечивает распро­ странение детонационной волны с двух сторон, поэтому в отличие от других наблюдается наименьшее число отказов. Подобные схемы на карьерах Криворожского бассейна позволили сократить число отказов почти в 2 раза по сравнению с другими.

Упомянутое выше взрывание на нескольких уступах (каскадное взрывание) обеспечивает карьер сравнительно большим количеством взорванной массы, что сокращает простои дорогостоящего оборудо­ вания. Оптимальный объем взорванной массы, при котором стоимость добычи была минимальной, для карьеров Кривбасса соста­ вила 700 000—900 000 м3.

191

-о s'

О6

Рис. 114. Диагональная схема взрывания скважинных зарядов с помощью электродетонаторов замед­ ленного действия (римскими цифрами показана последовательность взры­

вания)

Рис. 116. Диагональная схема взрывания в карьерах комбината «Печенганикель» с помощью детонационных реле (римскими цифрами показана последо­ вательность взрывания; прямоугольники — детонационные реле)

Влияние конструкции заряда и типа ВВ на степень дробления и стоимость добычи. Существенное влияние на степень дробления оказывает и конструкция заряда. Оптимальной конструкцией является заряд, обеспечивающий наилучшие условия воздействия на массив. Это может быть достигнуто размещением ВВ различной мощности по высоте скважинного заряда, разновременным взрыва­ нием указанных частей заряда, а также применением забойки опти­ мальной длины и массы.

Забойка улучшает условия воздействия продуктов взрыва на массив. Напряжения и длительность фазы сжатия, а следовательно энергия, передаваемая породе, увеличивается, а количество газов, прорывающихся в атмосферу, уменьшается. Длина забойки не должна быть меньше 20—30 диаметров заряда. Целесообразно также размещать в забойке на расстоянии 5—10 диаметров от основного заряда небольшой дополнительный заряд, увеличивающий длитель­ ность действия продуктов взрыва на породу.

При скважинах сравнительно большого диаметра рассчитанный по удельному расходу ВВ заряд размещают на участке сравнительно небольшой длины, поэтому часть массива дробится недостаточно интенсивно. В этих случаях целесообразно верхнюю треть или верх­ нюю четверть заряда отделить от нижней небольшим воздушным промежутком (1—2 м) или забойкой. Взрывание скважинного заряда по частям (внутрискважинное замедление) с помощью детониру­ ющих шнуров, обладающих различной скоростью детонации, или с помощью специальных электродетонаторов позволит увеличить общую длительность действия взрыва на массив, увеличить число обнаженных поверхностей, полнее использовать энергию отражен­ ных волн и снизить сопротивляемость массива действию взрыва. При переходе на отбойку высокими уступами (более 15 м) может оказаться целесообразным разделение заряда на ряд частей инертным материалом (забойкой) или ВВ с малой чувствительностью к ини­ циированию от соседних частей заряда.

Эффективность действия скважинного или шпурового заряда может быть повышена не только выбором оптимального промежу­ точного детонатора (боевого заряда), но и правильным выбором места его размещения.

При взрывании скважинных зарядов боевой заряд размещают либо в верхней, либо в средней или нижней части заряда. При про­ ходке горных выработок и при ведении очистных работ шпуровыми зарядами применяют прямое или обратное инициирование. Анализ физических явлений при прямом и обратном инициировании поз­ воляет сделать ряд выводов.

Независимо от места расположения боевого заряда продукты взрыва прорываются в атмосферу через устье шпура или скважины задолго до разрушения всего массива. Однако местоположение боевого заряда существенно влияет на начало прорыва продуктов взрыва в атмосферу, т. е. на энергию ударной волны и волны напря­ жений. При обратном инициировании прорыв газов в атмосферу

наступит позже, и повышенное давление в зарядной камере сохра­ нится в течение большего отрезка времени. Поскольку общее коли­ чество выделяющихся при взрыве газов не зависит от положения боевого заряда, то можно полагать, что среднее давление в зарядной камере при обратном инициировании больше среднего давления при прямом инициировании. Это должно привести к меньшей дли­ тельности истечения продуктов взрыва при обратном инициировании и сравнительно большей длительности истечения при прямом ини­ циировании.

При равной величине давления во фронте ударной волны в на­ чальный момент взрыва, поскольку эта величина зависит только от свойств ВВ и породы, форма волны будет различной. При обратном инициировании высокие напряжения в волне будут сохраняться на ее большей длине, а при прямом — на меньшей. Так как энергия волны прямо пропорциональна напряжениям во второй степени и длительности действия только в первой, то при обратном ини­ циировании количество энергии, передаваемое породе, больше. Этот выход хорошо согласуется с данными о более высоком коэффи­ циенте использования шпура при обратном инициировании. Роль забойки при прямом инициировании более существенна, чем при обратном.

Увеличение степени дробления обычно сопровождается удорожа­ нием взрывных работ, а при отбойке трудновзрываемых пород и удо­

и высокой стоимостью ручного заряжания. Для зарядки обводнен­ ных скважин применяют сравнительно дорогие ВВ (гранулотол и алюмотол), ведущие к резкому увеличению стоимости отбойки. Повышение удельной энергии ВВ на 30—40% приводит к возраста­ нию его стоимости почти в 2 раза.

Снижения стоимости взрывных работ и уменьшения затрат на буровые работы при одновременном повышении степени дробления можно достигнуть применением водонаполненных ВВ, изготавлива­ емых непосредственно на предприятиях из раздельных компо­ нентов.

Водонаполненные ВВ, изготавливаемые на местах потребления, имеют следующие преимущества:

позволяют достигнуть высокой степени механизации заря­ жания;

обладают сравнительно высокой плотностью и скоростью дето­ нации, что позволяет добиться высокой концентрации энергии в еди­ нице объема скважины и повысить коэффициент передачи энер­ гии породе;

дают возможность регулировать количество энергии ВВ в еди­ нице объема скважины по мере изменения сопротивляемости массива действию взрыва по высоте уступа и по мере изменения физико­ механических свойств пород массива;

194

отличаются пониженной чувствительностью, что выгодно с точки зрения безопасного обращения с ними и выбора точки иницииро­ вания.

Недостатком ВВВ является необходимость сравнительно больших капитальных вложений (около 300—500 тыс. руб.) для строительства комплекса машин. Расчеты показывают, что срок окупаемости капи­ тальных затрат в карьерах большой и средней производственной мощности не превышает одного года. Одним из наиболее перспек­ тивных видов ВВВ является их разновидность, названная горячими льющимися водонаполненными ВВ, или ГЛВВВ, так как темпера­ тура одного из компонентов — горячего насыщенного 90%-ного раствора аммиачной селитры (10% воды) составляет 93—96° С, а температура смеси раствора селитры с гранулированным тротилом

всоотношении 80 : 20 и загустителем (от 0,5 до 2% к весу смеси) составляет 75—85° С (в зависимости от температуры тротила). Смесь указанной температуры обладает высокой текучестью и легко зака­ чивается в шланг и в скважины. Основные сведения о свойствах гранулотола, наиболее распространенных ВВВ и ГЛВВВ приведены

втабл. 27. Из таблицы следует, что ГЛВВВ 80/20, обладающее нулевым кислородным балансом, обеспечивает наибольшую кон­ центрацию энергии в единице объема скважины (1345 по сравнению

с995—1008 при гранулотоле). ГЛВВВ после закачки быстро твердеет

вскважине и практически не вымывается проточной водой. Введение в состав ГЛВВВ алюмотола позволит увеличить кон­

центрацию энергии в единице объема скважины и довести до 2000 ккал/дм3 и более.

В табл. 28 приведены данные о влиянии концентрации энергии (импеданса ВВ) на выход горной массы, степень дробления, средний размер куска и производительность экскаватора по данным Жда­ новского карьера комбината Печенганикель для пород I и II кате­ гории по взрываемости. По данным таблицы построены графики, из которых видно, что с возрастанием концентрации энергии в еди­ нице объема скважины (импеданса ВВ) степень дробления диаба­ зов и габбро-диабазов возрастает (рис. 117) и увеличивается про­ изводительность экскаваторов за 1 ч чистой работы (рис. 118).

Аналогичные результаты получены и при взрывании ГЛВВВ на карьере «Медвежий Ручей» Норильского комбината (выход горной массы с 45 м3 увеличился до 60 м3 на 1 м; производительность экска­ ваторов возросла на 7—15% в смену).

Одним из возможных путей повышения степени дробления яв­ ляется также отбойка на неубранную породу. Опыт отбойки на «за­ жатую среду» при разработке руд подземными работами показал возможность повышения степени дробления при определенном объ­ еме компенсационного пространства в блоке [81]. Отбойка породы на неубранную породу в уступе карьера повышает степень дробле­ ния [82]. В обоих случаях имеет место использование кинетической энергии взорванной массы на дополнительное дробление за счет соударения кусков.

* В числителе приведен 90%-ный водный раствор селитры, в знаменателе —тротил.

П,м!/ч

С

196

§ 29. Оценка экономической эффективности ВВВ

Расчет годового экономического эффекта от внедрения новой технологии заряжания скважин ВВВ с учетом капитальных вложе­ ний на строительство зданий и механизмов можно произвести по формуле [83]

ЭГод = \(Ср -{-ЕКр) — (СВвв + ^■^■ввв)] А , руб/год,

где Ср — эксплуатационные затраты на 1 м3 горной массы при ручной зарядке скважин;

Сввв — эксплуатационные затраты на 1 м3 горной массы при механизированной зарядке скважин;

Я'ввв) К р — удельные капитальные затраты на 1 м3 горной массы при механизированной и ручной зарядке скважин соответственно;

Е— нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,12—0,15;

А— годовой объем горной массы, взрываемый при механи­

зированном заряжании ВВВ, м3. Срок окупаемости капитальных вложений

^ввв -^-р лет.

Сшт— Сввв

Э к с п л у а т а ц и о н н ы е з а т р а т ы р а с с ч и т ы в а ю т п о с л е д у ю щ и м ф о р м у л а м :

1) эксплуатационные затраты по взрывным работам

^взр — Сввв Сс>в ~f-Сзар, руб.,

•

где Сввв — стоимость ВВВ или их компонентов с учетом транс­ портных и заготовительно-складских расходов, руб.;

Сс в — стоимость средств взрывания, руб.; Сзар — затраты на приготовление (водосовмещение) и заря­

жание ВВВ, руб.;

Csap = С3. п—|- Са + Ст р + Ст+ См + Сэ, руб.,

где С3 п — заработная плата обслуживающего персонала с учетом всех видов доплат и начислений, руб.;

Са — амортизационные отчисления по применяемому обо­ рудованию (склады ВМ, пункт растаривания и по­ грузки ВВВ или их компонентов, пункт приготовления горячего раствора аммиачной селитры, машины для доставки ВМ, смесительно-зарядные машины, машины для доставки горячего раствора и пр.), руб.;

Ст р — затраты на текущий ремонт и техобслуживание обору­ дования и сооружений, руб.;

Ст — затраты на топливо, руб.;

198

См — затраты на материалы, руб.; Сэ — затраты на все виды потребляемой энергии, руб.;

2) эксплуатационные затраты по буровым работам

Сбур = в^бур. РУ6-’

где q — стоимость бурения 1 м скважины (принимается по фактиче­ ским данным предприятия или расчетным путем в сопоста­ вимых условиях), руб.;

F6yp — объем буровых работ, м.

Применение ВВВ обусловливает расширение сетки скважин с соответствующим уменьшением объемов буровых работ. Ориен­ тировочный расчет сетки скважин при взрывании разными или одинаковыми ВВВ, но с различной объемной концентрацией энергии производят из условия равенства затрат энергии на разрушение единицы объема породы по формуле (VI .4).

Удельные эксплуатационные затраты по буровзрывным работам

стоимости капитальных вложений на технологические процессы: хранение и подготовку на складах, пункте растаривания и погрузки сухих компонентов, а также пункте приготовления горячего раствора селитры; доставку, приготовление и механизированное заряжание скважин ВВВ и бурение.

Цены на новые изделия и оборудование рассчитывают в соответ­ ствии с отраслевыми методиками определения оптовых цен на новую продукцию производственно-технического назначения, разработан­ ными на основе общей методики Государственного комитета цен Совета Министров СССР [84].

^ Удельные капитальные затраты

ПМ . руб/м3,

где 2 3т. п — полная стоимость капитальных вложений на техноло­ гические процессы.

Как следует из изложенного, применение ВВВ, в частности ГЛВВВ, уменьшает объемы бурения и сопровождается повышением степени дробления, что благоприятно влияет на производительность погрузочно-транспортного и дробильного оборудования. На рис. 119 показан график зависимости стоимости добычи и стоимости техноло­ гических операций от степени дробления при применении ГЛВВВ для условий карьера «Медвежий Ручей». Изготовление ГЛВВВ непосредственно на предприятии позволило резко снизить транс­

Механизация погрузочно-разгрузочных работ и высокая произ­ водительность комплекса резко снижает численность вспомогательного

199