автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение эффективности проведения горных выработок зарядами с продольной кумулятивной выемкой

Северо-Кавказский ордена Дружбы народов государственный технологический университет

;"! г- Л П

1 ' ^ "Д На правах рукописи

^ >■ .-и и

РОСТОВЛНОВ Сергей Эмманукпович

УДК 662.274.5:622.612

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ЗАРЯДАМИ С ПРОДОЛЬНОЙ КУМУЛЯТИВНОЙ ВЫЕМКОЙ

Специальность: 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ - 1996

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Липовой А.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Голик В.И.

кандидат технических наук

Согаев Х.А.

Ведущее предприятие: Садонский свинцово-цинковый комбинат

Защита состоится 23 февраля 1996г. в 14 часов на заседании Северо-Кавказского регионального диссертационного совета Д 063.12.01 при Северо-Кавказском государственном технологическом университете по адресу: 362021, PCO-Алания, г.Владикавказ, ул.Николаева, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ". /9« JZ&dqfa 1996г.

Ученый секретарь СКРД совета,

кандидат технических наук

В.В.Сергеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С помощью буровзрывных работ добывается до 70% объема полезных ископаемых, проводятся около 98% выработок на горнорудных предприятиях и более 50% на угольных. От скорости проведения горных выработок зависит ритмичность работы рудников, своевременная подготовка новых горизонтов и сроки реконструкции предприятий. Буровзрывные работы определяют эффективность операций проходческого цикла и влияют на технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий. Одной из главных причин низкой эффективности проведения выработок является неполное использование энергии взрывчатых веществ (ВВ) в цилиндрических шпуровых зарядах, в которых коэффициент полезного действия энергии не превышает 36%. С учетом значительного объема проходческих работ разработка способов повышения эффективности шпуровых зарядов приобретает особую актуальность.

Цель работе!. Совершенствование технологии проведения горных выработок за счет повышения эффективности использования энергии взрыва шпуровых зарядов.

Основная идея работы. Исследование и разработка способов и устройств для создания кумулятивной выемки вдоль заряда при пневмо-ззряжанни шпуров для последующего использования эффекта продольной кумуляции.

Методика исследований. Применен комплексный метод нссле-тованин, включающий обобщение и анализ ранее выполненных работ, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и троизводственных условиях, разработку устройств и способов создания ¡арядов новой формы. Обработка и анализ экспериментальных данных произведены методами математической статистки с использованием

ЮМ.

Научные положения, выносимые на защиту, полученные лично юискателем: •

1. Получены качественные характеристики распределения пото-:а энергии взрыва плоских, различных по форме поперечного сечения *оделей шпуровых зарядов и определена оптимальная конфигурация •.умулятивной выемки полукруглой формы, описанной радиусом, рав-:ьш радиусу шпура.

2. Установлена картина действия ударной волны и продуктов .етонэции зз фокусом кумуляции в направлении свободной поверх-

кости, представленная полостью выброса с вершиной в фокусе куму ляпни, ограниченной поверхностями, перпендикулярными касатслыш! к кумулятивной выемке но линиям ее контакта со стенками шпура.

3. Разработан способ "гладкого" оконтуривания горной выра ботки шпуровыми зарядами с продольной кумулятивной выемкой включающий бурение полного комплекта шпуров, их пневматически заряжание гранулированным ВВ с одновременным формирование» продольной кумулятивной выемки с определенной ее ориентацией оконтуривающих шпурах с помощью разработанного устройства I разновременное взрывание заряженных шнуров.

4. Получены зависимости скорости смешения горного массив, от направления фокуса кумуляции взрываемых зарядов с продольно) кумулятивной выемкой, а также для сплошных цилиндрически: зарядов, в функции от расстояния до них, описываемые гиперболой.

Обоснованность и достоверность научных положений, нывош и результатов подтверждается использованием совокупности общепрн нйтых методов исследований, удовлетворительной (не менее 85%) схо димостью результатов расчетов и измерений, реализацией в промыт ленных масштабах.

Научная новизна работы:

1. Качественные характеристики распределения потока энерпн взрыва, различных но форме поперечного сечения шпуровых зарядов получены путем взрывания плоских зарядов разной конфигурации н, поверхности пластичного материала.

2. Картина действия ударной волны и продуктов детонации з; фокусом кумуляции установлена для продольной кумулятивной выемк! полукруглой формы с фокусом кумуляции на образующей стенк* шпура.

3. Разработанный способ "гладкого" оконтуривания выработк« шпуровыми зарядами с продольной кумулятивной выемкой отличаете: тем, что одна пз поверхностей, образующих полость выброса ир» взрыве, направлена по проектному контуру выработки, а взрывани« оконтуривающих шнуров осуществляют последовательно в направленш второй поверхности.

4. Зависимости скорости смещения горного массива от взрыв; шнуровых зарядов, в функции от расстояния до них, установлены лл; ¡аредов с продольной кумулятивной выемкой в направлении фокус; кумуляиии и лиаметрал.'.но ему противоположном, а также для силош пых гилпндричсских зарядов.

Новизна научных положений подтверждена тремя авторскими вндетельствами СССР: №№ 746111, 883420, 142878.

Значение работы. Научное значение работы:

1. Установленная оптимальная конфигурация кумулятивной вы-мки, обеспечивающая максимальную концентрацию энергии взрыва ак-ивной части заряда на образующей стенке шпура позволила разрабо-ать способ и устройство .для формирования ее вдоль шпура.

2. Установленная картина действия ударной полны и продуктов гтонации за фокусом кумуляции позволила разработать способ окон-уривания горной выработки зарядами с продольной кумулятивной вы-

'лкои.

3. Разработанная технология оконгуривання выработки шпуро-ыми зарядами с продольной кумулятивной выемкой, обеспечивающая тадкий контур проходимой выработки, позволила снизить действие иергин взрыва на законтурный массив, увеличить устойчивость и срок пужбы выработки и улучшить другие ТЭП проходки.

4. Установленные зависимости скоростей смещения горного мас-ива и сжимающих напряжений от действия продольных хумулятивных урядов в направлении фокуса кумуляции позволили разработать новую гхнологню взрывания, обеспечивающую увеличение коэффициента ис-ользования шпура (к.и.¡п.), компактный навал, равномерное дробление зрной массы и гладкий контур проходимой выработки.

Практическое значение. Устройство для формирования лро-ольнон кумулятивной выемки в шнуровых зарядах (УФПЗ) допущено постоянному применению Госгортехнадзором СССР (письмо от 9.05.81 г. N05-27/215), изготовляется серийно и внедрено на ряде гор-одобывающих предприятий. Технология оконтурнвания выработок с спользованием УФПЗ учтена в "Типовых отраслевых паспортах БВР ри проведении выработок на рудниках МЦМ СССР" (Москва, 1987 г.). азработана технология буровзрывных работ (БВР) (паспорта БВР) с липовыми прямыми врубами при применении зарядов с продольной умулятивной выемкой.

Реализация работы. Технологии формирования компактного авала горной массы и оконтурнвания горных выработок при их роведении с использованием УФПЗ внедрены на рудниках 'орильского ГМК, Сядомского СЦК, Лснинабадского ГХК, Дукатского ОКа, Хруст альпенского ГОКа и управления "Кавдапомнт". 'Общий

экономический эффект от внедрения составил 694,3? тыс.руб. в цена? до 1991г. - '

Апробация работы. Основные положения работы и результата исследований докладывались в СКГТУ (СКГМИ) (г.Владикавказ, 1975199.5гг.), НТССадонского С1ДК (пос. Мизур, 1977-1984гт.), на X конференции молодых ученых в ИПКОН АН СССР (г. Москва, 1981г.), научно-технической конференции "Проблемы развития ТВМК' (г.Тырныауз, 1984r,), VIH Всесоюзной конференции по механике горных пород (г.Тбилиси, 1985г.)» НТС института ВНИИЦветмет (г.Усть-Каменогорск, 1984-1986гг.), НТС института Кавказгапроцветмет (г.Владикавказ, 1990г.), НТС Норильского ГМК (г.Норильск, 1984г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 3 авторских свидетельствах на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 116 наименований, содержт 200 стр. машинописного текста, 13 таблиц, 36 рисунков и 4 приложения на 106 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Взрывные работы применяются в качестве основного средства разрушения горных пород при проведении выработок. Большой вклад в науку о взрыве внесли отечественные ученые Лаврентьев М.А., Садовский М.А., Зельдович Я.Б., Покровский Г.И., Баум Ф.А., Станюкович К.П., Ханукаев А.Н„ Родионов В.Н., Мельников Н.В., Димедюк Г.П., Друкованный М.Ф., Беляев А.Ф., Андреев К.К. и другие.

Анализ литературных источников показал, что работа взрыва в твердой среде проявляется в разных формах, из которых сейсмические колебания, воздушные ударные волны, пластические деформации и переизмельчение горной породы на контакте с зарядом ВВ - вредные сопутствующие явления, на которые расходуется больше энергии взрыт ва, чем на полную работу, что ограничивает коэффициент полезного использования энергии ВВ в сплошных цилиндрических зарядах от 4 до 36% н снижает эффективность проведения горных выработок.

Известно, что энергия взрыва распространяется перпендикулярно наружной поверхности заряда и при вогнутой поверхности энергия взрыва концентрируется, образуя кумулятивный поток с высокой разрушающей способностью. Ряд исследований показал, что

пуропые заряды с продольной кумулятивной выемкой намного зфсктнвнее сплошных цилиндрических, но область применения юдольных шпуровых кумулятивных зарядов ограничивается достаточной изученностью.

Для достижения поставленной цели решаются следующие за-

чи:

разработка устройства дли механизированного формирования в пуровых зарядах продольной кумулятивной выемки с требуемой шентацией ее положения по сечению шкура, которое не должно т.ожнять технологию механизированного заряжания шпуров и снижать юизводителыюстъ труда на этой операции;

проведение всех регламентированных видов испытаний УФПЗ 1Я получения разрешения Госгортехнадзора на постоянное примемте;

исследование характера действия взрыва продольного куму-гтнвного шнурового заряда во врубовых и оконтуривающих шпурах, шяиие его на гранулометрический состав отбиваемой горной массы и 1раметры навала;

разработка паспортов БВР при применении шпуровых зарядов с зодольной кумулятивной выемкой.

Для определения оптимальной конфигурации кумулятивной ш-!кн проведена серия экспериментов но взрыванию плоских, различных э форме поперечного сечения шпуровых зарядов на пластичном атериале (свинцовых пластинах), позволяющем зафиксировать картину определении потока энергии. Испытана 21 разновидность формы эперечного сечения зарядов, в результате чего установлено, что мак-шальную концентрацию энергии активной части заряда на образующей поверхности взрывной полости (стенке шпура) - в фокусе кумуля-ии, производит кумулятивная выемка полукруглой формы, описанная дли усом, равным радиусу шпура (рис.!) При этом установлено, что за окусом кумуляции продукты взрыва преломляются и формируют зону угаспого действия, образующие поверхности которой располагаются од теми же углами, под которыми аккумулировался в фокусе поток 1ергии кумулятивной газовой струи.

При решении задачи но созданию устройства были разработаны гхиичсские требования и техническое задание на его разработку. Для •ормировапия вдаль шпурового заряда кумулятивной выемки в роцесее ниевмозаряжания гранулированным ВВ использован принцип

Рис.

1.

Рсчул.i.Tai нчрына чаряла с кумучяiiinimii выемкой нолукрм.loii формы на сншшонои и.истине.

отклонения потока ВВ наклонной площадкой жесткого стержня определенной формы, который крепится к концу зарядной трубки пневмозарядчика и вводится с ней в шпур до упора. Затем обычным способом ведется пневмозаряжанне шпуров и по мере вывода из шпура зарядной трубки извлекается и стержень, оставляя за собой вдоль шпурового заряда полость, повторяющую его форму (рис. 2). Сложность конструктивного решения постаатенной задачи заключалась в выборе оптимального угла наклона площадки жесткого стержня, отклоняющей коток ВВ, и его длины в зоне формирования кумулятивного заряда, которые тесно взаимосвязаны условием обеспечения плотности ВВ и механической устойчивости продольной кумулятивной выемки. В процессе графопостроений и экспериментов установлен оптимальный угол наклонной площадки жесткого стержня (0Сп=4,5°), отклоняющий поток ВВ л его длина (430-450мм). Экспериментально установлено, что процесс заряжания шпуров с использованием УФПЗ практически не отличается от известного с использованием пневмо-зарядчиков без этого устройства. Для серийного изготовления УФПЗ с целью применения в горнорудной промышленности разработаны технические условия, проведены стендовые, лабораторные исследования и производственные испытания на рудниках Норильского ГМК, Садонского СЦК. Лешшабадского ГХК, Дукатского и Xрусталы¡ейского ГОКов. В результате успешного проведения вышеуказанных работ Госгортехиадзором СССР устройство УФПЗ допущено к постоянному применению.

Лабораторными исследованиями установлена возможность формирования продольной кумулятивной выемки с помощью УФПЗ в любом положении по сечению шпура, а также определена ее устойчивость при динамических воздействиях (взрывах) и плотность заряжания шпуров при различном увлажнении ВВ. Стендовые испытания проводились на полигоне зарядной техники СКГМИ. Взрывные полости имитировались толстостенными стеклянными и полихлорвиниловыми трубками диаметром 39 и 56мм, заряжание которых осуществлялось пневмозарядчиками тина "Курама" и ЗП-2 имитатором взрывчатого вещества - «гранулированной аммиачной селитрой марки Б по ГОСТу 2-65. Установлено, что с помощью УФПЗ кумулятивная выемка легко формируется в любых наложениях по сечению шпура, при этом кумулятивный заряд сохраняет свою форму при динамических воздействиях, а расход гранулированного ВВ в шнуре уменьшается на 30-40% в зависимости от его диаметра и формы хумуляттшои выемки.

Рис. 2. Устройство УФПЗ и способ формирования продольной кумулятивной выемки в шпуровом Заряде ВВ.

I- кольцевой патрубок; 2- жесткий стержень; 3- наклонная площадка; 4- продольные пазы; 5- наклонные каналы; 6- зарядны^ трубопровод; 7- контргайка; 8- заряд ВВ; 9- продольная воздушная полость.

В связи с ;„м, что добавление воды уменьшает пылеиие при ¡шевмозаряжании. а также увеличивает плотность заряжания, возникла необходимость определения рациональной степени увлажнения ВВ, Методика экспериментов предусматривала определение насыпной плотности и плотности заряжания макетов шпуров без устройства УФПЗ и с его применением при различнее увлажнении .заряжаемого материала (имитатора ВВ и гранулита АС-&). Обработка экспериментальных данных позволила получить математические зависимости плотности заряжаемого материала от степени его увлажнения, которые с достаточной степенью точности аппроксимируются в виде уравнений регрессии, адекватных экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05:

а) для имитатора ВВ (насыпная плотность):

р'я 0,653- 0,04 1ц+ 0,0 13ц/ (1)

б) для ВВ типа АС-8 (насыпная плотность):

р1^ 0,37 1 - 0,029ц + 0,01 1ц/ (2)

Построенные по данным уравнениям кривые (рис.3,а) показывают, что характер зависимостей практически одинаков для имитатора н АС-8. При увеличении влажности до 1-1,5% насыпная плотность, но сравнению с плотностью при нулевой влажности, уменьшается, а затем, при увеличении влажности, резко возрастает. Это явление можно объяснить тем, что «начале оболочка i ранул и покрывающая их пылъ (мелкая фракция) начинают разбухать, увеличивая свой объем. При дальнейшем увеличении влажности оболочка гранул и обваадкивающая их пыль растворяются, диаметр 1ранул уменьшается, гранулы плотнее упаковываются. а раствор заполняет пространство между ними, что приводит к увеличению насыпной плотности. Подобная картина наблюдается и при пневмозаряжаиии взрывных полостей сплошными цилиндрическими зарядами и зарядами с продольной кумулятивной выемкой.

По результатам -экспериментов получены математические зависимости плотности заряжания (г/см^) от степени увлажнения заряжаемого материала (%) при заряжании шпуров и екглжин имитатором ВВ и ВВ (АС-8) сплошными цилиндрическими зарядами и зарядами с продольной кумулятивной выемкой, графики которых представлены на рис. 3 и 4.

Аначнз зависимостей 3 и 4 (рис.4,а) показывает, что при аналогичном характере изменений плотность заряда с продольной кумулятивной выемкой на I-ниже, чем сплошного цилиндрического, что объясняется потерей части кинетической оперши потока транспортиру-

а) б)

Рис. 3. Зависимость плотности заряда (р) от влажности заряжаемого материала {)!). а) насыпной плотности; б) плотности заряда, зарядчик ЗП-2, с!( = 56мм,

1 - имитатор ВВ; 2- ВВ типа АС-8 (заряд колонковый); 3- имитатор ВВ; 4- ВВ типа АС-8 (заряд кумулятивный).

ем ого ВВ за счет увеличения подпора отработанным сжатым воздухом во время формирования заряда.

График« на рис.4,б показывают, что плотность заряда с кумулятивной выемкой начинает интенсивно нарастать при увлажнении свыше 2% , тогда как при сплошном цилиндрическом заряде такой рост наблюдается при увлажнении свыше 1%. При предельном увлажнении плотность зарядов обеих форм практически одинакова и не зависит от типа зарядчика. Кривые 3 и 4 (рис. 3,6) показывают, что увеличение плотности заряда происходит с ростом увлажнения ВВ, хотя при влажности более 3% плотность сплошного цилиндрического заряда растет более интенсивно и достигает при предельном увлажнении, а

в заряде с продольной кумулятивной выемкой плотность несколько ниже - 1,15г/смЗ.

Проведенные эксперименты изволили установить, что плотность шпурового и скважного зарядов с продольной кумулятивной выемкой возрастает по мере увлажнения ВВ независимо от типа применяемых зарядчиков, хотя оказывается на 1-6% меньше, чем при сплошном цилиндрическом заряде, формируемом этими же зарядчиками при таком же уачажнешш.

Исследования но определению нанраачения н характера действия взрыва заряда ВВ с продельной кумулятивной выемкой при взрывании врубовых шнуров проводились в производственных условиях на первом участке Лрхонского рудника Садопского СЦК. Взрывание шпуров в вертикатыгом клиновом врубе велось с замером и фотографированием результатов после каждого взрыва. После взрывания всех врубовых шнуров (рис. 5,а) фиксировалась образовавшаяся полость вруба и только после этого взрывались остальные шпуры. Конструкция заряда во всех врубовых шпурах была одинаковой - первым в шпур досылался патрон-боевик из аммонита Ктб ЖВ, а дапее зарядчиком "Курама" с устройством УФПЗ шпур заряжали гранулитом АС-8, направляя пыемку в сторону врубовой полости. Забойка не применялась. Как показали эксперименты, при взрывании первого врубового шнура отрыв горной массы происходит в сторону кумулятивной выемки. Угол раствори полости выброса состаатает 100-120°. Остается "стакан" глубиной 1520см, однако горный массив со стороны действия кумулятивной выемки интенсивно разрушен (рис. 5,6). Результаты действия взрыва второго врубового шпура близки к результатам первого. Поскольку расстояние между шпурами 1 и 2 было равным 80см., то сплошной-полости не

а)

б)

0,95

0 1,0 2,0 3,0 4,0^,7.

0 1,0 2,0 3,0 4,0

Рис. 4. Зависимость плотности заряда (р) от влажности заряжаемого материала (Ц). а) зарядчик "Курама-7м'\ с1ш=39мм.; б) зарядчик ЗП-2, с1ш=39мм. ^. 1- имитатор ВВ; 2- ВВ типа АС-8 (заряд колонковый); 3- имитатор ВВ; 4- ВВ тина АС-8 (заряд кумулятивный).

Рис. 5. Результаты взрывания врубовых шпуров с продольными кумулятивными зарядами.

а) схема расположения шпуров;

б) норного шнура в к.ншовом врубе;

в) днул ишурот* в клпноьом врубе.

образуется, но массив между полостями выброса оказывается сильно раздробленным (рис. 5,в).

При взрывании остальных четьТрех шпуров вруба (3,4,5,6) мае? сив между полостями выброса первых двух шпуров разрушается и образуется сплошная врубовая полость. Замеры показали, что во врубовых шпурах остаются "стаканы" глубиной 12-20см, однако, после взрывания вспомогательных и оконтуривающих шпуров забой выравнивается и "стаканы" уменьшаются до 3-5см, а после оборки забоя они исчезают. Испытан также прямой (параллельный) вруб а породах с коэффициентом крепости 1=12-14. Вокруг скважины диаметром с!«в=85мм параллельно бурили четыре шпура на глубину, превышающую глубину скважины на 400-500мм. Расстояние между скважиной и шпурами изменялось в пределах (2,5-5,ОЗ&кв. Кумулятивную полость ориентировали в сторону компенсационной скважины.

Производственные испытания показали, что разрушающая способность зарядов 'с продольной кумулятивной выемкой в прямом врубе в 1,47 раза выше, чем у сплошных цилиндрических зарядов, то есть л. н. с. увеличивается почти в 1,5 раза. Увеличение л. н. с. врубовых и вспомогательных шнуров позволяет сократить их число в 1,171,25 раза, а расход ВВ на комплект шпуров в 1,3-1,4 раза. Установлено, что за счет фугасного действия сачошного цилиндрического заряда, размещенного в забое врубовых шпуров, горная масса, измельченная действием взрыва зарядов с продольной кумулятивной выемкой, полностью удаляется из врубовой полости, а коэффициент использования врубовых шпуров увеличивается от 0,7 до 0,98. Выяаченные закономерности позволили рекомендовать разработанную конструкцию комбинированного продольного кумулятивного заряда в прямом врубе для проведения выработок с использованием ковшовых ПТМ при увеличении глубины шпуров до 3-3,5мм.

Характер влияния продольных шнуровых кумулятивных зарядов на степень дробления и параметры навала отбиваемой горной массы исследовался на рудниках Садонского СЦК и Норильского ГМК в различных горнотехнических условиях. Анализ экспериментов показал, что степень дробления и параметры навала отбитой горной массы в проходческих забоя ¿^зависят не только от конструкции вруба, но и от конструкции шпуровых зарядов. При прочих равных условиях заряды с продольной кумулятивной выемкой увеличивают выход мелких фракций (100-400мм) на 30-40%. Длина навала уменьшается с 7 до 5м, а отбитая горная масса располагается под углом 40-45° (против 20-25°

при клиновом.; врубе со сплошными цилиндрическими зарядами). Экспериментально установлено, что наиболее эффективным является прямой вруб, с центральной незаряженной скважиной и параллельными ей врубовыми шпурами с продольными кумулятивными зарядами.

При проведении выработок большое внимание уделяется качеству их контура, Т. е. точности соблюдения проектного сечения выработки и уменьшению нарушенное™ ее поверхности. При переборе сечения возрастают затраты труда на уборку и транспортировку горной массы, перерасход бетона на крепление и т. д. Значительная неровность поверхностей затрудняет применение прогрессивных видов крепи (торкретирование, штанги), снижает устойчивость выработок, повышает аэродинамическое сопротивление. На основании изучения характера действия взрыва зарядов с продольной кумулятивной выемкой в оконтури-ваюших шпурах появилась возможность решить задачу создания "гладкого" контура с их помощью. Экспериментальные работы по взрыванию оконтуривающих шпуров проводили на рудниках Садоиского СЦК и Норильского ГМК. В процессе экспериментальных работ установлено, что при взрыве заряда с продольной кумулятивной выемкой поток энергии концентрируется в фокусе 4, производя здесь максимальнее пробивное и дробя шее (бризантное) действие (рис. 6).

За фокусом 4 способность высокого пробивного и дробящею действия газовой кумулятивной струи ослабевает, а действие ударной волны и продуктов детонации (взрывных газов) проявляется в виде фугасного эффекта с образованием системы трешин 5 и полости выброса 6, образующие поверхности 7 которой располагаются г ¡ал теми же углами, под которыми собирался в фокусе поток энергии кумулятивной газовой струи. Максимальный дробящий (бризантный) эффект взрыва кумулятивного заряда наблюдается в том случае, когда фокус газовой струи располагается на образующей поверхности шпура 8. Это возможно лишь в том случае, когда поверхность продольной кумулятивной выемки шнурового заряда 9 имеет полукруглую форму, описанную радиусом Г, равным радиусу шнура К, из точки, лежащей на образующей поверхности шпура. Так как ударная волна и продукты детонации распространяются перпендикулярно поверхностям, образующим заряд, то только кумулятивная выемка, описанная дутой с радиусом Г=К, фокусирует энергию кумулятивной газовой струи иод углом 120° на

расстоянии Г от продольной оси шпурового заряда, т. е. на образующей поверхности шпура.

_8_

10

в г \ ж^Р '^Л шп

Рис. 0. Процесс развития полости выброса при взрывании заряда с полукруглой формой продольной кумулятивной выемки.

1- продольная кумулятивная выемка; 2- продольная плоскость симметрии выемки; 3- плоскость обнажения; 4- фокус; 5- система трещин; 6- полость выброса; 7- образующие поверхности полости выброса; 8- поверхность шпура; 9- поверхность продольной кумулятивной выемки; 10- заряд ВВ в шпуре.

Установлено, что при взрывании шпуровых зарядов с продольной кумулятивной выемкой в крепких породах (f=8-!6 по шкале М.М. Протодьяконова) л. н. с. до дополнительной поверхности обнажения 3, при которой формируется под углом 100-120° полость выброса, находится в интервале от 12 до 18 диаметров шпура (Dum). При л. н. с. <12Dum объем полости выброса незначителен, т. е. энергия кумулятивной газовой струи используется не полностью. При n.h.c.>18Duin энергии кумулятивной газовой струи недостаточно для образования полости выброса, горная масса в ней лишь разбита; системой трещин, но не выброшена. При увеличении крепости пород от f=8 до f=16 наблюдается уменьшение угла между поверхностями, обра-зующимн полость выброса, до 100°.

Экспериментально установлено (рис. 7), что для получения "гладкой" поверхности выработки по проектному контуру, при использовании зарядов с продольной кумулятивной выемкой, необходимо ориентировать ее продольную плоскость симметрии 2 под углом 50-60° к поверхности выработки 11 так, чтобы при взрывании зарядов одна из из поверхностей, образующих полость выброса, была направлена по проектному контуру выработки 12. Тогда при последовательном взрывании оконтурииающих шнуров, каждый последующий заряд будет разрушать выступы на поверхности проектного контура, оставшиеся после взрывания предыдущего оконтуриваюшего шпура. Необходимая ориентация продольной плоскости симметрии достигается при формировании продольной кумулятивной выемки в заряде ВВ поворотом жесткого стержня 13 устройства в процессе пневмозаряжания оконтуривающих шпуров. ■

При таком способе оконтури$ания горной выработки требуется обурить и взорвать меньшее,, чем в известных способах, число оконтуривающих шпуров, поверхность выработки получается ровной, воздействие ударной волны и продуктов детонации на законтурный массив сводится к минимуму, 41 о повышает устойчивость и срок службы выработок, уменьшает затраты fia их поддержание в безопасном состоянии, а перебор проектного сечения сводится к минимуму.

Полученные экспериментааьно картины распределения энергии вокруг плоских зарядов различной конфигурации выявили качественный характер процесса. Для определения количества энергии, распределяющегося при взрыве продольных кумулятивных зарядов в направлении фокуса кумуляция и диаметрально ему противоположном, а также вокруг сплошных цилиндрических зарядов 'в функции от расстояния до

Рис. 7. Ориентация продольной плоскости симметрии кумулятивной выемки к поверхности выработки.

11-поверхность выработки;

12- проектный контур выработки;

13- устройство УФГ13.

них) проведены эксперименты на Архонском руднике Садонского СЦК в породах с крепостью f=12-15. Замерялись значения радиальных скоростей смещения массива, которые позволяют рассчитывать максимальные радиальные напряжения (стг тах) по формуле, известной из теории упругости:

Pi 2

Or шах = — -Cp-Ur шах, К г/С M (3)

О

где Р| - плотность породы, кг/см^;

g - ускорение свободного падения, м/с2 ;

Ср - скорость продольной волны, м/с;

Ur max - максимальная скорость смещения, м/с.

В рёзультате обработки экпериментальных данных получены математические зависимости максимальных скоростей смещения массива от относительного расстояния до зарядов Ur шах= f(r), графики

которых представлены на рис.8 и которые с достаточной степенью точности апроксимируются в виде уравнений регрессии, адекватных экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05:

а) для зарядов с продольной кумулятивной выемкой в направлении фокуса кумуляции:

Ur max--4,8 + 415,86^, (4)

б) для зарядов с продольной кумулятивной выемкой в направлении, диаметрально противоположном фокусу кумуляции:

Urmax = -2,4614 + 171,77li, (5)

в) для сплошных цилиндрических зарядов:

Ur max = -4,3636+282,88^. (6)

В данных зависимостях относительное расстояние г = —,

Ro

где: Г-расстояние от основания датчика-акселерометра до заряда (мм), Ro-радиус заряда (мм).

Коэффициенты при Г показывают количество энергии (в отно-

:ительных единицах), распределяющейся в направлении датчиков-аксе-юрометров при взрыве зарядов различной конфигурации.

Анализ выражений 4 и 6 показывает, что скорости смещения, а хледовательно и напряжения в массиве при взрыве зарядов с продоль-

16

12

8

4

0 20 30 40 50 ^

Рис. 8. Зависимость скорости смещения массива от расстояния до зарядов.

1- кумулятивный заряд, ориентированный в направлении дат-

чиков-акседерометров; 2- сплошной цилиндрический заряд;

3- кумулятивный заряд, ориентированный в направлении противоположном датчикам-акселерометрам.

-

11

г \

»

ной кумулятивной выемкой в напраалении фокуса кумуляции в 1,47 раза превышают эти же параметры при взрывании сплошных цилиндрических зарядов.

Напряжения, возникающие в массиве со стороны, диаметрально противоположной фокусу кумуляции, в 1,65 раза ннже, чем вокруг сплошных цилиндрических зарядов (5 и б). Напряжения в массиве при взрыве заряда с продольной кумулятивной выемкой в направлении фокуса кумуляции в 2,42 больше, чем в диаметрально противоположном (4 и 5).

Полученные количественные значения подтверждают сделанные ранее, на основании качественной картины распределения энергии вокруг зарядов различной конфигурации, выводы о целесообразности применения продольных кумулятивных зарядов для оконтуривания горных выработок.

В результате опытно-промышленных работ при проведении выработок с применением шпуровых зарядов с продольной кумулятивной выемкой разработаны новые типовые паспорта БВР и определены основные формы и размеры сечений выработок, что на Садонском СЦК позволило сократить число применявшихся ранее типов сечений в два раза. Типовые паспорта БВР для условий ССЦК разработаны для двух встречающихся интервалов крепостей Г=б-10 и Г=10-14 и отдельный паспорт для Г=16.

Уменьшение взрываемых объёмов гранулированного ВВ на 1 М3 проходимых выработок за счёт применения зарядов с продольной куму-1ЯТИВИ0Й выемкой снижает количество выделяемых при этом тохеич-гых газов и пыли, что улучшает экологическую обстановку конкретных горнодобывающих предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены научно обоснованные тех-щческие и технологические решения актуальной задачи повышения ффектнвности проведения горных выработок за счёт более полного [спользования энергии взрыва шпуровых зарядов созданием в них про-олыюй кумулятивной выемки специальной формы.

Выполненные исследования и внелрённые разработки позволили формулировать следующие основные выводы:

Более полное и направленное действие энергии взрыва достается использованием эффекта кумуляции шпуровых зарядов с продо-

льной выемкой полукруглой формы, создаваемой в ироцессе пневмоза-ряжания шпуров гранулнрованнымиВб.

2. Продольная кумулятивная выемка в шпуровом заряде формируется посредством устройства, не снижающего производительности пневмозаряжания шпуров.

3. Выявленные закономерности формирования зоны фугасного действия за фокусом кумуляции, представленные полостью выброса, образущие поверхности которой исходят из фокуса кумуляции под углами 100-120°, позволяют "гладко" оконтуривать горную выработку с уменьшением перебора проектного сечения выработки на 7-10%.

4. Разрушающее действие продольных кумулятивных шпуровых зарядов в направлении фокуса кумуляции в 1,47 раза выше, чем сплошных цилиндрических, что сокращает число шпуров в комплекте в 1,171,25 раза, а расход ВВ в 1,3-1,35 раза.

5. Количество энергии, выделяемое при взрыве продольного кумулятивного заряда в направлении, диаметрально противоположном фокусу кумуляции, в 2,42 раза меньше, чем в направлении фокуса и в 1,65 меньше количества энергии, распределяющегося вокруг сплошных цилиндрических зарядов, что снижает воздействие взрыва на законтурный массив при взрывании зарядов с продольной кумулятивной выемкой в оконтуривающих шпурах.

6. Разработанная технология БВР с клиновыми и прямыми врубами, отбойными и оконтуривающимн шпурами с продольными кумулятивными зарядами обеспечивает: увеличение к.и.ш. в среднем на 5%; формирование компактного навала с равномерным дроблением горной массы, что повышает на 20-30% производительность ковшовых погрузочных машин; уменьшение затрат на крегшение л поддержание выработок; снижение аэродинамического сопротивления выработок. '

7. Уменьшение количества взрываемого ВВ при проведении выработок с использованием продольных кумулятивных зарядов улучшает экологическую обстановку горнодобывающих предприятий и атмосферы в целом.

8. Суммарный экономический эффект от использования результатов диссертационной работы на ряде горнодобывающих предприятий, подтверждённый актами внедреиня, составил 694,37 тыс. рублей в ценах до 1991.

9. Технология проведения горных выработок зарядами с продольной кумулятивной выемкой внедрена па рудниках Садонекого СЦК, Норильскою ГМК, Леиннабадского ГХК. Дукатского и

Хрустальненского ГОКов, Управления "Каваоломит". По запросам более 30 предприятий горнодобывающей промышленности высланы технические описания и инструкции по технолопш БВР с применением УФПЗ, а также сами устройства.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. A.c. 746111 СССР. Устройство для формирования полости в заряде взрывчатого вещества /Липовой А.И., Ростовзнов С.Э.. Дзауров М.А., Итаров Ю.К.. Кертанов Б.О.// Открытия. Изобретения. 1980. №25.

2. A.c. 883420 СССР. Устройство для формирования полости в заряде взрывчатого вещества. /Липовой А.И., Ростованов С.Э., Итаров Ю.К., Кертанов Б.О., Григорьянц Э.А., Каргинов К.Г.// Открытия. Изобретения. 198!. №43.

3. A.c. 1112870 СССР. Способ оконтуривания горной выработки зарядами с продольной кумулятивной выемкой. /Липовой А.И., Ростованов С.Э., Каргинов К.Г., Баскаев H.A., Григорьянц ЭЛЛ 1984. В открытой печати не публикуется.

4. 405 XI. квершлага за месяц. //Цветная металлургия, 1976, №13. С. 5-7. (Соавторы Липовая Т.Б., Итаров Ю.К. и др.)

5. Исследование погрузочно-транспортных операций с использованием комплексов оборудования при проходке горизонтальных выработок. //Межвузовский сборник статей "Подземная разработка жильных месторождений". Орджоникидзе, 1978, С. 19-23. (Соавторы Липовой А.И., Шурышкин А.Г.)

6. Результаты экспериментальных работ по оформлению контура выработки продольными кумулятивными зарядами. //Цветная металлургия, 1980, №9 С.6-8. (Соавторы Емекеев В.И., Липовой А.И.).

7. Пути повышения эффективности работы ковшовых ПДМ при проведении выработок //Шахтное строительство, 1981, №3 С. 19-21. (Соавторы Липовой А.И., Дзауров М.А., и др.).

8. Устройство для формирования продольной кумулятивной полости в заряде взрывчатого вещества //Информационный листок №85-81, Сев.Осет. ЦНТИ. 1981. (Соавтор Липовой А.И.)

9. Совершенствование погрузочно-доставочных операции на очистных и проходческих работах //Сб. аннотаций НИР и ОКР ОН ИЛ ВУЗов, выполненных в 1976-1980гг. МЦМ СССР. ЦНИИТЭЦветмет, М.:!981. С.38-39. (Соавторы Липовой А.П.. Шурышкин А.Г.).

10. Внедрение пглуровых зарядов с продольной кумулятивной полостью при проведении горных выработок //Шахтное строительство, 1982, №7 С.24-25. (Соавтор Липовая Т.Б.).

И. Некоторые результаты опытно-промышленных испытаний устройства УФПЗ для формирования продольной кумулятивной полости в заряде ВВ /В сборнике докладов "Проблемы развития ТВМК", Тырныауз, 1984, С.25-26,

32. Способы повышения эффективности разрушения горвого массива при проведении выработок с применением продольных кумулятивных шнуровых зарядов /В сб. УШ Всесоюзной конференции по мехаштке горных пород, Институт Горной механики АН ГССР, Тбилиси, 1S85, С.73-74.

13. Способы повышения плотности заряда гранулированного ВВ с продольной кумулятивной выемкой //Шахтное строительство, 1985, №6, C.10-12. (Соавтор Липовой А.И.)

14. Проведение горизонтальных выработок с использованием продольных кумулятивных зарядов и ковшовых ПТМ /В сб. НТК в честь 50-летия СК1МИ. Орджоникидзе, 1988, С.202-203. (Соавторы Липовой А.И., Пащенко A.B.)

л.'/О Г/о/7 С /< Г ту Тс*/>. ?*00 fiArtgioz а чл . /-А/геи cte&j,