Разрушение сложноструктурных массивов из разнопрочных пород взрывом комбинированных зарядов

Особенностью сложноструктурных массивов является то, что они характеризуются неоднородностью физико-механических свойств пород, интенсивной трещиноватостью, блочностью,   наличием крепких пропластков. Ведение взрывных работ в разнопрочных горных породах с крепкими включениями характеризуется образованием после взрыва негабаритных кусков породы, которые усложняют работу выемочнопогрузочной техники и снижают их производительность.

В настоящей работе предложен наиболее оптимальный способ решения этой проблемы, направленный на обеспечение необходимого качества дробления всех слоев пород массива и минимизации выхода негабаритов.

Установлено, что появление негабаритов при взрывании сложноструктурных массивов связано с образованием в породах высокой прочности неразрушенных областей между соседними скважинами, в то время как во вмещающих породах они практически отсутствуют . При взрыве массива с прослойкой более прочной породы скважинными зарядами 1 радиусы r1 и r2 зон 2 и 3 регулируемого дробления (ЗРД) соответственно в прочном слое и в массиве оказываются неодинаковыми (рис. 1). В силу этого, при массовом взрыве на карьерах в пространстве между скважинами образуются зоны 4 нерегулируемого дробления, в которых наиболее вероятно образование негабаритов [1 – 3].

а)

в)

Рис. 1. Характер разрушения массива со слоем прочной породы.

б)

Для предотвращения образования негабаритов в указанных зонах применяются следующие способы ведения взрывных работ:

• 1.    Применение зарядов взрывчатых веществ (ВВ), размещаемых в дополнительных скважинах, буримых в центре между основными скважинами .

• 2.    Создание в основных скважинах комбинированных зарядов, составленных из зарядов различной мощности.

При осуществлении первого способа основные скважины бурятся по всей высоте взрываемого блока по квадратной сетке, а дополнительные - в пересечении диагоналей четырехугольника, соединяющих четыре основные соседние скважины (рис. 2).

Рис.2. Схема образования зон регулируемого дробления и неразрушенной зоны в разнопрочных слоях пород при взрыве основных зарядов. 1-основные скважины, 2-расположения дополнительной скважины, 3-неразрушенная зона.

Тогда в зонах нерегулируемого дробления в прочных породах происходит их дробление, что снижает появление крупных кусков породы.

Рис. 3. Схема комбинированного заряда.

Наиболее предпочтительным является второй способ, исключающий дополнительные затраты на буровзрывные работы. Конструкция комбинированного заряда представлена на рисунке 3.

Комбинированные заряды позволяют увеличить радиусы зон регулируемого дробления в твердых породах до радиусов зон регулируемого дробления во вмещающих породах. Это позволяет полностью исключить появление негабарита.

Согласно теории равновесной взрывной полости, разработанной на кафедре ВД МГГУ, радиус регулируемого дробления для удлиненного заряда определяется следующей формулой [4]:

., лp 1 ^{+ 1/} ^ p р1+^v где М 2

I E        E

ζ - параметр адиабаты; P 0 – начальное давление газа; γ 2 - показатель адиабаты; σ рас - предел прочности породы на растяжение, К – коэффициент всестороннего сжатия; П – пористость породы; Е – модуль упругости; ν – коэффициент Пуассона.

Основное влияние на радиус регулируемого дробления оказывает давление газа Р 0 на стенки скважин ( давление продуктов детонации в точке Жуге). Оно определяется следующим выражением:

Р ₌ ^D 2 .

где Δ – плотность заряжания ВВ, D – скорость детонации.

Для увеличения радиуса регулируемого дробления необходимо увеличить значение Р0, а соответственно следует подобрать ВВ с большей скоростью детонации.

Для определения необходимых скоростей детонации в твердых породах Da, исходя из параметров ВВ во вмещающих породах получено следующее соотношение :

2гр

рас . гл

рас . гл

К гл

рас.гр  М    П гр       гр

Кгр

рас . гл

К гл

Мгл Пгл

а рас.гр

К гр

Расчеты, по оценке размеров зон разрушения при взрыве комбинированных зарядов диаметром d 0 = 2r 0 = 0,25 м, проводились для карьера Ташкура Джарой–Сардаринского сложноструктурного пластового месторождения Кызылкумского горнорудного района Узбекистана, где добыча фосфоритной руды осуществляется открытым способом [5].

Вскрышные породы месторождения сложены супесями и суглинками, галечником и конгломератом, бентонитовыми глинами и глинистым мергелем. Особое затруднение при разработке месторождения вызывает участки с крепкими включениями конгломератов, гравелитов в известковистом цементе в мягких породах. Физико-механические свойства пород представлены таблице1.

Таблица 1.

Породы:	Предел прочности на растяжение σрас, Па	Модуль упругос ти Е, Па	Коэффици ент Пуассона ν	Коэффициент крепости породы по Протодъяко нову f	Коэффициент всестороннего сжатия К, Па	Порис тость П, %
вмещающие породы (глины загипсованные)	1,5∙106	1,5∙1010	0,2	1,5	3,3∙106	15
крепкие породы (гравелиты)	4,5∙106	4,0∙1010	0,3	4,5	8,3∙106	11

При расчете радиусов регулируемого дробления для вмещающих пород и твердых включений с использованием граммонита М (D = 4∙10³ м/c, Δ = 1∙10³ кг/м ³), были получены следующие значения: r 1 = 3,27 м, r 2 = 2,28 м.

Для увеличения r 2 до значения r 1 по соотношению (3) определена необходимая скорость детонации в твердых породах, которая равна D = 6,18∙10³ м/c

Данную скорость детонации при Δ = 1,1∙103 кг/м 3 имеет гексоген.

Радиус регулируемого дробления в твердых включениях при применении гексогена составляет r 2 = 3,36 м, что находится в достаточно близком соответствии с r 1 . Это гарантирует полное отсутствие негабаритных кусков породы.

В данной работе получены простые формулы для инженерного расчета радиусов зон регулируемого дробления при взрыве удлиненного заряда ВВ. Они позволяют на практике применять комбинированные заряды ПВВ, обеспечивающие необходимое качество дробления всех слоев пород и исключающие появление негабаритных кусков при взрыве разнопрочных пород, что имеет существенное значение для теории и практики взрывных работ и позволяет повысить производительность выемочно-погрузочной и транспортной техники на карьерах

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие основные выводы:

• 1)    При взрывном дроблении сложноструктурных вскрышных пород, содержащих разнопрочные слои, целесообразно применение комбинированных зарядов с разной по длине энергией участков.

• 2)    Получены формулы для отношения скоростей детонации ПВВ на соседних участках с разной мощностью, при применении комбинированных зарядов ПВВ постоянного диаметра для взрывного рыхления горных пород, содержащих разнопрочные слои пород.

• 3)    Предложен более оптимальный способ для разрушения вскрышных пород с разнопрочными слоями, который позволяет избежать бурения дополнителных скважин, затраты на которые составляют порядка 25% -30%

Результаты опытно-промышленного взрыва показали, что при применении предложенных параметров БВР для взрывного рыхления вскрыши с разнопрочными слоями пород карьера Ташкура, удалось исключить формирование негабаритных кусков пород в развале и тем самым получить экономический эффект порядка 700 000 рублей за счет исключения перемещения негабаритов из забоя на отработанное пространство. Так же применение комбинированных зарядов привело к повышению производительности экскавации взорванной горной массы с 634,7 м3/час до 896,1 м3/час, т.е., на 30%.