Разрушение горных пород взрывом, 2010 1 Лекция 21 РЕГУЛИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ

ВЗРЫВОМ

Результаты взрывных работ на горных предприятиях должны удовлетворять следующим основным

требованиям.

1. Горная порода при взрыве должна быть раздроблена на куски, не превышающие определенных размеров, а выход мелких фракций должен быть по возможности минимальным.
Наличие во взорванной массе большого количества негабаритных кусков в 1,5-2 раза снижает производительность и срок службы погрузочно-транспортного оборудования. Кроме того, дробление негабаритов нарушает ритмичную работу горного предприятия (карьера, рудника).

2. При подземной разработке месторождений полезных ископаемых в результате взрывных работ требуется получить определенный коэффициент разрыхления горной массы, обеспечивающий ее эффективный выпуск из камер.

заданной ширины и высоты, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную работу погрузочных

машин.

4. Запас взорванной массы в забое должен обеспечивать бесперебойную и высокопроизводительную работу погрузочного и транспортного оборудования.

2. Зоны дробления взрывом трещиноватого массива

Массив горных пород, как правило, разбит несколькими системами трещин. Трещины возникают в результате различных процессов:

- при образовании горных пород (генетические трещины);

- в процессе последующих горообразовательных процессов (тектонические трещины);

- в процессе ведения взрывных работ.

работ, отличаются от трещин первых двух групп по следующим признакам:

-

трещины отрыва не заполнены вторичными минеральными образованиями;

- их распространение ограничивается, как правило, одной отдельностью массива.

Зоны дробления трещиноватого уступа:
1 – зона регулируемого дробления;
2 – зона практически не регулируемого
дробления

Во взрываемом трещиноватом массиве можно выделить две характерные зоны дробления
В непосредственной близости от заряда все отдельности разрушаются на значительное число кусков от действия волн напряжений и давления газообразных продуктов взрыва. Поскольку изменением параметров заряда можно направленно изменять степень дробления горной породы в этой зоне, ее принято называть зоной регулируемого дробления.

слагающих остальной объем взрываемого массива, происходит в результате динамического воздействия

на него расширяющегося объема породы зоны регулируемого дробления.

Разрушение отдельностей в этой зоне носит вероятностный характер: отдельность может разрушиться на две-три части при наличии в ней дефектов или неоднородностей, ослабляющих ее в отдельных сечениях.

Удаленные от заряда отдельности разрушаются вследствие развития магистральных трещин, которые, как правило, переходят из одной отдельности в другую при их механическом соударении. Эта зона называется зоной практически не регулируемого дробления.

пород взрывом
Известные методы регулирования качества дробления пород взрывом делятся на

две группы, в зависимости от того, в какой зоне (регулируемого или практически не регулируемого дробления) планируется изменить степень дробления горной породы.
1. Регулирование воздействия взрыва отдельного заряда на массив в зоне регулируемого дробления путем изменения:
- удельного расхода ВВ;
- диаметра заряда;
- конструкции заряда;
- направления инициирования сплошного заряда;
- качества забойки и ее длины.
2. Регулирование воздействия взрыва системы зарядов в зоне практически не регулируемого дробления путем:
- изменения сетки расположения скважин и числа их рядов;
- изменения интервалов замедления и последовательности взрывания зарядов;
- взрывания в зажатой среде (на подпорную стенку).

массив в зоне регулируемого дробления
1. Удельный расход ВВ
Для разрушения

массива породы до определенной крупности требуется затратить определенное количество энергии, причем с увеличением степени дробления энергоемкость разрушения увеличивается. Такая закономерность справедлива как для механического, так и для взрывного способов разрушения. В то же время необходимо отметить, что механическое дробление имеет двухстороннюю схему приложения нагрузок (а), а взрывное – как правило, одностороннюю (б).

Схемы приложения нагрузок
при механическом (а)
и взрывном (б)
дроблении горной породы

значительных размеров трещины экранируют распространение энергии, уменьшают возможность дробления и

часто, в отличие от механического способа требуют увеличения удельного расхода ВВ для достижения требуемого качества дробления.
Зависимость изменения выхода негабарита в зависимости от величины удельного расхода ВВ приведена на рисунке.

Выход негабарита в зависимости
от удельного расхода ВВ:
1 – выход негабарита из зоны
практически нерегулируемого дробления

При увеличении удельного расхода ВВ сначала происходит интенсивное увеличение степени дробления массива, а затем наступает так называемое состояние насыщения массива энергией взрыва, вследствие чего дополнительная энергия расходуется только на повышенный разброс горной породы.

заряда выход крупных фракций при взрыве увеличивается. Это происходит потому,

что с увеличением диаметра при постоянном удельном расходе ВВ происходит увеличение линии сопротивления по подошве и расстояния между скважинами. При этом все больший процент отдельностей попадает в зону практически не регулируемого дробления. Уменьшая диаметр заряда, можно достигнуть положения, при котором все отдельности попадают в зону регулируемого дробления, в каждой отдельности проходит заряд ВВ или она примыкает к заряду.

Влияние диаметра заряда на степень дробления пород:
1, 2 – выход негабарита из зон нерегулируемого дробления
при диаметрах заряда d1 и d2 соответственно

регулировать изменением конструкции заряда. Рассредоточение заряда при равном выходе горной

массы с 1 м скважины и одинаковом удельном расходе ВВ способствует улучшению дробления за счет увеличения зоны регулируемого дробления.

Зоны регулируемого дробления: а – сплошной заряд;
б – рассредоточенный забойкой;
в - рассредоточенный с воздушным промежутком

случаях, когда вместимость скважины при сплошных зарядах используется не полностью,

то есть если в однородных породах принимается сближенная сетка расположения скважин и сплошной заряд занимает незначительную часть скважины. В неоднородных породах целесообразно рассредоточить заряд, располагая его в наиболее трудновзрываемых участках массива.

Схема размещения рассредоточенных зарядов:
а – при дроблении крепких породных пропластков (II) в мягких породах (I );
б – при дроблении крепких пород (II) с мягкими пропластками (I)

Необходимо отметить недостатки, связанные с применением рассредоточенных зарядов:
усложнение технологии заряжания и связанное с этим снижение эффективности взрывных работ в целом;
трудность применения механизированного заряжания.

дробления породы в нижней части уступа и проработка подошвы уступа

улучшаются, если применить обратное инициирование заряда.

Изменение напряженного состояния массива в зависимости от направления инициирования зарядов: а – прямое инициирование; б – обратное инициирование

Как показывают съемки на прозрачных и оптически активных моделях, фронт волны напряжений при обратном инициировании более равномерно воздействует на массив, а время воздействия энергии взрыва увеличивается.

скважин, оставшиеся свободными после размещения зарядов, обычно заполняются забоечным материалом:

глиной, песком, мелкой породой и др.

Забойка улучшает разрушительный эффект действия взрыва вследствие уменьшения потерь энергии в процессе детонации заряда и более полного протекания реакции взрывного превращения, увеличения длительности воздействия газов взрыва на стенки зарядной камеры.

Качественная забойка уменьшает силу ударной воздушной волны, разброс кусков породы, повышая безопасность ведения взрывных работ.

Наиболее эффективной является забойка из песка или мелкодробленой породы, оказывающая наибольшее сопротивление газообразным продуктам взрыва.

зоне практически не регулируемого дробления
1. Изменение сетки расположения скважин, числа

их рядов, последовательности взрывания зарядов и интервалов замедления

Расположение скважин в пределах взрываемого блока может быть однорядным и многорядным. Параметрами серии взрываемых зарядов при их однорядном расположении является расстояние а между скважинами в ряду, а при многорядном взрывании – расстояние между скважинами а, между рядами скважин b и число рядов n. Отношение m = a/W называют коэффициентом сближения скважин, для второго и последующего рядов m = a/b.

Порядок взрывания может быть:
мгновенным (интервалы между взрывами = 0);
короткозамедленным (КЗВ) (интервалы между взрывами  < 250 мс);
замедленным (интервалы между взрывами  > 250 мс).

1, 2, 3, 4 - последовательность инициирования зарядов
При мгновенном многорядном

взрывании основное действие зарядов скважин первого ряда направлено в сторону откоса уступа, а зарядов следующих рядов – вверх (а), в связи с чем подошва уступа плохо прорабатывается.

Увеличение времени действия волн напряжений на массив и создание дополнительных свободных поверхностей для смежных зарядов при короткозамедленном взрывании даже для одного ряда скважинных зарядов (б) позволяют существенно улучшить показатели взрывных работ по сравнению с мгновенным взрыванием.

с однорядным существенно улучшает качество взрыва за счет интенсивного дробления

породы вокруг каждого заряда, в том числе за счет соударения отдельных кусков, и резкого сокращения нарушенности массива. Многорядное КЗВ позволяет сократить число массовых взрывов и создать большой запас взорванной породы, повысив при этом производительность экскаваторов.

При короткозамедленном взрывании весьма важно правильно определить интервал замедления. При его увеличении уменьшается ширина развала, но может произойти подбой зарядов в смежных скважинах. Ориентировочно интервал замедления при однорядном взрывании определяется по формуле, мс

 = КW,

где К – коэффициент, зависящий от взрываемости породы (для трудновзрываемых пород К = 1,5÷2,5, для средневзрываемых К = 3÷4, для легковзрываемых К = 5÷6). При многорядном взрывании интервал замедления увеличивается на 25 %.

подпорную стенку)
Сущность взрывания в зажатой среде (на подпорную стенку) заключается

во взрывании группы зарядов в условиях, когда открытая поверхность взрываемого блока прикрыта определенным объемом ранее разрушенной горной породы.

Схема взрывания в зажатой среде (на подпорную стенку)

Взрывание в зажатой среде позволяет:
- повысить степень дробления массива, в первую очередь, между первым рядом скважин и откосом уступа;
- обеспечить регулирование параметров развала горной массы;
- значительно снизить объемы подготовительных и восстановительных работ на уступе.