Горизонтальное расстояние от оси взрывной скважины 1 го ряда до нижней бровки уступа это

Обновлено: 06.07.2024

Подготовка горных пород к выемке на открытых горных работах

Подготовка горных пород к выемке заключается в разрушении массива различными способами на куски, удобные для последующей выемки, погрузки и транспортирования. Рыхлые и мягкие породы могут разрабатываться непосредственно из массива экскаваторами или другими выемочными машинами. Подготовка полускальных пород ведется обычно навесными рыхлителями на тракторах тяжелого типа. Подготовка к выем­ке скальных пород осуществляется посредством буровзрывных работ, при этом кусковатость взорванных пород должна быть оптимальной.

Размеры максимально допустимого куска во взорванной гор­ной массе определяются параметрами транспортных средств, дробилок и других приемных устройств, а также условиями ра­боты оборудования.

Максимально допустимый линейный размер куска породы, м, равен:

где q — вместимость ковша экскаватора,м 3 ; Q — вместимость ку­зова автосамосвала или думпкара,м 3 ; В_л - ширина конвей­ерной ленты,м; В_д— ширина приемного отверстия дробилки,м.

Куски, имеющие размеры больше допустимых, называют негабаритными и подвергают дополнительному дроблению. При­меняют различные методы разрушения пород (рисунок 32).

Рисунок 32 Методы взрыв­ного разрушения по­род:

а - накладной; б, в - ка­мерный в шурфе и штольне; г - котловой;

д - скважинный; 1 - заряд; 2 - за­бойка

На большинстве карьеров и в разнообразных условиях при­меняют скважинные заряды. К основным параметрам взрыв­ных скважин относятся глубина, диаметр и угол наклона (рисунок 33).

Глубина скважины l_с определяется высотой взрываемого ус­тупа Ну, углом наклона скважины к горизонту а и величиной пе­ребура скважины l_п ниже отметки подошвы уступа. Перебур не­обходим для качественного разрушения пород в подошве уступа.

Забойка скважины должна быть плотной, а ее длина l₃ - достаточной для предотвращения утечек продуктов взрыва, вы­броса породы и образования сильной ударной воздушной вол­ны. Для забойки используют буровую мелочь, песок с разме­рами частиц до 50 мм.

Различают горизонтальные, наклонные и вертикальные сква­жины. В основном в настоящее время применяют вертикальные скважины. Заряд ВВ в скважине может быть сплошным или рас­средоточенным, а расположение скважин в пределах взрывае­мого блока - однорядным и многорядным.

Рисунок 33 - Параметры взрывных скважин:

а - наклонных со сплошным зарядом; б - вертикальных с рассредоточенным зарядом при многорядном расположении; 1 - заряд ВВ;

2 -забойка; 3 - воздушный промежуток

Параметрами взрываемых зарядов при их однорядном рас­положении являются: расстояние между скважинами в ряду а, а при многорядном - расстояние между скважинами а, между рядами bи число рядов n.

Горизонтальное расстояние от оси скважин до нижней бровки уступа W называется линией сопротивления по подошве уступа.

Буровзрывные работы - это комплекс бурения и взрыва­ния скважинных зарядов. Бурение скважин на уступе осуще­ствляется в один, два или три ряда при помощи станков враща­тельного или ударно-вращательного действия, которые подраз­деляются на шнековые и шарошечные. Станки шнекового бу­рения типа СБШ-СБР-125 и СБР-160 (рисунок 34) применяют для бурения наклонных и вертикальных скважин по углю диамет­ром 125—160 мм и глубиной до 25 м. Станки шарошечного бу­рения используются на крепких скальных породах и имеют в качестве рабочего органа вращающиеся долота — шарошки с зубьями из твердого сплава. Станки подразделяются на легкие, средние и тяжелые. К легким (до 40 т) относятся станки СБШ-200 (d_скв = 150—200 мм); к средним (до 60 т) — 2СБШ-200Н, СБШ-250МН, СБШ-250К d_скв = 220—270 мм); к тяжелым (до 120 т) — СБШ-320 и СБШ-400 для бу­рения скважин диаметром до 400 мм. Станки имеют гусе­ничный ход.

Рисунок 34 - Схема станка вращатель­ного бурения типа СБШ-СБР:

1 — платформа; 2 — гусеничная ходовая часть; 3 — кабина с пультом управле­ния; 4 — поворотный редуктор; 5 — электрооборудование

Бурение скважин осуществляется вертикально или наклонно глубиной до 60 м.

Для ведения взрывных работ в качестве взрывчатого веще­ства применяют в основном гранулированные ВВ (гранулиты, игданиты), реже — порошкообразные ВВ (аммониты, аммона­лы). Взрывают заряды главным образом при помощи детони­рующего шнура или электрическим способом.

К вспомогательным процессам при взрывном разрушении относятся погрузочно-разгрузочные работы, транспортирова­ние ВВ к месту заряжания, заряжание и забойка скважин. Дос­тавка ВВ в карьер и заряжание скважин осуществляются с по­мощью зарядных машин МЗ-3, МЗ-4 и др. Сменная производи­тельность машин по зарядке составляет 15—20 т. Забойка сква­жин производится буровой мелочью или с помощью забоечных машин-бункеров ЗС-2 и ЗС-1Б, транспортирующих и засы­пающих в скважину забоечный материал. Производительность их до 150 скважин в смену.

Конструкции зарядов и схемы расположения скважин

К основным параметрам взрывной скважины относятся (рис. 2) глубина, диаметр и угол наклона. От этих параметров, а также типа и плотности ВВ, размеров сетки скважин на уступе и порядка взрывания зависят вместимость 1 м скважины, выход взорванной породы (взрываемый объем) на 1 м скважины и конструкция заряда.

Различают горизонтальные, наклонные и вертикальные скважины. В основном применяют вертикальные скважины (рис. 2)

При взрывании наклонных скважинных зарядов сопротивление породы взрыванию постоянно по высоте уступа, отрыв пород происходит по линии скважин, улучшается степень дробления, хорошо прорабатывается подошва уступа, может быть снижен на 5 – 7 % расход ВВ.

Перебур скважины необходим для качественного разрушения пород в подошве уступа

где d_c- диаметр скважины.

Перебур не производят или даже не добуривют скважину до подошвы уступа, если нижележащий уступ представлен тонким пластом полезного ископаемого или пластичными породами.

Забойкаскважины должна быть плотной, ее длина l_З должна быть достаточной для предотвращения утечек продуктов взрыва, выброса породы и образования воздушной ударной волны.

Длина забойки l_З = (20 ÷ 35) d_c, или l_З = (0,7 ÷ 1,0)W.

Для забойки используют буровую мелочь, песок и т. п.

Конструктивно скважинный заряд ВВ может быть сплошным или рассредоточенным (рис. 2) У рассредоточенного заряда ВВ размещают, чередуя с забойкой. Это позволяет уменьшить выход негабарита в крупноблочном массиве горных пород.

Расположение скважинв пределах взрывного блока может быть однорядным и многорядным (рис. 2). Параметрами взрываемых зарядов при однорядном расположении являются: расстояния между скважинами в ряду а, при многорядном – расстояния между скважинами в ряду b, между рядами скважин ви число рядов n.

Горизонтальное расстояние от оси скважины до нижней бровки уступа W называют линией сопротивления по подошве (ЛНС).

Величину m = a/W называют коэффициентом сближения скважин; для второго и последующего ряда m = a/b/. Эта величина используется в расчетах взрывных работ.

По условию дробления для легковзрываемых пород m = 1,1 ÷ 1,2, для пород средней взрываемости m = 1,0 ÷ 1,1, для трудновзрываемых пород m = 0,8 ÷ 1,0.

При квадратной сетке а = b,пришахматной b = 0,85a.

Максимальное расстояние между рядами скважин (в м) определяется:

где p – вместимость 1 м скважины, кг; l_c – длина скважины, м; l_з – длина забойки, м; a – расстояние между скважинами в ряду, м; H – высота уступа, м; q – удельный расход ВВ, кг/м 3 .

При взрывании скважин на карьерах используется схемы мгновенного и короткозамедленного действий и несколько схем коммутаций зарядов при однорядном и многорядном взрывании. Варианты приведены на рис.3.

При мгновенном (рис.3) многорядном взрывании плохо прорабатывается подошва уступа, увеличивается расход ВВ, что приводит к повышенному разлету кусков, выбросу породы на верхнюю площадку уступа, широким развалам и сильному сейсмическому эффекту. Для исключения таких негативов применяют пиротехнические замедлители для короткозамедленного взрывания (КЗВ) В этом случае существенно улучшаются показатели взрывных работ: повышается равномерность дробления, уменьшается нарушенность массива от предыдущего взрыва, сокращается выход негабарита, уменьшается расход ВВ на 10 – 15 %, сокращается также ширина развала, повышается производительность экскаватора.

При КЗВ важно определить интервал замедления. При его увеличении уменьшается ширина развала, но может произойти пробой смежных скважин. Интервал замедления обычно устанавливается опытным путем.

При однорядном КЗВ преимущественно применяются следующие схемы коммутации зарядов: последовательная, через скважину, волновая, с одно – или двухсторонним врубом (рис.4). Схема коммутации через скважину эффектна в лекозрываемых породах, волновая и последовательная – в средневзрываемых породах, а врубовые схемы целесообразны при трудновзрываемых породах.

При многорядном КЗВ применяются схемы коммутации зарядов: порядные, врубовые с продольным врубом, с поперечным врубом, клиновая, трапециевидная, диагональная (рис. 5).

Врубовые схемы более совершенны, так как ведут к образованию дополнительных свободных поверхностей, в ряде случаев к дополнительному соударению породных кусков и направленному формированию развала. Схемы с продольным врубом (рис. 5 б) широко применяются при проведении траншей, а также на уступах для сокращения ширины развала, что достигается удалением врубового ряда на 1 – 2 м больше остальных. Эти схемы обеспечивают качественное дробление. Но характеризуются выбросом породы в сторону массива, недостаточной проработкой подошвы и увеличением сейсмического действия взрыва.

Схемы с поперечным (торцевым) врубом обеспечивают сокращение ширины развала на 20 – 30 % за счет направления взрыв в сторону торца уступа (прямой торцевой вруб) (рис.5.в).

Клиновые и трапециевидные схемы применяют в трудно – и весьма трудновзрываемых породах (рис.5 д).

Диагональные схемы (рис. 5 е) позволяют резко уменьшить величину линии наименьшего сопротивления зарядов смежных рядов скважин и соответственно улучшить дробление.

Разрушение негабаритных кусков осуществляется накладными или шпуровыми зарядами ВВ (рис.6).

В простейших случаях ВВ располагают непосредственно на поверхности негабаритного куска в виде плоского слоя толщиной 3,5 – 5,0 см. Заряд прикрывают слоем глины или песка (без примесей гальки или щебня).

Эффективность метода накладных зарядов повышается, если используются специальные кумулятивные заряды (рис. 5 б).

При взрывании негабаритных кусков шпуровыми зарядами глубина шпура составляет 0,25 – 0,5 высоты куска. Расход бурения равен 0,2 – 1,0 м/м 3 взорванной породы. Удельный расход ВВ обычно составляет 0,1 – 0,3 кг/м 3 . Над зарядом помещается забойка. В настоящее время внедряется разделка негабаритов безвзрывным способом. Для этого используются гидроударники (гидромолоты) навешиваемые на горное оборудование. Обычно на экскаваторы. Параметры гидроударников подбирается в зависимости от крупности материала, его прочности и крепости. Основной параметр гидроударников – это энергия удара, измеряемая в джоулях. Наиболее эффективны гидромолоты компании Крупп, Раммер. Наиболее перспективные отечественные гидромолоты выпускаются на Воронежском экскаваторном заводе.

Также осуществляются попытки разделки негабарита с помощью воды в холодное время года. Бурят шпуры, в них заливают воду. При замерзании происходит разрыв куска.

Схемы расположения скважин выбирают исходя из свойств взрываемых пород, производственной мощности карьера, элементов системы разработки и применяемого выемочно - погрузочного оборудования.

Окончательный выбор схемы расположения может быть сделан только на основе анализа данных практики и опытных взрывов. Схемы обычно приводятся в проекте.

На основании проекта карьером разрабатываются типовые проекты на производство буровзрывных работ, которые периодически пересматриваются.

Расчет зарядов и ведение взрывных работ методом скважинных зарядов

Метод скважинных зарядов применяют при рыхлении горных пород.

14.2.1. Общие сведения.В крупных механизированных карьерах применяют метод скважинных зарядов, при котором порода дробится более равномерно и мелко, чем при методе минных штолен. Метод применяют в забоях высотой более 7 м; наиболее целесообразно использовать его в забоях высотой 10…20 м и более в зависимости от типа экскаватора.

Сущность метода заключается в следующем (рис. 14.6). В уступе, подлежащем взрыванию, бурят скважины для размещения зарядов. Скважины могут быть горизонтальные, наклонные и вертикальные, диаметром от 75 до 370 мм. Чем крепче порода и выше уступ, тем большего диаметра применяют скважины: в слабых породах – диаметром 100…150, в крепких (известняк, гранит, железные руды) – 200 мм и более. Однако чем больше диаметр скважины при прочих равных условиях, тем крупнее куски отбитой породы.

Для бурения скважин в породах с коэффициентом крепости f £ 5 используют станки вращательного бурения, в более крепких – шарошечного, огневого и канатно-ударного. При канатно-ударном и огневом бурении фактический диаметр скважины получается на 5…20% больше номинального (вследствие разработки стенок долотом или пламенем реактивной горелки).

Скважины располагают в один или несколько рядов (до 10) параллельно фронту забоя. Заряжают их порошкообразным или гранулированным ВВ. Одновременно взрывают несколько десятков скважинных зарядов по фронту длиной 100…800 м, чтобы обеспечить бесперебойную работу экскаваторов в течение длительного времени. При взрывании скважинными зарядами вследствие меньшего значения W и а, чем при камерных зарядах, получается более равномерное дробление породы и меньший выход негабарита. Благодаря этому метод широко применяют в крупных механизированных карьерах. Выход негабарита (для экскаваторов с ковшом вместимостью более 3 м 3 ) обычно не превышает 5…10% объема взрывной массы, а при благоприятной текстуре – 0,2…3%.

Для качественного дробления породы на уровне подошвы забоя и предупреждения образования порогов (выступов неразрушенной или полуразрушенной породы, не поддающейся уборке экскаватором) скважины бурят ниже подошвы забоя.

Часть скважины, находящуюся ниже подошвы забоя, называют перебуром. Его длина зависит от крепости породы и принимается в пределах (0,2…0,4)W_р, где W_р – расчетная линия сопротивления, т. е. расстояние от оси скважины до открытой поверхности на уровне подошвы забоя (см. рис. 14.6). Если на уровне подошвы залегает слой более слабой, легко разрушающейся породы, перебур можно не делать. Перебур не допускается в том случае, когда в подошве забоя залегает пустая порода, которая разубоживает добываемое полезное ископаемое.

14.2.2. Расчет зарядов рыхления.Порядок расчета зарядов скважин рекомендуется следующий. Выбрав диаметр скважины, тип ВВ и способ взрывания, устанавливают по табл. 14.2 удельный расход ВВ q_т (значения q_т приведены для ВВ с работоспособностью 300 см 3 ).

Таблица 17.2. Нормативные удельные расходы ВВ

Метод взрывных работ	Высота уступа, м	Значения qт ,кг/м 3 , при различной категории крепости пород по шкале Союзвзрывпрома
IV…VI	VII…VIII	IX…X	XI	XII	XIII	XIV…XV
Шпуровой –//– –//–	1,5 2…6	0,29 0,25 0,21	0,33 0,29 0,25	0,38 0,33 0,29	0,42 0,38 0,33	0,46 0,42 0,38	0,50 0,46 0,42	0,54 0,50 0,46
Скважинный	7…20	0,21	0,25	0,29	0,33	0,38	0,42	0,46

Если для ведения взрывных работ принято ВВ с иной работоспособностью, то для получения удельного расхода, кг/м 3 , ВВ следует производить перерасчет по выражению

где q_т – удельный расход ВВ, кг/м 3 , принятый по табл. 14.2;

Р_эт – работоспособность эталонного ВВ равная 300 см 3 ;

Р_ВВ – работоспособность ВВ, см 3 , принятого для ведения взрывных работ.

Определяют массу, кг, заряда одной скважины по выражению

Q = qaW_рH, (14.12)

где q – удельный расход ВВ для зарядов рыхления, кг/м 3 ;

V – объем породы, взрываемый зарядом одной скважины, м 3 ;

а – расстояние между скважинами, м;

W_р – линия наименьшего сопротивления, м;

Н – высота уступа, м.

Выведем формулы для определения а и W_р . Исходя из рис. 14.6, площадь, м 2 , поверхности уступа, приходящаяся на одну скважину, равна

Отношение расстояния между скважинами а к линии наименьшего сопротивления W_p называют коэффициентом сближения зарядов и обозначают буквой m, т. е.

Площадь, м 2 , поверхности уступа, приходящуюся на одну скважину, можно подсчитать также по выражению

где k – коэффициент, значение которого зависит от высоты уступа (при высоте уступа до 10 м он принимается равным 0,6, при высоте уступа более 10 м – 0,7);

g – масса, кг, 1 м заряда скважины,

где d_скв – диаметр заряда скважины, м;

D_ВВ – плотность ВВ, кг/м 3 .

Приравняем правые части формул (14.13) и (14.15), тогда

Подставив значение а в выражение (14.17) получим

Определив из формулы (14.14) параметр W_р и подставив его в (14.17), получим

Из этого выражения получаем формулу для расчета расстояния между скважинами

В табл. 14.3 приведены соотношения между параметрами скважин W_р, a и S при мгновенном взрывании зарядов (значения а выражены через W_р, значения W_р – через площадь, приходящуюся на одну скважину, считая на уровне подошвы забоя), а также приведены значения коэффициентов сближения зарядов в зависимости от текстуры горных пород.

Таблица 14.3. Значения параметров скважин и коэффициентов сближения зарядов

Порода	Wр	а
Монолитная, слоистая или трещиноватая с горизонтальным направлением; направление слоистости или трещиноватости неясно выражено	0,8Wр	0,8
Вертикальная слоистость или трещиноватость, параллельная фронту забоя	³Wр	³1
Вертикальная слоистость или трещиноватость, перпендикулярная к фронту забоя	»0,6Wр	»0,6

Порядок дальнейшего расчета принимается следующий:

массу, кг, заряда одной скважины,

Q = qaW_pH, (14.20)

глубину, м, скважины

длину, м, заряда скважины

длину, м, забойки

которая должна быть в пределах l_заб = (0,8…1,2)W_p , м.

Если вычисленная по формуле (14.24) длина забойки окажется меньше 0,8W_р, то надо уменьшить значение W_р или а, чтобы уменьшить объем взрываемой породы и заряд, иначе взрыв верхней его части будет вызывать большой разлет породы. Уменьшить длину заряда можно другим способом: путем простреливания образовать в нижней части скважины котел, благодаря этому вместимость возрастает и уровень заряда ВВ понизится.

Если длина забойки будет более 1,2W_р , надо увеличить длину заряда, так как в противном случае уступ будет плохо раздроблен. Увеличить длину заряда в скважине можно двумя способами: принять большее значение W_р или а, в связи с чем возрастет объем взрываемой породы и заряд, или применить рассредоточенный заряд, т. е. разделить его на две-четыре части, предусмотрев между отдельными частями инертные (воздушные) промежутки длиной от 1 до 2 м.

Работами академика Н.В. Мельникова и профессора Л.Н. Марченко доказано значительное преимущество воздушных промежутков перед прослойками из твердых инертных материалов (песок, измельченная порода и т.п.). При воздушных промежутках энергия ВВ не расходуется на переизмельчение твердых материалов промежутка, а передается упругому воздушному промежутку и используется для дробления породы в промежутке между отдельными частями заряда. В связи с этим улучшается дробление породы по всему забою.

Институт горного дела им. А.А. Скочинского рекомендует при высоте уступа до 20 м рассредоточивать заряд на две-три части. Масса нижней части должна составлять 60…70% массы всего заряда (60% - при более крепких породах, 70% - при менее крепких). Остальное количество ВВ размещается в верхних частях заряда над воздушными промежутками. Длина воздушных промежутков должна составлять 17…35% общей длины заряда (нижний предел относится к более крепким породам). При этом длину забойки принимают на 20…30% меньше рекомендуемой, т. е. забойка должна составлять 0,5…0,7W_р. Сокращение длины забойки не опасно (в отношении разброса породы) в виду небольшой верхней части заряда. Длина отдельного воздушного промежутка должна быть не менее 1 м.

14.2.3. Схемы инициирования скважинных зарядов ВВ.Рассредоточенные заряды инициируют отрезками детонирующего шнура, которые пропускают через всю скважину, для надежности прокладывают два отрезка. Их инициируют электродетонатором, прикрепленным к ним вверху над устьем скважины или к магистральной линии, протянутой вдоль скважин.

Длину воздушного промежутка фиксируют деревянной рейкой с поперечной планкой на нижнем конце и фланцевым диском (или деревянной крестовиной, обмотанной плотной бумагой) на верхнем. Поперечная планка опирается на нижнюю часть заряда, а диск служит опорой для верхней части. При разновременном взрывании скважинных зарядов целесообразно располагать скважины в несколько рядов.

В случае многорядного взрывания скважинных зарядов с замедлением t_зам ³ 0,5 с расстояние между рядами скважин W_р принимают равной расчетному W_р для первого ряда. Расстояние между скважинами в ряду принимают а = 0,8W_р, если весь ряд взрывают с одним замедлением. Если соседние скважинные заряды одного ряда взрывают с разными замедлениями, тогда принимают а = W_р. Соотношение это надо уточнять в соответствии с текстурой породы (см. табл. 14.3).

При короткозамедленном (t_зам < 100 мс) многорядном взрывании расстояние между зарядами по сравнению с расчетным значениям W_р для первого ряда скважин уменьшают на 20…40% и принимают его равным расстоянию между скважинами в ряду. Во избежание возникновения глубоких заколов в массиве уступа за последним рядом и опасного для зданий сейсмического эффекта заряды взрывают короткими рядами наискось к фронту уступа. Такое взрывание, кроме того, улучшает дробление породы.

Выбирая схему взрывания рядов, надо учитывать текстуру породы, направление ее слоев и трещин.

Обычно скважинные заряды взрывают детонирующим шнуром, реже – электродетонаторами. Первый способ значительно дороже (в 5…20 раз) второго, но имеет ряд преимуществ при массовых взрывах большого количества скважин: проще монтаж взрывной сети и большая ее надежность, а также безопаснее в случае отказа заряда. Для надежности взрывную сеть дублируют: концы двойной линии ДШ опускают до дна скважины, затем засыпают ВВ. Детонация будет распространяться по радиальным направлениям от детонирующего шнура. Если ВВ недостаточно чувствительно (гранулированные ВВ) и от ДШ не взрывается, то на дне скважины помещают промежуточный детонатор – насыпают слой ВВ толщиной 0,2…0,6 м (5…20 кг), хорошо детонирующего от ДШ (например, порошкообразный тротил, аммонит 6ЖВ).

При обратном инициировании зарядов скважин (от дна к устью) или при короткозамедленном взрывании отдельных частей рассредоточенного заряда скважин в качестве средств инициирования (СИ) следует применять электродетонаторы, если количество скважин менее 100. При большом количестве скважин монтаж электровзрывной сети с рассредоточенными зарядами в скважинах, да и заряжание их весьма усложняется. В этом случае предпочтительно взрывание детонирующим шнуром. Чтобы нитка ДШ, предназначенная для инициирования нижней части, не вызвала взрыва верхней части заряда, взрываемого с замедлением 20…30 мс, на ДШ надевают полиэтиленовый шланг, ослабляющий детонационный импульс (рис. 14.7).

При обратном инициировании действие заряда в перебуре улучшается и порода в подошве лучше дробится. Кроме того, можно на 25…30% уменьшить глубину перебура. Еще более улучшается дробление породы, если отдельные части заряда взрывать с замедлением 10…20 мс. Однако ввиду сложности монтажа взрывной сети этот способ широкого применения не получил.

В породах крепких и монолитных забой уступа имеет почти вертикальное положение: нижняя часть его высотой (0,50…0,75)Н вертикальна и только верхняя вследствие заколов с откосом. Угол откоса уступа при монолитных и крепких породах a » 80º; для пород некрепких, а также крепких, но трещиноватых a » 60º. Для взрывания таких уступов целесообразно бурить наклонные скважины, параллельные линии откоса (рис. 14.8, а). Параметры расположения наклонных скважин и зарядов рассчитывают по вышеизложенной методике с внесением некоторых поправок: ЛНС берется от нижней бровки по направлению, перпендикулярному к скважине (она меньше сопротивления по подошве, W_п=W_р / sina).

Объем взорванной породы

V = aW_р H / sina. (14.25)

Если в уступах с малым углом откоса применяют вертикальные скважины (рис. 14.8, б), то величину ЛНС определяют по формуле

W_п = b + H ctga. (14.26)

где b – расстояние от верхней бровки уступа до скважины, которое для безопасных буровых работ принимают равным 3 м.

Значение с.п.п. в этом случае получается достаточно большим и дробление породы значительно ухудшается. Чтобы сохранить нормальный коэффициент сближения (m = 0,8) следует закладывать в скважину соответственно больший заряд. В таких случаях для размещения в скважине заряда на уровне подошвы путем простреливания образуют котел. Прострелочный заряд зависит от крепости породы и объема котла. Его берут длиной не более 2 м. Если однократное простреливание не создает необходимого объема котла, то делают два-три последовательных простреливания (удваивая или утраивая массу каждого последующего заряда). Прострелочный заряд взрывают электродетонатором или детонирующим шнуром. Над зарядом помещают забойку из мелкого щебня длиной 2…4 м. После простреливания скважину очищают от разрыхленной породы желонкой бурового станка или легкой ручной желонкой.

Так, применение наклонных (a = 75º) скважин на карьерах Кривбасса в уступах высотой 12…16 м и в породах с f = 9…19 позволило уменьшить выход негабарита в 3…5 раз и повысить равномерность дробления пород, снизить на 10…15% удельный расход ВВ и объем буровых работ. Скважины бурили шарошечными станками СБШ-250МП. Их производительность при бурении наклонных и вертикальных скважин была практически одинакова и составляла 9…11 м/ч в породах с f = 12…14 и 8…9 м/ч в породах с f = 14…16.

На Сарбайском карьере ССГОКа при бурении наклонных скважин выход негабарита снизился в 1,5…2,5 раза, а производительность экскаватора возросла на 8…12%. Удельный расход ВВ остался прежним. Сумма затрат на буровые работы также снизилась.

Основные преимущества метода:

высокая производительность труда забойного рабочего (по сравнению со шпуровым методом производительность труда увеличивается в 3 раза и более);

возможность более широкого применения комплексной механизации труда;

повышение безопасности работ и улучшения условий труда.

Недостатки: увеличение выхода крупных фракций и меньшая точность контуров отбойки по сравнению со шпуровым методом; возможность обрушения за контурами скважин, особенно, если диаметр более 100 мм.

МЕТОД СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ

Взрывание скважинными зарядами на карьерах является ос­новным способом взрывной подготовки скальных горных пород к выемке и последующей переработке. Основные схемы распо­ложения вертикальных скважин обычных, котловых и с расши­рением заряжаемой части с помощью механических расширите­лей или огнеструйных горелок показаны на рис. 11.2, а схемы расположения наклонных скважин — на рис. 11.3.

Параметры расположения скважин. При методе скважинных зарядов во взрываемом массиве бурят вертикальные или наклон­ные скважины диаметром 80—320 мм, глубиной 5—20 м и более. Этот метод в настоящее время наиболее широко применяется на карьерах, в транспортном и гидротехническом строительстве.

На уступе скважины можно располагать в один (однорядное взрывание), в два и более рядов (многорядное взрывание) в зави­симости от параметров погрузочного оборудования и принятой технологии работ.

При расчете параметров расположения скважинных зарядов на уступе в первую очередь определяют величину СПП для сква­жин, обеспечивающую хорошую проработку подошвы уступа и заданную степень дробления пород.

Угол откоса уступов обычно составляет 65—70 %, а потому сопротивление взрыву в нижней части вертикально пробуренной скважины больше, чем в верхней. Минимальное безопасное по условиям бурения СПП определяется по формуле

Значение предельного СПП, преодолеваемого одиночной сква­жиной, должно быть W > W₆.

Расчетное расстояние между скважинами принимается (0,8÷1,0) W, при многорядном КЗВ расстояние между рядами сква­жин принимается равным W первого ряда.

Для усиления действия взрыва заряда на уровне подошвы уступа скважины бурят с перебуром, т. е. на глубину, большую высоты уступа. Глубина перебура скважин (П) обычно составляет 0,1—0,2 высоты уступа или 10—15 d₃ и уточняется на основе ана­лиза результатов предыдущих взрывов. При трудновзрываемых породах в перебуре скважин целесообразно разместить заряд более мощного ВВ. Если на уровне подошвы уступа имеются ясно выраженные горизонтальные плоскости напластования или мяг­кие прослойки, то перебур скважин не делается. При наличии в подошве мягких пород скважины не добуриваются до подошвы, уступа на 0,5—1 м. Опытные и промышленные массовые взрывы железистых кварцитов на карьере Лебединского ГОКа (КМА) зарядами в скважинах диаметром 400—500 мм, расширенных огневым способом, показали, что при таком диаметре перебур скважин делать не надо, так как мощное воздействие взрыва заряда большого диаметра разрушает подошву уступа на глубину до 1,5 м и полностью исключается завышение подошвы уступа на всем блоке при сетке скважин 9x9 м.

Масса заряда скважины первого ряда Q = qaWH.

Масса заряда для скважин второго и последующих рядов обы­чно увеличивается на 10—20 % по сравнению с массой заряда

скважин первого ряда. Окончательно масса заряда уточняется опытными взрывами. Расчетный удельный расход ВВ принимается для каждой категории пород по табл. 1.4, на основе обобщения данных предыдущих взрывов, местной шкалы взрываемое™ пород, применяемой на данном карьере, или табл. 1.5, в которой обобщен опыт ведения взрывных работ треста Союзвзрывпром. Максималь­ная масса заряда, которая может быть размещена в скважине, определяется из выражения

Длина забойки обычно принимается (25—30) d₃.

Вместимость 1 м скважины зависит от плотности заряжания и коэффициента разбуривания породы k_p (увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром долота). Для шарошечного и пневмоударного бурения k_p = 1,05÷1,08.

Вместимость скважин разного диаметра при насыпной плот­ности гранулированных ВВ, равной 0,9 г/см 3 , имеет следующие значения:

Диаметр скважины, м 300 290 250 200 180 180 150

Вместимость 1 м скважины, кг 63,6 59,4 44,2 22,3 28,9 18,1 15,9

При механизированном заряжании получается более высокая плотность ВВ в зарядах, вследствие чего вместимость скважин увеличивается.

Если Q_max меньше величины заряда, который необходимо раз­местить в скважине, то необходимо уменьшить расстояние между скважинами или увеличить их диаметр. Величина предельного диаметра заряда рассчитывается по формулам, приведенным в 12.6.

Практически значения СПП принимаются в пределах (25÷35) d₃, меньшие значения относятся к трудновзрываемым поро­дам.

При взрывании в траншеях обычно применяется многорядное короткозамедленное взрывание зарядов. Расчет зарядов такой же, как и при взрывании уступов. Величина расчетного удельного рас­хода ВВ принимается на 20 % больше, так как заряды работают в более трудных условиях.

При отработке уступов в зимнее время, которые в летнее время не требуют рыхления взрывным способом, для дробления промерз­шего слоя обычно применяют взрывы глубоких (наклонных и вертикальных) и мелких скважин или шпуров. В глубоких нак­лонных скважинах у откоса уступа, как правило, заряды рассредо­точивают, что позволяет более равномерно распределить ВВ по длине скважины и обеспечить лучшее дробление породы по всей высоте уступа.

Заряды рассредоточивают забойкой или воздушными проме­жутками. Взрывание должно обеспечить определенную степень дробления взорванной горной массы.

В последние годы успешно внедряется метод взрывания усту­пов со слоем мерзлоты за счет применения рассредоточенных зарядов. При этом верхний торец вспомогательных зарядов рас­полагается ниже промерзшего слоя породы. Им достигается уси­ленный эффект дробления, а между основными и вспомогатель­ными зарядами оставляется воздушный промежуток (рис. 11.4).

В настоящее время разработаны методы регулирования дроб­ления породы, приведенные в разделе 10, которыми следует ру­ководствоваться при выполнении взрывов в конкретных горно­технических условиях.

В последние годы на карьерах широко применяют многорядное короткозамедленное взрывание скважинных зарядов, которое обеспечивает более высокие технико-экономические показатели, чем мгновенное однорядное взрывание.

При короткозамедленном взрывании детонирующим шнуром с помощью пиротехнических замедлителей КЗДШ применяют раз­нообразные схемы соединения зарядов.

Схемы короткозамедленного взрывания должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать надежность передачи де­тонации по всей сети, высокую интенсивность дробления; форми­ровать развал породы желаемых геометрических параметров; минимальные разрушения в глубь массива и сейсмическое воз­действие взрыва на окружающие сооружения и объекты. Для по­вышения надежности взрыва применяют резервные магистрали, периферийные линии и кольцевые схемы, а также дублирование

боевиков в скважинах. Эти способы увеличивают расход детони­рующего шнура на взрыв и иногда мало обоснованы.

В общем случае последовательные схемы соединения скважин менее надежны, чем параллельные, однако в первом случае легче обнаружить отказавшую одну или несколько скважин. На данном этапе наиболее надежными являются закольцованные схемы.

Рассмотрим применяемые на карьерах схемы однорядного и многорядного взрывания. Наиболее простыми являются схемы соединения сети при однорядном взрывании.

При соединении зарядов через один (рис. 11.5, а) * четные скважины в ряду взрываются мгновенно, а нечетные — с замед­лением, для чего в разрыв шнура, идущего к скважинам, встав­ляют пиротехнический замедлитель. Более эффективным с точки зрения дробления горной породы и уменьшения ширины развала является взрывание с последовательным замедлением взрыва каждой скважины (рис. 11.5, б). Интервал замедления между взрывами зависит от физико-технических свойств горных пород и устанавливается экспериментальным путем в пределах 20 — 50 мс. С увеличением крепости пород интервал замедления умень­шают. Расстояние между скважинами для исключения подбоя одного заряда другим рекомендуется принимать не менее 28— 30 их диаметров.

При больших объемах добычи полезного ископаемого целесо­образнее применять многорядное КЗВ, обеспечивающее повышение производительности погрузочно-транспортного оборудования, со­кращение расходов на путевые работы, уменьшение числа взры­вов в карьере. При этом исключается завал путей взорванной массой, чего при однорядном взрывании избежать труднее.

При многорядном расположении скважин применяются разно­образные схемы, сущность которых заключается в создании взры­вом первых зарядов дополнительной открытой поверхности, облег­чающей работу зарядов последующих взрывов, или создании взры­вом первой серии зарядов по контуру взрываемого участка мас­сива раздробленного экрана (щели), который снижает разрушение горной породы за пределами оконтуренного участка и уменьшает сейсмическое действие взрыва, а также схлопывает (смыкает) трещины в массиве, обеспечивая тем самым лучшее распростране­ние энергии и дробление при взрыве в оконтуренном объеме блока (рис. 10.16).

Взрывание по рядам представляет наиболее простой вариант многорядных схем (рис. 11.6). В одном случае первый ряд взры­вают мгновенно, а последующие ряды — с замедлением, в другом случае первым взрывают второй или третий ряд. В первом случае

* Схемы выполнены в виде монтажных эскизов (см. рис. 11.5—11.11) и построены для условий взрывания детонирующим шнуром с помощью замедлителей КЗДШ. На рис. 11.5—11.11 цифрами и пунктиром показана очеред­ность взрывания зарядов, характеризующая принцип работы схемы.

взорванная масса сдвигается в направлении откоса уступа, а во втором — в глубь уступа, чем обеспечивает уменьшение ширины развала.

При трех и более рядах скважин применяют порядную врубо­вую схему (рис. 11.7, а), когда мгновенно взрывается средний врубовый ряд более глубоких и заряженных большими зарядами скважин, а затем с замедлением последовательно с обеих сторон на вруб — остальные ряды. Эта схема обеспечивает хорошее дроб-

ление и неширокий развал взорванной массы. Однако высота раз­вала бывает большей в месте расположения врубового ряда (рис. 11.7, б), что при смерзании пород в зимнее время повышает опасность погрузочных работ.

Чтобы предотвратить нарушения железнодорожных путей, находящихся вблизи подошвы взрываемых блоков, часто приме­няют схему (рис. 11.8, а), при которой, используя КЗВ, уменьшают число скважин в группах по одной в первом ряду (считая от путей). Взрывы одиночных скважин не оказывают существенного раз-

рушительного действия на трассу. После взрыва зарядов первого ряда между трассой и последующими рядами скважин создается слой разрушенной породы, предохраняющий пути от разрушитель­ного действия взрывов следующих рядов.

На угольных разрезах широко применяют схему, которая обе­спечивает минимальную ширину развала взорванной горной массы в результате направления движения породы вдоль фронта уступа (на рис. 11.8, б показано стрелками).

Лучшее дробление получается при применении схем, обеспе­чивающих наибольшую разновременность взрывания зарядов, например, волновой схемы (рис. 11.9). Недостатком схем данного типа является сложность монтажа. Поэтому часто применяют упрощенные схемы, несколько худшие по результатам дробления пород, но позволяющие расширить сетку расположения скважин, например порядную схему, иногда называемую «уральской», с взрыванием зарядов в ряде через один (рис. 11.10),или порядную схему (см. рис. 11.5) которая еще проще в исполнении и поэтому чаще применяется, хотя взрывание по этой схеме не улучшает существенно дробление.

При завышенных величинах СПП не следует взрывать по схемам через скважину и с разновременным взрыванием зарядов в первом ряду, так как из-за отсутствия взаимодействия зарядов в ряду преодолеваемое СПП при этих схемах уменьшается на 15— 20 % (до величины СПП, преодолеваемой одиночной скважиной). В таком случае можно применять взрывание группами зарядов, например, парами скважин (рис. 11.11).

Для получения минимальной ширины развала применяют диа­гональные схемы (рис. 11.12), при которой широкий навал обра­зуется в одном углу блока, а основная масса породы перемещается в сторону заряда, взорванного первым, в результате этого умень­шается ширина развала.

При такой схеме скважины при бурении располагают по квад­ратной сетке, а взрывают по шахматной схеме с коэффициентом сближения скважин, равным двум. В результате этого за счет уменьшения фактических значений W и увеличения а улучшается дробление породы и в массиве не образуется зон с пониженными напряжениями.

В некоторых случаях для уменьшения сейсмического воздействия взрыва и лучшего дробления рекомендуется соединять скважины по схеме, показанной на рис. 11.12, в, при которой фактический коэффициент сближения взрываемых зарядов увеличивается до трех и более.

При проведении траншей лучшее дробление обеспечивают так называемые врубовые схемы: взрывом одного из рядов образуется вруб, на который и происходит взрывание остальных рядов.

Скважины врубового ряда бурят посближенной сетке

и перебур увеличивают на 1 м. В породах невысокой крепости скважины врубового ряда можно не сближать.

Существует большое число самых разнообразных схем коротко-замедленного взрывания, но все они являются той или иной раз­новидностью рассмотренных выше основных схем. Изменение схем обычно связано с местными горнотехническими условиями. Так, при крутом падении пластов желательно, чтобы действие большинства зарядов было направлено вкрест простирания. В массиве, имеющем ориентированную систему трещиноватости, направление движения пород при взрыве должно совпадать с на­правлением этих трещин. Во всех случаях должно быть соблю­дено основное условие направленного взрывания: последующие заряды должны быть взорваны после того, как горная масса, отбитая предыдущими зарядами, уже пришла в движение и об­разовалась дополнительная открытая поверхность.

Многорядное короткозамедленное взрывание широко приме­няется на крупных карьерах, разрабатывающих скальные креп­кие и средней крепости породы.

В связи с углублением карьеров, уменьшением ширины рабо­чих площадок число крупных массовых взрывов уменьшается, от многорядного взрывания производственники вынуждены снова переходить к двух- или однорядному взрыванию. В перспективе для глубоких карьеров объем пород, взрываемых относительно небольшими взрывами, будет увеличиваться.

Расчет скважинных зарядов и параметров сетки скважин

Величина заряда BB в скважине Q3 зависит от крепости пород, параметров и сетки скважин, конструкции заряда, очередности взрывания зарядов, характеристики ВВ, необходимой формы и размеров развала породы.

Масса скважинного заряда BB определяется (в кг) по выражению:

где q — удельный расход ВВ, кг/м1; Vп — объем породы, взрываемой зарядом, м3.

Удельный расход BB может быть установлен (в кг/м3) по формуле С.А. Давыдова:

где у — плотность горной породы, кг/м3.

Обычно в практике взрывных работ на карьерах для расчета массы скважинного заряда (в кг) пользуются выражениями:

для скважин первого ряда:

для последующих рядов скважин:

где W — длина линии сопротивления по подошве, м; hу — высота уступа, м; а — расстояние между скважинами в ряду, м; b — расстояние между рядами скважин, м.

Практика показывает, что для легковзрываемых пород W = (40-45) dc, для пород средней взрываемости W= (35-40) dc, для трудновзрываемых пород W = (25-35) dc.

С.А. Давыдов предлагает определять рациональную длину линии сопротивления по подошве по следующей формуле (в м):

где Kт — коэффициент, учитывающий уменьшение объемной массы пород из-за трещиноватости; Kт = 1 + 1,2 (большее значение соответствует породам с значительной трещиноватостью); dс — диаметр скважины, м; А — плотность заряжания ВВ, кг/дм3; Kвв — переводной коэффициент от аммонита № 6ЖВ к практически используемому BB (табл. 3.14), у — плотность породы, кг/дм3; m — коэффициент сближения скважин.

При мгновенном взрывании скважинных зарядов значение коэффициента сближения скважин может быть ориентировочно определено по формуле Б.Б. Позднякова:

где f — коэффициент крепости пород по проф. М.М. Протодьяконову.

На практике принято определять относительное расстояние между скважинами или коэффициент сближения скважин

где a — расстояние между скважинами в ряду, м.

Для второго и последующего рядов скважин

где b — расстояние между рядами скважин, м.

По условию дробления для легковзрываемых пород m = 1,1-1,4; для пород средней взрываемости m = 1-1,1; для трудновзрываемых пород m = 0,75-1.

Зная глубину скважины и длину забойки, а также вместимость 1 м скважины, максимальное расстояние между рядами скважин определяется (в м) по формуле

где P — вместимость заряда BB в 1 м длины скважины, кг/м, Lc — глубина скважины, м; lэ — длина забойки, м; а — расстояние между скважинами в ряду, м, hv — высота уступа, м; q — удельный расход ВВ, кг/м3.

При квадратном расположении скважин обычно принимают а = b, при шахматном — b = 0,85 а.

Взрывание пород каждого уступа производят отдельными блоками шириной Шбл и длиной Lбл. Объем породы одновременно взрываемого блока, м3

Читайте также:

  
• Как снять ящики с телескопических направляющих в ванной
  
• Специалист по ремонту скважин
  
• Как почистить погружной насос для скважины
  
• Размер душевого поддона 70х70
  
• Почему зимой лопаются водопроводные трубы 3 класс