Влияние забойки на эффективность взрывной отбойки горных пород скважинными зарядами

Одним из важных условий эффективности взрывных работ является наличие забойки. Забойка оказывает значительное сопротивление давлению газов, образовывающихся при взрыве и задерживает продукты взрыва на время, обеспечивающее лучшее дробление массива и проработку подошвы уступа за счёт более полного использования энергии взрыва. Установлено, что с уменьшением длины забойки или её полном отсутствии снижается коэффициент использования энергии взрыва и повышается опасность ударно-воздушной волны, увеличивается разлёт кусков. В таких случаях в максимальной степени взрыв работает на выброс. Установлено, что рациональная глубина заложения заряда в скважине, при которой достигается наибольший коэффициент полезного действия взрыва, составляет не менее 6 м. от устья скважины. Показано, что увеличить КПД взрыва и улучшить качество дробления пород возможно путём применения крупнозернистой забойки и расположением внутри её дополнительного заряда небольшой массы. Это объясняется увеличением сопротивляемости сдвигу забоечного материала. [2]

Качество забойки прежде всего зависит от применяемого материала забойки. Основными требованиями, предъявляемые к материалу, являются: обеспечение высокого запирающего эффекта, технологичность (удобство в обращении и возможность механизации забоечных работ), а также низкая себестоимость забоечных работ. По физико-механическим свойствам и характеру сопротивления истечению из скважины газообразных продуктов детонации все используемые в настоящее время типы забойки можно разбить на две группы - из сыпучих материалов и жидкостные. К первой группе относятся: забойка из пластичных материалов (глиняная, песчано-глинистая, из суглинков); мелкозернистая сыпучая забойка (песчано-гравийная, шлаковая, из отходов обогатительных фабрик-хвостов, из буровой мелочи); крупнозернистая сыпучая забойка (щебень, смесь щебня с мелочью или песком). Жидкостная забойка применяется при отработке обводненных пород. В зарубежной практике используется специальная гелевая забойка (желатинообразная), состоящая из 95 % воды и 5 % органических веществ, а также из растворов быстротвердеющих вяжущих веществ. [3]

Процесс изменения давления при взрыве скважинных зарядов условно можно разбить на 3 этапа (рис.1): 1 – процесс детонации ВВ с линейным возрастанием давления, 2 – вылет забойки из скважины, при котором давление снижается по изотерме или адиабате, 3 – уменьшение давления вследствие свободного сверхзвукового истечения продуктов взрыва после вылета забойки. Такое разделение представляется оправданным, поскольку на каждом из указанных этапов протекают различные физические процессы, определяемые разными закономерностями. Естественно разрушение массива может произойти на каждом из указанных этапов, тем не менее при теоретическом рассмотрении вопроса формирования импульса давления можно принять условие не разрушаемости массива. Это условие позволяет провести теоретическое моделирование процессов на отдельных этапах от начала до их завершения.

При взрыве скважинного заряда имеет место сложный комплекс физических явлений, связанных с уплотнением и боковым распором забойки, ее срезом и последующим ускоренным движением в скважине. В общем случае оказывают влияние следующие факторы и явления на движении забойки:

• 1.    давление продуктов детонации ВВ, которое изменяется при их расширении в процессе вылета забойки;

• 2.    уплотнение и боковой распор забойки в условиях ее сжатия под действием сил инерции;

• 3.    сила трения между забойкой и стенками скважины, определяемая величиной бокового распора;

• 4.    разрушение и распад частиц забойки , находящейся в процессе вылета за пределами скважины.

Проведен анализ формирования импульса давления продуктов детонации ВВ на стенки скважины и выделены в соответствии с характерными процессами его основные этапы: детонация ВВ и образование продуктов взрыва, уплотнение и движение забойки в скважине, свободное истечение продуктов детонации из скважины в критическом режиме. Показано, что время вылета забойки оказывает определяющее влияние на длительность импульса, которое в десятки раз больше времени детонации и свободное истечение продуктов детонации из скважины в критическом режиме. На этапе уплотнения и движения забойки в скважине давление на ее стенки уменьшается по адиабатическому закону от максимального значения, зависящего от характеристик взрывчатого вещества. Основное влиянием на движение забойки оказывают силы ее трения со стенками скважины, которые определяются физико-механическими свойствами материала забойки, его гранулометрическим составом и пористостью, а также ее геометрическими параметрами.

Направление импульса давления определяется формой заряда ВВ. Проведён сравнительный анализ действия на массив колонковых и котловых зарядов. Установлено, что объём массива, в котором напряжения от взрывного импульса достигают разрушающих значений, максимален для многокотловых зарядов. [1]

состав