Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископаемых открытым способом

Анистратов Юрий Иванович

Линия сопротивления по подошве. По энергетической теории расчета параметров взрывных работ линия сопротивления по подошве линейно связана с диаметром заряда.

С учетом явления трещинообразования массива при взрыве заряда взрывчатого вещества линия сопротивления по подошве должна быть равна величине радиуса трещинообразования. Практически минимальное значение линии сопротивления по подошве определяется из геометрических параметров уступа, м:

W=hCtg+c,

где h - высота уступа, м;

– угол откоса уступа;

с - расстояние оси вертикальной скважины от верхней бровки уступа,

м.

Оптимальной величиной линии сопротивления по подошве принято считать:

Wопт. = 35 dскв..

В зависимости от линии сопротивления по подошве рассчитывается расстояние между скважинами и рядами и масса зарядов.

Физический смысл этой величины заключается в том, что по направлению линии наименьшего сопротивления радиальные трещины, образующиеся в результате взрыва заряда, достигают в первую очередь откоса уступа. Следовательно, этот параметр определяет зону дробящего действия заряда.

Для скважинных вертикальных зарядов на уступе с наклонным откосом линия наименьшего сопротивления находится ближе к верхней части заряда. Она меньше линии сопротивления по подошве. Для разрушения уступа на полную высоту увеличивают расход взрывчатого вещества, принимая в расчетных выражениях радиус разрушения массива радиальными трещинами, равными величине линии сопротивления по подошве W.

Следовательно, энергия скважинного заряда, рассчитанная по величине наименьшего сопротивления, недостаточна для разрушения массива, а энергия, рассчитанная по линии сопротивления по подошве, не полностью расходуется на дробление в верхней части уступа.

Уменьшение потерь энергии или полное исключение их возможно:

1) при использовании двухкомпонентного заряда в скважине;

2) при применении комбинированного заряда из котлового в нижней части и колонкового в верхней части скважины;

3) при применении наклонных скважин;

4) путем создания вертикального откоса.

Первый способ применяется на карьерах в нашей стране и за рубежом и достаточно полно освещен в специальной литературе. Он основан на различии свойств взрывчатых веществ. В нижней части заряда взрывчатое вещество с более высокой мощностью типа аммонитов, а в верхней части — взрывчатое вещество с меньшей мощностью типа гранулитов. Это позволяет при одновременном инициировании верхней и нижней частей заряда иметь разные радиусы зон разрушения массива для нижней и верхней частей уступа (рис.7).

Рис.7 Схемы однородного заряда (а), комбинированного из разных типов взрывчатого вещества (Б), котлового и колонкового заряда (в):

1 – заряд одного взрывчатого вещества; 2 – заряд другого взрывчатого вещества; 3 – забойка.

Второй способ в настоящее время находит распространение в связи с применением на карьерах буровых станков огневого бурения, с помощью которых можно бурить скважины с различными диаметрами по глубине. Заряд для нижней части уступа рассчитывают как котловой - по линии наименьшего сопротивления, для верхней — как колонковый дополнительный.

Применение наклонных скважин позволяет уменьшать линию сопротивления по подошве до линии наименьшего сопротивления, если их бурят параллельно откосу уступа, повысить эффективность использования энергии взрывчатого вещества вследствие уменьшения величины перебура скважины, обеспечения расчетного угла откоса уступа после взрыва и уменьшения

величины развала горной массы.

В этом случае

.

В реальных условиях карьера применение наклонных скважин затруднено из-за сложности контроля их параллельности в ряду и не параллельности по отношению к откосу уступа. Вследствие сложной конфигурации линии верхней бровки уступа ориентация по контуру бровки в районе бурения одной или нескольких скважин может привести к существенным отклонениям от расчетного расстояния между скважинами в нижней части, что вызывает ухудшение дробления горной массы и “проработки подошвы”.

Ориентацию направления наклонных скважин необходимо проводить по направляющему тросу, который протягивают вдоль ряда буровых скважин с помощью маркшейдерских инструментов.

Вертикальный откос может быть создан способом предварительного щелеобразования (рис.8). Он заключается в том, что во взрывном блоке параллельно последнему ряду скважин бурят контурные скважины малого диаметра на расстоянии 0,50,9 м друг от друга. Эти скважины заряжают гирляндами из патронов аммонита № 6ЖВ, привязанных к детонирующему шнуру. Пространство между зарядами и стенками скважин заполняют мелкой забойкой или песком на полную глубину.

Длину забойки между верхним патроном и устьем скважины принимают равной 24 м. Для уменьшения трещинообразования в глубине массива заряд прижимают к стенке скважины, обращенной в сторону взрываемого блока. Заряд для щелеобразования можно взрывать заблаговременно, до бурения основных скважин для дробления массива, или вместе с основным зарядом, который инициируется с замедлением.

Физическая сущность этого способа заключается в том, что в результате предварительного взрывания зарядов в контурных скважинах образуется микрощель, оконтурнвающая взрываемый блок. Взрывные волны от основных зарядов дробления массива экранируются плоскостью этой щели и не позволяют трещинам проникать в глубь массива. Разрушения массива от контурных зарядов практически не происходит вследствие малой массы заряда и демпфирования забойкой по всей глубине скважины.

После выемки взорванной горной массы откос уступа остается практически вертикальным.

Вертикальный откос при исключении проникновения трещин в глубь массива позволяет с наибольшей эффективностью использовать энергию взрыва взрывчатого вещества на дробление массива и обеспечивать надежность получения необходимого состава горной массы по крупности взрывом скважинных зарядов.

Большим недостатком этого способа является увеличение объема буровых работ, однако общие затраты компенсируются за счет уменьшения расхода взрывчатого вещества на дробление массива.

Рис.8 Способы увеличения эффективности использования энергии путём применения, наклонных скважин (а) и путём взрывания вертикальных зарядов с предварительным щелеобразованием (б): 1 - направляющий трос; 2 - скважины взрывного рыхления месива; 3 - контурная скважина; 4 -патрон аммонита; 5 - детонирующий шнур.

Технологически этот способ хорошо отработан. Он применяется для заоткоски бортов карьера, широко используется при строительстве котлованов, в транспортном и гидротехническом строительстве, при котором скважины для заоткоски поверхности уступа бурят под необходимым углом для обеспечения устойчивости борта карьера или котлована.