Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины

Обоснование рациональных условий взрывного нагружения массива в зависимости от материала забойки и свойств ВЗРЫВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Ищенко К.С., Никифорова В.А., Логвина Л.А.

Введение

Достижение высоких показателей в развитии открытого способа добычи полезных ископаемых возможно на основе внедрения новой техники и технологии, применение которых усложняется с увеличением глубины карьеров и ростом объемов извлечения крепких и обводненных пород. Степень обводненности горных массивов, разрабатываемых, например, карьерами Кривбасса достигла 90% и более, а на карьерах нерудной промышленности составила 30-40%. Как следствие, для отбойки обводненных горных пород на карьерах применяют дорогостоящие водоустойчивые взрывчатые вещества типа гранулотол, акватол или эмульсионные ВВ, что ведет к значительному удорожанию взрывных работ [1]. В свою очередь, применение неводоустойчивых простейших ВВ, таких, как игданит, ПВС-1У, КС-1, Д-5, требуют дополнительных затрат, связанных с осушением скважин, гидроизоляцией зарядов ВВ и т.д. Это определяет необходимость поиска новых методов и способов решения проблемы управления взрывной отбойкой обводненных горных пород.

Одним из путей в регулировании интенсивности дробления горных пород и создания рациональных условий взрывного нагружения массива является применение запирающих забоек. Управляя процессом взрыва, мы можем повысить его коэффициент полезного действия и снизить затраты на взрывную отбойку пород.

Несмотря на значительное количество публикаций, посвященных роли забойки в процессе разрушения горных пород [2-6] и теоретическое обоснование механизма ее движения, вопросы исследования рациональных параметров нагружения взрывом твердых сред изучены не достаточно. При этом рациональные условия взрывного нагружения зависят от прочностных и акустических свойств горных пород, свойств ВВ, определяющих начальное давление на торец забойки, свойств материала забойки и ее длины. Тогда газообразные продукты детонации должны удерживаться в зарядной полости в течение времени, необходимого для создания разветвленной сети трещин и дальнейшего прорыва газообразных продуктов детонации из массива по минимальному расстоянию до свободной поверхности.

Цель работы. Теоретически оценить и обосновать рациональные параметры нагружения массива в зависимости от конструкции заряда, материала забойки и свойств взрывчатого вещества.

Анализ результатов исследований

Согласно выполненных теоретических исследований, приведенных в работе [7], мы можем рассчитать начальную скорость забойки и время ее движения внутри зарядной полости для различных забоечных материалов и длины забойки при изменении давления, оказываемого на ее торец, связанного с изменением свойств ВВ. При данной постановке задачи сделано предположительное описание процессов, происходящих в забойке, после воздействия на нее газообразных продуктов, образующихся при детонации ВВ.

Установлено, что, воздействуя на торец забойки, распространяющаяся по ней ударная волна и газообразные продукты детонации уплотняют материал забойки. Уплотнение заканчивается по достижению фронтом ударной волны верхней границы забойки. Затем в обратном направлении распространяется волна разрежения. Процесс разгрузки заканчивается после прохождения волной разряжения всей длины уплотненной забойки. Затем забойка движется внутри зарядной полости как несжимаемое твердое тело вплоть до вылета из нее.

С учетом этих предположений получено выражение для скорости движения забойки:

, (1)

где - среднее давление на торец забойки в процессе ее движения внутри скважины; - соответственно плотность и длина забойки; L и l_ВВ - соответственно длина скважины и длина колонки заряда ВВ.

Показатель в (1) имеет вид:

, (2)

где К_тр и К_б - соответственно коэффициенты трения и бокового распора;

d - диаметр зарядной полости.

Среднее давление на торец забойки

, (3)

где Р_н - начальное давление продуктов детонации на стенки зарядной полости.

При расчетах принималось:

,

где - соответственно плотность и скорость детонации ВВ.

Время движения забойки в зарядной полости (до начала вылета забойки) определялось по формуле:

(4)

Расчеты выполнены для условий карьеров Докучаевского флюсо-доломитного комбината, где диаметр скважин d =250 мм, длина скважин изменяется в пределах 9-13 м. В качестве материала забойки там применяются буровой шлам и смесь песка и щебня. Расчеты проведены для двух видов ВВ, применяемых на комбинате, - высокобризантного граммонит 79/21, плотность и скорость детонации которого соответственно равны 1000 кг/м³ и D = 4300 м/с и низкобризантного - ПВС-1У с 975 кг/м³ и D= 2520 м/с.

Свойства применяемых материалов забойки приведены в работах [6, 7].

Данные расчетов представлены в таблицах: 1 - для граммонита 79/21 и 2 - для ПВС-1У.

забойка взрывчатый забоечный заряд

Таблица 1

Расчетные характеристики движения забойки в зависимости от длины и типа забоечного материала

Анализ таблицы 1 показывает, что при взрывании скважинных зарядов ВВ с использованием высокобризантных промышленных ВВ типа граммонит 79/21 при сильном динамическом ударе торец забойки сильно переуплотняется, а верхняя ее часть отрывается и двигается с возрастающей скоростью, не оказывая значительного сопротивления ПД. Это характерно и при использовании забойки из бурового шлама или из смеси 60% песка и 40% щебня с диаметром фракции d_ф =30 мм, которые по своим физико-механическим свойствам существенно отличаются от пластических и сыпучих материалов [6,7]. Установлено, что в этих условиях нагружения массива рост КПД взрыва возможен лишь с увеличением длины забойки до некоторого предела. Так, скорость и время начала вылета при изменяющейся длине забойки от 1,5 до 3,0 м растет по линейной зависимости, тогда как уже при длине ее 5,0 м - эти параметры практически не изменяются.

Анализ результатов расчета (табл. 2) скорости и времени начала вылета забойки при взрывании скважинных зарядов ВВ простейшего состава показывает, что начальная скорость движения забойки, например, из песка, в 1,7 раза ниже, а время задержки вылета забойки из скважины - на 2,0 мс больше по сравнению с зарядами из граммонита 79/21.

Также установлено, что в процессе разрушения горных пород зарядами простейших ВВ забойка существенно влияет на эффективность и безопасность ведения взрывных работ, снижая в 3-4 раза среднее давление на торец забойки, увеличивая при этом время воздействия продуктов детонации (ПД) на разрушаемую породу. Так, например, при взрывании простейшего ВВ ПВС-1У в скважине длиной 13,0 м и длиной колонки заряда 7,0 м с изменением длины забойки от 1,5 до 5,0 м, скорость и время начала вылета забойки изменяются по линейному закону. При этом скорость вылета забойки с увеличением длины ее от 1,5 до 5,0 м уменьшается в 1,8 раза, а время начала вылета - более, чем в 1,5 раза.

Таблица 2

Расчетные характеристики движения забойки в зависимости от длины и типа забоечного материала

Выводы

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований по изучению начальной скорости и времени вылета забойки из различных материалов с учетом свойств ВВ позволили установить, что рациональные режимы нагружения массива достигаются при взрыве зарядов ВВ простейшего состава типа ПВС-1У с забойкой из бурового шлама или смеси песка и щебня. Полученные результаты исследований можно использовать для корректировки сетки скважин, конструкций скважинных зарядов, типа применяемого ВВ для конкретных горно-геологических условий разработки полезных ископаемых.

Литература

1. Ефремов Э.И., Никифорова В.А., Баранник В.В. и др. Экспериментальные исследования процесса взрывного разрушения обводненных твердых сред // Вісник НГУ. 2003. № 12. С. 3-6.

2. Анализ состояния отечественных и зарубежных исследований о роли внутренней забойки шпуров в процессе разрушения пород взрывом /Ищенко К.С.// Ин-т геотехн. мех. НАН Украины. Днепропетровск, 1986. 44 с. Деп в ВИНИТИ 14.10.86 г. № 7190- В86.

3. Применение забойки переменной плотности / В.Г. Яковенко, Е.Б. Бентаев, А.И. Берг и др. // Цветметинформация. 1990. №6. С. 37-39.

4. Исаков А.Л., Коковкин В.П. Модельные исследования поведения забойки и расчет импульса при взрыве скважинных зарядов // Физико-техн. пробл. разраб. полезн. ископ. 1979.№4. С. 29-38.

5. Ефремов Э.И., Родак С.Н. Роль забойки скважинного заряда в запирании газообразных продуктов детонации //Повышение эффективности разрушения горных пород. Киев: Наук. думка, 1991. С. 3-8.

6. Семенюк И. А., Оберемок О.И. Взрывные работы на открытых горных разработках. Днепропетровск: Промінь, 1974. 56 с.

7. Ефремов Э. И., Ищенко К.С., Никифорова В.А. Исследование движения забойки в шпурах// Уголь Украины. 2000. №6. С. 20-22.

Размещено на Allbest.ru