книги из ГПНТБ / Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие

ОСНОВНЫЕ П О Н Я Т И Я

Массивы скальных пород при добыче полезных ископаемых необходимо

породе диаметром более 75 мм при любой глубине и глубиной более 5 м при л ю ­ бом диаметре.

К а м е р а — выработка кубической или удлиненной формы, пройденная в массиве горных пород для размещения сосредоточенных зарядов ВВ большого

и скважин с помощью буровых машин: перфораторов, сверл, буровых станков.

ного ВВ и диаметра заряда сверхзвуковой скоростью, обусловленное прохо­

няющаяся по заряду ВВ со сверхзвуковой скоростью и обеспечивающая возни­ кновение за фронтом волны химической реакции.

В В , размещенный в металлической или картонной гильзе и предназначенный

искрами которого при горении вызывается взрыв первичного и вторичного

крепленным в нем электровоспламенителем. В электродетонаторах замедленного»

действия между инициирующим В В и электровосиламенителем размещен за­

бризантного В В . Д Ш взрывается от капсюля—детонатора или электродетонатора. П а т р о н - б о е в и к — заряд из одного или нескольких патронов мощ­ н ы х ВВ с капсюлем-детонатором, электродетонатором или детонирующим шну ­

пость горных пород. Коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяко-

ВВЕДЕНИЕ

Коренное совершенствование способов разрушения горных пород при бурении и взрывании и создание принципиально новых средств и методов добычи полезных ископаемых имеют первостепенное зна­ чение для увеличения объема добычи полезных ископаемых и повы­ шения технико-экономических показателей всех технологических процессов в горнодобывающих отраслях промышленности.

В ближайшие годы значительно возрастет объем перерабатыва­ емых скальных пород в угольной промышленности, в черной и цвет­ ной металлургии, в нерудной промышленности, а также при гидро­ техническом и транспортном строительстве. В этих отраслях горные массивы, подлежащие рыхлению взрывами шпуровых, скважинных и камерных зарядов в основном сложены породами с коэффициентом крепости / = 6 -г- 14 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Скальные породы при добыче необходимо дробить на куски такой крупности, при которой обеспечивается наибольшая эффек­ тивность погрузки, транспортирования и последующей переработки. При этом применяют наиболее целесообразные для конкретных условий способы бурения шпуров и скважин (или проведения камер) и методы ведения взрывных работ.

Трудоемкость взрывной подготовки горных пород и выемки составляет 30% общей трудоемкости добычи, а при проведении выработок она достигает 50%. С увеличением крепости пород отно­ сительная трудоемкость буровзрывных и в особенности буровых работ возрастает. Применение на карьерах и рудниках цикличнопоточной и поточной технологии добычи полностью зависит от каче­ ственного дробления горных пород. Совершенствование методов управления энергией взрыва продолжает развиваться в направлении отработки параметров многорядного короткозамедленного взрыва­ ния, взрывания в зажатой среде на неубранную породу, исполь­ зования зарядов с воздушными промежутками. Массовое внедрение игданитов и широкое применение гранулированных ВВ создало предпосылки для полностью механизированного ведения взрывных работ. Достигнут определенный прогресс в области создания и вне­ дрения водонаполненных ВВ.

Экспериментальные ядерные взрывы в мирных целях показали принципиальную возможность применения их для дробления гор­ ного массива и для удаления вскрышных пород.

В настоящее время на горных предприятиях работают в доста­ точном количестве высокопроизводительные погрузочно-транспорт- ные машины и оборудование. На карьерах горнорудной промышлен­ ности малоэффективные станки ударно-канатного бурения в основном заменены станками шарошечного бурения с долотами диаметром 214—243 мм и осевым давлением 20—40 тс. Прошли промышленные испытания шарошечные станки с долотами диаметром 320 мм и осе­ вым давлением 70 тс.

Бурение взрывных скважин на карьерах в последние годы совер­ шенствуется в направлении разработки способов разрушения пород различными методами и создания новых буровых станков и инстру­ мента, а также повышения работоспособности действующих машин и оборудования. С 50-х годов разрабатываются новые способы раз­ рушения горных пород, основанные на использовании электри­ ческого тока, электромагнитных колебаний, тепловых и комбиниро­ ванных воздействий.

При решении проблемы разрушения горных пород необходимо получить обоснованную информацию о среде (горной породе), под­ вергаемой разрушению, о действующем объекте (буровом инстру­ менте, взрыве ВВ, электромагнитных колебаниях и т. д.), о взаимо­ действии объекта и среды и на основе найденных закономерностей наметить комплекс инженерных решений по разрушению горных пород.

В связи с многообразием способов разрушения их классифици­

ультразвукоаое разрушения).

По способу воздействия на породу: твердым инструментом (меха­ ническое бурение и резание), газами (взрывание), жидкостью (гидра­ влическое разрушение), электромагнитными волнами (электромаг­ нитное и магнитное разрушения), электрическим током (элек­

электрогидравлическое и гидровзрывное разрушение, с помощью абразива и жидкости — ультразвуковое разрушение).

Курс «Взрывное и механическое' разрушение горных пород»

является базовым для технологических горных дисциплин по откры­ той и подземной разработке месторождений полезных ископаемых и строительству подземных сооружений. В нем изложены основы теории и практики разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых и проведении выработок.

Автор выражает благодарность рецензентам: коллективу ка­ федры разрушения горных пород Ленинградского горного института

Р а з д е л I

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВЗРЫВАНИИ

К Р А Т К А Я ИСТОРИЯ Р А З В И Т И Я

Первым В В , известным человечеству, был черный порох, который приме­

в Англии Бикфорд изобрел огнепроводный шнур, в 1846 г. в Италии А. Собреро получил нитроглицерин. В 1853 г. в России Н . Н . Зининым и В . Ф . Петрушевским

было разработано В В , по составу аналогичное динамитам.

Шведский инженер А. Нобель, усовершенствовав состав динамитов, полу­ чил на их производство патент, назвав нитроглицерин, входящий в состав В В , «взрывчатым маслом Нобеля». Запатентовал Нобель и запал под названием «запал Нобеля». Эти мощные ВВ длительное время являлись основными д л я взрывных работ в горной промышленности всех стран.

В 1867 г. шведскими химиками Ольсеном и Норбином были открыты аммо­ ниты, однако Нобель купил патент Ольсена и Норбина и более чем на 20 лет задержал внедрение аммонитов в горную промышленность.

рывно расширяется и в настоящее время. С 30-х годов в нашей стране наблюда­ ется тенденция замены нитроглицериновых динамитов на более безопасные аммиачно-селитренные В В (аммониты, динамоны), которые к 40-м годам стали основными ВВ для горной промышленности. С 1927 г. аммониты применяют на карьерах, а с 1931 г. — в шахтах . Большая заслуга в этом принадлежит В . А. Ассонову. В последнее десятилетие непрерывно расширяется применение игданитов — простейших ВВ (смесь аммиачной селитры с дизельным топливом). В раз ­ работке простейших В В (в том числе игданитов) основная заслуга принадлежит акад . А Н СССР Н . В . Мельникову и проф . ,докт . техн. наук Г. П . Демидюку.

Динамоны в СССР начали изготовлять с 1936 г. Массовое изготовление динамонов на предприятиях было налажено в годы Великой Отечественной войны. С 1953 г. выпуск простейших динамонов был прекращен ввиду нестабиль­ ности их характеристик и из-за расслаивания при зарядке скважин .

В последнее десятилетие разработаны более совершенные аммиачно-селит­ ренные В В : мощные скальные аммониты, менее чувствительные грубодисперсные ягданпты, гранулиты и зерногранулиты, водонаполненные и горячелыощиеся ВВ (ифзаниты). С этими ВВ связано успешное развитие механизации з а р я ж а ­ ния шпуров, скважин и камер, а т а к ж е решение проблемы взрывания обводнен­ ных пород.

Большие работы по совершенствованию ассортимента мощных, гранули­ рованных и предохранительных В В , по фундаментальному изучению причин воспламенения и способов предупреждения взрывов метано-пылевоздушных сред в угольных шахтах выполнены проф., докт. техн. н а у к Л . В . Дубновым.

М. М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предложил формулу дл я рас­ чета зарядов на выброс, которой широко пользуются до настоящего времени.

Советские академики М. А. Лаврентьев, Н . Н . Семенов, Я . Б . Зельдович, Ю. Б . Харптон, М. А . Садовский, Н . В . Мельников, чл . - корр . А Н СССР

Л . Я . Компанеец и другие разработали комплекс фундаментальных вопросов, связанных с детонацией зарядов В В и разрушительным действием взрыва в непосредственной близости, а т а к ж е с сейсмическим действием взрывов на расстоянии. Большой вклад в анализ физических явлений, связанных с дей­

Б . М. Шехтером, К . В . Андреевым, Г. П . Демидюком, М. М. Докучаевым и другими учеными. Фундаментальные исследования механизма разрушения гор­ ных пород взрывом выполнены профессорами Г. И . Покровским и О. Е . Вла­ совым. Эти исследования развиты в трудах профессоров А. Н . Ханукаева, Ф . И . Кучерявого, М. Ф . Друкованого и других ученых.

Большие работы за последние 20 лет по разработке методов регулирования степени дробления горных пород взрывом проведены акад . Н . В . Мельниковым, профессорами Л . Н . Марченко, А . Ф . Сухановым, Ф . И . Кучерявым, М. Ф . Дру -

Проф. М. М. Протодьяконов в 1911 г. опубликовал первую научно обосно­ ванную классификацию горных пород, которая широко применяется до насто­

Фундаментальные работы в области классификации горных пород, основан­ ной на их базовых свойствах, выполнены под руководством чл . - корр . А Н СССР

B . В . Ржевского.

Большие работы по применению крупных взрывов на выброс выполнены трестом Союзвзрывпром. В 1952—1953 гг . взрывами трех серий зарядов на Ал -

горной породы. В результате этого срок ввода карьера в действие сократился на

матики, химии разработаны научные основы взрывного разрушения горных пород, что позволяет у ж е сейчас в ряде случаев получать желаемые результаты действия взрыва.