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

К первой относятся: удельный расход взрывчатого вещества (q), диаметр заряда (d), линия сопротивления по подошве (W), сетка скважин (а х b),

ко второй: вид взрывчатого вещества, конструкция заряда, последовательность взрывания и использование замедления, число рядов скважин, величина и материал забойки.

Изменение параметров первой группы позволяет регулировать в широком диапазоне степень дробления, параметров второй группы - получение необходимых по технологическим условиям размеров развала горной массы.

Управление параметрами буровзрывных работ заключается в использовании закономерностей воздействия каждого и всех вместе на результаты взрывного разрушения массива горных пород.

По экспериментальным исследованиям действие взрыва в массиве горных пород представляется в следующем виде. Детонационная волна, которая образуется при взрыве взрывчатого вещества на границе заряд — горная порода переходит в ударную волну, параметры которой определяются свойствами массива горных пород и взрывчатого вещества. По мере удаления ударной волны от границы раздела, скорость её уменьшается вследствие потерь энергии и в дальнейшем остается постоянной. В этой зоне равной от 1 до 6 диаметров заряда напряжение, возникающее в горной породе, вызывает пластические деформации, вследствие чего ее дробление. На большем от этой величины расстоянии в радиальном направлении возникают сжимающие напряжения, в тангенциальном — растягивающие. Величина этой зоны составляет 3540 радиусов заряда. Дальше напряжение в массиве становится меньше величины сопротивления породы разрушению, и горная порода этой зоны массива испытывает только колебательные движения. Когда волна напряжений достигнет обнаженной поверхности, образуется отраженная волна, к тому же после высвобождения газов, образующихся при взрыве взрывчатого вещества, по трещинам и через забойку сильно сжатая порода первой зоны смещается в сторону центра заряда. Отраженная волна формирует в массиве вторичное сжатие от мнимого центра, находящегося на таком же расстоянии от обнаженной поверхности, как и заряд, производя разрушения в глубь массива.

По теории В. К. Шехурдина, в основу которой положен принцип энергетического состояния горной породы в зависимости от ее свойств и положения относительно поверхности земли, величину зоны сильного дробления (смятия) или преобладания пластических деформаций можно определить по выражению, м

,

где p - масса заряда в 1 м скважины, кг;

Q - теплота взрыва, ккал/кг;

A - механический эквивалент тепла 4,19 Дж/кал;

=3,14;

= (10f +gH) - удельная энергоемкость разрушения массива в зоне смятия, Дж/м3;

f - коэффициент крепости по шкале М. М. Протодьяконова;

- плотность породы, кг/м3;

g = 9,8 - ускорение свободного падения, м/с;

H - глубина расположения заряда от поверхности земли, м.

Радиус разрушения горных пород радиальными трещинами

,

где = 0,04(10f +gH)— удельная энергоемкость разрушения массива путем развития магистральных трещин, Дж/м3.

Удельный расход взрывчатого вещества. В первой группе наибольшее влияние на степень дробления пород оказывает удельный расход взрывчатого вещества.

Из рассмотренной выше энергетической теории разрушения видно, что для увеличения степени дробления горных пород требуется увеличение затрат энергии, т. е. применение более мощного взрывчатого вещества или увеличение удельного расхода взрывчатого вещества.

Однако в конкретных условиях существует предел, после которого без специальных технологических приемов увеличение удельного расхода не влияет на степень дробления.

Рассматривая влияние удельного расхода взрывчатого вещества на степень дробления горных пород, учитывается и экономический аспект. Увеличение расхода взрывчатого вещества при росте объема буровых работ влечет за собой повышение затрат на подготовку горных пород к выемке.

В практике расчетов удельный расход взрывчатого вещества для рыхления массива принимается по таблицам в зависимости от вида, коэффициента крепости и плотности пород. Трест «Союзвзрывпром» эти значения дает для эталонного взрывчатого вещества—аммонита № 6ЖВ (табл.3).

Таблица 3

Таблица определения эталонного удельного расхода ВВ

Породы

Группа пород и грунтов по СНиП

Коэффициент крепости по шкале Протодьяконова

Расчетный удельный расход ВВ для зарядов

рыхления

выброса

Песок

I

---

---

1,-1,8

Песок плотный или влажный

I-II

---

---

1,2-1,3

Суглинок тяжелый

II

---

0,35-0,4

1,3-1,8

Глина ломовая

III

---

0,35-0,45

1,2-1,8

Лёсс

III-IV

---

0,3-0,4

0,9-1,2

Мел, выделочный мергель

IV-V

0,8-1

0,2-0,4

0,9-1,2

Гипс

IV

1,1,5

0,35-0,45

1,1-1,5

Известняк ракушечный

V-VI

1,5-2

0,35-0,6

1,4-1,8

Опока, мергель

IV-VI

1-1,5

0,3-0,4

1-1,3

Туфы трещиноватые, плотные, пемза тяжелая

V

1,5-2

0,35-0,3

1,2-1,5

Конгломерат брекчии на известковом и глинистом цементе

IV-VI

2-3

0,35-0,45

1,1-1,4

Песчаники на глинистом цементе, сланец, глинистый, серицитовый мергель

VII-VIII

3-6

0,4-0,55

1,2-1,6

Доломит, известняк, магнезит, песчаник на известковом цементе

VII-IX

5-6

0,4-0,6

1,2-1,8

Известняк, песчаник, мрамор

VII-IX-

6-9

0,4-0,8

1,2-2,2

Гранит, гранодиорит

VIII-IX

2-12

0,5-0,8

1,7-2,1

Базальт, диабаз, андезит, габбро

IX-XI

6-20