автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка технических решений и эффективных технологий направленного взрывного раскола и разрушения горных пород на карьерах стойматериалов

РГБ

я ОА

Июистерство науки, высшей школы И технической политики

............Российской Федерации ......."■

Санкт-Петербургский Государственный горный институт

Ва правах рушпиеи-

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ и эишшнх ткяшогия направлщш)ВЗРЫВНОГО рлсвт к йиетщнвю горных юрод на карьерах стояматериалов

. Специальность 05.15.11 - "4ИЗИЧЕСШ ПРОПЕССЫ

ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА"

---------"Шорё^ра-г'диссертации-нз-соискание-ученой ствпвяи-..

доктора технически;: ньук

(¿нет-Петербург - 1993

Работа выложена в Санкт-Петербургском Государственном горном институте имени Г. Л Плеханова

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кутузов Борис Николаевич доктор технических наук, профессор Бейоебаев Акылжан Масымханович доктор технических наук, профессор Шувалов Юрий Васильевич

Ведущее предприятие : Гипронеруд

Защита диссертации состоитсяОб, 1993 г. в УЗ час. ÍS мин. на заседании специализированного совета Д. 063.15.01 при Санкт-Штербургском Государственном горном институте им. Г. В. Плеханова по адресу : 199026, Санкт-Петербург, 21 лшшя,д.2,ауд. 1160

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г. R. Плеханова. • • •

Ч м

Автореферат разослан " т " _1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Д.063.15.01, д.т.н., профессор э.И. Богуславский

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решение народнохозяйственных проблем

~ рационального использования - природных богатств; элективное--------------- - ,

освоение минерально-сырьевых ресурсов, разработ(са ресурсосберегающих технологий неразрывно связаны с дальнейшим совершенствованием горных технологий при открытом спос9бе разработки месторождений полезных ископаемых, который обеспечивает более 75Х производства минерального сырья. Значительный вклад в развита? ■ ■ горных работ должно внести новое прогрессивное направление совершенствования горных и горностроительных технологий, основанное на применении направленного разрушения горных пород при создании в массиве протяженных плоскостей разрыва, контурном и пв- ■ дяшем взрывании. Важнейший статьями народнохозяйственного фекта при применении направленного разрушения являются сокрагде--' ние трудовых, материальных, стоимостных и временных затрат 'на единицу конечной продукции в результате уменьшения прирезки пустых пород при отбойке полезного ископаемого и объемов вскры- .. ши, повышения качества добываемых специальных ископаемых - драгоценных металлов, слюды, строительного и поделочного камня, увеличения полноты извлечения из недр полезного ископаемого з& счет снижения разубоживания, повышения углов откоса бортов карьеров.

Однако крупномасштабное применение методов направленного разрушения сдерживается отсутствием епеци&яьньж буровых стаккое, взрывчатых вещестЕ и зарядов из них с широким диапазоном энергетических, технологических и физико-механических свойств, потенциальную энергию которых можно было бы реализовать в нуалых формах работы в зависимости от конкретных условий' взрывания. Наиболее полно отражает весь комплекс проблем, связанных с чти специальным видом взрывных работ, технология добычи камнеблгкоз из крепких горных пород на карьерах стройматериалов: ручное бурение ишуроз, использование дымного пороха, детонирующего гоура ■ или макетных зарядов местного изготоаления не позволяет обеспечить современные требования, которые предъявляется к качеству 1^мнд л к безопасности ведения варнвньа работ. Поэтому разработка новых

эффективных техно л."ий направленного разрушения горных пород на основе современных научных достижений и технических средств является важной научно-технической проблемой.

Основу диссертации составляют результаты научно-исследовательских работ, выполненных в рамках межотраслевых программ НВС-586.86Б, НВО-ббЗ. 87; программ министерства машиностроения СССР, министерства промьпаленных строительных материалов РСФСР, комитета по геологии и использованию недр при правительстве Российской Федерации.

Цель работы состоит в научно-техническом решении проблемы по созданию принципиально новых и технически более совершенных технологий ведения взрывных работ на карьерах стройматериалов, основанных на использовании специальных конструкций зарядов, реализующих эффект продольйой кумуляции я низкоскоростного режима взрывчатого превращения.

Идея работы заключается в создании условий для направленного разрушения горных пород с помощью системы осесимметринных зарядов с ограниченной линейной массой, функционирующих в низкоскоростном режиме взрывчатого превращения, Дозволяющих регулировать амплитудно-временные параметры нагруления горних пород в диапазоне допредельных значений разрушения и управлять процессом трещинообразования в массиве за счет изменения расстояний между шпурами (скважинами), а также устройств на основе кумулятивных удлиненных зарядов, задающих преимущественное направление раскола, начиная с границы взрывной полости.

Задачи исследований :

- на основе исследования процесса образования и развития магистральных трещин в плоскости отрыва блока разработать научно-обоснованные требования к созданию новых составов БВ и конструкций зарядов.для добычи камнеблоков из крепких горных пород;

- изучить стадии функционирования и разработать комплексную физико-математическую модель раскола горных пород удлиненными кумулятивными зарядами;

- разработать составы взрывчатых вещзств, конструкции осесимметричных зарядов и устройства направленного разрупзения на основе УКЗ, обеспечивающие отделение блоков от от массив.: по ли'--

нии шпуров (скважин) и их перемещение на требуемое расстояние без ущерба для природных качеств камня;

- исследовать действие взрыва зарядов БВ разработанных конструкций на изменение физико-механических свойств природного камня;

- разработать эффективные технологии взрывного разрушения горных пород, основанные на применении зарядов ЗЭТ "Гранилен", ЗША-14, ЗША-25, удлиненных кумулятивных зарядов, провести их натурную проверку и внедрить на карьерах стройматериалов;

- разработать инженерный мрток расчета параметров БВР для добычи блоков природного камня осеси.».;метричными зарядами докри-тического диаметра и удлиненными кумулятивными зарядами с учетом фиэико-м(,ханических свойств массива

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод, включающий в себя теоретическое обобщение, аналитические исследования с помощью ЭВМ, моделирование и экспериментальные исследования в производственных условиях. Принятые в работе теоретические предпосылки и полученные решения базируются на фундаментальных положениях механики горных пород, теории упругости, теории прочности, термохимии высокознергети-ческих процессов. '

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Технология и технические средства добычи камнеблоков крепких горных пород взрывным способом должны базироваться на составах ВВ и конструкциях осесимметричных зарядов с ограниченной линейной массой, реализующих низкоскоростноЛ режим взывчато-го превращения, а такле на использовании удлиненных кумулятивных зарядов, задающих, начиная с границы взрывной полости, преимущественное направление раскола горных пород с минимальным побочным трешинообраэованием. Необходимым условием формировании эффективных технологических решений является выбор области применения шпурового и скиажинного методов взрывных работ и технологических схем добычи камнеблоков, в зависимости от особенностей залегания массива.

£. Развитие магистральной трещины при групповом взрывании сближенных осесимметричных зарядов в асимметричном нестнционар-

ном поле напряжений зависит от условий нагружения массива и расстояний между шпурами (скважинами), обеспечивающих уровень ' концентрации микро- и макротрещин в плоскости отрыва. Управление параметрами нестационарного состояния массива горных пород в целях реализации оптимальных условий отделения блоков и монолитов производится путем выбора схем и геометрических параметров расположения шпуров (скважин) на уступе и конструктивны): элементов зарядов ВВ (типа и характеристик ВВ, режима взрывчатого ь превращения, линейной массы заряда, удельного расхода ВВ).

3. В физико-математической модели раскола горных пород удлиненными кумулятивными зарядами 'определяющими являются три стадии функционирования УКЗ:

а) детонация заряда ВВ, обжатие облицовки кумулятивней вы-'емки и формирование кумулятивного ножа (КН);

б) движение кумулятивного ножа, оболочки заряда, разрыв кумулятивного ножа на фрагменты;

в) внедрение кумулятивного нот в горную породу, образование "первичной" трещины и ее дальнейший рост под действием продуктов вьрыва.-

4. Разработка новых составов ВВ и конструкций зарядов должна быть основана ке на общей выделяемой энергии взрыва, а на создании заданных амплитудно-временных параметров на стенке шпура (скваздны) и пространственном распределении энергии.

6. Методология проектирования при взрывном способе отделения камнеблоков от массива базируется на ограничении максимальны:; давлений продуктов взрывчатого превращения в зарядной погости на уровне 10-90 л£Г1а (в зависимости от крепости горных пород), увеличении длительности действия продуктов взрыва до времени формирования магистрат-ней трещины, выборе конструкций зарядов, обеепечи?ащих-равномерность приложения нагрузки по всей длине апурн (скважины). "Зги положения являются основой для расчетов параметров буроззрывных работ, способствует сохранению природных качеств, ценности и повышению выхода камкеблоков.

Обоснованность и достоверность научн_ых поло*«кий,_выводов и ;->еко>..-' идации. В основу диссертации положи фактический »/чтериал, автором да 1973-1093 гг. при проведении научно-иссле-

• довагельских работ по решению проблемы создания новых технологий

направленного разрушения горных пород на основе способов взрывания, формирующих заданное напряженно-деформированное состояние массива - и обеспечивающих возможность управления процессия» тре-щкнообразования. Достоверность научных результатов баз фуется на комплексном решении проблемы, сопоставимости и взаимопроверье-мости результатов исследований, статистическом анализе результатов измерений силовых и кинематических параметров взрывного наг-рузнениг горных пород, проводившихся с использованием уникальных измерительных средств по методи;<ам, позволяющим получить информацию в ближней зоне взрыва от двух относительных радиусов эаря-- да включительно, • Физическое обоснование технических решений при разработке новых технологий направленного. разрушения горних пород на карьерах осуществлялось по результатам обработки материалов испытаний устройств направленного разрушения с ксггользовайиг ем зарядов .ДУЗ, ТСК, ЗКЛ на карьерах Ладожского КУ и СУБРа более 200 технологических взрывов зарядов ЗЭТ, ЗША-14, ЗША-25, проводившихся на карьерах "Кейносет", "Уккомяки", "Муставара", "Перк ой Латн", "Ладожский". При этом взорвано 2700 шпуровых и 1100 сквамюных зарядов с общей массой ВВ около 12000 кг. Обоснованность и достоверность выводов и рекомендаций исследований подтверждена в актах государственных межведомственных предварительных приемочных испытаний зарядов ЗЭТ "Гранилен", ЗША-14, ЗША-25 в производственных условиях.

Научная новизна работы. .

1. рнзработанъ концепция развития технологий производства взрывных работ яри добыче блочного камня, обеспечивающая максимальное сохранение природных качеств полезных ископаемых и утя&твяе 'объемов буротт работ за счет получения раскола и р8зруэ«*яияг. ср559ВТйрт»?:«31 во лиюи-зятуров и -скважин, путем регу-лкрогашм кнтейсивнос-п? я направлен;« потока продуктов взрыва в>>*» иеяайЫгмьакий «лмшьяьных конструкций зарядов, реализующих

продольной кумулянт и реим ш,зкоскорсстного влрывчатого пре&ртшяя.

2. Тетамовлгкм ььыитюн расир^делкния концентрации мик-ротр«зии и усл"вия сякчул н пр'жыуровой зоне массива при

- 8 - ■ * *

взрыве системы зарядов. Численные оценки параметров импульса взрыва позволили установить предельно допустите значения растягивающих напряжений, для крепких горных пород. Так для ' гранитов они составляют: ¿5^-80 ЫПа, при ¿г - 10:* с и - 90 МПа при £ - 10'' с. Растягивающие напряжения, при которых уровень концентрации микротрещин имеет повышенное значение, составляет для гранитов - 12 - 20 МПа при /г - 10"^ с и Ю'^с соот-

ветственно. Радиус поверхности массива, на котором достигается эта величина, ограничивает.зону повышенной микротрещиноватости.

3. Разработана и экспериментально подтверждена комплексная физико-математическая модель раскола горных пород удлиненными кумулятивными зарядами, развивающая современные теоретические представления о направленном разрушении горных пород. Установлены:

- функциональная зависимость, определяющая эффективность УКЗ, учитывающая влияние параметров заряда и разрушаемых сред;

• - основные закономерности механизма внедрения кумулятивного ножа в горные породы, новизна которых заключается в учете пара-;-5тров кумулятивного ножа и прочностных свойств горных пород;

- .зависимость длины магистральной трещины" от глубины внедрения кумулятивного ножа, плотности заряжания и условий расположения УКЗ в шпурах. На этой основе решена задача оптимизации параметров зарядов, разработаны и приняты к промышленному изготовлению конструкции УКЗ, предназначенные для направленного раскола горных пород.

4. Разработаны научно-обоснованные требования к взрывчатым материалам и осбсимметричнкм зарядам, предназначенным для отбой- ' ки блоков из крепких горных пород. Определены предельные возможности уменьшения бризантного действия зарядов ВВ, традиционно* использующихся для направленного разрушения горных пород. Режим нагружения массива близкий к квазистатическому можег Сыть достигнут за счет применения зарядов комбинированных конструкций докритического диаметра, обеспечивающих низкоскоростной режим взрывчатого превращения ВВ. Созданы принципиально новые композиции составов ВВ и разработаны на их основе трубчатые заряды ЗЗТ-11, ЗЭТ-15, ЗЭТ-17 (ТУ -080-194-04-91), шланговые заряды 31Й-14, 32Й-25 (ТУ 75-11903-561-91), реализующие при взрмл низ- •

- д - .

коскоростной режим нагружения массива и обеспечивающие высокую степень безопасности ведения взрывных работ.

5. Составы ВВ "Гранилен", заряды ЗЭТ и ЗША, устройства направленного. разрушения на основе удлиненных кумулятивных зарядов промышленного изготовления типа ДУЗ, ТСИ, ЗКЛ, ШКЗ являются основой технического обеспечения эффективных ресурсосберегающих технологий добычи камнеблоков из крепких горных пород, а также могут быть использованы при создании протяженных плоскостей разрыва в массиве, экранирующих щелей, формировании профильных выемок и котлованов, разрушении негабаритов. Разработаны методики расчета параметров БВР при добыче блочного камня, -учитывающие характеристики и конструктивные особенности зарядов ЗЭТ, ЗША, УКЗ, физи;»-мехинические. свойства пород ь 'массиве, условия отделения камнеблоков. Различными методами испытаний установлено, что зона снижения природных свойств камня, отделенного от массива с помощью этих зарядов, ограничивается 2-3 радиусами заряда при шпуровом методе и 1-2 рйдиусами заряда лри скважинном методе отбойки. .

Практическая значимость работы.

1. Разработаны методы расчета амплитудно-временных характеристик взрывного"нагружения зарядной посети при использовании осесиммэтричных зарядов и кумулятивных различных конструкций.

2. Составлены алгоритмы и разработан комплекс программ для проектирования новых конструкций шпуровых зарядов, обеспечиьакг • щий ре.сиет параметров ударной волны, распространяющейся чер<=з систему промежуточных сред; расчет ударных адиабат сжатия смесовых ВВ, определение условий передачи взрывного импульса между патронами.

... 3. Разработаны составы ВВ и конструкции зарядов, предназначенные для использования в горных технологиях при направленном разрушении горных пород.

4. Раьриботаны инженерные методы расчета параметров при добыче камнеблоков лз крепких горных пород с использованием зарядов ЗГзТ, ЗША. устройств направленного разрушения на основе УКЗ.

Гаярнботаны ресурсосберегающие технологии добичи камнеблоков на катерах стройматериалов, оонованныэ на использовании

специально разработанных и выпускаемых серийно аарядов ЗШЛ-14, ЗША-25, ЗЭТ "Гранилен", кумулятивных удлиненных зарядов, отличающихся технологической и экономической эффективностью, обеспечивающих сохранение природных качеств камня, повышающих уровень безопасности ведения взрывных работ.

Реализация работы в промышленности осуществлялась поэтапно по мере завершения научных разработок, как в виде использования в НИР других институтов (НПО "Краснознаменец", НПО "Кристалл", " Гипронеруд, Гипроникель), так и внедрения в пр жты и в производстве. Разработка физических и. математических моделей функцио-. нирования удлиненных кумулятивных зарядов, оптимизация конструкций УКЗ позволили получить при вводе в эксплуатацию САПР УКЗ в 1938 г. фактический экономический эффект в размере 352 тыс. руб.

Испытания различных конструкций шпуровых и скважинных шланговых зарядов на основе составов аммонит-АТ 1,2,3 на блочных карьерах гранитов ПОГК "Кузнечное"и Каменогорского КУ в течение 1987-1991 гг. позволили выявить технологические и экономические преимущества новых технологий отделения камнеблоков от массива. Это послужило" основным аргументом, подтверждающим необходимость разработки промышленных, технических средств обеспечения технологий наарав ленного разрушения горных пород. Разработки составов ВВ и специальных конструкций зарядов воплощены в натуре : разработаны составы йВ "Гранилен" и нэ их основе эластичные трубчатые заряды ЗЗТ; на основе аммонитов -АТ разработаны заряды 31Г.: -14 и ЗША-25.

. Заряды выпускаются серийно в НПО "Кристалл", СКТБ"Технолог", "и преднаьнач-ны для направленного разрушения массивов в годных технологиях. Промышленное производство зарядов позволило переработать типовые проекты и перевести горные работы на принципяапь-' но нсйую, современную технологию добычи камнеблоков на карьерах Ладожского КУ. КНИ-458. Погранского КУ,' Каменогорского КУ, Цели-• ноградскэг.о горно-химического комбината, ПО " Севзапгеология". В ^зультате внедрения новой технологии только на карьерах Ладожского КУ за счет увеличения выхода' товарных блоков, снижения . объема буровых работ, уменьшения затрат на взрывные работы в 1С8911992 гг. получен г.зрасчеткый экономический аффект более 40

млн. руб.

Апробация работы. Материалы проведенных исследований докладывались к обсуждались на Всесоюзных каушяг тяфереитж СССР (Москва, 1977, 1985 гг.), Шесаквюи стешям* "йзйользовас-~ яие" энергии" взрдаа- в народно?,« хозяйств" (г. г, >, .—

Всесоюзных конференциях "Теория и практика йсгго-лйзоззвия энергии ззрша в народном хозяйстве" (г, Ш®, Шп.}, йг» йыеад-ной сессии Шучного Совета АН С0СР то народнохозяйственному использованию взрыва (г. Апатиты, 19вг г,), на Всееожаяыж Проблемных семинаоах "Разрушение гор'ШЖ трвяГ (ЛеяшРрбй, г., Новосибирск, 1990 г., Киев, г,,. Москва, Шг,Ь Ёеееоюз-ньп семинарах "Проблемы разрг-ботки тя&ътш яештаешх в уеждаг-ях высокогорья" (г, Зрунсе. 1987, гг.'), яа гегтгасяйяг со- ■ вешаниях н семинарах ГО "КареястроШ^ериаш"'. ТОГО "^.эдюргра-нит", -ВТо "краснознаменец", в- СШШ, СОТй и т

Публикации. Ш теме дазсйрчгадга» бяубяикшаи® 38 рабсв, них 1- жнография и 30' пувлжзций обретают осяобгое езддааяи®' . работы. Новые технически? решшеа, сое данные1 в проке«» работы над диссертацией, защищены1 3 авторскими1 свидетельствами я I па- . •тентом.

Диссертация состоит ееедетж, б> глав, зашрдаям?,. рйяшм--¡квс на 371 странице машинйшгшго' неката, содержат 77 рисунков и 46 таблиц, списка литература и» 297 наименований и приложений, содержащих материалы по шадени» результатов- диссертационной' работы в промышленности.

Автор выражает благодарность проф. № Р. Менжулину, д. т. н. Нотомину А. А., проф. Крюкову Р', №. ,?а консультации и методическую-помощь в проведении исследований, ¡-проф. ШснйкуПа м":],, чл. -корр. РАН Проскурякову Н. № , проф. ХолодниковуТГл! за содей'б'Гвйё-' в работе, а также руководителям* Ладожского- КУ (гх инж Рогшшсшг В,А.), ГТП "Севзапгеология" (гл. йиж. Уряе-з- В.-Я У и1 кандидатам* технических наук Ковалевскому ЕЯ., Здитовелкому А'. Е , Куликову В. С., Хореву К А. - за помощь, в. организации и. проведении промышленных испытаний иг внедрении- разработок автора в производств^-ную практику.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Известные горные технологии, основанные на применении направленного разрушения горных пород, предполагают использование шпуровых и скважинных зарядов осесимметричных конструкций. При этом определяющими факторами, которые влияют на технологический эффект, являются, наряду с естественны».; состоянием породы, правильность выбора параметров буровзрывных работ, интегральная энергонасыщенность и амплитудно-временные условия нагружения массива.

В настоящее время созданы научные основы методов направленного разрушения горных пород. Исследованию различных аспектов этой проблемы посвящены работы Абромсона X И., Акаева М. С., Т. С. Атчисона, Бакки Е Т., Баранова Е. Г., Барона .'* И. , Бейсебаева А. М., Боровикова К А., Г. Броуда, Вовка А. А. Григоряна С. С., Р. Густафсона, Гущина К К , Демидюка Г. а , Друкованого М. Ф. , Ефремова Э. И., Исакова А. Л. , Клочкова Е Ф., Ключникова А. К , Коми-ра В. Ы., Крюкова Г. М., Кузнецова К Ц., Кузнецова Г. К , М. А. Кука, Кутузова Б. Е , Лаврентьева М. А., У. Лангефорса, Мартынюка Е А., Марченко Л. Е , Мельникова Е В., Шдьникова Е Е , Моеинца Е Н., Орлова Av М. , Падукова В. А.. Покровского, Г. И., Ракишева Б. Р., Рахимова В. Р., Родионова & Е , Сагкдуллина Г. Г. , Садовского М. А. , Слепяна Л. й. , Турчанинова К. А., Дж. Уокерли, Фадеева А. Б. , Фззы-лова С. С. , Хакукаева А. Е , Черепанова Г. Е , Черткова В. Я. , Чеснокова М. М. , Шведова К К., Шемякина Е. И., Шера Е. Е , Шифрина Е. И., К Юхансона и других исследователей!

Воплощение идей, представленных в большей части этих райо?, базируется на двух направлениях:

1. Создание низкобризантных ВВ либо зарядов с малой концентрацией энергии и способов их эффективного применения, при котором ограничивается законтурное действие взрыва.

2. Создание ■ устройств, конструкции которых обеспечивают преимущественное распределение энергии заряда по линии раскола и тем самым сникают побочное трещинообразование.

Наиболее обоснованными можно считать исследования первого*

- 13 - •

направления, в которых о целью увеличения технологического эффекта рассматриваются разработки различных составов ВВ и зарядов, приближающих воздействие на разрушаемый массив к квазистатическому.—Этот опыт уже получил широкое распространение" в ^области контурного взрывания, когда динамическое воздействие на стенки шнура снижается путем организации воздушного или инертного зазора между зарядами и стенками шпуров или скважин. В зарубежной практике эта группа способов получила законченное техническое выражение при создании специальных типов зарядов малого диаметра и малой погонной массы (диаметром 11-17 мм), в конструкцию которых входят центраторы, позволяющие получать надежный зазор между зарядами и стенками шпуров диаметров 27-4?. мм. Другой подход предпол( . )ет использование низкобризантных ВВ пониженной плотности. Снижение плотности ВВ достигается либо применением пенообразующих добавок, позволяющих получить смеси плотностью 0.25 г/куб. см, либо добавкой к ВВ 90% гранул вспененного полистирола. В отечественной практике ведутся подобные работы: проходят испытания составы вспененных низкоплотных ВВ на основе амиачной селитры с добавками поверхностно активных веществ, инициируемые электродетонатором. Испытания дают обнадеживающие результаты, но пока не соёдано в законченном виде технологий направленного взрывания с их использованием, получивших широкое применение в промышленности.

Исследования второго направления представлены в настоящее время рядом разработок, авторских свидетельств и патентов, эффективность и технологичность которых, несмотря на оригинальность решений, носит проблематичный характер. Направленное истечение энергии взрыва в. большинстве предложений осуществляется либо асимметричной формой полости (эллиптические шпуры, насечки на стенках шпуров круглого сечения, применение специальных устройств, локализующих концентрацию напряжений в нужном направлении), либо асимметричным зарядом, например кумулятивным. Использование возможности изначально задавать преимущественное направление разрушения и управлять энергией взрыва в пространстве наиболее по.1 но отвечает постановке задачи о направленном раскол-горных ,;ород. Однако- и это направление исследований не внесло г •

- н-

еэстзтшго вклада в становление промышленных горных технологий.

Сложилось такое положение, при котором даже эффективные способы и методы, значительно повышающие результативность направленного взрывного разрушения, ие находят широкого применения в промышленности из-ва их нетехнологичности и технических трудностей, возникающих при постановке этих методов взрывания на поток. Решение проблемы, на наш взгляд, состоит в разработке технологий направленного взрывного разрушения горных пород на карьерах в комплексе с созданием необходимых вэрьг *атых веществ и конструкций зарядов, ориентированных на промышленное изготовление.

УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ ВЗРЫВНОГО- НАГРУЖЕНИЯ МАССИВА. ВЫБОР ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗА 1-'ЯЛОВ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД.

Очевидно, что для направленного разрушения горных пород взрывным способом должно быть создано поле напряжений в массиве, обеспечивающее максимальные значения разрушающих компонентов на заданной плоскости. Представление о развитии трещин, их слиянии, образовании магистральных' трещин при взрывном нагружении массива можно получить, рассматривая процесс во времени. Такую возможность предоставляет кинетическая теория ппочности (Шурков С. Н., Ре ¡ель В. Р., Олущвр А. И.). дополненная положениями о росте концентрации треиин ьо времени (Регель К Р., Слуикер А. И., Чертков В. Я), их сдашь-, И образовании укрупненных трещин.

Дта исследования процесса накопления микротрещин, определения зон ц'рещиноватости # условий роста магистральной 'трещины были выполнены расчеты полей напряжений в массиве при взрыве системы цилиндрических зарядов. . Иа рис, 1 ьидно, что на лиш'ч, соединяющей центры шпуров, под действием волн напряжений возникают наибольшие скопления микротрещиноватости, которые снижают прочность породы по этой ^ннии.

На основании исследования процесса накопления наведенных мнкротрещиц а асимметричном динамическом ноле напряжений уста-нох.лено. волна с начальными параметрами 0£ - 90 МПа, ¿г ~ ослабляет породу в плоскости шпуров, но разрушения не про-

изводит, поскольку длительности ее действия недостаточно для развития трещин з этой области. Однако в окрестности шпура _под действием начального амплитудного напряжения в волне в некоторых -преимущественных-направлениях—происходит слияние микротрешилгв макротрепцичы.

Рис. 1 Зона повышенной концентрации микротрещин при взрыве двух зарядов ВВ.

Процесс формирования магистральной трещины в ослабленной волной напряжений породе происходит под воздействием квазиотати-ческого поля напряжений, создаваемого продуктами взрыва. Показано, что размеры зон нарушений породы зависят от структурных дефектов, физико-механических свойств породы и параметров взрывного импульса на стенках шпуров ( скважин ), которые определяются типом ВВ и конструкцией заряда •• ■

Исходя из вышеизложенных,положений образования и развития магистральных трещин в массиве при • взрывном нагружении, были

Г

40Г Оя

сформулированы требования к параметрам ББР при добыче блоков природного камня из пород типа гранитов. Основные из них заключаются в следующем:

1) при взрыве заряда ВВ в шпуре максимальное амплитудное давление должно удовлетворять условию:

£ % Л * Л» (**)< £

где - динамическая прочность горных, пород на отрыв; Д- максимальное давление ПВ на стенках шпуров; ^^д)-максимальное давление в шпуре, при котором вокруг шпура возникает зона трещино-образования радиусом Др; (£>) - предельно допустимая амплитуда импульса тангенциального растяжения на стенках шпура {/о - радиус шпура, V - коэффициент Пуассона); - (1+,

2) длительность квазистатического давления ПВ ¿-ва должна быть больше или равна времени Формирования контурной трещины

3) конструкция заряда долгаа обеспечивать равномерность приложения' нагрузки при взрыве по всей длине шпура (скважины). ?

4) применяемые ВВ и конструкции заряда в процессе подготовки и заряжания должны обеспечивать технологичность и безопасность выполнения работ;

. 5) инициирование зарядов ВВ контурного ряда необходимо производить таким образом, чтобы исключить изгибающие деформации блока в плоскости отрыва.

Разработанные требования рослужили основой для проведения исследований по созданию составов ВВ и конструкций зарядов, предназначенных для технологий направленного разрушения горных' пород,. .

Сравнительная оценка зарядов, традиционно использующихся в технологиях каправпенного разрушения, показала, что заряды, функционирующие в режиме детонации, имеют ограниченные возможности снижения бризантного действия на -массив за счет изменения их химихо-технологических и геометрических характеристик. Для снижения параметров взрывного нагружения, а также обеспечения надежности срабатывания зарядов и безопасности взрывных работ •

необходимы новые способы управления параметрами взрыва, не нашедшие воплощения в существующих конструкциях зарядов.

Для взрывания в шпурах целесообразно использовать типы БВ и конструкции зарядов диаметром 10-22 мм, - функционирующие в резки-ме, отличном от детонации и горения и обеспечивающие при этом снижение давления в зарядной полости и,- скорости нагружения ■ массива, а такле увеличение времени действия взрывного импульса.

Ударно-волновое воздействие, в частности, инициирование при помощи детонирующего' шнура (ДШ)может вызвать в ВВ не только детонационные процессы. При воздействии, меньшем, чем необходимо для нормальной детонации, в прилегающей к ДШ зоне, могут возникать переходные взрывные процессы, например, к:»зкоскоростой ре-., жим взрьзчатого превращения (ШР), способный при определенных условиях переходить в режим детонации. Толщина слоя ВВ, на котором ударная волна (УВ) может возбудить НОР, рассчитывается на основании начальных параметров инициирующей УВ, законов ее распространения -по ВВ, критических условий воспламенения. Время процесса в слое определяется временем распространения УВ на это расстояние, временем задержи воспламенения и средним временем, сгорания BE Диаметр заряда можно выбрать, зная толшину слоя ВВ, обеспечивающую стабильный НСР взрывчато, j превращения. Границей слоя НСР будет расстояние от ДШ, на котором выполняется условие воспламенения гранул ВВ ударной волной. Например, по тепловому . механизму - это равенство теплового потока на поверхности ВВ Qt и теплового потока от химической реакции :

Щ]* £ > иО^Щфе'^

Для определения времени, - необходимого для достижения на

поверхности заряда температуры Ткр, при которой Q.,- , решается уравнение теплопроводности-.

пг.дг д (J Э? \.....

с граничным условием: » $7'

и начальным условием: при Ь - О Т То для любого х, х —» <*=> Т - То для любого t,

где о( - коэффициент теплопередачи; 71 - начальная температура ВВ; Л У - плотность, теплоемкость и теплопроводность ВВ; Гд,Г ~ температура теплоносителя и поверхности ВВ;

Определение параметров инициирующей УВ производилось по методике, реализованной в виде программы на ЭВМ. Для нахождения параметров во фронте УВ в пористом материале испольаовались следующие соотношения: г у. р ¿».^¿Г

а+Аи + ~~1Г~ Рас/: - Ас. &

где - коэффициенты ударной адиабаты, сжатия сплошного ма-

' териала; } - давление в волне и скорость волны в пористом материале; 71 - массовая скорость в сплошном материале; £ -пористость материала ( £- ); рч^с ~ плотность спло-

шного и пористого материала.

Предложенная схема протекания ниакоскоростного взрывчатого процесса подтверждена серией лабораторных и натурных экспериментов с зарядами из гранулированной АС, аммонита АТ-1, граммонита 79/21, составов "Гранилен".

Теоретический анализ процессов функционирования осесиммет-ричных зарядов, результаты крупномасштабных опытно-промышленных взрывов при отделении камнэблоков от массива, позволили сформулировать основные требования к разрабатываемым взрывчатым веществам и зарядам: 1 1. Состав и структура используемых ВВ должны обеспечивать низкоскоростной ре;«им взрывчатого превращения; сравнительно . большой объем газообразны»- ГШ (порядка" П00 - 900 л/кг); лизкую температуру взрывчатого превращения (1500-2500 Град. К).

Заряду разрабатываемых конструкций должны надежно функционировать в шпурах уменьшенного диаметра и давать возможность тонко и в широких пределах регулировать силовые и временные параметры взрывного импульса, как за счет поставки зарядов различного диаметра заводами-изготовителями, так и в процессе заряжания а счет изменения линейной масса заряда, применения забойки.

3, Способ инициирования зарядов должен обеспечивать безотказность срабатывания и, по возможности, равномерное приложение

_ нагрузки по длине .»иура______________ _________________________________/________

4. Для обеспечения технологичности и безопасности Еедения взрывных работ, стабильности физико-механических свойств, умеренных цен, новые заряды должны выпускаться серийно в заводских условиях, при этом должно обеспечиваться удобство и безопасность их транспортировки и хранения.

Перечисленные требования к ВЗ были реализованы на основе высокоплотных составов "Гранила.;" и высокопористых составов аммонит АТ. разработанных в СПбГИ. СГГГИ и НПО "Кристалл".

Эластичное ВВ "Гранилен", ТУ 030-174-04-91, представляет собой композицию, содержащую в качестве .наполнителя нитрат или его смесь с гексогеном и тротилом, полимерное связующее с армирующей добавкой и красителем.

Аммониты АТ-1, АТ-2, АТ-3, ТУ-84-768-Ш состоят из гранул аммиачной селитры с диаметром зерен 1-1,3 мм и 3%, 5%, 7% тротила. Основные характеристики составов типа "Гранилен" и аммонит- АТ приведены в табл. 1,2,

Таблица 1

Основные характеристики ВВ "Гранилен"

Свойства Гранилен-1 Гранилен-2 .............. Гранилен-3•

СенсеОилизатор - гексоген тротил

Плотность, кг/м3 1860 1370 1860

Кислородный баланс +0,8 0 -0.65

Объем газообразных

ПВ, л/кг 420 490 46С

Теплота взрывчатого

превращения., кДж/кг 15М 26Й0 , 2100

Температура взрывча-

того превращениями 1600 2000 2100

Критический диач^тр

открытого заряда, мм более 200 70 150

Таблица 2

Основные физико-химические показатели аммонитов АТ-1.АТ-2

Свойства Величина

Плотность, кг/м5 Объем газообразных ПВ, л/кг Теплота взрывчатого превращения,кДж/кг Критическая толщина детонации, мм Критический диаметр заряда, мм Скорость детонации, м/с (при насыпной плотности, и высоте слоя 30-160 мм) 850 - 900 920 - 930 3700 - 3800 20 40 1500 - 3800

Исследования возможности применения этих маломощных ВВ на карьерах блочного камня позволили сформулировать образ заряда, конструкция которого представляет собой оболочку, наполненную взрывчатым веществом с .аксиально расположенным инициатором по всей длине заряда. Полигонные испытания макетных зарядов показали, что практически одновременное нагружение массива по линии шпуров (скважин) за счет детонации ДШ с' последующим вынужденным взрывчатым превращением маломощного ВВ позволяют в широких пре-дёлах регулировать процесс энерговыделения при взрыве, достаточно точно рассчитывать параметры БВР и обеспечивать минимальное техногенное т ре ценообразование в породе за пределами плоскости разрыьа.

Для серийного производства разработаны два типа зарядов: за-*ряды эластичные трубчатые (ЗЭТ) и шланговые заряды (ЗША), в основу котооых были заложены вышеназванные требования.

Заряды шланговые ЗША, ТУ - 75-11903-561, (рис.2) состоят из полиэтиленовой оболочки толщиной 150-200 мкм, аммиачной селитры марки ЖВГ или аммонита АТ и центрального инициирующего щнура ШЗ-3-3, диемгтром 3 мм, их характеристики приведены в табл.3.

Заряды эластичные трубчатыо (рис. 3) состоят иг ДШ и эластичного монолитного трубчатого заряда, выполняющего роль демпфера-газогенератора. да расположен асимметрично в гладком канале трубчатых зарядов, способных перемещаться вдоль шнура и фиксиро-

ваться на нем. Заряды ЗЭТ изготовлены из высокоплотного ВВ "Гранилен" (технические условия ТУ 080-134-04091), их характеристики

приведены в табл. 4.

.............^ "

тшШщшт

44 3

Заряд ЗША-Ц т

ЬаряЬШ-25

Рис.2 Заряды ЗША.-14 и ЗША-25 1 - инициатор ШЭ-3-3 или ДШ; 2 - армирующие нити; 3 - ВБ; 4 - оболочка из полиэтиленовой' пленки.

Таблица 3

Сравнительные характеристики зарядов ЗША-14 и ЗША-25

Характеристика Марка заряда

ЗША-14 ЗША-25

Сенсебилизатор - тротил

Диаметр заряда, мм 12 - 14 22 - 25

Скорость детонации инициатора, м/с 7700 7000

Теплота взрывчатого превращения, кДж/кг 1460 2050

Об'ьем газов, л/кг 500 600

Линейная масса заряда, г/м 120 - 165 350 - 550

Дл:*на I; ;'ухте или отрезке, м 4-20 4 - 20

1 ........ !

- 22 -

Для производственных испытаний были изготовлены и поставлены в Карелию и Ленинградскую область опытные партии зарядов: ЗЭТ - около 5 тонн, ЗША - более 10 тонн. Основной целью спыта-ний было получение материалов, характеризующих сравнительную по отношению к штатным пороховым зарядам и зарядам из ДШ технологическую и экономическую эффективность. Установлено, что заряды ЗЭТ и ЗША отличаются стабильностью свойств, безотказным срабатыванием, обеспечивает беэ-бризантное*"мягкое" нагружение Рис. 3 Схема расположения заряда массива, удобны при транспор- ЗЭТ в шпуре (скважине)

тировании и заряжании шпуров и 1 - ДШ; 2 - заряд эластичный скважин.' Разработанные на их трубчагый (ЗЭТ); 3 - полиэтиле-основе параметры буровзрывных новый центратор

Таблица 4

Характеристики эластичных трубчатых зарядов ЗЗТ

Характеристика Марка заряда

ЗЭТ-И ЗЭТ-15 ЗЭТ-17

Марка ЭВП "Гранилен" Гр.-1 Гр. -3 Гр. -2

Диаметр наружный, мм 11.5 15 17

, Длина патрона, м 0. Б 0.5 0.5

Масса патрона, г 70 140 130'

Линейная масса заряда, г/м 140 280 360

Объем газов, л/заряд 29. 4 • 68. б 88.2

Теплота взрывчатого

превращения, кДх/заряд 108.5 375.2 482.4

- 23 - •

работ для гранитных карьеров позволили повысить производительность труда на добычных работах за счет снижения отходов камня, увеличить выход товарных блоков, сократить объемы бурения.

На заряды ЗЗТ и 8!ЛА разработаны технологические регламенты,----------------

межведомственные приемочные испытания зарядов проведены в 1992 г.

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД УДЮНЕШШИ КЖ'ШГИВНЬМК ЗАРЯДАМИ (УКЗ)

Эффективность действия УКЗ непосредственно зависит от геометрических параметров заряда. Общая Лункционаяьная зависимость, характеризующая эффективность действия УКЗ и с помощью которой можно получить оптимальную конструкцию УКЗ, построена на основе; теории подобия к размерностей'и имеет вид:

/. ¿к, & [<%*]9, Л> А*/„Л

где / -глубина внедрения кумулятивного ножа; У - диаметр заряда; /))м - масса' заряда ВВ; Р - фокусное расстояние; [#•»] -динамический предел прочности на сжатие породы; - плотность породы и кумулятивного ножа, соответственно; С»*, С, -скорость авука в материале'породы и кумулятивного ножа, соответственно.

Установлено, что элементы облицовки кумулятивной ыыемки в начальный момент времени движутся ускоренно, а после охлопывания наблюдается ее движение о постоянной скоростью 2300-3800 м/с. Оболочка заряда имеет практически постоянную скорость движения для каждого сеч^ лкя УКЗ, как. по длине, так и по радиусу и составляет 1300 - 1800 м/с. Для определения скорости охлопывания облицовки кумулятивной' выемки'и скорости движения кумулятивного ножа необходимо вести учет распределения массы продуктов детонации, действующих на элементы об*ицоьки и оболочки • с помощью расчета активной массы заряда ВЗ.

Расчет активной массы заряда /71 а проводился в соответствии с законом сохранения анергии, импульса и массы ка основе уравнений:

' - 24'-/я* + /У3 = /71 м

где масса и скорость движения оболочки и облицовки;

Л]2, ЛЬ - масса продуктов детонации, действующих на облицовку и оболочку; /57^ - масса заряда ЕВ.

Анализ результатов вычислений, представления на рис. 4., показывает, что с увеличением значений относительной массы оболочки и обли-' цсзум растет активная масса заряда. Причем оптимальное отношение обеспечивается при М/тъМ, Кроме этого установлена зависимость активной массы заряда от отношения масс оболочки и облицовки к массе заряда БВ.

Расчет параметров кумулятивного ножа : скорости любого ' элемента, массы, величины импульса и величина энергии проводился по слелуювдм зависимостям:

( /72* ъ^е^е &

где - скорость головней к хвостовой части кумулятивного

ножа; ? . - расстояние от головы кумулятивного ножа; ¿^ - начальная длина кумулятивного ножа; {/ - линейная ширина кумулятивного ножа.

Рис, 4. Зависимость активной массы заряда от отношения масс оболочки и облицовки

Особенности формирования энергетического поля вокруг УКЗ показали на риа. 5. Видно, что для рассматриваема типов УКЗ в кумулятивном ноже сосредоточено до 45-507. кинетической энергии взрыва заряда ВВ.

Для процесса взаимодействия взрыва УКЗ с горными породами характерно наличиа двух фаз. В первой фа?е "кумулятивный лож. -внедряясь в горную породу, прорабатывает в ней канал ( концентратор напряжений). Во второй фазе

30

еГ

Рис.6, Зависимость относительной кинетической^ энергии элементов оболочки £вг* от азимутального угла

1 - УКЗ-4; 2УВЗ-З; 3 - УКЗ-1 под действием давления продуктов взрыва происходит направленный рост "первичной" трещина

При расчете глубины внедрения кумулятивного ножа последний разбивался на /7 элементов, каждый из которых двигался с постоянной скоростью. Глубина проникания (-■//• ) элемента ножа длиной

( & ) в массив определялась из выражения:

&

//

где

2/1

- Я

- скорость внедрения элемента кожч в массив;

- скорость движения элемента нога в свободном полете. Общая глубина внедрения цельного кумулятивного ножз апрвд»- .. лялась из выражения: . Д /

Таким образом, глубина внедрения кумулятивного но»» в массив определяется его; д^н6й/~'ск6|^тьп':'даЙ9НИя' головкой части, прочностью массива.

Результаты экспериментов и теоретических расчетов позволили

определить оптимальные геометрические параметры УКЗ, и^ешие следующие значения:

" " ' ' еГ '

£, Л- г е.З*-, ф- = 0.3?; = о. =

Разработанная конструкция УКЗ обеспечивает увеличение относительной глубины внедрения с //V » 1.15 у лучшего из рассматриваемых. УКЗ до ¿/с/ - 1.45. При этом УКЗ с предлагаемыми параметрами содержит на 40-50% меньше массу БВ, чем исследуемые конструкции УКЗ аналогичного диаметра. Это приводит к снижению в 2 раза величины взрывного импульса, действующего в сторону законтурной части.

Построение математической модели расчета длины магистральной трещины, создаваемой в массиве горных пород при взрыве УКЗ, проводились на основе -теории разрушения хрупких сред. Скорость трещины определялась из зависимости:.

где Лг - скорость волны Рзлея; ¿и - модуль оцепления; еъ -коэффициент пропорциональности ( - 0,8-1).

Коэффициент интенсивности напряжений находился из выражения! _

' ¿¡--РСОУЩ1,

где Рл - глубина внедрения кумулятивного ножа.

Закон изменения давления Р( ) в шпуре имел вид: р0 , /ри ¿<4*/?,

где /« - глубина шнура; Се- скорость звука в продуктах детонации; £ - начальное давление в шпуре.

Начальное давление в шпуре и скорость звука а продуктах детонации определялись по известным законам газовой динамики. Результаты расчета..по приведенным выше зависимостям представлены на рис. 6. Анализируя зависимости на рис. 6, можно отметить, что для каждого материала лсроды 'существует свое, оптимальное соотношение ¿/)/¿/шл , лежащее .в пределах 0,3 - 0,5, которое обеопе- •

чивает образование магистральной т ре шины максимальной длина

Расчеты также показывают, что при ¡/¡/г/,«,! орк'П в шпуре создается давление, которое является недостаточным для образования дополнительных технологических трещин-в законтурном массиве.

Справедливость предлагаемой модели, а сдедо- - ........

чательно, и определения 7" расстояний между шнурами, проверялась в опытно-промышленных испытаниях на блочном гранитное карьере "Ладожский" ПО " Карел-стройматериалы ", на рудниках СУБРэ.

Для промышленных экспериментов использовались

' ■ ■ '_1_1_-I-_с-1-1

/КЗ с оптимальными геоме- «г - о.е ол 1ол,цл

трическими параметрами.

Опытные взрывы проводи- Рис. б Зависимость относительной длились как при отбойке мо- • ны трещины от плотности заряжания нолитов от массива, так шпура

и пр': рьзделке их на то- 1 - плексиглас; 2 -мрамор; 3 -гранит парны - блоки. Для этих

целей рдоработана конструкция шпурового заряда, представляющего иобой отрезки полиэтиленовых втулок с посадочными гнездами под УШ. При отбойке монолита от массива применялся заряд с линейной массой ЕВ 0,0?>0 кг/м, при разделке монолита на товарные блоки -варят? с линейной массой 0,015 кг/м. ..

Экспериментальные взрывы показали» что использование УКЗ в качестве шнурового заряда обеспечило увеличение в 1,5 - 2 раза расстояние между ипурами. Рри этом .были получены блоки правильной формч с ройной поверхностью отрыва, что позволило повысить производительности труда рабочих добычных забоев, снизить себестоимости готоьой продукции.

• - 28 -'

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАПРАВЛЕННОГО РАСКОЛА И РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НА КАРЬЕРАХ

Устройства направленного раскола горных пород, реализующие эффект продольной кумуляции и заряды, функционирующие в режиме низкоскоростного взрывного превращения, явились технической базой для разработки горных технологий, использующих направленное разрушение горных пород.

Разработаны параметры ЕВР на отбойку и пассировку гранитных блоков шпуроЕыми зарядами на основе УКЗ.. Опытные взрывы на месторождении Сюскюянсаари показали, что удлиненные кумулятивные заряды наиболее, эффективны при отработке монолитных зон, когда от массива отделяются цельные блоки 1-П группы по размерности, а также при пассировке камнеблоков. Раскол блоков при взрывах УКЗ происходит по тонкой, без кливажа, магистральной трещине. В плоскости кумулятивных выемок отчетливо прослеживается проработка каналов, задающих направление раскола. Применение УКЗ в качестве шпуровых зарядов позволило увеличить расстояние между шпурами при отделении блоков от массива в 1,5 раза и при пасси-• ровке в 2 - 2,5 раза по сравнению с исполвзованием осесимметрич-ных зарядов. Невысокая линейная масса зарядов при отбойке блоков (0,06 кг/м) обеспечивает начальное давление в шпуре не более 20 МПа, что исключает образование побочных техногенных трещин в ■ пришпуровой зонен.

Область применения УКЗ не ограничивается карьерами блочного камня. Испытания зарядов промышленного изготовления на рудниках ,СУБРа показали, что при создании протяженных плоскостей разрыва, экранирующих щелей в массиве, формировании контуров выработок, применение удлиненных кумулятивных зарядов переводит горные технологии на принципиально новую, не имевшую аналогов, основу: за счет эффекта продольной кумуляции к пространственного перераспределения энергии взрыва в массиве объем буровых работ сокращается в 1,7 - 2 раза, при значительном уменьшении удельного расхода ВВ.

В работе реализована на ЗВМ автоматизированная система разра- • ботки паспортов БВР для отбойки камнеблоков шпуровым и скважин-

ным методами, позволяющая рассчитать основные технологические параметры БВР и на их основе составлять паспорт БВР для конкретных условий взрывания. В качестве примера приводятся результаты

расчета с помощью этой системы технологических параметров ЕВР________

—для-промышленной"отбойки'габбро-норитов на карьере "Кейнооет" шпуровым методом и гранитов на карьер* "Ладожский" (табл. 5,6), скважинным методом.

Положительные результаты взрывов при промышленной добыче . камнеблоксв зарядами ЗША и ЗЭТ "Гранилен" вызвали большой интерес к новой технологии отделения от массива и пассировки камнеблоксв из гранитов, габбро диабазов, габбро-норитов.

Бесперебойная поставка зарядов заводского изготовления, высокая .технологическая культурч, относительная безопасность производства взрывных работ, значительное (на 7 - 15%) увеличение выхода товарных блоков, отсутствие рекламаций с камнеобраба-тьшаюших заводов, снижение затрат на буровзрывные работы, автоматизированная система разработки паспортов БВР - все это способствовало формированию представления о новой технологии, как о современной ресурсосберегающей технологии камнедобычи. Вследствие этого на Ладожском карьере полностью отказались от дымного пороха и першими на технология добычи камнеблоков о -использованием зарядов США-25 для вертикальных скважин и ЗША-14 для горизонтальных шпуров. Нозая технология заложена в проект отработки карьера 'Муставара. Осуществляется замена дымного пороха на заряды 307 "Гранилен" на карьерах ПО "Каменно-горское",блочных карьерах КИИ-451, карьере "Вознесенье" Пог-ранского ГУ, кар!,ере "Кейносет", карьера-«: ГГП "Севзапгеология" и ДР-

Дальнейшая перспектива внедрения новой технологии блочного камня связана с прелгтрин-кмми .Украины (гранитные карьеры Криворожской и Никола, --кой областей), Кььахстана - наряды 3134-14 и ЗША-25 внедряются н* карьерах Не.пиннаР/ горно-химичтокого комбината, в Слюдянсвом - рудоуправлении (Иркутская область), ч ПО "Саянмрамор" планируется использовать заряды ЗЗТ "Гранилен" в технологии добычи окварцованных мраморов.

_ 130 - Табаиць

т

ПАСПОРТ ББР НА ОТВЕДЕНИЕ СД.ГНЕКЛОКОВ ОТ ПАССИВА

Карьер- "Кейносет" Место взрыва

месторождение габбро-норитов Запад

РАЗИЕРЗГ ЕГО'ЕА:

Ядтв. и го

лир«»» захвата (Д.Н.О. м 2.1

EutcoTs. уступ» Селюка). к 3-О

объем &яока>. иг* 126

плоягжвь отделения блока по плоскостям вертикальное!, к* 60

гергазактвдьввЛ,, н ttz

Сурчюя« сгё&этмговашке: I5EI-63.

ПГ-36. "Келегрки^"

Нааэюню ЮШ№

Ипаш «туров

Еертыг—я i Горвэ-я «лаш—я

Раасстаялиле- «ttxiir «шатрами. •> Ша»л«е*пр> шзпуйгчь,, ни Еолвчасшю мкгдов. нет Вляяа «гагра. к Тип ВВ

Масса. ВВ в шпуре,, кг ОёФаж Масса, заряд». ВВ» к г Удел-ьмий: рвежая В®. иг/»* Улаламшл р®сжа>я В®, ttir/'ш КГздпаздестшз* пгатгродааш в шхуре,, ш Кашеетр заряд», »-•* O^iaee- количества, павтрааав,, влг

Расход: ЯЛ. «г ' Удельна« рмйхоя: ЯИ'. и^иг Расход элеялраяетонатеров,. шт

О. Л

зг

a»s>

ГР.-2

0.1fi: е. а

а. от

C.IAT

г.«

it 127 ' 17*

1.»

с.® «9 , 19 2.0 гр.-г о. lit 6.7 а. 05 O.lS г и 98 13® 1.1

0.3 «г

5

2.85 Гр.-г а.хч 1.1 O.Q9-0.1 0.17 г. 6 11 15 «6.3

0БНИЯ. РАСХОД ВИ НА ОТДЕЛЕНИЕ БЛОКА ОТ ИАССИВА:

Гракилев^-г.. кг

ВВ'. ДО. м ЭП. ВТ.

Удельный, расход Удельный расход

ВВ на отри»' блока. ДО. на отрав» блЪка,

20

360 , 2

кг/к С. 16 н/м* З.о

Яоярии ипуров по всей линиям производится ниткой SB одн'- ре-

- 31 -

Таблица б

ПАСПОРТ" ВВР НА ОТДЕЛЕНИЕ КАМНЕБЯОКОВ ОТ МАССИВА

Карьер "Ладожский" Место взрыва

месторождение гранитов Юго-Восток

.......- ' ■ ■■ ' - ................ .........

----------- ГАЗМЕ1 Я БЛОК А1

длина, м- ао. о

ширина захвата (Л.Н.С), м 3-0

высота уступа (блока), м 10. 0

обьем блока, м' 1200.0

плоаадь отделения блока г.о плоскостям :

вертикальной. м аоо

горизонтальной, н** 120

фронтальной. мл 30

буровое оборудование: СГ.У - 1Г 5,' ."Пь.чег рини"

«ипиетр сквашн - 105 нм. шпуров - 35 мм

линии шпуроь

* япыи^илвтиига

поипипиовни«

Верти- Горизон- Фланго-

кальная тальная вая

Расстояние у.ежау опураии (сква-

жинами ), н * 1-2 . 0. Ц 0.5

Лиаистр плурн (скважина)! мм 1 105 ' 32 ■ 105

Количество шпуров (скважин), шт 33 399 5

0ли><^ *шура (скоаагини)% м 9. 85 2.. 9 10.0

Тип элряяа ЗША-25 ЗИА-1& ЗША-25

Маосгс РВ в шпуре (счзахине), кг и.г 0. 3 U. 2

Оы'ля Масса эаряда ВВ. кг 1ÜÜ 120 21

Уьелышй Расход ВВ, кг/м* 0. 1 О.йИ ' 0.02

Удельный расход 13В, кг/м^ о. 36 1 . 0 0.7

Диаметр Заряда, мм 25 14 1Ü

• Обкяй расход ЦШ, и 1211 • 525 21

Уяель.шй расход ДШ, м/м3 0.1 о. ни -

Расход алектродетонатороа, шт 2

1 ' ОБЩИЙ РАСХОД ви НА- ОТДЕЛЕНИЕ БЛОКА ОТ МАССИВА:

вв ■ Аммониг лТ-1, о тарядих 3SIA-25, зал-ltt. кг - 285

1 ■ ВИ. м - 670

ЭП, шт, - 2

Уделькый расход ВВ при отделении блок , 3 л, кг/м г О.г.з

1_______________________ ________________ _________________

Лодрио аггуроо по асом лини ям пролэзоднтся ниткой ЯИ овноггое менно.

- 32 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате многолетних комплексных исследований осуществлено . решение крупной научно-технической проблемы по разработке технологий направленного разрушения горных пород взрывом на карьерах сторойматериалов, внедрение которых в производство имеет важное народнохозяйственное и социальное значение, так как обеспечивает ресурсосбережение, сохранение природных качеств и 'лучшее использование полезных ископаемых, повьпь. от безопасность ведения взрывных работ.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомен-' дации заключается в следующем.

1. Показано, что преобразование существующих методов взрывных работ, обеспечивающих направленный раскол массива, может осуществляться ва счет использования осесимметричных зарядов с

• ограниченной линейной массой, функционирующих в низкоскоростном режиме взрывчатого превращения, а также удлиненных кумулятивных зарядов, задающих преимущественное направление разрушения горных пород,начиная с границы взрывной полости.

2. Па основе научных положений б трещИьообразовании в ' массиве при взрывании осесимметричных шпуровых и скважинных зарядов разработаны основные требования к взшвчатым веществам и зарядам, предназначенным для направленного разрушения горных пород:. . для увеличения вклада.в разрушение кьазистатического дав-

_ ления продуктов взрыва химический состав, структура ВВ к конструкций осесимметричных зарядов, , должны обеспечивать- низ-чкоскоростной режим взрывчатого превращения, сравнительно большой объем газообразных продуктов взрыва (0,5 - 0,9 куб, м/кг); заряды -домны надежно Функционировать в шпурах.малого диаметра ( 11мм), осуществлять равномерное приложение 'нагруаки по длине шпура.

3. Разработаны конструкции шланговых зарядов ЗША-14 и ЗША-25 на основе аммонитов АТ, на принципиально новой основе разработано эластичное ВВ "Гранилен" для изготовления патронов тр;бчатьгх зарядов ОЗТ, ' предназначенных для направленного разру-

. шения горных пород. •

- 33 - ■ .

Отличительной особенностью разработанных зарядов является низкоскоростной режим взрывчатого превращения, стабильность физических и термохимических свойств, технологичность и высокая техническая культура производства взрывных работ, высокий уровень безопасности их эксплуатации.

4. Разработана комплексная физико-математическая модель, последовательно описывающая все стадии функционирования удлинен- ' ного кумулятивного заряда. Расчеты, произведенные по предложен- ■ ной модели, показали определяющее влияние размеров и скорости движения кумулятивного ножа нг>. глубину внедрения в горные породы. Установлено,.что при функционировании УКЗ в кумулятивный нож переходит до 45 - 50% всей энергии верьпза. заряда ВВ. а конечный размер магистральной трещины определяется длиной "первичной" трещины (глубиной внедрения КН) и квазистатическим действием продуктов взрыва. :

5. Установлен физический смысл и эффективность критериев подобия, входящих в фнкциональную модель УКЗ. Исходя из оценки критериев, характеризующих конструкцию УКЗ. определены оптимальные значения параметров зарядов; разработаны предназначенные для разрушения горных пород УКЗ, содержащие меньшую ьассу ЕВ по сравнению с' выпускаемыми серийно УКЗ того же диаметра ян 40-50%, что приводит к снижению бокового импульса.воздействия в 1.5,- 2 раза.

Разработаны устройства направленного разрушения на основе УКЗ для отделения камиеблоков от массива, создания экранирующих щелей, разделки негабарита.

б. Разработан инженерный метод расчета параметров БВР для добычи блоков природного камня, учитывающий размеры блока, условия откола, крепость горных пород, конструкцию зарядов. Реализована на ПЭВМ и внедрена на горных предприятия/ автоматизированная система разработки паспортов БВР для отбойки блоков шпуровым и скважинным методом.. Основные параметры буровзрывных работ при отделении камнеблоков ог массива заряд 1МИ ЗЭТ "Гранилен", ЗША-14 и ЗИА-25 составляют:

- при шпуровом методе отбойки -удельный объем бурения 0.64 - 1,28 м/куб. м: улельнкй расход ВВ : 0.00 - 0.1 кг/куб. м;

* . линейная масса заряда ВВ - 0.1 - '0.2 кг/м; отношение -г—= г./-2.В.

Г¡ф

- при скважинном методе отбойки - удельный объем бурения -0.81 - 1.2^7; удельный расход I® - 0.07 - 0.1 кг/куб. м; лияейная масса заряда - 0.35 - 0.55 кг/м; отношение ¿се/^щ, = 2.1 т ¿.р.

.7: Показано, что применение зарядов ЗЭТ, ЗША, УКЗ, позволяет в широких пределах регулировать параметры нагружения массива, прогнозировать подвижку отделяемых блоков и техногенное трещино-образование в породе за пределами плоскости разрыва. Эти заряды могут стать технической основой для технологий направленного разрушения горных пород не только на карьерах, но и в строительстве, .при проведении подземных горных выработок, мероприятий по предупреждению и предотвращению' горных ударов.

8. Новые технологии направленного раарувения горных пород, основанные йа применении зарядов ЗЭТ; ЗША, УКЗ, . в сравнении с технологиями, использующими дымный порох и Ш, позволяют снизить затраты на добычу 1 куб. м блоков на 659 руб. при этом выход товарных блоков увеличивается на 5-8 %, облицовочных плит - на

х0-20%.

Экономический эффект от внедрения технологических решений на действующих предприятиях по добыче облицовочного камня составляет более 40 млн. рублей.

Основные научные и практические результаты работы вошли составной частью в ряд отраслевых 'нормативных документов, используются производственниками, проектными и научно-исследовательскими организациями, а-также в учебном'процессе при подготовке горных инженеров.

Созданные в процессе работы над диссертацией новые технические решения защищены 3 авторскими свидельствами и 1 патентош

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Нефедов Ы. А. Направленное разрушение горных пород взрывом. СПб., Иэд-во С.-Петербургского университета, 1991, 188с.

2. Нефедов М. А. Исследование напряженного состояния среды для прогнозирования результатов взрдгьа. • //Физические процессы горного яроизводстг-а. Л , 1977. Вып. 4. с. 45-49.

3. Неудов М. А. Применение пьезоакселерометров для исследования взрывных процессов в массивах горных пород. //Тезисы докладов на Всесоюзной нау чной конкуренции Вузов СССР. М. ,1977.

4. Карпунов Е. Г. , Мисник К1 М. , Неудов Я А. Методика измерений

_______параметров-сейсмоЕзрывных волн-в горных породах """"пьевоаксё-

леро./етрами. //ОТПРПИ. Новосибирск, 1977. Н5. -с. 103-108.

5. Сенюшкин Б. Б. , Карпунов Е Г. , -Нефедов М. А. О действии взрыва ь б нижней зоне. //Физические процессы горного проиэ • во дет в а. Л. 1978. ВЬ'П. 5. с. 9 -чЗ.

6. Карпунов Е. Г. , Мурахин Л. Н. . Передов М. А. , Пылинин Г: Е Исследование параметроь войн напряадний в корпусах средств инициировния. //В сб.: "Информация о новых поступлениях литературы". -М. . 1979. -N8-9. '

7. Мнкярь^в В. П. , Нефедов Ы А. , Сенюыкин Ь. Б. Расчет объемов воронки разрушения на основе гидродинамической модели действия взрыва в массиве. //ФПГП. - Всесоюзный межвузовский сборник, вып. 7,1979,с. 20-25. * '

8. Егоров М. Г., Карпунов Е. Г., Нефедов М. А. и др. Эффективность действия зарядов ВВ о кумулятивными выемками при проведении экранирующей щели ча карьерах. Тезисы докладов на Всесоюзном совещании " йе<юды?ов?лиз энергии в&рыва в на-Iчадном хозяйстве". ГК АН СССР, ТСил/си, 1981.

9. А. С. и 10С99Я2 "Способ отбойки торных пород. 1982, соавторы: Брутмчн Ь. К . Гулйннн В 5.

10. Сь.чеа В. В, Нефедов !«. А. , Карпунов Е. Г. , Мурахин А. II Конструкция наряда для механизированного заряжания контурных оккатан., /Исследование, разработка и эксплуатация нового горного оборудования. .3. , 158?. -п. 76-80.

.. Ершов А. 2. , Нефедов М. А. .Пьшшии В. Н., Мурахин А. Н. Комплекс аппаратуры, для намеренья кинетических параметров быстропро-прессов. // йифогнагдоянкй листок о научно- техни-'т-.'ких достигииих, N ЯР.-ШО. 19&3.

12. Мурахин А. П. .Карпунов Е. Г. , Нефедов М. А,, Пшшнкн В. Н. К «опросу о разрушении горных пород удлиненными кумулятивными обрядами. //Кзрывняч отбойка нгч рудниках Х^ш;. Ал- ушы. ¡Л Л11 ссор, V:с. оЗ-40.

13. Нефедов М. А., Ковалевский В. Е , Мурахин A. IL , Шлинин В. Е Пзраметры воздействия удлиненных кумулятивных зарядов на горные породы,//Записки ЛГИ, Л-1984. -т. 99. с. 71-75.

14. Леев Е. А. .Нефедов М. А., Пылинин Eli Исследование формирования энергетического поля в горных породах при взрыве кумулятивных зарядов с продольной выемкой. //В кн.: Совершенствование проектирования и производства горных работ с применением контурного взрывания.-Апатиты: из-во КФ АН СССР. -1904г. -с. 53-58. - •

15. Нефедов М А., Ковалевский Е Е Оценка воздействия кумулятивных зарядов на. горную породу. Тезисы докладов ВНТК "Перспективы развития технологии разработки рудных месторождений". МГИ, Москва, 1985, с. 43.

16. Мурахин А. Е, Ковалевский ER, Нефедов М.А. Особенности образования первичных трещин в процессе разрушения горных пород удлиненными кумулятивными зарядами.//Подземная разработка полезных ископаемых Кольского полуострова. Апатиты. КФ АН СССР, 1985. С. 88-92.

17. Ковалевский Е Е , Мурахин А. Е , Нефедов М. А.. Пылинин & Е Система автоматизированного проектирования удлиненных кумулятивных зарядов для разрушения горных пород //В кн.: Совершенствование технологических процессов при подземной разработке монщых рудных месторождений. Апатиты: из-во КФ АН СССР.-1986. -с. 86-89.

18. Мисник КХ М. .Нефедов М. А. .Ковалевский В. Е Опыт применения зарядов направленного действия при проходке горных вырабо-

k ток. Тезисы докладов ВНТС "Научно-технический прогресс на горных предприятиях цветной металлургии", Ереван, 1986, с, 64-65.

19. Сыч«в В. В, Нефедов li А. , Мурахин А. Е , Ковалевский Е Е К обоснованию применении удлиненных кумулятивных зарядов для направленного разрушения горных пород.// Разработка и внедрение .образования для интенсификации добычи руд. Л. , 1987. -с. 93-97.

20. biyp -л,;» А. Е, Нефедов М. А. , Рыжухин О. А., Рыбакова И. Е Механизм разрушения горних пород удлиненными кумулятивными

- 37 - .

зарядами.//Труды ЛТИ им. Ленсовета, Х.вып. 2, 1988.С.З-11.

21 Мисник Ю.М., Нефедов М. А., Ковалевский ЕН. совершенствование технологии контурного взрывания при проведении внрабо-

--------ток в условиях напряженного^еостояния 7/ Тезисы "докладов I

Всесоюзного семинара, Фрунзе, ФГК, 1987,с. 118-119.

22. Сычев Е В, Нефедов М. А., Рубинович Ч. С. К вопросу повышения производительности труда буровзрывных -работ на карьерах блочного камня. //Высокодроизлодигельное оборудование для открытых и подземных рудьиков цветной металлургии Л. , 1989. -с.:-5-30.

23. Мисник ЕМ., Нефедов М. А., Ковалевский ЕЕ-, Мурахин А. Е

Влияние условий расположения ь шнурах удлиненных кумулятивных зарядов на эффективность разрушения горных пород. //В кн.: Динамические процессы разрушения горных пород.Апатиты. 1989. с. 10-15. .

24. Мисник Ю. М., Нефедов М. А., Ковалевский К Н. Основные закономерности направленного разрушения горных пород удлиненными кумулятивными зарядами //Материалы IX Всесоюиной конференции по механике горных пород, Бишкек, 1989.

25. Сыче в К В, Еефедйв № А., Фомкин М. П. К вопросу определения параметров волнового поля, генерируемого в массиве гидромеханическим ударником. В сб.: Новое горное оборудование для карьера и подъемных рудников цветной металлургии. .Л. , Гип: роникель, 1991,' с. 104-108.

26. 15ефедов К А.. Мурахин А. К , Рыжухан О А. Направленное разрушение горных пород удлиненными кумулятивными зарядами. //В кн.: Разрушение горных пород, Записки ЛГИ, т. 125, Л. , 1991, С. 55-61.

27. Рьиухин О, А., Рухлина Е В. , Нефедов М. А. Перспективы расширения ассортимента промышленных взрывчатых веществ с малым критическим диаметром и низкой скоросгыо детонации. //В кн. : Разрушение горных погад, Записки ЛГИ: т. 125. Л , 1991, с. 87-91.

23. Нефедов М. А. Основные тенденции совершенствования процессов отбойки кристаллоеырья и втучного камня. // Доклады научно-практической конференции по проблемам экономического и со-

циального развития Мамско-Чуйекого региона, Иркутск, 1991, с. 30-41.

29. ■ Нефедов М- А. , Мурахин А. Е , Рухлина Е В. Математическая мо-

дель функционирования шпуровых и скважинных пороховых зарядов. // Физические процессы горного производства С. -Петербург, 1992, с. 50-55.

30. Патент России N 1802957 России,.Бюллетень N 10. 1993, соавторы Котомин А. А., Душенок С. А., Здитовецкий A. R и др.

31. A. A. Kotomln, М. A. Nephedoff, V. N. Uryaev "Granilen" elastic tube charges - a new cartridge for pin-point demolition blasting. Fourth International (JSRM Regional) Rock Fragmentation by Blasting "FRAGBLAST -4", Vienna, Austria. 1993, раде 425-431.