Файл: Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом.pdf

Специально поставленные эксперименты подтвердили изложен­ ное. Из органического стекла были изготовлены стержни сечением

для отрыва свободного конца стержня при их одновременном взры­ вании. Процесс сопровождался осциллографированием напряжений по методу преломленной волны в воду. Опыты показали, что при разновременном взрывании двух таких же по величине зарядов через интервал, превышающий длительность фазы сжатия, свобод­ ный конец стержня отрывается.

Во второй серии опытов взрывали только второй заряд, и дей­ ствие первого было компенсировано действием груза, который пред­ варительно подвешивали к свободному концу стержня. Взрыв заряда приводил к отрыву свободного конца стержня. Величина растяги­

ствия заряда 40 кгс/см2. Суммарная величина растягивающих напря­ жений от действия груза и одного из зарядов была равна 73 кгс/см2, т. е. в 8,2 раза меньше предела прочности органического стекла отрыву (600 кгс/см2). Из опытов следует, что прочность материала при короткозамедленном взрывании существенно снижается.

Оптимальная величина интервала замедления при отбойке сква­ жинными зарядами диаметром 150—350 мм, установленная экспери­ ментально, составляет 25—75 мс, а при отбойке шпуровыми и сква­ жинными зарядами диаметром 32—105 мм — 15—25 мс. Поскольку при зарядах указанного диаметра длительность фазы сжатия волны напряжений составляет всего 2—12 мс, а применяемые интервалы замедления больше длительности фазы сжатия, то при соблюдении нормальных значений л. н. с. волны не накладываются друг на друга, т. е. каждый заряд или группа одновременно взрываемых зарядов оказывает на массив самостоятельное воздействие. Можно полагать, что за время, равное интервалу замедления, не только массив, но и куски, пришедшие в движение, продолжают находиться в напряженном состоянии, поэтому их сопротивляемость разрушению при соударении друг с другом много меньше сопротивляемости куска породы, разрушаемого при статическом нагружении.

Наряду с интервалом замедления важное значение имеет и схема взрывания. При рациональной схеме взрывания и оптимальном интервале замедления все три фактора — условия образования дополнительной плоскости обнажения, условия соударения и усло­ вия предварительного нагружения, являются наилучшими и обеспе­ чивают наибольшую степень дробления, необходимую высоту навала и заданную дальность полета взорванной массы.

Аналитический расчет величины оптимального интервала замед­ ления представляет большие трудности из-за неоднородности массива и сложных условий воздействия волны. Исходя из имеющихся дан­ ных о запаздывании процесса разрушения, скорости хода трещин

189

и скорости перемещения взорванной массы, следует, что при при­ нятых интервалах замедления образуются сквозные щели шириной, достаточной для расчленения массива на части. Число, размеры и направление образующихся дополнительных поверхностей зависит от конкретных горно-геологических условий, схем взрывания и ин­ тервалов замедления.

Из опыта известно, что при величине интервала менее оптималь­ ной степень дробления ухудшается, а при величине интервала более оптимальной нарушается целостность взрывной сети, целостность скважин и зарядов, что ведет к нарушению намеченного порядка взрывания скважин и к отказам зарядов.

При расчете интервала замедления на Ждановском карьере ком­ бината Печенганикель принимают во внимание возрастание сопро­ тивляемости массива перемещению в сторону обнаженной поверх­ ности по мере увеличения числа отбиваемых рядов скважин. На этих карьерах приняты диагональные схемы взрывания. Взрываемые ступени зарядов отдалены друг от друга. Число зарядов в ступени ограничено. По мере приближения отбиваемого ряда к тылу массива интервал замедления увеличивается.

Расчет оптимальной величины интервала замедления произ­

Коэффициент к г для первого ряда скважин равен 4—5, для вто­ рого — 5—6, третьего, четвертого, пятого и шестого — 7—8 мс/м. Коэффициент к2 равен 2,5—3 мс на 1 м расстояния между скважи­ нами в ряду.

При одновременном взрывании на нескольких уступах, т. е. при так называемом каскадном взрывании взрывные сети могут быть повреждены кусками породы. Скорость полета отдельных кусков достигает 100 м/с. Во избежание повреждения взрывной сети интер­ вал между взрывами уступов

^уст Зу' Ю , МС,

где I — расстояние между каскадами, м; 3 — коэффициент запаса; v' — скорость полета кусков, м/с.

Принятая на карьерах методика расчета является прогрессивной, так как учитывает отличия в сопротивляемости действию взрыва раз­ личных участков массива, обеспечивает наилучшее соударение кусков, максимальное рассредоточение ВВ в массиве и наименьшее разруша­ ющее действие в тыл массива за линией последнего ряда скважин.

Наблюдения и замеры величин смещений и скоростей смещений

190

за линией последнего ряда скважин показали, что при величине смещений w — 25 мм и скорости смещений v — 0,5 м/с время, в тече­ ние которого происходит разрушение, равно 50 мс. Это время близко к величине принятого интервала замедления. Сопоставления и рас­ четы показывают, что величина интервала замедления может быть рассчитана также по формуле £опт = w/v, с, если известны ожида­ емые величины смещений и скорости смещений.

Наибольшая степень дробления может быть достигнута при схе­ мах взрывания, обеспечивающих последовательное взрывание каж­ дой скважины в отдельности и последовательное взрывание частей заряда в скважине — в первую очередь верхней, и во вторую — нижней. При такой схеме взрывания каждый предыдущий заряд

икаждая предыдущая часть заряда будут создавать дополнительную обнаженную поверхность или дополнительную нагрузку на массив, улучшающую степень использования энергии взрыва.

Трудности, связанные с реализацией такой схемы, могут быть преодолены применением детонационных реле, водонаполненных взрывчатых веществ и детонирующих шпуров с различной скоростью детонации, обеспечивающих передачу детонации через заданный интервал времени.

Известно, что водонаполненные ВВ непосредственно от детони­ рующего шнура не взрываются и что для их возбуждения требуются промежуточные детонаторы из шашек мощных ВВ (A-IX-I, ТГ, ТНТ

идр.). Детонирующие шнуры с различной скоростью детонации необходимы для дальнейшего совершенствования взрывных работ.

На рис. 114 показана диагональная схема взрывания, обеспечи­ вающая последовательное взрывание рядов скважин, а на рис. 115 —

последовательное взрывание рядов скважин, каждой скважины в ряду. Детонация от ряда к ряду или от скважины к скважине передается либо электродетонаторами короткозамедленного действия, либо детонационными реле (КЗДШ).

На рис. 116 показана диагональная схема взрывания со строен­ ными скважинными зарядами для преодоления больших сопротивле­ ний по подошве. Расстояния между скважинами в ряду значительно большие расстояний между рядами. Схема составлена с учетом напра­ вления естественных трещин. Детонация от заряда к заряду пере­ дается детонационными реле.

Схема соединения, показанная на рис. 114, обеспечивает распро­ странение детонационной волны с двух сторон, поэтому в отличие от других наблюдается наименьшее число отказов. Подобные схемы на карьерах Криворожского бассейна позволили сократить число отказов почти в 2 раза по сравнению с другими.

Упомянутое выше взрывание на нескольких уступах (каскадное взрывание) обеспечивает карьер сравнительно большим количеством взорванной массы, что сокращает простои дорогостоящего оборудо­ вания. Оптимальный объем взорванной массы, при котором стоимость добычи была минимальной, для карьеров Кривбасса соста­ вила 700 000—900 000 м3.

191

-о s'

О6

Рис. 114. Диагональная схема взрывания скважинных зарядов с помощью электродетонаторов замед­ ленного действия (римскими цифрами показана последовательность взры­

вания)

Рис. 116. Диагональная схема взрывания в карьерах комбината «Печенганикель» с помощью детонационных реле (римскими цифрами показана последо­ вательность взрывания; прямоугольники — детонационные реле)

Влияние конструкции заряда и типа ВВ на степень дробления и стоимость добычи. Существенное влияние на степень дробления оказывает и конструкция заряда. Оптимальной конструкцией является заряд, обеспечивающий наилучшие условия воздействия на массив. Это может быть достигнуто размещением ВВ различной мощности по высоте скважинного заряда, разновременным взрыва­ нием указанных частей заряда, а также применением забойки опти­ мальной длины и массы.

Забойка улучшает условия воздействия продуктов взрыва на массив. Напряжения и длительность фазы сжатия, а следовательно энергия, передаваемая породе, увеличивается, а количество газов, прорывающихся в атмосферу, уменьшается. Длина забойки не должна быть меньше 20—30 диаметров заряда. Целесообразно также размещать в забойке на расстоянии 5—10 диаметров от основного заряда небольшой дополнительный заряд, увеличивающий длитель­ ность действия продуктов взрыва на породу.

При скважинах сравнительно большого диаметра рассчитанный по удельному расходу ВВ заряд размещают на участке сравнительно небольшой длины, поэтому часть массива дробится недостаточно интенсивно. В этих случаях целесообразно верхнюю треть или верх­ нюю четверть заряда отделить от нижней небольшим воздушным промежутком (1—2 м) или забойкой. Взрывание скважинного заряда по частям (внутрискважинное замедление) с помощью детониру­ ющих шнуров, обладающих различной скоростью детонации, или с помощью специальных электродетонаторов позволит увеличить общую длительность действия взрыва на массив, увеличить число обнаженных поверхностей, полнее использовать энергию отражен­ ных волн и снизить сопротивляемость массива действию взрыва. При переходе на отбойку высокими уступами (более 15 м) может оказаться целесообразным разделение заряда на ряд частей инертным материалом (забойкой) или ВВ с малой чувствительностью к ини­ циированию от соседних частей заряда.

Эффективность действия скважинного или шпурового заряда может быть повышена не только выбором оптимального промежу­ точного детонатора (боевого заряда), но и правильным выбором места его размещения.

При взрывании скважинных зарядов боевой заряд размещают либо в верхней, либо в средней или нижней части заряда. При про­ ходке горных выработок и при ведении очистных работ шпуровыми зарядами применяют прямое или обратное инициирование. Анализ физических явлений при прямом и обратном инициировании поз­ воляет сделать ряд выводов.

Независимо от места расположения боевого заряда продукты взрыва прорываются в атмосферу через устье шпура или скважины задолго до разрушения всего массива. Однако местоположение боевого заряда существенно влияет на начало прорыва продуктов взрыва в атмосферу, т. е. на энергию ударной волны и волны напря­ жений. При обратном инициировании прорыв газов в атмосферу