Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 5
Б . Н . К У Т У З О В
ВЗРЫВНОЕ И МЕХАНИЧЕСКОЕ
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования
СССР в качестве учебного пособия для студентов горных специальностей вузов
И З Д А Т Е Л Ь С Т ВО ,,НЕДРА'
М о с к в а 1973
У Д К [622.235+622.233] : 622.236.2/.4(075)
|
|
|
|
Кутузов Б . Н . Взрывное и механическое |
|
разру |
||||||||||
|
|
|
шение |
горных пород. М., «Недра», |
1973. |
312 |
с. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
В книге изложены способы взрывного |
разрушения |
|||||||||||
|
|
|
скальных |
пород в |
горной |
промышленности, |
теория |
|||||||||
|
|
|
взрыва |
и детонации |
В В , ассортимент |
промышленных |
||||||||||
|
|
|
В В , |
средств и способов взрывания, физическая |
|
сущ |
||||||||||
|
44. |
ность воспламенения метано-воздушной среды в шах |
||||||||||||||
|
тах, |
опасных по газу или пыли. |
Рассмотрены |
|
дей |
|||||||||||
|
ствие взрыва заряда |
ВВ в массиве с различными |
свой |
|||||||||||||
|
|
|
ствами, |
совместное |
взрывание |
нескольких |
зарядов, |
|||||||||
|
|
|
принципы расположения и расчета зарядов в различ |
|||||||||||||
|
|
|
ных горнотехнических условиях при проведении вы |
|||||||||||||
|
|
|
работок, отбойке угля и руды при подземной |
разра |
||||||||||||
|
|
|
ботке и на карьерах, а также при взрывах |
на |
выброс |
|||||||||||
|
|
|
и сброс. Изложены основы методики выбора рацио |
|||||||||||||
|
|
|
нальных параметров отбойки, рассмотрены основные |
|||||||||||||
|
|
|
факторы регулирования степени дробления горных |
|||||||||||||
|
|
|
пород взрывом, а также основные направления меха |
|||||||||||||
|
|
|
низации взрывных работ. Приведены сведения о сов |
|||||||||||||
|
|
|
ременных способах и средствах бурения шпуров и |
|||||||||||||
|
|
|
скважин, |
изложена |
методика |
выбора |
рациональных |
|||||||||
|
|
|
режимов и типа оборудования для разрушения |
пород |
||||||||||||
Г»с.публмчнля |
при |
бурении, дан анализ перспектив развития |
раз |
|||||||||||||
научно - і ?хки i«a ная |
личных |
способов бурения |
горных |
пород |
при |
добыче |
||||||||||
« и б я ю , |
ti.-.-'. |
c o - o p |
полезных |
ископаемых. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Книга предназначена в качестве учебного посо |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
ЧИТА : |
' О |
О |
бия |
для |
студентов |
горных |
вузов |
и может |
быть |
по |
||||||
|
|
|
лезной для инженерно-технических работников гор |
|||||||||||||
|
|
|
ных |
предприятий. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Таблиц 43, иллюстраций 211, список литературы — |
|||||||||||||
|
|
|
21 |
назв. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0373-195 К 043(01)
ОСНОВНЫЕ П О Н Я Т И Я
Массивы скальных пород при добыче полезных ископаемых необходимо
дробить |
на |
куски, |
удобные д л я погрузки |
и |
транспортирования с |
целью |
|||||
последующей |
переработки. Д л я дробления |
горных пород |
бурят шпуры, |
сква |
|||||||
жины |
или |
проводят |
камеры, |
в |
которых |
размещают |
заряды |
взрывчатых |
|||
веществ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ш п у р |
— искусственное |
цилиндрическое |
углубление в горной |
породе |
|||||||
диаметром до 75 мм и |
глубиной . до |
5 м. • |
|
|
|
|
|||||
С к в а ж и н а |
— искусственное |
цилиндрическое углубление |
в |
горной |
породе диаметром более 75 мм при любой глубине и глубиной более 5 м при л ю бом диаметре.
К а м е р а — выработка кубической или удлиненной формы, пройденная в массиве горных пород для размещения сосредоточенных зарядов ВВ большого
веса (десятки и |
тысячи тонн). |
Б у р е н и е |
— процесс образования в массиве горных пород шпуров |
и скважин с помощью буровых машин: перфораторов, сверл, буровых станков.
В з р ы в ч а т о е |
в е щ е с т в о |
(ВВ) — химические |
соединения |
и л и |
|||
механические |
смеси, |
способные под действием внешнего импульса |
(нагревания, |
||||
удара) взрываться, т. е. чрезвычайно |
быстро превращаться в другие соединения |
||||||
с выделением |
тепла |
и газообразных |
продуктов. |
|
|
|
|
В з р ы в а н и е |
— процесс детонирования зарядов ВВ в заданной после |
||||||
довательности |
способами, обеспечивающими безопасность этих |
работ. |
|
||||
З а р я д |
— определенное количество |
В В , подготовленное |
к |
взрыву. |
|
||
Д е т о н а ц и я |
— распространение |
взрыва по В В с постоянной для |
дан |
ного ВВ и диаметра заряда сверхзвуковой скоростью, обусловленное прохо
ждением по заряду В В детонационной |
волны. |
Д е т о н а ц и о н н а я в о л н а |
— ударная волна сжатия, распростра |
няющаяся по заряду ВВ со сверхзвуковой скоростью и обеспечивающая возни кновение за фронтом волны химической реакции.
Детонация заряда В В возбуждается |
в результате его инициирования с по |
||
мощью капсюля, электродетонатора |
или |
детонирующего |
шнура . |
К а п с ю л ь - д е т о н а т о р |
(КД) — небольшой |
заряд инициирующих |
В В , размещенный в металлической или картонной гильзе и предназначенный
для инициирования зарядов промышленных |
В В . |
Д л я взрыва капсюля-детонатора в гильзу |
вставляют огнепроводный ш н у р , |
искрами которого при горении вызывается взрыв первичного и вторичного
инлциирующих В В , размещенных в |
капсюле-детонаторе. |
|
|||||
О г н е п р о в о д н ы й |
ш н у р |
(ОШ) — шнур |
с |
сердцевиной |
из прессо |
||
ванного дымного пороха, |
окруженной наружной |
и |
внутренней |
оплетками, |
|||
покрытыми |
влагоизолирующим |
составом. |
|
|
|
||
Э л е к |
т р о д е т о н а т о р |
(ЭД) — совокупность капсюля-детонатора с з а |
крепленным в нем электровоспламенителем. В электродетонаторах замедленного»
действия между инициирующим В В и электровосиламенителем размещен за
медлитель, сгорающий за |
строго фиксированное |
время . |
Д е т о н и р у ю щ и й |
ш н у р (ДШ) — шнур |
с сердцевиной из высоко |
бризантного В В . Д Ш взрывается от капсюля—детонатора или электродетонатора. П а т р о н - б о е в и к — заряд из одного или нескольких патронов мощ н ы х ВВ с капсюлем-детонатором, электродетонатором или детонирующим шну
ром, |
размещаемый |
в верхней |
или нижней |
части основного |
заряда . |
|
||||||||
Массив горной |
породы |
при взрыве |
разрушается |
на отдельности, разделя |
||||||||||
емые |
по |
крупности |
на |
г а б а р и т н ы е |
к у с к и , |
которые сразу |
можно гру |
|||||||
зить |
и |
транспортировать для последующей |
переработки |
и |
н е г а б а р и т |
|||||||||
н ы е |
к у с к и , |
требующие |
дополнительного |
дробления. |
|
|
|
|||||||
При |
взрыве |
одиночного |
заряда в массиве |
породы образуется |
углубление, |
|||||||||
называемое воронкой |
взрыва. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Трудность |
взрывания |
массива определяется его трещиноватостью и кре |
||||||||||||
постью (коэффициентом крепости) и оценивается взрываемостью и дробимостыо. |
||||||||||||||
Т р е щ и н о в а т о с т ь |
— совокупность |
трещин в массиве горных по |
||||||||||||
род. Трещины могут быть |
различного |
происхождения. |
|
|
|
|||||||||
К р е п о с т ь |
г о р н ы х |
п о р о д |
— способность пород |
сопротивляться |
разрушению от действия |
внешних усилий, например |
бурению, взрыванию, |
резанию . |
|
|
К о э ф ф и ц и е н т |
к р е п о с т и — величина, |
характеризующая кре |
пость горных пород. Коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяко-
нова /* |
равен |
частному |
от деления предела |
прочности породы |
одноосному |
|||||||||
сжатию |
на 100 |
кгс/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Б у р и м о с т ь — |
сопротивляемость горных пород разрушению при буре |
|||||||||||||
нии, характеризуемое |
чистой скоростью |
бурения |
при |
стандартных |
условиях |
|||||||||
проведения опыта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В з р ы в а е м о с т ь |
— сопротивляемость |
горных |
пород |
разрушению дей |
||||||||||
ствием |
взрыва, |
характеризуемое |
расходом |
В В на |
разрушение единицы объема |
|||||||||
породы |
до кусков определенной |
крупности |
при |
стандартных |
условиях |
взрыва |
||||||||
н и я . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
В |
настоящем |
учебном пособии обозначение |
крепости |
пород |
принято по |
||||||||
ш к а л е |
проф. М. М. |
Протодьяконова. |
|
|
|
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Коренное совершенствование способов разрушения горных пород при бурении и взрывании и создание принципиально новых средств и методов добычи полезных ископаемых имеют первостепенное зна чение для увеличения объема добычи полезных ископаемых и повы шения технико-экономических показателей всех технологических процессов в горнодобывающих отраслях промышленности.
В ближайшие годы значительно возрастет объем перерабатыва емых скальных пород в угольной промышленности, в черной и цвет ной металлургии, в нерудной промышленности, а также при гидро техническом и транспортном строительстве. В этих отраслях горные массивы, подлежащие рыхлению взрывами шпуровых, скважинных и камерных зарядов в основном сложены породами с коэффициентом крепости / = 6 -г- 14 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.
Скальные породы при добыче необходимо дробить на куски такой крупности, при которой обеспечивается наибольшая эффек тивность погрузки, транспортирования и последующей переработки. При этом применяют наиболее целесообразные для конкретных условий способы бурения шпуров и скважин (или проведения камер) и методы ведения взрывных работ.
Трудоемкость взрывной подготовки горных пород и выемки составляет 30% общей трудоемкости добычи, а при проведении выработок она достигает 50%. С увеличением крепости пород отно сительная трудоемкость буровзрывных и в особенности буровых работ возрастает. Применение на карьерах и рудниках цикличнопоточной и поточной технологии добычи полностью зависит от каче ственного дробления горных пород. Совершенствование методов управления энергией взрыва продолжает развиваться в направлении отработки параметров многорядного короткозамедленного взрыва ния, взрывания в зажатой среде на неубранную породу, исполь зования зарядов с воздушными промежутками. Массовое внедрение игданитов и широкое применение гранулированных ВВ создало предпосылки для полностью механизированного ведения взрывных работ. Достигнут определенный прогресс в области создания и вне дрения водонаполненных ВВ.
Экспериментальные ядерные взрывы в мирных целях показали принципиальную возможность применения их для дробления гор ного массива и для удаления вскрышных пород.
В настоящее время на горных предприятиях работают в доста точном количестве высокопроизводительные погрузочно-транспорт- ные машины и оборудование. На карьерах горнорудной промышлен ности малоэффективные станки ударно-канатного бурения в основном заменены станками шарошечного бурения с долотами диаметром 214—243 мм и осевым давлением 20—40 тс. Прошли промышленные испытания шарошечные станки с долотами диаметром 320 мм и осе вым давлением 70 тс.
Бурение взрывных скважин на карьерах в последние годы совер шенствуется в направлении разработки способов разрушения пород различными методами и создания новых буровых станков и инстру мента, а также повышения работоспособности действующих машин и оборудования. С 50-х годов разрабатываются новые способы раз рушения горных пород, основанные на использовании электри ческого тока, электромагнитных колебаний, тепловых и комбиниро ванных воздействий.
При решении проблемы разрушения горных пород необходимо получить обоснованную информацию о среде (горной породе), под вергаемой разрушению, о действующем объекте (буровом инстру менте, взрыве ВВ, электромагнитных колебаниях и т. д.), о взаимо действии объекта и среды и на основе найденных закономерностей наметить комплекс инженерных решений по разрушению горных пород.
В связи с многообразием способов разрушения их классифици
руют по нескольким признакам. |
|
|
|
|
|
|
|||
По природе разрушающих напряжений: |
м е х а н и ч е с к о е |
||||||||
р а з р у ш е н и е , |
происходящее в результате механических |
напря |
|||||||
жений — бурение |
и резание (механическое), взрывание, ультра |
||||||||
звуковое, |
электрогидравлическое |
и гидравлическое |
разрушения; |
||||||
т е р м и ч е с к о е |
р а з р у ш е н и е , |
происходящее |
в результате |
||||||
температурных напряжений — огневое и плазменное |
бурение, элек |
||||||||
тромагнитное, магнитное и электрическое разрушения. |
|
||||||||
По способу передачи |
энергии |
породе: |
к о н т а к т н о е |
(меха |
|||||
ническое бурение |
и резание) и |
б е с к о н т а к т н о е |
(электро |
||||||
магнитное, |
магнитное, |
электрогидравлическое, |
гидравлическое, |
ультразвукоаое разрушения).
По способу воздействия на породу: твердым инструментом (меха ническое бурение и резание), газами (взрывание), жидкостью (гидра влическое разрушение), электромагнитными волнами (электромаг нитное и магнитное разрушения), электрическим током (элек
трическое разрушение), комбинированные |
(с помощью газов |
и тепла — термическое бурение, с помощью |
газов и жидкости — |
электрогидравлическое и гидровзрывное разрушение, с помощью абразива и жидкости — ультразвуковое разрушение).
Курс «Взрывное и механическое' разрушение горных пород»
является базовым для технологических горных дисциплин по откры той и подземной разработке месторождений полезных ископаемых и строительству подземных сооружений. В нем изложены основы теории и практики разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых и проведении выработок.
Автор выражает благодарность рецензентам: коллективу ка федры разрушения горных пород Ленинградского горного института
им. Г. В. Плеханова, проф., |
докт. |
техн. |
наук |
Д. М. Бронникову |
||||
и проф. докт. техн. наук М. |
М. Докучаеву] |
за |
полезные |
замеча |
||||
ния, позволившие улучшить |
содержание |
рукописи, |
докт. |
техн. |
||||
наук В. К. Рубцову, кандидатам технических |
наук С. Б . Габдрах- |
|||||||
манову, Г. М. |
Крюкову, |
И. Г. |
Михееву, |
|
В. П. |
Тарасенко, |
||
Р. Г. Шмидту, |
Ю. К. Валухину, |
В. Н. Маршакову |
и |
горному |
||||
инж. А. А. Трусову, оказавшим помощь |
в |
подготовке рукописи |
||||||
к печати. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р а з д е л I
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВЗРЫВАНИИ
К Р А Т К А Я ИСТОРИЯ Р А З В И Т И Я
Первым В В , известным человечеству, был черный порох, который приме
няли вначале для фейерверков, а затем |
— д л я огнестрельного |
о р у ж и я |
и разру |
шения военных укреплений. В России |
в середине X V I в. порох использовали |
||
для взрывания скал п камней, мешавших судоходству по рекам . |
|
||
Бурное развитие промышленности |
во второй половине |
X I X в. |
привело |
к созданию и производству новых В В . В 1812 г. в России П . Л . Шилинг |
впервые |
||
применил электрический воспламенитель д л я взрывания зарядов, в |
1831 г. |
в Англии Бикфорд изобрел огнепроводный шнур, в 1846 г. в Италии А. Собреро получил нитроглицерин. В 1853 г. в России Н . Н . Зининым и В . Ф . Петрушевским
было разработано В В , по составу аналогичное динамитам.
Шведский инженер А. Нобель, усовершенствовав состав динамитов, полу чил на их производство патент, назвав нитроглицерин, входящий в состав В В , «взрывчатым маслом Нобеля». Запатентовал Нобель и запал под названием «запал Нобеля». Эти мощные ВВ длительное время являлись основными д л я взрывных работ в горной промышленности всех стран.
В 1867 г. шведскими химиками Ольсеном и Норбином были открыты аммо ниты, однако Нобель купил патент Ольсена и Норбина и более чем на 20 лет задержал внедрение аммонитов в горную промышленность.
Тетрил применяют в промышленности с 1877 |
г. В настоящее |
время он |
||||||
является основным |
вторичным инициирующим В В . |
|
||||||
В |
начале X X |
в. начали |
использовать тротил, |
являющийся в |
настоящее |
|||
время |
в горном |
деле |
одним |
из наиболее |
распространенных В В . |
|
||
В |
20-х годах |
X X |
в. получены тен и |
гексоген, |
применение которых непре |
рывно расширяется и в настоящее время. С 30-х годов в нашей стране наблюда ется тенденция замены нитроглицериновых динамитов на более безопасные аммиачно-селитренные В В (аммониты, динамоны), которые к 40-м годам стали основными ВВ для горной промышленности. С 1927 г. аммониты применяют на карьерах, а с 1931 г. — в шахтах . Большая заслуга в этом принадлежит В . А. Ассонову. В последнее десятилетие непрерывно расширяется применение игданитов — простейших ВВ (смесь аммиачной селитры с дизельным топливом). В раз работке простейших В В (в том числе игданитов) основная заслуга принадлежит акад . А Н СССР Н . В . Мельникову и проф . ,докт . техн. наук Г. П . Демидюку.
Динамоны в СССР начали изготовлять с 1936 г. Массовое изготовление динамонов на предприятиях было налажено в годы Великой Отечественной войны. С 1953 г. выпуск простейших динамонов был прекращен ввиду нестабиль ности их характеристик и из-за расслаивания при зарядке скважин .
В последнее десятилетие разработаны более совершенные аммиачно-селит ренные В В : мощные скальные аммониты, менее чувствительные грубодисперсные ягданпты, гранулиты и зерногранулиты, водонаполненные и горячелыощиеся ВВ (ифзаниты). С этими ВВ связано успешное развитие механизации з а р я ж а ния шпуров, скважин и камер, а т а к ж е решение проблемы взрывания обводнен ных пород.