Прогнозирование параметров развала горной массы при производстве взрывных работ на карьерах строительных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Лисевич Вадим Вадимович

• Лисевич Вадим Вадимович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Лисевич Вадим Вадимович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗВАЛА ОТБИТОЙ ГОРНОЙ МАССЫ НА КАРЬЕРАХ

1.1 Расчетные методы определения параметров развала

1.2 Экспериментальные методы определения зависимостей формирования параметров развала

1.3 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАЗВАЛА

2.1 Основы принятой модели прогноза разрушения взрываемой горной породы

2.2 Начальные условия необходимые для реализации методики прогнозирования развала

2.3 Расчетный метод определения параметров развала взорванной горной массы44

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗВАЛА ВЗОРВАННОГО МАССИВА

3.1 Среда разработки программного обеспечения

3.2 Подготовка программного обеспечения к запуску основных систем расчета

3.3 Расчетная часть и реализация интерфейса программы

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЙ УСЛОВИЙ ВЗРЫВАНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ РАЗВАЛА ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ

4.1 Экспериментальное и расчетное определение параметров развала на гранитном месторождении и сравнительный анализ полученных результатов —74

4.2 Влияние конструкции заряда с воздушными промежутками на качество дробления и параметры развала взорванной горной массы

4.3 Влияние конструкции заряда с активной забойкой на качество дробления и формирование развала взорванной горной массы

4.4 Вывод по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование параметров развала горной массы при производстве взрывных работ на карьерах строительных материалов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Параметры развала горной массы при производстве взрывных работ оказывают существенное влияние на последующие технологические операции горного производства, себестоимость и безопасность горных работ. Снижение производительности и повышение себестоимости горных работ из-за нерациональных параметров развала весьма значительны, так как время, необходимое для подготовки и производства взрыва, в 5-8 раз меньше времени простоев, возникающих при некачественном взрыве. В настоящий момент учитывая достаточно обширное количество горно-геологических и горнотехнических факторов, не существует однозначного подхода к формированию развала горной массы отбитой скважинными зарядами.

Этому направлению посвящен большой объем исследований такими ведущими учеными, как Н.В. Мельников, Г.Г. Ломоносов, Н.Н. Казаков, Л.А. Черниговский, Б.Р. Ракишев, А.В. Гальянов и др., но следует отметить, что при расчетах параметров развала используются различные расчетные схемы, в основе которых лежат разнообразные геометрические модели поперечного сечения развала.

Основываясь на эмпирических расчетах и геометрических моделях поперечного сечения, авторы в своих работах определяли высоту или ширину развала и на основе их выполняли расчеты для определения остальных показателей. Такой подход целесообразен в случаях, когда горнотехнические и горно-геологические условия неизменны. Естественно, что на практике эти условия могут изменяться даже при работе на одном месторождении.

Обзор существующего программного обеспечения, показал, что на сегодняшний день решены отдельные задачи прогнозирования развала взорванной горной массы горной породы и нет его окончательного теоретического описания.

Таким образом, прогнозирование развала взорванной горной массы на месторождениях строительных материалов, является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Цель работы. Разработать методику по прогнозированию развала взорванной горной массы при уступной отбойке с заданными параметрами БВР, обеспечивающих повышение производительности горнотранспортного оборудования.

Идея работы. Прогнозирование параметров развала взорванной горной массы предлагается проводить на основе численных решений математической модели разрушения массива с учетом кинематических показателей расчетных объемов.

Основные задачи исследований:

1. анализ современных представлений о процессе формирования развала горной массы при производстве массовых взрывов на карьерах;

2. анализ расчетных и экспериментальных методов определения параметров развала горной массы;

3. разработать расчетный метод определения параметров развала горной массы при взрыве скважинных зарядов;

4. анализ влияния различных параметров буровзрывных работ на параметры развала горной массы;

5. разработать рекомендации по применению различных конструкций зарядов.

Методы исследований. Анализ теории и практики прогнозирования параметров развала горной массы при производстве взрывных работ, аналитические методы, проведение лабораторных и полигонных испытаний, численное моделирование параметров развала горной массы при взрыве зарядов различных конструкций в горных породах вариативных свойств, проведение опытно-промышленных испытаний.

Научная новизна:

Разработан расчетный метод формирования развала взорванной горной массы на основе многозонной численной модели разрушаемого массива.

Установлены аналитические зависимости кинематических показателей расчетных объемов модели уступа от параметров буровзрывных работ.

Основные защищаемые положения:

1. Прогнозирование параметров развала горной массы следует осуществлять на основе предложенной математической модели взрываемого массива с учетом различных в каждой зоне кинематических условий вылета расчетных объемов.

2. Моделирование процесса формирования развала взорванной горной породы рекомендуется осуществлять при помощи разработанного программного обеспечения «РазвалПлюс».

3. При расчете ширины выброса (Кшв.) и высоты развала (Кв.р.) взорванной горной массы, необходимо учитывать поправочные коэффициенты применяемой конструкции зарядов. Для конструкции заряда с воздушным промежутком -Кшв. = 0,85, Кв.р. = 0,92; для конструкции с активной забойкой - Кшв. = 0,90, Кв.р. = 0,95.

Практическая значимость исследований. Разработанная расчетная модель прогнозирования развала горной массы обеспечивает повышение эффективности взрывных работ.

Установлены закономерности влияния различных конструкций заряда на высоту и ширину развала взорванной горной массы.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по прогнозированию параметров БВР могут быть внедрены на месторождении гнейсо-гранитов «Пруды-Моховое-Яскинское».

Научные и практические результаты диссертации предполагается использовать на лекционных и практических занятиях по дисциплинам: «Технология и безопасность взрывных работ», «Проектирование и организация взрывных работ».

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объёмом проанализированных отечественных и зарубежных исследований по прогнозированию развала взорванной горной массы, удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных и производственных экспериментов, использованием

разработанных рекомендаций при производстве массовых взрывов на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское»

Апробация исследований. Работа докладывалась на заседаниях технического совета ООО "Евровзрывпром", на заседаниях кафедры взрывного дела и научно-технического совета по работе с аспиратами Горного университета.

Личный вклад автора заключается в провидении анализа полученных результатов отечественными и зарубежными учеными в области взрывного дела, на основании которого выполнены постановка задач и разработка общей методики исследования; разработан численный алгоритм прогнозирования параметров развала взорванной горной массы; произведены опытно промышленные испытания на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское».

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 печатных работах, все из них в изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы

Диссертация общим объемом 135 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 120 источников, включает 67 рисунков и 17 таблиц.

Благодарность

Автор приносит искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; доценту В.А. Артемову и другим сотрудникам кафедры взрывного дела за содействие в сборе материалов и практические советы при написании диссертации.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗВАЛА ОТБИТОЙ ГОРНОЙ

МАССЫ НА КАРЬЕРАХ

1.1 Расчетные методы определения параметров развала

В настоящее время невозможно себе представить горную промышленность без применения буровзрывных работ.

Более века ученые всего мира совершенствуют способы улучшения качества и эффективности применения взрывных работ. До сегодняшнего дня проводятся как теоретические, так и промышленные исследования новейших технологий производства взрывных работ, которые по сей день остаются основным средством отделения породы от массива и дробления горной массы при добыче полезного ископаемого [44].

Взрывные работы по добыче полезного ископаемого - дорогостоящий горно-технологический процесс. Одним из главных методов уменьшения затрат -увеличение использования энергии взрыва на «полезную» работу по дроблению и перемещению взорванной горной породы оптимизируя тем самым удельный расход ВВ. При этом качественное дробление горной породы позволяет обеспечивать максимальную производительность горного, дробильного и транспортного оборудования.

Прогнозирование формирования развала взорванной горной массы при уступной отбойке скважинными зарядами требует находить оптимальные параметры буровзрывных работ для достижения заданных показателей дробления и эффективной работы горнотранспортного оборудования.

Управление процессами добычи полезного ископаемого при помощи прогнозирования результатов взрывного разрушения и перемещения горной массы, можно представить в виде схемы (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема управления процессами добычи полезного ископаемого при помощи прогнозирования результатов взрывного разрушения и перемещения

горной массы.

После завершения буровзрывного комплекса работ проводится планирование дальнейших операций по добычи полезного ископаемого на месторождении. Опираясь на установленные проектом и графиком производства работ объемы добычи, строятся планограммы отработанных взрывом участков. Далее на их основании производится экскавация разрушенной раздробленной горной породы [8-11].

Для создания математической и физической модели прогнозирования развала взорванной горной массы необходимо знать процесс взрывного разрушения горных породи влияющих на него факторов.

Многочисленные научные работы позволяют в немалой степени говорить об изученности всех процессов, происходящих при взрывной отбойке. Наибольший вклад в современные представления о взрывной отбойке горных

пород, применяемых технологий и прогнозирования результатов взрывных работ внесли академики Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, Б.Р. Ракишев, профессора Л.И. Барон, Г.П. Демидюк, С.Д. Викторов, Н.Н. Казаков, В.А. Белин, В.Н. Родионов, Г.Г. Ломоносов, Б.Н. Кутузов, В.Н. Мосинец и многие другие. [67,91,92,83, 6,7,12,25,18,70]

Процесс образования развала отбитой горной массы взрывом напрямую связан с процессами дробления и перемещения горной породы. В связи с этим, был проведен достаточно большой объем работы, позволяющий сделать определенные выводы.

Действие взрыва в горной породе характеризуется целым рядом особенностей, которые затрудняют создание единой модели развития процесса взрывного разрушения горных пород. К числу этих особенностей следует отнести анизотропность разрушаемой среды; различие механических свойств пород и руд при статических и динамических нагрузках; значительные различия в скорости протекания процесса разрушения и перемещения породы; высокие напряжения, возникающие при детонации ВВ. Все это в совокупности приводит к различным представлениям о механизме разрушения среды взрывом в зависимости от того, какую роль исследователи отводят действию продуктов взрыва и действию волн напряжения в процессе разрушения породы. Так по мнению О.В. Власова, Г.И. Покровского, А.А. Черниговского [19,78,109]. Трудности решения задачи о перемещении породы при взрыве связаны с тем, что:

- при взрыве зарядов ВВ в скальных массивах происходит дробление породы с широким диапозоном размеров и формы кусков (массив из естественного состояния переходит в состояние дискретного множества);

- неопределенность размеров и формы затрудняет учет сопротивления воздуха при полете в воздухе и возможность перемещения кусков породы по горизонту падения;

- взаимодействие и столкновение осколков породы в полете приводит к изменению направления их движения;

- скорости разлета кусков породы при взрывах скважинных зарядов изменяются в широких пределах;

- при массовых взрывах в карьере скважины по самым различным схемам.

Вопросы, связанные с перемещением разрушенной взрывом породы,

хорошо изучены для условий взрывания на выброс и сброс [61,100,111], а также при уступной отбойке скважинными зарядами и взрыводоставки [27,37,50]. В этих работах приводятся количественные значения энергозатрат на перемещение раздолбленного массива, которые, в зависимости от конкретных условий, оцениваются от 8 до 12% от полной энергии взрыва.

Из зарубежных исследований следует отметить работы [17,120] показавшие, что общая энергия взрыва, идущая на отброс горной массы прямо пропорциональна избыточной величине заряда, превышающей предельную величину заряда, идущего на дробление. Предложена зависимость для расчета дальности перемещения центра тяжести отбитой массы в функции избыточной энергии заряда, идущей на отброс. Установлено, что увеличение массы заряда приводит к одинаковому возрастанию объема отброса как при мгновенном, так и при короткозамедленном взрывании. Анализ литературных источников [41,22,21,83] - показал, что большинство авторов при расчете кинетической энергии движения горной массы и дальности перемещения используют значения начальных скоростей, полученных экспериментально в лабораторных и натурных условиях. Значения экспериментально определенных начальных скоростей изменяются в широком диапазоне от 4,0 до 80 м/с в зависимости от свойств взрываемых пород и параметров заложения заряда ВВ.

Большой объем исследований в области прогнозирования развала был проделан таким ученым, как Б.Р. Ракишев [83-85]. Он использовал анализ данных скоростных съемок, чтобы описать траекторию полета отдельного расчетного объема (рисунок 2). Регулирование геометрических размеров развала в его работе достигается за счет главного кинематического параметра движения отбиваемого слоя - вектора скорости центра масс.

Вертикальная составляющая скорости движения равна

V =у$,та.

а

горизонтальная составляющая скорости

определяется по формуле

в = уггп

гп - время полета, равное ^ + г2; ^ - время подъема на высоту Н; г2 - время падения с высоты Н + к

V = V соаа. Дальность перемещения В

' = ^ • '1 5

Я

Н = ^;

2 Я

' 2 =

2(Н + к)

Я

(1.1)

Подставляя эти в значения получим формулу для расчета дальности перемещения В. В общем виде дальность перемещения взорванной породы определяется по формуле

В = ^ соб а

у0 Б1п а

+

Я

\

Л,2

Б1п а

0 + к

2Я

(1.2)

где у0 - начальная скорость перемещения в направлении ЛНС, м/с; а - угол откоса уступа, град.; Я - ускорение свободного падения, м/с; к - превышение над уровнем подошвы уступа, м.

Величину превышения над уровне уступа к предлагается принять равной высоте откольной зоны над уровнем подошвы уступа, т.е.

(1.3)

к = 0,5/ ^ + М п-

где /зар - высота колонки заряда над подошвой уступа, м; Мп - мощность нижележащей толщи, м.

Для расчета начальной скорости движения предложена следующая зависимость

У0 =

4у0о

4тд

-(у

V)2, (1.4)

. ПРвв (1 - к)_

Где у00 - постоянная для данных условий величина, имеющая смысл

скорости смещения части, находящихся на стенке зарядной полости, м/с; т - коэффициент сближения скважин;

-5

q - удельный расход ВВ, кг/м ;

к - отношение величины забойки к глубине скважины;

уП - критическая скорость разрушения, приобретаемая под действием отраженной от свободной поверхности волны напряжений, м/с; п - степень затухания скорости смещения [58].

Недостаточная определенность условного значения у00 и величин уП , п затрудняет использование этой зависимости для определения начальной скорости перемещения на практике. Еще одна формула, дающая весьма приближенное значение для расчета начальной скорости перемещения, полученная на основании экспериментальных данных по удельному расходу ВВ имеет вид:

уо =

Б 90 ^

^ , (1.5)

Рп

-5

Где qp - удельный расход ВВ, кг/м ; Б - скорость детонации, м/с;

-5

Рп - средний объемный вес породы, кг/м .

Аналитическая зависимость для расчета начальной скорости движения можно представить в виде:

93

у0 = — г

А<скв зар^11отн (16)

Рп

где г - расстояние от центра взрыва до точки, в которой необходимо определить скорость смещения массива; А - энергия взрыва 1 кг ВВ; < - диаметр скважины, м;

Р - вместимость 1 м скважины, кг; I зар - длина заряда, м;

- относительная длина заряда, равная

-5

Рп - объемный вес породы, кг/м3[113].

Зависимость для определения начальной скорости перемещения с учетом технологических параметров приведена в [86] и имеет вид:

< - размер средней отдельности в массиве до взрыва; кк - коэффициент, учитывающий конструкцию зарядов: ^ = 1,0 - для сплошных колонковых зарядов, ^ = 0,8 - для зарядов, рассредоточенных породным промежутком, ^ = 0,7 - для зарядов, рассредоточенных воздушными промежутками; кп - коэффициент, учитывающий число рядов скважин; к - коэффициент, зависящий от интервалов замедления; Q - величина заряда первого ряда, кг; е = 4,186 *10б Q-; Щ - ЛСВ, м;

а - расстояние между скважинами, м.

Однако входящие в эту зависимость значения эмпирических коэффициентов требуют уточнения. Кроме того, вышеприведенные зависимости недостаточно физически обоснованы, а неопределенность коэффициентов приводит к резко отличающимся значениям начальной скорости.

В рассмотренных зависимостях не дифференцируется вклад волнового и квазистатического факторов взрыва, их влияние на величину начальной скорости перемещения горной массы. Наиболее физически обоснованной является

(1.7)

где к - коэффициент, зависящий от блочного массива,

к - 10(1 + <т )-1

(1.8)

теоретическая зависимость для расчета начальной скорости перемещения, предложенная чл.-корр. Бронниковым Д.М. и его сотрудниками:

т Ч 0,5

2и .(¿Л2

V0 = к0 <

26

сж

РпШу-1)

V 7

V - т

(V + аи )7-1

тт

РпЖ

т (^ -+ с2

V Е J

(1.9)

где к0 - поправочный коэффициент, полученный в результате сравнения теоретических и опытных значений скорости;

-5

V, - объем котловой полости, м ;

ии - максимальное смещение отбитого массива в момент выравнивания давления продуктов взрыва с атмосферным давлением, м;

л

дсж - прочность породы на сжатие, н/м ;

л

6р - предел прочности на растяжение, н/м ;

Л

Е - модуль упругости, н/м ;

7 - показатель адиобаты, характеризующий состояние продуктов детонации;

Ж - ЛНС, м;

а - расстояние между скважинами, м;

л

^ - атмосферное давление, н/м ;

^ - гравитационная составляющая силы, действующей в направлении ЛНС.

Достоинством этой зависимости является то, что в ней впервые сделана попытка учесть физико-механические свойства породы, параметры отбойки и вклад волнового и квазистатического действия взрыва в процессе перемещения взорванной породы [107]. Однако при расчете начальной скорости перемещения по этой методике не представляется возможным с достаточной точность определять объем газовой полости V, и смещение отбиваемого массива ии, ввиду принятой схематизации ее формирования без учета ударной сжимаемости горных пород. Кроме того, прочность породы на сжатие в ближней зоне взрыва, в условиях сложного напряженного состоянии, является трудно определяемой величиной. Расчет начальной скорости перемещения при уступной отбойке по вышеприведенной формуле дает завышенные значения скорость у0.

В [71] приводится видоизмененная, с учетом экспериментальных данных по оценке размеров полости и остаточного давления в ней, зависимость:

213,6 -102( R*3)2

V0 = <

PnWa(Rom)

0,5

1-0,0215-

F

0,2

(R03/ Rom )0

-0,294 -109

R2

D*

V R03

■ F

+с 2

f 2

V * У

(1.10)

о

где рп - плотность породы, кг/м ; Ж - ЛНС, м;

а - расстояние между скважинами, м;

—03 - эквивалентный тротилу радиус заряда, м.

_ —

Относительный радиус полости —ОИ! = —Т определяется в соответствии с [66]

—03

по зависимости

R™ =

1310 1

/ „ /"г 2 \ 0,292 D* ' (А,С, ) R03

F - атмосферное давление, Па;

[ódpH J- динамическая прочность породы на растяжение, Па;

(1.12)

E - модуль Юнга, Па.

0,5

>

Покровский Г.Н. [78] предложил для определения дальности перемещения зависимость вида

B = ^щ[2(р-а)] + X - W ^^^ (1.13)

g cosa

где B - дальность перемещения, м;

р - угол откоса уступа, град.;

a - угол между вектором начальной скорости полета и ЛНС, град.; X - расстояние по горизонтали от рассматриваемого куска до откоса уступа,

м;

W - ЛНС, м.

Кроме того, большинство других эмпирических зависимостей для определения дальности перемещения горной массы основаны на геометрии

развала, принятой практически без учета параметров буровзрывных работ [80,16,20].

Основная задача внешней баллистики, то есть нахождение закона движения тела, брошенного под углом к горизонту в воздухе, не может быть решена без упрощения. Это объясняется тем, что при дроблении породы взрывом размеры и форма кусков получаются самими разнообразными. Это затрудняет учет сопротивления воздуха, так как ускорение тормозящей силы зависит от формы и массы летящего куска. Начальная скорость движения выброшенных кусков не может быть определена достаточно точно. Ошибка в определении начальной скорости в ±10% приводит к разбросу расчетного значения дальности перемещения на ±20%. Скорость и направление полета кусков породы изменяются в результате соударений в процессе движения. Кроме того, на скорость влияет истечение продуктов детонации, увлекающее отдельные куски и сообщающее им большие скорости движения. Таким образом, для упрощения решения основной задачи внешней баллистики делаются следующие допущения:

- вектор силы сопротивления воздуха направлен в сторону, противоположную вектору скорости;

- движущиеся в воздухе куски породы не взаимодействуют между собой;

- атмосфера принимается неподвижной, влияние ветра на полет куска учитывается в виде поправок;

- не учитывается эффект Магнуса, заключающийся в возникновении поперечной силы, действующей на кусок при его вращении в процессе движения в воздухе.

Уравнение движения в векторной форме имеет вид

^ = + (1.14)

м

где V - скорость движения, м/с;

6С - коэффициент сопротивления воздуха;

Я - ускорение свободного падения, м/с2;

Решение дифференциального уравнения имеет вид

v = v0 cos pe

-Ъл

v.. = V,

= v0 sin ps c - g/bc (1 - e

bt

У о = (

x0 =

v0 Sin p

b

v0 cos p

b

(1 - e )

(1.15)

+ g/Ъ )(1 - e ^) - gt

На последних двух уравнений, исключая время г, можно получить уравнение траектории движения куска в функции от х:

г

У - Уо =

g

— V0SinP + -J

Ъ

V К

c J

(x - Хо)Ъа , glnV0COS^-(x - Хо)Ъа

v0cosф Ъ2с

v0 cos ф

(1.16)

где x0, y0 - координаты куска породы во взрываемом массиве.

По уравнению траектории находится точка пересечения ее с дневной поверхностью, которая и определяет место падения куска.

Исследователи в лаборатории качеством минерального сырья Института горного дела Уральского отделения РАН (ИГД УрО РАН) также занимались изучением вопроса формирования развала. Ведь, прогнозирование технологических параметров взорванной массы является основой для установления оптимальных параметров БВР, обеспечивающих требуемое качество дробления, ширину и высоту развала [65].

В результате проведенной работы, с помощью среды программирования Delphi была разработана компьютерная программа, позволяющая моделировать развал сложного забоя, состоящего из двух видов горной массы. В основу программы легли материалы исследований, полученные институтом при анализе поведения породы на каждом этапе взрыва.

Ученые условно разделили взрыв на несколько стадий. Первая -расширение массива под действием взрыва, вторая стадия - разлет разрушенной горной массы в поле силы тяжести и стадия падения горной массы на горизонт. Разумеется, были описаны процессы происходящие в каждой из стадий с помощью систем уравнений.

Координаты характерных точек начального положения рудного тела снимаются с разреза блока в принятой системе координат. За начало системы координат принимается точка, расположенная на линии подошвы уступа, отнесенная на величину линии сопротивления по подошве (ЛСПП) от нижней бровки уступа вглубь массива. За ось абсцисс (Х) принимается линия, направленная вдоль подошвы уступа. Разработанный математический аппарат позволяет проследить поведение характерных точек слоев забоя на каждом этапе взрыва. На последней стадии формирования развала перемещение взорванной горной массы описывается, исходя из следующих условий: горная масса «оседает» на горизонт, верхние слои накрывают нижележащие; контур развала и слоев развала при взрыве скважинных зарядов в поперечном сечении в общем случае описывается параболической функцией [58]

Ширина развала является величиной, зависящей от параметров БВР, прочностных характеристик породы и геометрии уступа (рисунок 3).

Рисунок 3 - Исходные данные для расчета внутренней структуры развала

горной массы.

Исходными геоинформационными данными для расчета параметров размещения рудной массы в развале служили: Ну- высота уступа, м;

а - угол откоса уступа, град;

х, у - координаты точек контура рудного тела в разрезе относительно системы координат, м;

Ж- линия сопротивления по подошве, м;

В- ширина развала, м;

И- высота развала в месте пересечения его контура с линией откоса, м; Ар-коэффициент разрыхления во взорванном массиве;

1З - длина заряда в скважине, м;

1П - величина перебура, м.

После проведения эксперементальных взрывов, была составлена схема, в которой наглядно показан развал и части взрываемого уступа в нём (рисунок 4).

У

Рисунок 4 - Схема к расчету деформации массива при взрывных работах на

карьерах

За основу был взять дифференциальный тензор деформации, который предложил Гальянов Л.В .

т =

ды ды 1 + — —

дх дх

13

ду

ды дх

т = Т + Т + Т .

р с в ■

(1.17)

(118)

где индексы «р», «с», «в» означают расширение, сдвиг, вращение. Определить координаты перемещения точки М (рисунок 4) во всех стадиях деформации расчетного объема можно по формулам:

Хнач = 11 • СОБ^,

Хкон = Хпр + У кон •

У нач = 11 • эт^

У кон = Ку ПР ,

(

1 -

х + у • &я,а

пр у кон о ^

Л

Ж + в + у кон • С%а

Н - к к '

(1.19)

*1 = -1Н

1-

/ \ п

хпр + Н • ^ а Ж + в + Н • С^а

Где хнач, у нач, У пр, хпр, хШн, у кон - координаты положения центра тяжести в начальной, промежуточной и конечной стадиях деформации горного массива при взрыве [21,22].

Основные зависимости прогнозирования развала представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Зависимости для прогнозирования ширины развала Я и скорости выброса породы У0 при взрывании скважинных зарядов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лисевич Вадим Вадимович, 2016 год

- -

- -

^ -

I :

; - Г

- / _ 7--ГГ1

• - -

: - = 4^1 ;

; - - /

; Зона двйстВия ■/— / '

; I

- якно-б) ВЛбкВ

- —

- ч—

Рисунок 30 - Схема рабочей площадки ЭКГ-5А

Отгрузка полезного ископаемого производиться в автотранспорт предприятия - автосамосвалы БелАЗ 7547 (г.п. 45 т) или аналоги.

Горная масса транспортируется на дробильно - сортировочный завод (ДСЗ).

Согласно проекту на карьере Прудянский максимальная высота добычного уступа (И) достигает 18м, таким образом высота развала взорванной горной массы ^р) достигает до 11,8 м.В связи с этим, развал взорванной горной массы предусматривается отрабатывать одним уступом, с предварительным понижением высоты развала до значения 10,3 м бульдозером.

Однако, в настоящий момент существует необходимость отработки уступов высотой до 20 м. Более того, показатель высоты развала «до 11,8 м» сильно занижен, т.к. фактическое формирование развала достаточно сильно превышает эти значения.

Основными экскаваторами, используемыми на карьере, являются ЭКГ-5А, выпуск которого начался в 1980-ом году, представляет собой гусеничный карьерный экскаватор с вместимостью ковша 5 кубометров. Данная техника - это своеобразная карьерная полноповоротная лопата с гусеничным ходом. Она предназначена для выемки вскрышных пород и полезных ископаемых, и погрузки их в транспортные средства. ЭКГ-5А используется в строительной сфере и угольной промышленности. Экскаватор применяют для выполнения значительных объемов земляных работ.

Техника также работает со скальными породами, но они предварительно должны быть разрыхлены. Модель используется в районах с умеренным климатом и температурными условиями от -40 до +40 градусов. Основные технически харрактеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Основные технические характеристики ЭКГ -5А

Параметры ЭКГ 5А

Вместимость ковша основного, м3 5,2

Вместимость ковшей сменных, м3 3,2; 4,6; 6,3; 7

Просвет под поворотной платформой, м 1,89

Радиус черпания на уровне стояния, м 9,04

Длина гусеничного хода, м 5,83

Среднее удельное давление на грунт при передвижении, кПа 205/162/127

Радиус выгрузки наибольший, м 12,65

Высота выгрузки наибольшая, м 6,7

Скорость передвижения по горизонтальной площадке, км/час 0,55

Радиус хвостовой части, м 6,7

Среднее удельное давление на грунт при передвижении, кгс/см2 2,1/1,72/1,3

Высота черпания наибольшая, м 10,3

Ширина гусеничной ленты, мм 900

Масса рабочая, т 196

Радиус черпания наибольший, м 14,5

Расчетная продолжительность цикла на угол 900, с 23

Наибольший преодолеваемый угол подъёма, рад (град) 0,2(12)

Мощность сетевого двигателя, кВт (трансформатора, кВА) 250

Напряжение питающей сети, кВ 3; 3,3; 6; 6,6

Тип электропривода Г-Д с МУ *

Добычные работы ведутся с предварительным рыхлением массива с

помощью буровзрывных работ методом скважинных зарядов. В настоящий

момент все работы по бурению и взрыванию осуществляет подрядная организация ООО «Евровзрывпром».

На основании утвержденного типового проекта был произведен массовый взрыв на добычном горизонте. Все основные параметры буровзрывных работ приведены в таблице 5

Таблица 5 - Основные параметры массового взрыва

Наименование Ед. изм. Показатель

Конструкция заряда сплошная

Диаметр скважин м 0,220

Расстояние между скважинами в ряду м 6

Расстояние между рядами скважин м 6

Число рядов скважин шт. 4

Угол наклона скважин град. 90

Вес заряда в скважине кг 564

Высота уступа м 15

Длина заряда м 13

Величина перебура м 2

Величина забойки м 4

Тип ВВ Сибирит-1200

В качестве основного взрывчатого вещества, при проведении взрывных работ, применялось эмульсионное взрывчатое вещество 1 класса - «Сибирит 1200» изготавливаемый в смесительно-зарядной машине (СЗМ). Эти взрывчатые вещества, предназначаются для заряжания механизированным способом взрывных скважин с дневной поверхности и взрывания пород любой крепости и степени обводненности, включая породы и руды, содержащие сульфиды, если содержание пирита в них не превышает 30%, а показатель кислотности (рН) скважинной воды не ниже 4.0*. Основные неконтролируемые взрывчатые характеристики Сибирита-1200 приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Основные неконтролируемые физико-химические и взрывчатые характеристики «Сибирита 1200»

Характеристики Значения для «Сибирита 1200»

Расчетные

Теплота взрыва, МДж/кг (ккал/кг) 2,58 (617)

Удельный объем газообразных продуктов взрыва, л/кг, в том числе токсичных, л/кг 1047 10,3

Кислородный баланс, % -4,8

Экспериментальные

Плотность кг/м 800-1250

Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88: - нижний предел, мм Более 500

Чувствительность к трению (при нагрузке 15 кг) Отсутствие воспламенения

Скорость пули, вызывающая реакцию в ВВ, м/с >1116

Чувствительность к нагреву (метод ДТА) Отсутствие экзотермического разложения до температуры 1700С. Интенсивное экзотермическое разложение при 240-2600С.

Химическая стабильность при температуре 75оС в течение 48 часов Отсутствие реакции разложения

Критический диаметр детонации в стальной оболочке, мм. 25

Скорость детонации в стальной оболочке диаметром 50 мм (плотность 1200 кг/м3), км/с 4,9-5,2

Рекомендуемый инициирующий заряд Шашка-детонатор Т-400Г или аналогичного типа

Количество токсичных газов в продуктах взрыва (условная СО), л/кг 10,3

Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*м 90

Изготовление «Сибирита 1200» осуществляется на местах применения в смесительно-зарядных машинах (СЗМ) в соответствии с Регламентом технологического процесса изготовления «Сибиритов», Инструкцией по эксплуатации СЗМ и Кратким руководством по применению «Сибиритов».

Массовая доля компонентов (в процентах) должна соответствовать нормам, указанным в таблице 7.

Таблица 7 - Состав эмульсионного взрывчатого вещества «Сибирита-1200»

Наименование полуфабрикатов и компонентов Норма для «Сибирита1200» Метод испытаний

1. Эмульсия «Сибирита», 100 По дозировке

В том числе:

- селитра аммиачная 73-79 (78,5)

- вода 19-15 (15,5)

- масло индустриальное 4,5-7,5 (5,5)

- эмульгатор 1,5-0,5 (0,5)

2. Нитрит натрия (сверх 100%) 0,04 - 0,10 По дозировке

Основной системой инициирования использовалась неэлектрическая система инициирования ИСКРА, производства ОАО «Новосибирский механический завод «ИСКРА».

Поверхностное инициирование осуществлялось при помощи ИСКРА-П. Данный вид неэлектрической системы инициирования предназначен для задержки передачи инициирующего импульса при взрывных работах на земной поверхности, а также в подземных рудниках и шахтах, не опасных по пыли или газу.

Устройства ИСКРА-П состоят из капсюля-детонатора с замедлением, волновода красного цвета, соединительного элемента (втулки из полимерного материала) и монтажного соединителя черт. ИВШП 292.000, необходимого для соединения взрывных сетей. Волновод ИСКРА - П свернут в бухту, к одному из витков которой приклеена этикетка из ленты клеевой на бумажной основе, и оклеен одной или двумя бандеролями. Свободный конец волновода загерметизирован.

Длина волновода ИСКРА - П составляет 4, 6, 8, 10, 12 м с погрешностью

±5%.

При необходимости и согласовании может выпускаться другая длина волновода.

Общий вид устройства Искра-П представлен на рисунке 31.

Рисунок 31 - Общий вид устройства Искра-П. 1 - монтажный соединитель ИВШП 292.000; 2 - капсюль-детонатор с замедлением; 3 - втулка;4 - волновод; 5 -

бандероль; 6 - этикетка

В качестве инициируемых внутрискважинных устройств на месторождении гранито-гнейсов «Пруды-Моховое-Яскинское» используются Искра-С предназначенные для инициирования боевиков скважинных зарядов при взрывных работах на земной поверхности.

Устройства ИСКРА - С (рисунок 32) состоят из капсюля- детонатора с замедлением, ударно-волновой трубки (волноводом), соединительного элемента - втулки из полимерного материала. Цвет волноводов устройств ИСКРА-С -зеленый. Волновод устройств ИСКРА - С свернут в бухту, к одному из витков которой приклеена этикетка из ленты клеевой на бумажной основе и оклеена одной или двумя бандеролями. Свободный конец волновода загерметизирован.

Рисунок 32 - Общий вид устройств ИСКРА-С. 1 - волновод; 2 - капсюль-детонатор с замедлением; 3 - втулка; 4 - этикетка; 5 - бандероль

В качестве боевика используются шашки-детонаторы Т-400Г прессованные тротиловые с центральным каналом. Это взрывчатое вещество 1 группы, класса «С» и допущены к применению журнальными Постановлениями Госгортехнадзора России № 262/80 и 13/66 в качестве промежуточных детонаторов для инициирования скважинных и других зарядов малочувствительных промышленных взрывчатых веществ, а также в качестве взрывчатого вещества в соответствующих условиях на открытых работах.

Шашки Т-400Г массой применяются для взрывания в скважинах любой обводнённости, в том числе с проточной водой, со сроком увлажнения зарядов в воде до 6 суток при гидростатическом давлении до 0, 2 МПа (2кгс/см") [105,103,77]

Основные справочные физико-химические и взрывчатые характеристики шашек Т-400Г представлены в таблице 8.

Таблица 8 -физико-химические и взрывчатые характеристики шашек Т-400Г

Наименование показателя Т-400Г

1. Внешний вид Тротил прессованный в форме цилиндра со сквозным каналом

2. Размеры, мм

Диаметр 70+2

Длина 71±9

Диаметр канала, мм 14,5+5

3. Масса, г 400+20

4. Плотность, г/см, не менее 1,5

5. Скорость детонации, м/с 6800-7000

6. Температура вспышки, °С 295

7. Чувствительность к удару по

ГОСТ 4545, частость взрывов, % в 4-8

приборе 1

8. Чувствительность к трению, 2800

кгс/см2

В процессе производства массового взрыва была произведена съемка подготавливаемого блока, а также отбитой горной массы при помощи компактного, импульсного высокоскоростного лазерного сканера геодезического класса точности, с двухосевым компенсатором, расширенным полем зрения, встроенной видеокамерой и лазерным центриром LeicaC10 (рисунок 33). Данное устройство является одной из последних систем сканирования производителя геодезического оборудования Leica, которое заключает в себе все необходимые функции для максимальной производительности и точности построения сканируемой поверхности.

Scanstation C10 позволяет пользователям быстро осуществлять съемку как на дальние расстояния, так и точную, полнообзорную съемку внутренних помещений. Этому способствует новая технология Smart X-Mirror™, которая переводит зеркало, позиционирующее лазерный луч, в режим наклона или вращения в зависимости от размера области сканирования.

Также Smart X-Mirror синхронизирует встроенную видеокамеру высокого разрешения с лазерным лучом, что обеспечивает точное наложение текстуры на данные сканирования. Основные характеристики ScanStation C10 указаны в таблице 9, а комплектация устройства представлена на рисунке 34 [115].

Таблица 9 - основные характеристики Leica ScanStation C10

Тип инструмента импульсный, высокоскоростной лазерный сканер,

с двух осевым компенсатором, большим

диапазоном измерения расстояний, полным

обзором, встроенной видеокамерой и лазерным

центриром

Точность определения положения точки 6 мм на 50 м

Точность измерения расстояния 4 мм на 50 м

Максимальное расстояние 300 м

Угловая точность (по вертикали/горизонтали) 60 мкрад, 1 sigma

Размер пятна лазера до 6 мм на 50 м

Максимальное расстояние 300 м при отражении 90%

Частота сканирования до 50 000 точек в секунду

Поле зрения по вертикали 270°, по горизонтали 360°

Длительность работы от аккумулятора до 1,75 часа

Рабочая температура от 0° до +40°С

Температура хранения от -25° до +65°С

Размеры сканера 238 x 358 x 395 мм

Вес сканера 13 кг

Дополнительные устройства Встроенная сенсорная панель управления, встроенный HDD (80 Гб), встроенный разъем USB 2.0, встроенная видеокамера высокого разрешения с возможностью увеличения

Рисунок 34 - Общая комплектация 3D сканера Leica ScanStation C10

Leica ScanStation C10 состоит из:

1) ScanStationC10

2) Ноутбук, не поставляется в коплекте

3) Сетевой кабель

4) Внутренние аккумуляторы

5) АС - адаптер

6) Кабель питания

7) Адаптер для зарядного устройства

8) Зарядное устройство и набор аккумуляторов

9) Трегер

10) Штатив

11) Транспортировочный контейнер ScanStationC10

12) Транспортировочный контейнер для комплектующих ScanStationC10

При помощи данного сканера была сделана съемка интересующего нас

участка, с нескольких точек. Съемка с разных углов обзора обеспечивает наибольшую точность, что в высокой степени влияет на качество полученного результата.

Сканирование проводилось на стадии подготовки взрыва, а также после проведения взрывных работ. Таким образом, появилась возможность определить параметры формирования развала отбитой горной массы и сопоставить объем в плотном теле к объему в рыхлом теле, то есть определить коэффициент разрыхления горного массива при определенных параметрах буровзрывных работ.

Для объединения данных в единую СК применялся метод известной точки стояния и ориентации прибора на известную точку (метод «известной станции»). Сканер устанавливался и ориентировался на точки съемочного обоснования с известными GPS-координатами. Камеральная обработка результатов заключалась в сшивке данных по полученным GPS-координатам. Результатом сшивки является массив данных в виде координат XYZ (облако точек).

Облако точек представляет собой точную цифровую копию реального карьера на дату съемки. По облаку точек с использованием САПР возможно решать различные маркшейдерские задачи: составлять крупномасштабные топографические планы, рассчитывать объем вынутой породы, строить сечения, определять структурные линии. Созданная документация пригодна для решения проблем при ведении открытых горных работ, а также для планирования вскрышных и добычных работ и других производственных задач.

Для решения дальнейших задач необходимо использование дополнительного программного обеспечения, например Surpac.

Surpac - это наиболее популярное в мире программное обеспечение, для геологоразведки, моделирования и подсчёта запасов, использования и передачи рудничной информации, проектирования горных выработок, добычных работ и природоохранных исследований. SurpacVision дает возможность работать с данными всех известных программных продуктов и объектами, созданными при помощи большинства горнодобывающих и геоинформационных программ.

Геологический модуль представляет собой набор инструментов трехмерной визуализации и моделирования для обработки информации, полученной в полевых условиях. Способность к взаимодействию с другими программами дает Surpac возможность использовать пакеты Access или ODBC (связь с открытыми базами данных) и взаимодействовать с программой Oracle, SQL сервером и другими программами управления базами данных.

Одним из важнейших достижений пакета SurpacVision является простота и скорость создания каркасных моделей. Легко моделируется разветвление единого рудного тела на несколько зон, осуществляется усечение, пересечение, слияние объектов и отсечение их фрагментов. Графические функции Surpac позволяют строить геологические планы и разрезы и интерпретировать их на экране монитора. Инструменты верификации обеспечивают точность определения объема объектов, а также могут быть для проверки моделей, импортированных из других программ.

Функции построения цифровых моделей поверхностей дают возможность с высокой точностью создавать объемные модели рельефа и карьера на разных стадиях планируемой и фактической отработки.

Область интерфейса ПО Surpac можно расклассифицировать на десять различных участков (рисунок 35):

1. Меню (Menus)

2. Инструментальная панель (Toolbars)

3. Навигатор Surpac файлов (Navigator)

4. Панель предварительного просмотра (Preview pane)

5. Окно сообщений (Message window)

6. Строка состояния (Status bar)

7. Графическое окно (Graphics)

8. Панельуровней (Layers pane)

9. Панельсвойств (Properties pane)

10. Панель Легенды (Legend pane)

Рисунок 35 - Область интерфейса программного обеспечения Surpac

SurpacVision является на сегодняшний день одним из самых востребованных маркшейдерских модулей в мире, представляя собой превосходное средство достижения максимальной эффективности работы.

Загрузка сканированной поверхности в упомянутое выше программное обеспечение происходит в считанные секунды, после чего необходимо построить поверхность сканируемой территории, т.к. изначально рельеф поверхности выглядит в виде большого количества точек.

На рисунке 36 педставлен участок предполагаемых работ. Построенная модель демонстрирует структуру карьерного поля согласно установленному на

предприятии проекту производства работ, без учета находящихся на уступах неубранной разрыхленной горной массы.

Рисунок 36 - Контур блока без учета разрыхленной горной массы на

отрабатываемых уступах (ППР)

Такая модель наглядно демонстрирует необходимый результат производства взрывных работ, но для того чтобы учесть все факторы оказывающие влияние на подготовку бурения и взрывания, необходимо опираться на съемку поверхности карьерного поля накануне предполагаемой даты проведения работ.

Рисунок 37 демонстрирует, как изменяется участок, на котором производилась отбойка горной породы. Инженер в любой момент времени может загрузить данные в персональный компьютер и проанализировать результаты проведенной работы, в том числе определить объемы взорванной горной массы.

Однако основными интересующими нас показателями являлись параметры сформированного развала отбитой породы. Для их определения использовалась такая функция как «Построение разреза».

При наложении двух поверхностей «до взрыва» и «после взрыва» появляется возможность отчетливо увидеть, как изменилась отрабатываемая поверхность уступа.

I

Рисунок 37 - Наложение двух поверхностей. Коричневый - поверхность до взрыва; синий - поверхность после взрыва

Однако основными интересующими нас показателями являлись параметры сформированного развала отбитой породы. Для их определения использовалась такая функция как «Построение разреза».

При наложении двух поверхностей «до взрыва» и «после взрыва» появляется возможность отчетливо увидеть, как изменилась отрабатываемая поверхность уступа.

На рисунке 38 показан основной принцип отображения, но после детального изучения всех показателей были определены параметры формирования развала.

Рисунок 38 - Разрез, демонстрирующий параметры развала горной массы

Предварительно перед производством взрывных работ на месторождении было произведено моделирование взрывных работ на программе «РазвалПлюс». Все параметры соответствовали фактическим значениям.

Результат работы программного обеспечения «РазвалПлюс» можно видеть на рисунке 39.

Рисунок 39 - Контур развала взорванной горной массы, построенный при помощи

программного обеспечения «РазвалПлюс»

Затем сопоставляя полученные результаты фактических показателей и расчетных, произведен их анализ сходимости. Результаты сведены в таблицу 10. Таблица 10 - Определение сходимость расчетных и экспериментальных значений

Отметка сетки измерения Расчетное значение высоты развала, м Фактическое значение высоты развала, м Абсолютная погрешность высоты развала*, м

20 12 13 1

25 12 12,3 0,3

30 13,7 13,8 0,1

35 13,7 15 1,3

40 15 16 1

45 16,1 17 0,9

50 16 16,3 0,3

55 13,8 14 0,2

60 12,2 11,9 0,3

65 9,9 9,9 0

70 6,8 7,6 0,8

75 5,4 4,9 0,5

80 4,1 4 0,1

85 3 3,8 0,8

90 4,1 4 0,1

95 3 2,9 0,1

100 1,9 1,3 0,6

105 1,2 0,4 0,8

110 0,3 0 0,3

115 0 0 0

* - средний показатель абсолютной погрешности высоты развала составляет 0,47 м.

В процессе производства буровзрывных работ на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское» были проведены аналогичные исследования развала взорванной горной массы. В таблице 11 представлены основные показатели экспериментальных взрывов.

Таблица 11 - Определение погрешности расчетного метода

№ блока Высота развала, м Дальность выброса, м Общая абсолютная погрешность высоты развала, м

Блок 85 Горизонт 27/12 14,6 14 48 54 0,64

Блок 5 Горизонт 0/12 12,2 10,3 39 36 0,57

Блок 56 Горизонт 55/43 11,2 11,5 38 47 0,61

Блок 55 Горизонт 28/16 12,3 11,5 41 40 0,82

Блок 102 Горизонт 43/27 14,3 15,8 41 53 0,53

Блок 99 Горизонт 43/27 17,4 16,1 42 48 0,47

Блок 80 Горизонт 27/12 13,8 16,1 57 50 0,50

Примечание: в числителе дроби расчетное значение, в знаменателе -экспериментальное.

Один из примеров формирования развала взорванной горной массы на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское» представлен на рисунке 39.

Рисунок 39 - Результат формирования развала горной массы после производства взрывных работ на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское», блок 80,

горизонт 27/12.

Анализируя параметры развала взорванной горной породы на месторождении наибольшее технологическое значение при производстве буровзрывных работ несет такой показатель ширины развала, как -«ширина

выброса». Ширина выброса взорванной горной массы - это ширина развала разрушенной породы без учета ширины обуренной площадки уступа. Именно ширина выброса выступает одним из самых значимым технологическим показателей параметров развала взорванной горной массы [73].

Учитывая очень большое количество факторов, влияющих на процесс формирования развала отбитой породы, расчетные значения показали удовлетворительную сходимость относительно фактических результатов.

4.2 Влияние конструкции заряда с воздушными промежутками на качество дробления и параметры развала взорванной горной массы

Взрывные работы на месторождении «Пруды-Моховое-Яскинское» ведутся с применением большого количества забоечного материала в верхней части скважин, что, учитывая сильную трещиноватость горных пород, приводит к ненормативному выходу негабаритной фракции.

Самые распространенные в практике ведения взрывных работ скважинные заряды сплошной конструкции, с точки зрения механики взрывного дробления, являются наименее эффективными [2].

Большим количеством исследований установлено, что для повышения использования полезной энергии взрыва на дробление горных пород необходимо снижать пик давления продуктов детонации и растягивать во времени действие взрыва на горный массив, а также повышать расстояние между зарядом и забойной частью. Чтобы решить такую задачу были введены воздушные промежутки в конструкцию заряда [119].

Установлено, что такие заряды эффективны во всем диапазоне взрываемых горных пород и область их применения ограничена только наличием воды в скважине, т.к. внутри столба воды не происходит создания газовых полостей.

Применение воздушных промежутков в конструкции заряда позволяет более равномерно распределять энергию взрыва и вызвать максимальное смещение в большей части массива, но величина этих смещений может быть меньше разрушающих, поскольку одна и та же энергия распределяется на

больший объем горной массы и растягивается во времени. Поэтому добиться хороших результатов взрывного рыхления горных пород можно лишь в том случае, если обеспечивать наряду с рассредоточением заряда воздушными промежутками достижение оптимальной величины удельной энергии взрыва, достаточной для обеспечения заданной степени дробления [102,68]]

Таким образом, для производства взрывных работ, на верхних(вскрышных) горизонтах месторождения гранито-гнейсов «Пруды-Моховое-Яскинское», было предложено применение скважинных зарядов с воздушными промежутками.

Для подтверждения эффективности предложенного метода были произведены экспериментальные взрывы с применением различной конструкции зарядов(рисунках 40-41)

////¥/ А

2,5 м

3 м

1,5 м

7 м

\ \ \ \ \ \ \ забойка

верхний заряд ВВ

воздушный промежуток

нижний заряд В В

Рисунок 40 - Конструкция скважинного заряда с воздушным промежутком

Рисунок 41 - Конструкция сплошного скважинного заряда Параметры буровзрывных работ выбраны на основании утверждённого типового проекта для данного месторождения, основные из них представлены в таблице 12.

Таблица №12 - параметры буровзрывных работ

Наименование Ед. изм. Штатный показатель Предлагаемый показатель

Конструкция заряда сплошной с воздушным промежутком

Диаметр скважин м 0,105 0,105

Расстояние между скважинами в ряду м 3 3

Расстояние между рядами скважин м 3 3

Число рядов скважин шт. 6 6

Угол наклона скважин град. 90 90

Вес заряда в скважине кг 99 99

Высота уступа м 12 12

Длина заряда м 10 дополнительный - 3; основной - 7

Величина перебура м 2 2

Величина забойки м 4 2,5

Тип ВВ Нитронит ПАС-90 Нитронит ПАС-90

Нитронит ПАС-90 выступил в роле основного взрывчатого вещества, применяемого при проведении экспериментальных взрывов. Эта взрывчатка предназначена для ведения взрывных работ на земной поверхности горных пород с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова до 20, в том числе сульфидсодержащих пород, при заряжании скважин любой степени обводненности, при температуре окружающего воздуха от минус 45 до плюс 45 °С.

Компонентный состав применяемой взрывчатки представлен в таблице

№13.

Таблица 13 - Компонентный состав Нитронит ПАС

Наименование показателя Норма

1. Массовая доля компонентов, %:

- эмульсия 80±2

- аммиачная селитра 20±2

- микросферы (сверх 100 % эмульсии) 0,1-2,0

Примечание. 1. Массовая доля компонентов гарантируется технологическим процессом.

Внешний вид патрона Нитронита ПАС приведен на рисунке 42.

Рисунок 42 - Внешний вид патрона Нитронит ПАС. 1 - оболочка патрона из полимерной пленки; 2 - эмульсионное взрывчатое вещество Нитронит ПАС; 3 -клипса металлическая; 4 - сварной шов полимерного рукава

Неконтролируемые физико-химические и взрывчатые характеристики эмульсионного взрывчатого вещества Нитронит ПАС приведены в таблице 14. Таблица 14 - Неконтролируемые физико-химические и взрывчатые характеристики эмульсионного взрывчатого вещества Нитронит ПАС

Наименование характеристик Показатели

Расчетные характеристики

1. Теплота взрыва, кДж/кг (ккал/кг) 2950 (705)

2. Тротиловый эквивалент по теплоте взрыва 0,71

3. Кислородный баланс, % минус 1,7

4. Объем газообразных продуктов взрыва, л/кг 1017

5. Объем вредных газов (в пересчете на СО), л/кг 38

Экспериментальные характеристики

6. Скорость детонации открытого заряда, км/с: - диаметром 60 мм - диаметром 90-120 мм 4,8-5,0 5,0-5,2

7. Критический диаметр детонации, мм 40

8. Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88:

- нижний предел в приборе 2, мм 500

- частость взрывов в приборе 1, % 0

9. Чувствительность к трению на приборе

К-44-3 по ГОСТ Р 50835-95:

Л -нижний предел, МПа (кгс/см ) 900 (9000)

10. Чувствительность к первичным средствам

инициирования Не чувствителен

- к капсюлю детонатору и ЭД-8

11. Температура интенсивного термического разложения, °С 250-255

12. Температура вспышки при времени задержки 60 с, °С 326-330

13. Минимальная энергия зажигания, Дж, более 1,0

После производства массового взрыва произведена фотосъемка развала взорванной горной массы на 4 различных этапах выемки. Первый этап - сразу после формирования развала; Второй этап - около 75 процентов от общей взорванной горной массы; Третий этап - около 50 процентов от общей взорванной горной массы; Четвертый этап - около 25 процентов от общей взорванной горной массы. Для точности измерения осуществлялось 5 снимков на каждом этапе. Одни из результатов дробления горной массы и формирования развала после взрыва показано на рисунках 43-44.

Рисунок 43 - Результат производства буровзрывных работ с использованием конструкции зарядов с воздушным промежутком

Рисунок 44 - Результат производства буровзрывных работ с использованием

сплошных скважинных зарядов

На основе полученной фотосъемки произведен анализ гранулометрического состава взорванной породы [62,63] при помощи программного обеспечения WipFrag производства WipWareInc. Canada [116,117]. Результаты анализа полученных данных дробления горной массы, представлены на рисунках 45-52.

Рисунок 45 - Пример гранулометрического состава при взрывании сплошного

заряда (программа Wipfrag)

Рисунок 46 - Гранулометрический состав при взрывании скважинного заряда с воздушными промежутками (программа Wipfrag)

0,5

0,45

2 0,4

2 0,35 ш

X

ч

ш па ^ 0,3 и а. си

(И

о.

0,25

• ...................

XI.............-р..............у

•...........................................................

_±_ ___X

0,2

0,15

2 3 4

Этап измерения

• Воздушный промежуток • Сплошной заряд

Рисунок 47 - Средний размер куска различной конструкции заряда. Этап 1

0,47

0,42

и 0,37

е

£ 0,32

е р

ре0,27

м

з

0,22

0,17

2 3 4

Этап измерения

• Воздушный промежуток • Сплошной заряд

0

1

5

6

0

1

5

6

Рисунок 48 - Средний размер куска различной конструкции заряда. Этап 2

0,4

о 0,35 |_

е н Ч е

и 0,3 р

е м з

0,25

0,2

0 1 2 3 4 5 6

Этап измерения

• Воздушный промежуток • Сплошной заряд

Рисунок 49 - Средний размер куска различной конструкции заряда. Этап 3

0,45

0,4

............. •

£

о 0,35 |_

е н

с! £

и 0,3

о ф

м з а

0,25

0,2

2 3 4

Этап измерения

• Воздушный промежуток • Сплошной заряд

0

1

5

6

Рисунок 50 - Средний размер куска различной конструкции заряда. Этап 4

0,45

0,4

а:

и >

а:

0,35