Оптимизация интервалов замедлений при массовых взр ы вах на карьерах
На правах рукописи
ЛАПШОВ Алексей Александрович
Оптимизация интервалов замедлений
при массовых взрывах на карьерах
Специальность 25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Екатеринбург – 2011
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»
Научный руководитель – доктор технических наук, доцент
Ермолаев Александр Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Латышев Олег Георгиевич
кандидат технических наук
Шеменёв Валерий Геннадьевич
Ведущая организация – ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и
механической обработки полезных
ископаемых «Уралмеханобр»»
Защита состоится «_23_» июня_2011 г. в _14 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус, ауд. 2142.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке
ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»
Автореферат диссертации разослан «___» ___________2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Багазеев В.К.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Актуальность темы. Экономический потенциал ведущих стран мира, в том числе и России, неразрывно связан с развитием горнодобывающей промышленности, обеспечивающей государства энергетическими ресурсами, металлами, строительными материалами и различными видами полезных ископаемых, без которых не может развиваться современная экономика.
В настоящее время на открытых горных разработках более 80 % объемов горных пород разрабатывается с применением буровзрывных работ (БВР), предопределяющих эффективность всех последующих технологических процессов добычи и переработки полезного ископаемого. Затраты на буровзрывные работы в общей стоимости единицы добываемой горной массы составляют до 30-35 %.
Высокая стоимость БВР, а также существенное влияние качества взорванной горной массы на производительность выемочно-погрузочного оборудования, транспортировки и первой стадии механического дробления, обуславливают необходимость постановки научных исследований, направленных на повышение эффективности БВР.
Короткозамедленный способ взрывания (КЗВ) является в настоящее время одним из прогрессивных и эффективных методов производства БВР на открытых горных работах. В связи с широким внедрением КЗВ перед учеными и практиками были поставлены сложные задачи разработки инженерных методов расчета основных параметров КЗВ. Однако до сих пор нет единой точки зрения на физическую сущность процесса, происходящего при КЗВ. Существуют различные гипотезы, объясняющие природу КЗВ, а применяющиеся в настоящее время формулы для расчета параметров КЗВ считаются ориентировочными и уточняются экспериментальным путем.
В соответствии с изложенным научная проблема обоснования технологических параметров КЗВ, обеспечивающих улучшение качества массовых взрывов на карьерах, является актуальной.
Объект исследования - взрывная подготовка горных пород к выемке на карьерах.
Предмет исследования – закономерности изменения качества взорванной горной массы от величин интервалов замедлений при короткозамедленном взрывании скважинных зарядов.
Цель работы – обоснование оптимальных для дробления крепких горных пород интервалов замедления при массовых взрывах.
Основная идея работы состоит в использовании при проектировании параметров КЗВ асимметричного поля скоростей трещин при наличии боковой свободной поверхности и времени отхода горной массы от ранее взорванных зарядов.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
- для повышения качества дробления горных пород при КЗВ интервалы замедления между смежными зарядами определяются с учетом асимметричности поля скоростей трещин вблизи свободной поверхности и времени смещения породы от взрыва предыдущих зарядов;
- дробление гранодиоритов скважинными зарядами наиболее эффективно при интервалах замедления в ряду 6-9 мс/м, а между рядами 11-14 мс/м.
Научная новизна результатов исследований:
- теоретическими исследованиями установлено, что при взрыве в твердых средах наличие граничных условий в виде свободной поверхности приводит к формированию асимметричного поля растягивающих напряжений. На расстоянии тринадцати диаметров заряда напряжения по нормали к свободной поверхности в 1,5 раза превышают напряжения по образующим призмы выброса и в 2,5 раза по линии параллельной свободной поверхности;
- доказано, что скорость роста трещин растяжения при взрыве зарядов в горных породах в направлении боковой поверхности выше, чем вдоль нее;
- впервые получены аналитические зависимости для определения времени замедления при КЗВ скважинных зарядов в ряду и между рядами, при производстве массовых взрывов на карьерах.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждаются:
- сопоставимостью результатов, полученных экспериментальным и аналитическим путем. Результаты аналитических исследований и опытно-промышленных испытаний имеют расхождение не более 16 %;
- совпадением качества дробления горных пород взрывом, по данным лабораторных исследований, с результатами опытно-промышленных взрывов;
- положительными результатами внедрения разработанных способов взрывания на Северском гранитном карьере.
Практическая значимость работы состоит в разработке аналитического способа определения параметров взрывных работ при МКЗВ и схем взрывания, позволяющих улучшить качество массовых взрывов при уступной отбойке крепких горных пород.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований и их решении, организации и участии в промышленных экспериментах, анализе полученных результатов экспериментов и выявлении зависимостей, описывающих механизм КЗВ, разработке и обосновании рациональных технологических параметров КЗВ скважинных зарядов на карьерах.
Реализация результатов работы.
Научные положения, рекомендации и методики, представленные в диссертации, использовались при проектировании и производстве взрывных работ на карьерах по добыче строительных материалов.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и её отдельные результаты докладывались на научных конференциях УГГУ в 2008-2010 гг., на технических советах ОАО «Северский гранитный карьер» (2006-2009 гг.), на всероссийской научной конференции «Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле» (III Уральский горнопромышленный форум, г. Екатеринбург - 2009г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 144 страницах компьютерного текста, включает 14 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 125 наименований и приложения.
Основное содержание работы
Состояние проблемы и задачи исследований. Анализ современных достижений в области теории и практики взрывных работ на карьерах свидетельствует о том, что дальнейший их прогресс невозможен без научных исследований и развития теоретических представлений о действии взрыва в твердых массивах.
Решению проблем интенсификации дробления горных пород посвящены работы таких ученых, как В. В. Ржевский, Н. В. Мельников, М. А. Лаврентьев, К. Н. Трубецкой, Е. Н. Щемякин, М. А. Садовский, Г. П. Демидюк, А. Ф. Беляев, В. А. Белин, Г. М. Крюков, Е. Г. Баранов, В. А. Падуков, В. А. Боровиков, А. С. Ташкинов, В. Д. Буткин, Н. А. Росинский, З. О. Миндели, В. П. Мосинец, Б. Р. Ракишев, С. Д. Викторов, Н. Н. Казаков, Э. И. Ефремов, И. А. Тангаев, Н. П. Сеинов и др.
Весьма важные экспериментальные и теоретические исследования, посвященные взрывному дроблению горных пород методом МКЗВ, выполнены Ханукаевым А. Н., Петровым Н. Г., Друкованным М. Ф., Барановым Е. Г., Баумом Ф. А., Кутузовым Б. Н., Кучерявым Ф. И., Покровским Г. И., Ермолаевым А. И. и их учениками. В этой связи необходимо отметить и видных зарубежных исследователей – Кука М. А., Дона Лиита, Бергмана О. Р., Ву Ф. К., Эдла Н. В., Лангефорса У., Густафссона Р., Кумао Хино, Атчисона Т. К.
Проведённый анализ научно-исследовательских работ в области теории и практики взрывных работ показал, что в последнее время познания о природе взрыва значительно расширились, однако единая точка зрения на физическую сущность процесса развития взрыва еще не выработана. Современная теория КЗВ представлена на уровне отдельных гипотез. Для определения оптимальных интервалов замедления предложено большое число формул, в которых время замедления между взрывами смежных зарядов в ряду и между рядами зарядов является величиной постоянной и изменяется в зависимости от условий взрывания. Расчет интервалов замедления по известным формулам показывает, что оптимальное время замедления для заданных условий составляет 6-100 мс. Расчетные значения интервалов времени замедления ориентировочны и уточняются экспериментальным путем в конкретных условиях взрывания. Полученное экспериментально оптимальное время замедления по качеству дробления, как правило, не соответствует оптимальному времени замедления с точки зрения управления направленным действием взрыва.
В соответствии с недостаточной изученностью и эффективностью метода КЗВ в диссертации были поставлены следующие задачи:
- Изучение закономерностей трещинообразования при приложении взрывных нагрузок.
- Установление влияния времени замедления и схем взрывания на качество дробления горных пород, ширину развала взорванной горной массы.
- Разработка способа определения рациональных параметров МКЗВ для эффективного взрывания горных пород на карьерах.
- Экспериментальная проверка эффективности применения разработанных новых режимов МКЗВ для взрывной отбойки горных пород на карьерах.
Исследование закономерностей разрушения твердых сред при взрыве и разработка способа расчета интервалов замедления при КЗВ. Под действием взрыва скважинного заряда скальные горные породы, которые относятся к хрупким средам, в основном своем объеме (до 75-80 %) разрушаются радиальными трещинами растяжения. Поскольку основные эффекты КЗВ базируются на образовании дополнительных свободных поверхностей, было рассмотрено поле скоростей роста трещин вблизи этой поверхности. Для установления зависимости скорости роста трещин разрыва от величины напряжения выполнен анализ напряженного состояния среды при приложении взрывных нагрузок на основе "зонной" модели разрушения.
В результате решения задачи осесимметричного нагружения упругого цилиндра внутренним давлением Р получены выражения для определения радиальной и тангенциальной составляющих поля напряжений при взрыве заряда в неограниченном массиве и вблизи боковой свободной поверхности.
Взрыв заряда в условиях неограниченного массива описывается формулой
, (1)
Взрыв заряда вблизи боковой свободной поверхности описывается формулами:
, (2)
, (3)
(4)
, (5)
(6)
где r, т - собственно радиальная и тангенциальная составляющие поля напряжений (МПа); Рс - давление в цилиндрической полости при максимальном ее расширении (МПа); Rп - радиус взрывной полости в конечной стадии ее расширения (м); r - текущее расстояние (м); r1 - расстояние по нормали от центра отверстия до грани полуплоскости (м); - угол между нормалью к грани полуплоскости и направлением на точку, где определяется напряжение; R0 - радиус заряда (м); ВВ - плотность ВВ (кг/м3); D - скорость детонации ВВ (м/с); сж - допустимое напряжение при одноосном сжатии; 0 - плотность вытесненной породы (кг/м3); С - скорость звука в породе (м/с).
Рис. 1. Зависимость скорости роста трещин растяжения от приведенного расстояния:
1 - по линии, параллельной свободной поверхности; 2 - по образующей призмы выброса;
3 - по нормали к свободной поверхности
Расчеты на ЭВМ характера распределения поля напряжений при взрывном нагружении показали, что напряжения от взрыва удлиненного заряда в пределах воронки выброса распределяются асимметрично при наличии свободной поверхности. Значения напряжений на кромке уступа по нормали от заряда значительно выше, чем параллельно свободной поверхности. Например, на расстоянии от центра взрыва, равном тринадцати диаметрам заряда, растягивающие напряжения по нормали к свободной поверхности в 1,5 раза превышают напряжения по образующей призмы выброса и в 2,1 раза - по линии, параллельной свободной поверхности. Кроме того, сопротивляемость массива разрушению в сторону свободной поверхности ниже, чем в сторону массива. Следовательно, скорости трещинообразования в сторону свободной поверхности должны быть выше, чем в сторону массива и вдоль нее. С целью проверки данного предположения был проведен расчет поля скоростей трещинообразования вблизи свободной поверхности при взрыве скважинного заряда ВВ. Расчет выполнен по формулам для скорости развития трещин растяжения при нестационарных нагрузках. Анализ полученных зависимостей скорости роста трещины растяжения от приведенного расстояния при взрыве заряда вблизи свободной поверхности (рис. 1) показывает, что наибольшие значения отмечены в направлении по нормали к боковой свободной поверхности, наименьшие значения - по линии, параллельной свободной поверхности.
Экспериментальная проверка теоретической закономерности изменения скорости распространения трещин при взрыве заряда вблизи боковой свободной поверхности проводилась при взрывании лабораторных моделей из оргстекла, песчано-цементных блоков и образцов горных пород. При взрывании моделей измеряли скорость роста трещин в направлении от заряда к свободной поверхности и в направлении, ему перпендикулярном, т. е. вдоль свободной поверхности. Регистрация скорости роста трещин осуществлялась по времени разрыва датчиков из константанового провода, наклеенных на модели. В органическом стекле средняя скорость роста трещин нормально свободной поверхности составила - 515 м/с, по образующей призмы выброса - 474 м/с, вдоль свободной поверхности - 400 м/с, в песчано-цементных блоках - по образующей призмы выброса - 750 м/с, вдоль свободной поверхности - 250 м/с. Средние значения скорости роста трещин при взрывании горных пород, определенные по осциллограммам записи времени разрыва датчиков трещинами, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Скорость распространения трещин при взрывании горных пород, м/с
| Направление замера | Пироксенит | Горнблендит | Габбро | Мрамор | Известняк |
| Нормально свободной поверхности | 158,3 | 170,8 | 134,5 | 125,3 | 105,3 |
| Параллельно свободной поверхности | 81,2 | 81,4 | 70,4 | 78,3 | 70,2 |
Проведенными экспериментами установлено, что наличие граничных условий в виде боковой свободной поверхности при взрывании заряда приводит к формированию асимметричного поля скоростей роста трещин, величина которых в направлении боковой поверхности выше, чем вдоль нее. В трудновзрываемых породах (пироксенит, горнблендит, габбро) соотношение скоростей распространения трещин нормально и параллельно свободной поверхности составляет 1,9-2,1, в средне - и легковзрываемых породах (мрамор, известняк) - 1,5-1,67.
Теоретические исследования и лабораторные эксперименты по взрыванию одиночного заряда вблизи свободной поверхности также показали, что в условиях КЗВ интенсивность дробления твердых сред будет зависеть от наличия свободных поверхностей вокруг взрываемых зарядов, расстояния до нее и от интервала времени замедления между взрывами смежных зарядов. Для установления зависимости качества дробления от интервалов замедления между взрывами смежных зарядов эксперименты проводили на плоских образцах из оргстекла. Взрывание моделей проводили при КЗВ двух зарядов и МКЗВ со временем замедления, рассчитанным по современным гипотезам КЗВ. Время замедления между зарядами в ряду и между рядами принималось одинаковым и изменялось в пределах 0-168 мкс в зависимости от принятой гипотезы КЗВ. Характер разрушения изучали по степени дробления отбитого взрывом оргстекла. Установлено, что при МКЗВ наилучшее дробление соответствует времени замедления, рассчитанному по гипотезе образования свободной поверхности (42 мкс, выход негабарита фракции > 10 мм составил 36,4 %), наихудшее - по гипотезе интерференции волн (22 мкс, выход негабарита 59,8 %) и гипотезе остаточных напряжений (168 мкс, выход негабарита 60,7 %).
В современных схемах МКЗВ заряды второго и последующих рядов работают в условиях зажима при повышенных ЛНС. Это приводит к ухудшению дробления, преимущественному смещению отбитой массы вверх и назад, к усиленному заколообразованию в глубь массива, подбою скважинных зарядов и отказам. При таких режимах КЗВ не учитываются различия условий работы взрыва зарядов у свободной поверхности и в глубине массива. Поскольку было установлено различие скоростей роста трещин в направлении свободной поверхности и вдоль нее, для повышения эффективности КЗВ были проведены исследования дробящего действия взрыва при различных замедлениях между взрывами смежных зарядов. Эксперименты проводили в лабораторных условиях на плоских образцах из оргстекла. Время замедления между взрывами смежных зарядов, расположенных параллельно свободной поверхности (в ряду) и перпендикулярно ей (между рядами), равнялось, соответственно, времени образования свободной поверхности призмы разрушения одиночного заряда и времени образования новой свободной поверхности, параллельной первоначальной.
Результаты взрывов (табл. 2) показывают, что при МКЗВ увеличение времени замедления между взрывами смежных зарядов в глубь массива снижает выход фракции >40 мм (негабарита) на 9,5-20,0 % по сравнению с комбинацией мгновенного и короткозамедленного взрывания и МКЗВ с равными замедлениями между зарядами в ряду (параллельно свободной поверхности) и между рядами (перпендикулярно свободной поверхности).
Таблица 2
Средние результаты ситового анализа взорванных моделей из оргстекла
при различных интервалах замедления между смежными зарядами
| Время замедления между взрывами зарядов, мкс | Выход дробленого продукта в % по фракциям, мм | Диаметр среднего куска, мм | ||||
| параллельно свободной поверхности | в глубь массива | 0-5 | 5-10 | 10-40 | >40 | |
| 0 | 42 | 2,3 | 2,7 | 10,0 | 85,0 | 36,8 |
| 42 | 42 | 4,7 | 5,3 | 13,1 | 76,9 | 33,6 |
| 42 | 85 | 3,4 | 3,9 | 24,7 | 68,0 | 33,7 |
В настоящее время в условиях применения МКЗВ на открытых горных работах в России выявилась четкая тенденция к увеличению коэффициента сближения m с целью повышения качества дробления. С целью изучения механизма разрушения горных пород удлиненными зарядами при изменении относительного коэффициента сближения m0, времени замедления между смежными зарядами проводили экспериментальные исследования в лабораторных условиях. Характер разрушения изучали при двух значениях сетки расположения зарядов, равных предельному радиусу разрушения Rпр и удвоенному предельному радиусу разрушения 2Rпр. Значение Rпр для выбранных моделей определяли взрыванием единичных зарядов при условии отсутствия влияния боковых свободных поверхностей на результаты опыта. Эксперименты проводили в материале, нарушенном взрывами предыдущих рядов. При этом предыдущие ряды зарядов взрывали с тем же m0, что и последующие. Взрывание осуществлялось многорядным короткозамедленным способом. Интервалы замедления между рядами выбирались на основе отдельно проведенных экспериментов. Эксперименты проведены при квадратном и шахматном расположении зарядов с изменением m0 от 1 до 8. Во всех опытах геометрический коэффициент сближения mг был равен 1.
Характер дробления в зависимости от m0 и времени замедления оценивался по гранулометрическому составу, а при размере всех фракций > 40 мм - по отношению площади отбитой части модели к суммарной площади свободных поверхностей, образованных взрывом (табл. 3 и 4). Следует отметить, что качество дробления сплошных сред зависит от сетки зарядов (удельного расхода ВВ), интервалов замедления между взрывами смежных зарядов и относительного расстояния между одновременно взрываемыми зарядами в ряду. Наилучшее дробление наблюдается при m0 = 8 в случае шахматного их расположения. Интенсификация дробления при схеме взрывания с m0 = 8 происходит за счет ликвидации эффекта пробоя между одновременно взрываемыми зарядами в ряду, увеличения кратности нагружения среды в процессе КЗВ и благодаря взаимодействию смежных зарядов на уровне скоростей трещинообразования и подвижки отбиваемого массива.
Таблица 3
Результаты дробления моделей из оргстекла (для сетки зарядов 
40 мм)
| m0 | Объем отбитой массы, 10-3 м3 | Время замедления (мкс) | Объем в % по фракциям, мм | ||||||
| параллельно свободной поверхности | перпендикуляр-но свободной поверхности | по диагонали сетки зарядов | >40 | 10-40 | 5-10 | 0-5 | |||
| Квадратная сетка | |||||||||
| 1 | 0,656 | 0 | 42 | 42 | 4,1 | 2,3 | 6,4 | 7,1 | |
| 2 | 0,672 | 42 | 42 | 84 | 2,1 | 8,1 | 11,0 | 8,1 | |
| 5 | 0,656 | 42 | 84 | 126 | 3,6 | 1,3 | 3,6 | 6,5 | |
| Шахматная сетка | |||||||||
| 1,2 | 0,627 | 42 | 0 | 42 | 7,5 | 4,4 | 10,0 | 7,6 | |
| 3,5 | 0,556 | 42 | 42 | 84 | 6,2 | 5,4 | 10,6 | 7,7 | |
| 8,0 | 0,705 | 42 | 84 | 126 | 5,2 | 1,8 | 13,5 | 9,6 | |
Таблица 4
Влияние относительного коэффициента сближения зарядов и времени замедления
на дробление моделей из органического стекла (для сетки зарядов 
80 мм)
| m0 | Время замедления (мкс) | Площадь отбитой части модели S, см2. | Площадь свободных поверхностей L, см2 | Отношение L/S=N | ||
| параллельно свободной поверхности | перпендикулярно свободной поверхности | по диагонали сетки зарядов | ||||
| 1,1 | 0 | 85 | 85 | 296 | 355 | 1,2 |
| 2,0 | 85 | 85 | 170 | 284 | 824 | 2,9 |
| 3,5 | 85 | 85 | 170 | 222 | 866 | 3,9 |
| 5,0 | 85 | 170 | 255 | 265 | 625 | 2,36 |
| 8,0 | 85 | 170 | 255 | 222 | 488 | 2,2 |
Анализ проведенных экспериментов позволяет также сделать вывод о том, что при отсутствии взаимодействия одновременно взрываемых зарядов в диагональном ряду характер разрушения среды определяется процессом КЗВ смежных зарядов, расположенных в углах призмы разрушения. Увеличение времени замедления между смежными зарядами, расположенными перпендикулярно первоначальной свободной поверхности и по диагонали сетки зарядов, улучшает качество дробления твердых сред.
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать аналитический способ расчета времени замедления при МКЗВ (рис. 2).
1. Определение времени замедления между соседними зарядами, расположенными вдоль первоначальной свободной поверхности.
а б
Рис.2. Расчетная схема для определения времени замедления при МКЗВ:
а - образование призмы выброса от взрыва заряда I; б – образование свободных
поверхностей при взрыве зарядов I и II; 1 – первоначальная свободная поверхность;
2 – заряды взрывчатых веществ; 3 – новая свободная поверхность призмы выброса
зарядов I и II; 4 – новая свободная поверхность, параллельная первоначальной,
возникающая при взрыве зарядов I и II; I, II, III – последовательность взрывания зарядов
- время образования свободной поверхности 3.
,
где VПР - предельная скорость трещины; Р - предел прочности на разрыв; т - величина тангенциальной составляющей поля напряжений; W – линия наименьшего сопротивления.
,
где 
- скорость поперечной волны.
,
здесь Uс - ширина трещины, обеспечивающая беспрепятственную деформацию массива в сторону свободной поверхности; - коэффициент Пуассона горных пород; E - модуль Юнга; 
- радиус дробления; W - линия наименьшего сопротивления.
где Q – вес заряда; r – расстояние от центра заряда до свободной поверхности.
- для условий Северского гранитного карьера.
2. Определение времени замедления между смежными зарядами, расположенными в направлении, перпендикулярном свободной поверхности.
- время образования свободной поверхности 4 (см. рис. 2) с учётом разницы скоростей роста трещин в направлении свободной поверхности и вдоль нее.
W - для условий Северского гранитного карьера.
Время замедления между соседними зарядами в ряду tмр = (tI-II), равное времени образования свободной поверхности, определено на основе современных представлений о механизме разрушения горных пород при МКЗВ, результатов проведенных экспериментов при взрывной отбойке гранодиоритов. Установлено, что интервал замедления между скважинными зарядами в ряду для горно-геологических условий Северского гранитного карьера составляет 6-9 мс на один метр линии наименьшего сопротивления.
Время замедления между скважинными зарядами, расположенными в направлении, перпендикулярном первоначальной свободной поверхности tмp = (tII-III) установили исходя из условия образования новой свободной поверхности 4 (см. рис. 2), параллельной первоначальной. В этом случае условия работы заряда III будут такими же, как для зарядов I и III, т. е. наиболее благоприятными.
Для условий Северского гранитного карьера интервал замедления между рядами составляет 11-14 мс на один метр линии наименьшего сопротивления.
Опытно-промышленная проверка предложенных разработок и их эффективность. Опытные взрывы для проверки основных положений выполненных исследований для установления рациональных режимов взрывания скважинных зарядов проводились на Северском гранитном карьере. Они показали применимость разработанного метода расчета интервалов замедлений для условий промышленных взрывов.
При производстве массовых взрывов критериями оценки результатов были качество дробления взорванной горной массы, проработка подошвы уступов, ширина основного развала. Основные показатели и результаты проведенных промышленных взрывов приведены в табл. 5.
На основании результатов опытных взрывов были рекомендованы схемы монтажа взрывной сети для неэлектрических систем инициирования и взрывания с помощью детонирующего шнура (рис. 3). В ОАО «Северский гранитный карьер» внедрение рациональных режимов многорядного КЗВ скважинных зарядов позволило: улучшить качество дробления горной массы (выход негабарита фракции +1200 мм снизился с 17,7 % до 10,2 %); исключить случаи непроработки подошвы уступов; увеличить производительность забойных экскаваторов ЭКГ-5 на 4,9 %. Фактический экономический эффект в размере 873,988 тыс. руб. получен за счёт повышения сменной производительности экскаваторов на погрузке горной массы и снижения затрат на разделку негабарита буровзрывным способом.
Таблица 5
Основные показатели и результаты опытных взрывов
| Номера блоков, горизонты, категории пород по взрываемости, схемы взрывания | Диаметр скважин по долоту, мм | Высота уступа, м | Сетка скважин, м м | Удельный расход ВВ, кг/м3 | Количество рядов скважин, шт | Время замедления, мс | Объем взорванной горной массы, тыс. м3 | Состояние подошвы уступов | Ширина развала, м | Выход негабарита, % | |
| в ряду | между рядами | ||||||||||
| 2, 3, 4, 8, 11 на гор. 202 м. Категории пород - IV, схема - порядная | 244,5 | 11,5-12,5 | 65,5 | 0,96-1,08 | 5-7 | 0 | 17 | 254,12 | Имелись завышения до 0,7 м | 44-51 | 16,1-19,3 |
| 9, 12, 15, 18, 19 на гор. 190 м. Категории пород - IV, схема - порядная | 244,5 | 11,4-12,3 | 65,5 | 0,96-0,98 | 5-7 | 0 | 42 | 235,75 | Имелись завышения до 0,6 м | 41-46 | 13,9-16,6 |
| 5, 6, 7, 14, 16, 17 на гор. 202 м. Категории пород - IV, схема - диагональная | 244,5 | 11,5-12,3 | 65,5 | 0,96-0,98 | 5-7 | 42 | 67 | 239,18 | - | 35-43 | 9,3-11,1 |
Взрывание с помощью ДШ
Фронтальный забой Торцевой забой
Взрывание неэлектрической системой «Эдилин»
Фронтальный забой Торцевой забой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполненных в диссертационной работе исследований дается решение научно-практической задачи – обоснование оптимальных для дробления крепких горных пород интервалов замедления и схем взрывания на основе учета асимметричности поля скоростей трещин вблизи свободной поверхности и времени смещения породы от взрыва предыдущих зарядов, позволяющее значительно повысить эффективность добычи полезных ископаемых открытым способом с применением БВР.
Основные результаты и выводы заключаются в следующем:
- Выполнен анализ современной теории короткозамедленного взрывания горных пород. Выявлено, что она представлена на уровне 5 гипотез, различным образом трактующих природу КЗВ. В вопросе выбора величины замедления наметилось два взаимоисключающих направления: первое – на увеличение замедления до величины, обеспечивающей формирование дополнительных обнаженных поверхностей, второе - на уменьшение замедления до величины, меньшей начала сдвижения пород.
Установлено, что основными параметрами, существенно влияющими на эффективность отбойки горных пород при МКЗВ, являются время замедления между взрывами смежных зарядов в ряду и между рядами зарядов и схемы их взрывания. Схема взрывания определяет последовательность взрыва зарядов в разрушаемом массиве горных пород.
- Анализ практики проектирования и ведения взрывных работ на карьерах показал, что в России расчет времени замедления при МКЗВ осуществляется в основном по формуле Союзвзрывпрома, за рубежом по формуле У. Лангефорса, причем время замедления в ряду и между рядами зарядов является величиной постоянной.
- Расчетами квазистатических напряжений при взрыве заряда в монолитной среде установлено, что наличие граничных условий в виде свободной поверхности приводит к формированию асимметричного поля растягивающих напряжений. На расстоянии тринадцати диаметров заряда напряжения по нормали к свободной поверхности в 1,5 раза превышают напряжения по образующей призмы выброса и в 2,1 раза по линии, параллельно свободной поверхности.
- Экспериментальными исследованиями установлено, что наличие боковой свободной поверхности при взрывании заряда приводит к формированию асимметричного поля скоростей роста трещин, величина которых в направлении боковой поверхности выше, чем вдоль нее.
- Лабораторными экспериментами установлено, что улучшение дробления органического стекла взрывом наблюдается только при оптимальных интервалах замедления, которые соответствуют гипотезе образования свободной поверхности. При МКЗВ характер разрушения среды определяется процессом КЗВ смежных зарядов, расположенных в углах призм разрушения. Увеличение времени замедления в глубь взрывного массива улучшает качество дробления.
- Установлено, что при МКЗВ наилучшее качество дробления достигается при полном развитии независимых максимальных зон дробления от взрыва каждого из зарядов с образованием наибольшего числа обнажённых поверхностей около взрываемых зарядов.
- Исследование закономерностей дробящего действия взрыва в твердых средах позволило разработать аналитический способ расчета времени замедления при МКЗВ для скважинных зарядов в ряду и между рядами. Способ позволяет определить время замедления между смежными зарядами с учетом наличия свободной поверхности, расстояния до нее, величины заряда в скважине, а также различия в скоростях роста трещин при образовании свободных поверхностей.
- Опытные взрывы, проведённые в крупноблочных массивах гранодиоритов, показали применимость разработанного способа расчета рациональных интервалов замедления для условий промышленного производства массовых взрывов на карьерах.
Основные результаты диссертационной работы нашли применение при производстве взрывных работ в ОАО «Северский гранитный карьер». Экономическая эффективность от предложенных разработок получена за счет повышения производительности забойных экскаваторов на 4,9 %, снижения затрат на разделку негабарита (выход негабарита снизился с 17,7 до 10,2 %).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:
Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК России:
1. Ермолаев А. И., Лапшов А. А. Анализ теории и практики короткозамедленного взрывания горных пород // Известия вузов. Горный журнал. – 2005. - №4. - С. 102-108.
2. Ермолаев А. И., Мурзиков И. М., Лапшов А. А. Проблемы в теории разрушения горных пород энергией взрыва // Известия вузов. Горный журнал. – 2007 - № 2. - С. 78-85.
Работы, опубликованные в других изданиях:
3. Лапшов А. А. Предупреждение отказов при массовых взрывах // Материалы Уральской горнопромышленной декады: Научное издание. –Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. - С. 91.
4. Лапшов А. А. Разработка рекомендаций по сейсмобезопасной технологии БВР на промплощадке Северского гранитного карьера // Материалы Уральской горнопромышленной декады: Научное издание. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. - С.111.
5. Ермолаев А. И., Лапшов А. А. Оценка величины удельного расхода ВВ при разрушении горных пород взрывом // Доклады всероссийской научной конференции «Развитие ресурсосберегающих технологий во взрывном деле». - Екатеринбург: УрО РАН. – 2009. - С. 208-212.
6. Лапшов А. А., Ермолаев А. И., Монахов Е. Д. Обоснование оптимальных для дробления горных пород интервалов замедления при многорядном короткозамедленном взрывании // Материалы Уральской горнопромышленной декады: Научное издание. – Екатеринбург: Издательство УГГУ, 2010.- С. 201-203.
Подписано в печать ____________ Формат 6084 1/16
Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №
Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ
620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Уральский государственный горный университет
