Исследование процессов формирования развала горной массы при взрывании удлиненных зарядов

© В.Н. Рождественский, 2003

УДК 622.235.5

В.Н. Рождественский

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ

ТРАЗВАЛА ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ВЗРЫВАНИИ УДЛИНЕННЫХ ЗАРЯДОВ

ребования к размерам и форме развала определяются технологией разработки месторождения, типами применяемого погрузочно-транспорт-ного оборудования. Особо важное значение параметры развала имеют при транспортных системах отработки карьеров.

Несмотря на значительное количество опубликованных работ, до сего времени нет удовлетворительной модели описания процесса совместного формирования высоты и дальности отброса разрушенной породы при взрывах удлиненных зарядов. Это объясняется влиянием очень большого числа факторов на параметры развала, выделить которые очень трудно в промышленных условиях, когда взрывается большое число зарядов при различных схемах их соединения и разновременностью взрывания определяемого десятками миллисекунд.

Поэтому исследование процесса формирования развала при взрыве удлиненных зарядов на свободную поверхность проводилось в лабораторных опытах на полигоне ИГД УрО РАН при взрывании уступов из гранита. Масштаб моделей составлял 1:20 от фактической принятой высоты уступа на карьерах. Взрывались уступы высотой 0,46-0,51 метра, сложенные монолитным крупнозернистым, серым гранитом. Коэффициент крепости гранитов колебался от 12 до 14 по шкале проф. Про-тодъяконова, плотность взрываемых пород 2,4-2,6 т/м3. Диаметр взрываемых шпуров составлял 32 мм (по коронке бурового инструмента). Величина перебура принималась равной 10-15 % от высоты взрываемого уступа. Высота заряда изменялась от 25 до 40 см., т.е. заряд занимая 50-70 % глубины шпура, что характерно для взрывания крепких скальных пород.

В первой серии опытных взрывов для заряжания шпуров использовалось обычное промышленное взрывчатое вещество (ВВ) - аммонит 6 ЖВ. При пристрелочном взрывании шпуров аммонитом был получен очень большой разброс породы, который достигал 5-7 метров, что составило 10-14 Ну, развал имел пластообразную форму и состоял из отдельных кусков раздробленной породы, высотой 5-10 см, что совершенно нехарактерно для массовых взрывов в современных карьерах, т.к. при низкой высоте развала производительность погрузочно-транспортного оборудования падает в 2-5 раз. Большая ширина развала требует проведения значительного объема демонтажа оборудования и коммуникации вблизи взрываемого блока.

Поэтому при последующих опытах подбирался такой состав ВВ при котором максимальный выброс породы не превышал 2-4 высоты уступа, что имеет место при массовых взрывах в современных карьерах. Выбранный состав

взрывчатого вещества состоял из 10 % угольной пыли, 20 % древесных сосновых опилок и 70 % аммонита 6ЖВ. Предварительно компоненты состава размещались в стеклянной трубке измерялась их высота и после тщательного перемешивания их засыпками в пробуренный шпур.

Перед заряжанием в шпур опускался капсюль электродетонатр (ЭД) с детонирующим шнуром ДШ-А, который проходил через весь заряд. Инициирование ВВ производилось с нижней части шпура электродетонатором ЭД-8-Б.

Для установления процесса формирования развала при взрыве удлиненного заряда на свободную поверхность было выделено 5 характерных зон. Первая зона в нижней части, пятая зона в верхней части уступа. Остальные три зоны в средней части уступа. Для последующих наблюдений эти зоны по поверхности уступа раскрашивались масленой краской различных цветов. К преимуществам такого способа наблюдений следует отнести то, что целостность взрываемого уступа не нарушалась.

Перед взрывом на опытном блоке измеряли высоту уступа, глубину шпура, расстояние от оси заряда до верхней и нижней бровки уступа, высоту заряда и забойки.

Основные параметры буровзрывных работ, конструкции зарядов, способы инициирования ВВ и материалы забойки приведены в таблице 1.

Развал породы разбирался вручную и на плане разборки отмечали места нахождения окрашенных кусков породы, а по цвету окраски определяли места выброса их с поверхности уступа. Предполагалось, что куски породы вылетали из середины (центра) выделенной (окрашенной) части уступа.

При разборке замеряли дальность выброса и максимальную высоту развала взорванной горной массы. Ширина породы измерялась от нижней бровки уступа для чего на расстоянии трех - четырех метров устанавливались специальные ориентиры- маячки. После взрыва в обратном порядке от ориентиров-маячков замерялось расстояние до крайней точки выброшенной породы. Высоту измеряли путем установления шаблона имитирующего первоначальную высоту уступа до взрыва по первому ряду скважин и замерялась расстояние от шаблона до навала породы. Разница между высотой уступа и расстоянием от шаблона до развала породы определила его высоту.

Дальность перемещения рассчитывали по формуле полученной из геометрических построений

К = К +Щ = К

где Ro - измеренная дальность перемещения отдельного куска от нижней бровки уступа, м; - соответствующая поправка высоту расположения выделенного в опыте участка уступа, м; ЛЬ - высота бросания породы, измеряемая от середины выделенного участка уступа до нижней отметки горизонта, м. Ly - угол наклона взрываемого уступа, град.

Таблица 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАМЕРОВ ДАЛЬНОСТИ ОТБРОСА ПОРОДЫ ПРИ ВЗРЫВАХ ШПУРОВЫХ ЗАРЯДОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЕЙ ВЗРЫВАЕМОГО УСТУПА

Обобщенные результаты замеров дальности перемещения отдельных частей окрашенного уступа после разработки приведены в табл. 2.

Анализ данных замеров дальности выброса породы позволил сделать следующие выводы:

• во всех опытах минимальное перемещение породы наблюдается в нижней части уступа (зона I) (опыты 1-6; 813);

• перемещение породы из зоны II больше, чем из зоны

I, хотя куски породы из этого участка уступа не поднимаются по высоте развала породы (их находили на поверхности горизонта падения осколков) (опыты 1-6; 8-13);

• часть уступа Ш - большая часть породы из этой части уступа формирует среднюю часть развала породы, (опыты 1-3; 5,6, 8-13, в опыте 4 высота заряда была уменьшена, максимальный выброс породы произошел из участка Ш);

• максимальную дальность перемещения разрушенной части уступа при взрывании удлиненного заряда имеет участок расположенный в районе верхнего торца заряда ВВ (зона IV); в опыте 4 (зона Ш);

• зона V при взрыве поднимается вверх, ложится на формирующий развал и поэтому перемещается на меньшее расстояние, чем участок IV, обычно составляющие ее куски породы находили в верхней части на поверхности развала (опыты 1-6; 8-13).

Опыты при многорядном расположении скважин показали, что при взрывании нескольких последовательно расположенных скважин происходит увеличение дальности развала породы за счет взаимодействия первого, второго, третьего рядов скважин (опыты 8-9).

Максимальная высота развала взорванной горной массы при однорядном взрывании слагается за счет породы выброшенных из зон имеющих наименьшее перемещение в сторону свободной поверхности уступа (часть I, II, ^апое^п Ш и V).

При многорядном расположении шпуров порода раздробленная зарядами последующих рядов сталкивается с породой разрушенной шпурами первого ряда, поучает движение направленное в противоположную сторону и формирует максимальную высоту развала. Из сравнения замеров максимальной высоты развала в опытах (2, 8, 9) видно, чем больше число взрываемых рядов, тем больше максимальная высота развала.

Высота развала, превышающая высоту взрываемого уступа, получается в том случае если возможность перемещения породы в строну свободной поверхности имеет ограничения за счет большой величины сопротивления в первом ряду или наличия подпора из взорванной горной массы (опыт 3, 7). При большом сопротивлении по подошве происходит выброс породы в тыл уступа происходит (обратный выброс). Уменьшение высоты заряда в шпуре (опыт 4) сокращает дальность выброса породы, но увеличивает высоту развала.

Выводы

1. При взрывании удлиненных зарядов на свободную поверхность уступа максимальное перемещение взорванной горной массы наблюдается за счет выброса породы из района верхнего торца заряда. Эта часть взрываемого уступа определяет максимальную дальность выброса породы и ширину развала.

2. Максимальная высота развала формируется за счет раздробленной породы имеющей при взрыве минимальное перемещение и воздействия последующих рядов скважин.

3. При прочих равных условиях с увеличением числа взрываемых рядов скважин увеличивается ширина и возрастает максимальная высота развала породы.

Номер Величина развала породы Ri, м

опыта Номер участка на свободной поверхности уступа

I II III IV V

1 1,51 1,73 1,81 2,13 1,76

2 0,48 0,75 1,04 1,36 1,02

3 0 0,15 0,23 0,30 0,15

4 0,21 0,50 0,81*) 0,46 0,29

5 0,69 0,84 1,36 1,73 1,20

6 0,24 0,62 0,71 1,24 1,11

7 Нет развала породы, разброс отельных

кусков породы

8 0,79 1,06 1,32 1,71 1,32

9 0,56 0,82 1,10 1,31 1,12

10 0,38 0,79 0,93 1,70 1,02

11 0,40 0,76 1,10 1,61 1,83

12 0,44 0,83 1,07 2,05 1,04

13 0,62 0,91 1,09 1,59 0,92

Примечание: ^ в опыте была снижена высота заряда в шпуре

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Рождественский В.Н. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории открытой геотехнологии Института горного дела Уральского отделения РАН.

Таблица 1

ПАРАМЕТРЫ ВЗРЫВАНИЯ ШПУРОВ И ВЕЛИЧИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ШИРИНЫ И ВЫСОТА РАЗВАЛА

Номер опыта Краткая характеристика опыта: направление шпуров, конструкция заряда, способ инициирования Высота уступа/глубин а шпура, м/м Расстояние от оси заряда до Высота заряда, м Высота забойки м Отношение ширины развала, к высоте уступа, м/м Отношение мак-сималь-ной высоты развала к высоте уступа, м/м

Верхней бровки уступа, м Нижней бровки уступа, м На уровне верхнего торца заряда, м

Пристре- лочный опыт Вертикальный шпур, сплошной заряд аммонита 6ЖВ, инициирование ЭД с перебура 0,50/ /0,59 0,32 0,50 0,43 0,39 20 10,1 0,14

Пристрел очный опыт Вертикальный шпур, сплошной заряд аммонита 6ЖВ, инициирование ЭД сверху. 0,51/ /0,59 0,33 0,50 0,45 0,38 21 13,2 0,10

1 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,46/ /0,55 0,19 0,27 0,23 0,30 0,25 4,63 0,51

2 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,51/ /0,55 0,32 0,45 0,36 0,35 0,20 2,67 0,68

3 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,50/ /0,56 0,49 0,54 0,51 0,35 0,21 0,6 1,2

4 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,51/ /0,58 0,37 0,47 0,42 0,25 0,30 0,9 1,11

5 Наклонный шпур (70о), сплошная, инициирование ЭД 0,49/ /0,54 0,30 0,32 0,31 0,32 0,22 3,53 0,63

6 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,47/ /0,56 0,47 0,56 0,50 0,25 0,56 2,64 0,72

7 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ЭД 0,49/ /0,57 0,61 0,76 0,69 0,37 0,20 0 1,28

8 Двухрядное взрывание, сплошная, вертикальные шпуры, инициирование ЭД 0,47/ /0,54 0,37 0,50 0,42 0,34 0,20

0,50/ /0,57 1,40 1,39 0,40 0,17

Среднее по 2 шпурам 0,48/ /0,56 - - - 0,37 0,18 2,72 0,72

9 Трехрядное взрывание вертикальные шпуры,сплошная, инициирование ЭД 0,50/ /0,56 0,50/ /0,59 0,50/ /0,57 0,36 0,90 1,42 0,48 0,98 1,51 0,41 0,35 0,40 0,40 0,21 0,19 0,17

Среднее по 3 шпурам 0,50/ /0,57 0,38 0,19 3,48 0,86

10 Вертикальный шпур, сплошная конструкция, инициирование ЭД, без забойки 0,49 / /0,59 0,39 0,52 0,43 0,38 0,19 3,47 0,61

11 Вертикальный шпур, сплошная, инициирование ДТТТ 0,47/ /0,58 0,41 0,56 0,47 0,36 0,29 3,43 0,76

12 Вертикальный шпур, рассредоточенный заряд, инициирование ДШ 0,50/ /0,55 0,40 0,62 0,49 0,20 ВВ 0,05 промежуток 0,15 ВВ 0,20 4,10 0,59

13 Вертикальные шпуры, сплошная конструкция, инициирование ЭД, забойка из дроби 0,50/ /0,59 0,39 0,59 0,50 0,38 0,21 3,18 0,80