автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка технологии отбойки блоков природного камня зарядами бризантных взрывчатых веществ

, " I ч

Государственной комитет, РСФСР по делай наук:: и высшей иколы Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени горнкй институт имени Г.В. Плеханова' На правах рукописи Зднтовецкий Александр Владимирович

- .РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЯ ОТБОЙКИ КОКОВ ПРИРОДНОГО КАМНЯ ЗАРЯДАМИ БРИЗАНТНЫХ - БЗРЫВЧАТКХ ВЕЩЕСТВ

Специальность 05.15.11 - Физические процессы

горного производства ■ и 05.15.03 - Открытая разработка

месторождений полезных ископаеьшх

Автореферат дисоертац:и на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1991

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена-Трудового Красного Знамени горной институте ииени Г.В.Плеханова.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор .- |Цисни;< Юрий Михайлович]

'.-.'••.' кандидат технических наук, доцент Нефедов Михаил Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Криков Георгий Михайлович кандидат технических наук, гл'авний специалист ПТО "Стройдеталь" ' , Михайлов Геннадий Сергеевич

Ведущее предприятие: Производственное объединение "КарелстроГшатериалы"

Защита диссертации состоится " „¿¿¿¿/Р&^'С 199X г. в / 5 час. шш. на заседании специализированного

совета Д.063.15.01 при Ленинградском горном институте ии.Г.В. Плеханова по адресу: 199026, Ленинград, 21 линия, д.2, ауд. 1160 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского горного института ин.Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан ^-Уу- 1991 г>

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических ниук,

профессор —\/ А с. И.Богуславский

^Мй'оу^'сГ-

! - 3 ~

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Д. Актуальность работы. СССР занимает первое место в мире по запасам природного каиня, причем половина из них приходитоя на крепкие и весьма крепкие породы. В настоящее время запросы строт ительной промышленности на изделия и облицовочные плиты из природного камня удовлетворяются менее чем яа 50#. К тому же обна-pyж^ :ось, что изделия из мягких и средних пород подвержены ин-тенс.вному разрушению,вследствие резко ухудшившейся экологической обстановки. ,В связи с этим, в .строительной индустрии стали пире использовать изделия из гранита как материала, устойчивого к эрозии, физическому и химическому выветриванию, '¿то повлекло за собой расширение разработки гранитных месторождений, что в свою очередь, потребовало совериенствования традиционных методов добычи и создания новых технологий разработки месторождений гранита на блоки. Главная цель разрабатываемых технологий - производство продукции по качеству, количеству и цене, удовлетворяю-аей тпотребителя.

Анализ известных способов добычи блоков из гранита показывает, что только буровзрывной способ может обеспечить потребности промышленности в изделиях и облицовочных материалах из крепких пород.

Применение энергни взрыва зарядов ВВ для добыча блоков в современных оуровзрывных технологиях отбойки имеет ряд существенных недостатков, что приводит, в конечном итоге, к снижению качества камнеблоков и изделий из них. Поэтому проблема совершенствования способов управления направленным разрушающим действием взрыва зарядов ВВ при добыче блоков - одна из ключевых задач любого камнедобнвающего предприятия.

В зтой связи совершенствование и разработка новых технологических схем добычных работ, параметров БЬР на основе исследовании действия энергии взрыва зарядов ВВ на природнге свойства каиня при отбойке блоков является актуальной научной и практической задачей.

Нель раооти состоит б разработке научно-обоснованных требований к иарлмстрац зарядов бризантных ВВ и нара^етроя ЕЕР на нх . основе, иоЕота^пих ■„'•¿ектпБность отбойки камнеблоков п.? крепких

- 4 -

¡пород, а также безопасность взрывных работ.

Идея работы эаютчается в повышении, эффективности отбойки камнеблоков из крепких пород зарядами брияангных ВВ на основе исследования процесса направленного разрушения пород в асимметричное поле напряжений, образованного взрывом зарядов контурного ряда, с позиция кинетических представлений о природе прочности и накопления иикротрещин;

Методы исследования вклсчавг в себя анализ й обобщение современных методов добычи блоков в отечественной и зарубежной практике, способов направленного разрушения пород, аналитические,лабораторные, полигонние исследования селективно-детонирующих конструкций зарядов бризантных ВВ, физико-мехацических свойств пород с поиоиью высокоскоростной киносьеики, электрических методов измерений быстрощютекаодих процессов, основанных на преобразовании механических, параметров среды в. электрический аналог, радиационных методов; промышленные испытания различных конструкций зарядов ВВ и параметров ВВР на их основе.

Научные положения, защищаемые автором:

- направленное разруиение горных пород в асимметричной поле напряжений происходит при нагруяении массива энергией взрыва по достижении некоторой предельной концентрации микро- и иакротре-нин в плоскости отрыва; .

- при отбойке камнеблоков из массива определяициии факторами, влияющими на характер отрыва блока взрывным способом, являюхся давление на стенки ьзрввной камеры, время динамического и квази. статического нагруасния;

- оптимальные параметры нестационарного напряженного состояг ния массива горных пород достигаются выбором конструктивных зле-нентов зарядов ВВ (тип BBi резким детонации заряда, дисперсность компонентов ВВ, . диаметр заряда, радиус, воздушного зазора).

Научная новизна работы заклочиетоя в следущси: .''., - установлено, что процесс направленного разрушения при от. дойке камнеблоков из массива определяется двумя (¡акмрам'.;: волной напряжений и кваэистатическим полей напряжения, создаваемых давлением продуктов взрыва. Причем реиаоцее значение на формирование и рост трекини в ослабленной годной напряжений породе

¡аеаду шпурами (скважинами) оказывает квазистатическое поле яа-¡пряяеяий;

- установлено, что при взрыве селективно-детонируюдих зарядов1 бризантных ВЗ,состоящих из мелкодисперсных и гранулированных компонентов, в ударнур волну переходит 7-15$ энергии, а при ' взрыве зарядов ЧВ, состоящих только из тонкодисперсных компонентов, более 50% энергии;

- разработке научно-обоснованных требований к зарядам бризантных ВВ и параметра»! буровзрывных работ при отбойке блоков из крепких пород;

- разработке методики'расчета параметров буровзрывных работ

с учетом конструктивных элементов заряда ВВ, физико-механических свойств пород в массиве, условий откола блока; • - установлено- различными методами испытаний, что, как при добыче блоков зарядами дымного пороха, так и селективно-детонирув-иими зарядами бризантных ВВ специальных конструкций, зона снижения природных свойств камня вокруг шпура (скваншш) ограничивается двумя-тремя радиусами заряда при шпуровой методе и одним- ' двуая радиусами заряда при сквазшниом методе.

Обоснованность я. достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

-исполь зо!;а1:пвм различных современных физических неделей разрушения горных пород при разработке требований к ВЗ и конструкциям зарядов;

- достаточный объемом лабораторных, полигонных и о пи тиз-промышленных испытаний на гранитах с. различней! >Т<:аико-мехатг-;ее-ии свойства!»! и трещиноватостыз массива э КАССР и ЛеииигрддскоЯ области;

- применением в лабораторных и полигонных экспериментах современной регистрирусщей аппаратуры;

- корректное:тъо постановок задач и использованием щит их ре-# ион:'.'.! методов '{азлчеокого а математического моделирования;

- сравнением результатов расчета с эксперик<знтш!Ы'кчи даччыни;

- достаточной сходимосты! результатов расчета с опытно-про- ! ш-злеинги;: к со.1' здоодаия.^л

- 'медр-енг.с"' '.',татси лссл'.'доаа'..::'., кол^'.р/йис-г.гх сошзе-

• ' - б -

I ние. ?;-$екх;{вкзс1» производства, г врокивленность.

Ди-:ный вклад апт-ора состоит в: | - постановке вопроса к обосновании возможности использования На карьерах, ведущих добычу блоков из крепких пород, специальных конструкций зарядов бризантных ВВ для добычи блоков, проведения горно-капиталышх работ, отработки трещиноватых.зон;

- проведении теоретических исследований зон повышенной микро-треииноватасти в асимметричном поле напряжений;

- разработке конструкции селективно-детонирующего заряда бри-зшиного ВВ;

разработке инженерной методики расчета параметров БВР при добыче каинеблоков;

- разработке методик лабораторных и натурных экспериментов, личном участии в их проведении.

• Практическое значение работы заключается в:

- разработке конструкции селективно-детонирующих зарядов бризантных ВВ и параметров БВР для добычи блоков из скальных горних пород;

- разработке технологических схем взрывания с применением 'специальных зарядов ВВ;

- повышении безопасности взрывных работ путей замены 2ВП на безопасные заряды ВВ;

- увеличении выхода товарных блоков из отделенной горной породы;

- разработке методики расчета параметров БВР с учетом свойств пород в массиве и типа ВВ. '

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Разработанные конструкции селективно-детонирусцих зарядов бризантных ВВ для шпурового и сквахинного методов добычи блоков, выполнения, горно-капиталышх работ и параметры БВР внедрены на карьерах 110 "Карелстройматериалы", ПОРЯ "Кузнечное", к/у Каиенногорское.

Б результате внедрения фактический экономический эффект составил н.а карьере "Ладо зеки й" ПО "Карелстро ¡материалы" 6В,0тыс. ' рублей в год, на.к/у Каменногорское - 3^,0 тыс.рублей в год.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

" ' - 7 - ......

доклад«вались на: " ■

- I Вс'есопзноц семинаре "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" (Фрунзе, 1987 г.);

- 1У Всесоюзной конференции молодых ученых "Интенсификация горного производства" (Свердловск, 1989 г.); -

- У региональной конференции молодых ученых (АпатитиЛ987 г.);

- :!аучно-техничоскои совещании "Пути технического прогресса в горне рудной промыиленности, цветной металлургии" (Кафан,1989 г.);

- заседании горной секции техсовета Главлёнстройматераалов (Ленинград, 1987,1988 гг.);. ' '

- сеиинаре по обмену опытом работы,, направленной на совераенг ствование взрывного дела и на обеспечение сохранности взрывчатых материалов (УСЗО Госгортехнадзора ССОР, Ленинград,'1986 г.);, ..

- Всесоюзном сеиинаре "ВзрЯвные работы в народном хозяйстве и вопроси экологии" (Киев, 1990 г.); .. '

- научных семинарах кафедры разрушения горных пород Ленинградского горного института; ...

- научно-технических совещаниях ПОГК ."Кузнечное", к/у Камен-" . ногорское, ПО "Яарелстройматериалы", • ■ . . . .

Публикации. По теме диссертационной'работы,опубликовано ,7 ' научных работ. Г . ' ',

Объем работы.Диссертационная работа состоит из введения,шести, разделов, изложенных на • страницах, содеретт : рисунков, таблиц, список литературы, из наименований, 2 прилояе-. ний. ; :'-.:"'.

V Автор выракает признательность и благодарность проф^иснику • Ю.Ц.|, доц.|Макарьеву В.НИ» доц.Нефедову ¡I.A., проф.Ценнулину Ц.Г. к.т.н.Куликову B.C. и другим сотрудникам кафедры разрушения горных пород за помощь в подготовке и проведении экспериментов, обсуяденик их.результатов.

". ■ ; ■ ОСНОВНОЕ COZEPIAHÜE РАБОТ!! . : !

'•"■. Производство добычных работ на карьерах, ведущих добычу блоков природного камня из крепких пород, является наиболее значн-• тельный по затратам трудовых и материальных ресурсов процессом, i Потопу одной из осноингх задач ятшгется изготовление топарннх : блоков с мшшиошпшп отходачи, сведение к минимуму затрат на

¡проведение производственных процессов при подготовке блоков к выемке. Известно, что с увеличением объема добиваемых блоков снижается удельная поверхность отбойки, приходящаяся на I ц3. • Анадиз известных методов добычи камнеблоков показывает, что на современном этапе развития добычной техники из крепких пород | обеспечить откол.монолитов больших обьеиов (1000-5000 м3 и более) с минимальными- эатратани>иоает только, буровзрывной способ. Одна-| ко этот способ обладает рядом существенных недостатков, Вадное значение при этом ииеют потери части горной ыассн за счет развития радиальных трещин в непосредственной близости от заряда, ак-' тивация и развитие ыикротрещин в блоке, что приводит к снижению прочности камня, образования заколов в законтурной части массива, которые образуются вследствие неравномерности приложения нагрузки в плоскости отбойки.

, Принскениа в качестве ВВ дымного взрывчатого пороха (ДВП) повышает опасность взрывных работ, поскольку ДВП'чувствителен к тепловому импульсу (искре, трению, удару). Он неводоустойчив,что приводит к отказам при работе в условиях повышенной влажности. ■Впервые в нашей стране применение зарядов бризантных ВВ для вы-колки камнебдоков из массива горных пород было предложено в начале 60-х годов группой сотрудников кафедры разрушения горных пород под руководством Боровикова В,А.

Применение в качестве ВВ Т£На в детонирующем шнуре (не более. 2-х ниток ДШ согласно ГОСТа 9479-8^) для откола блоков из массива резко увеличивает обьем буровых и подготовительных работ.что сдерживает применение ДЕ на карьерах.

В связи с этим проводятся исследования по изысканию новых средств направленного разрушения для отделения блока от массива.

В настоящее время разработаны новые способы направленного , разрушения.

Анализ извеатных способов направленного разрушения показывает» что техническая их реализация, технологичность и эффективность применения в промышленных масштабах остается весьма про-I блематичной. ■■.

Перспективным направлением.является применение ВВ с понижен-¡вой линейной массой, а также специальных конструкций зарядов

У -.9 - : •

.бризантных ВВ, действие взрыва'которых на стеякк ппура (скваяк- : но) скинается какии-либо экраном (воздушный зазор» анйрткий.заполнитель). Применение метода контурной отбойки о использованием*, зарядов бризантных ВВ стало возможным благодаря обзкрнни исследования«,. выполненным.отечественными и зарубежными учеными.Боль-. шой вклад в теорию и практику контурного взрывания, контурной ; отбойги внесли У.Лс-пге^орс, Б.Килъстрен, Р.Нсйн, Р.Густафсон. Т. Атчисон, В. Девал?,, Д.Холмс, Л.И.Барон,.А.В.Клпчняков; И.А.Турчанинов, Г.Н.^еаидск, Л.Н.Ханукаев, В.А.Боровиков и иногие другие ученые. / ,.';'

Отсутствие в нашей стране ассортимента специально разработанных и промишленно выпускаемых ВВ-для добычи камнеблоков является одним из основных факторов, одерживавших совериенствование технологии добычи блоков из природного камня.

Кроме того, как показывает анализ исследований, в настоящее время не разработаны научно-обоснованные требования к зарядам ВВ и параметрам БВР для отбойки кап не блоков кз массива крепких пород.

Известные методики расчета не дапт надежных параметров на откол блоков, т.к. не учитывает горно-геологических условий разработки месторождений, прочности пород в массиве, поэтому параметры БВР определявтея главным образом опытным путец.

В связи с вышеизложенным впайках настоящей работы были поставлены следующие задачи:

Т. На основе исследования процесса образования и развлткя трещины в плоскости отрыва блока от массива разработать научно-' обоснованные требования к созданий новы* специальных инструкций зарядов ВВ для добыча кааяеблояов из крепках пород.

2. Выполнить исследования и анализ свойств выпускаемых в стране промнилешшх взрывчатых веществ с чельо .прше.иная кх для добычи каинеблоков из крепких пород.

3. Разработать конструкции зарядов из основе ВВ, удовлетвори! сщих установленный а работе требованиям, взрыв которых оо'еспечи-1 '

Бает откол блока по линии апуров (сквааин) и перемещение его с' сохранение:! прочностных свойств природного каыяч, з у.кзо повы-1 иенле оезопасности работ.

- 10 -

,4. разработать инженерный метод расчета параметров БВР для добычи блоков природного камня зарядами бризантных ВВ специальных конструкций с учетом физико-мехаяических свойств пород в массиве.

5. Последовать действие взрыва разработанных конструкций зарядов ВВ на физико-механические свойства природного камня.

■ Для решения первой основной задачи были проведены теоретические исследования процессов, происходящих в массиве горных пород при взрнве зарядов контурного ряда на основе современных представлений о природе прочности и накопления микротреяин.

В процессе исследования были рассмотрены процессы при взрывном нагрудении среды и найдены соответствующие соотношения между физико-механическими характеристиками следующих явлений:

1. Образование и развитие радиальных трещин вокруг шпура (скважины) при симметричных полях напрязеиий.

2. Рассмотрены способы создания напряжений, ке приводящих к развитая трещин более допустимых глубин в законтурном пространстве. •

3. Рассмотрены процесс развития.и слияния микротрешин в магистральную трещину в нестационарном асимметричном поле напряжений.

Проведенные численные оценки параметров импульса Езрыва для гранитов позволили установить предельно допустимые значения растягивающих напряжений в волне 6г в ео МПа при t2 * Ю~чс и бг» 90 МПа при ^ в 10"^с. При напряжениях меньше указанных вокруг шпуров не должно возникать зоны дроаяения, а длина радиальных; трепин превышать допустимую величину.

Растягиваюсие напряжения, при которых концентрация микротрещин имеет повышенное значение, составляют для гранитов 6г «=12-20 КПа при ^ и Т0~°с, соответственно. Радиус 1 поверхности,

на котором достигается эта величина, ограничивает зону повышенной иикротрег(иноватости,

Снижение амплитудного давления в шпуре в момент образования волны напряжения в окрестности его стенки может бить достигнуто либо па счет воздушного зазора меяду удлиненными зарядами ВВ и стенкой шпура, либо заполнением этого зазора пористым материалом, а та:<хе применением малоплотных ВВ и селектпвно-дегонируюцйх нарядов БВ.

- II -

Для ксследотшия процесса накопления иикротресин в магистральную треглну в нестационарной асимметричном поле напряжений, • ¡созданной волнами напряжений, были выполнены расчеты одновременного взрыва двух удлиненных зарядов, расположенных на расстоянии! О,*» м. Диаметр впуров принимался 42 ци. Предполагалось, что конструкция зарядов обеспечивает в ппуре максимально допустимое для грантов давление 90 МПа. Расчет выполнялся по методу, преддонен-лому Боровиковыи-Ванягиным.

Б фиксированных точках поля напряжений были выполнены оценки роста концентрация микротревин в массиве. На ряс.1 Еыделеиа зона повышенной концентрации микротрегош. Показано, что на линии, соединяющей' центры зарядов, под действием зон напряжения возникает наибольшие скоплена« иякротреиин, которые приводят к сииаеяяо прочности породи по этой линии. .

На основании исследования процесса накопления.наведенных мак- . ротрекин в асимметричной динамическом поле напряжений установлено, что волна напряжений с начальны«« параметра:.'« <Sj п90 МПа, t2 «IO'V ослабляет породу з плоскости шпуров, но разруаеиия \ не производит, поскольку длительность действия волны напрязений , недостаточна для развития трешин по всей этой плоскости. Однако,-, в окрестности ипура происходит слияние микротрешш в аакротрещи-ин в некоторых преимущественных направлениях под действием начального амплитудного напряжения в волно.

Процесс формирования магистральной трещины как результат слияния микротипии в ослабленной волной напряжений породе кроисхо- - • дйТ под действием асимметричного квазиотатического поля напряжений, создаваемого продукта»«' взрыва'.

Проведенные теоретические исследования показывает, что размеры зон наруйепи'й' породи зависят от' структурных дефектов, физико-механических'свойств породы и параметров взрывного импульса на стенках шпуров' (скважин), который определяется типом ВВ а конструкцией заряда. ■

Исходя из вкпеиэлояеиного' аналязатехнологии отбойки камне- , блоков буровзрывным способом, с учетом технических условий ГОСТа 9479-6*» были сформулированы требования' к' парам етрам ЕВР при до- i • быч'е блоков природного каиня аз пород1 типа гранитов. Приведем

- 12 -

¡основные полокения требований:

1) при взрыве заряда БВ в шпуре максимальное амплитудное давление должно удовлетворять условии:

где Ор - динамическая прочность горных пород на отрыв; Рв - максииальнбе давление ПВ на стенках шпуров;

максимальное давление в шпуре, при котором/вокруг впура возникает зона трединообразования радиусом ^2(^0!' предельно допустимая амплитуда импульса тангенциального растянения на стечках шпура (Х0- радиус впура, V - коэффициент Пуассона); 1 +2\/) Р#

2) длительность кваэистатического давления ПВ должна быть болыао или равна времени формирования контурной трещины, т.е.

^р^ЧздБ+гь/Со '

где - время, необходимое для формирования и роста контурной трещины; - время вылета забойки; 2Щ0 - вреия многократного падения давления в шпуре; " Ь - длани ипура; Со - скорость звука в Г1В:

3) конструкция заряда в шпуре (скваяине) должна обеспечивать равномерность прилоденийшгрузки при взрыье по всей его длине;

<») применяемые ВЗ и конструкция заряда дотяни в процессе подготовки и виряжания обеспечивать технологичность и безопасность выполнения работ;

5) инициирование зарядов ВВ контурного ряда необходимо производить так, чтобы «склочить иэгкбашие деформации блока ь плоскости отрыва.

Разработанные требования потужили основой для проведения исследований с зарядами ЬВ в лабораторных м натурных услосдях,

1ля испытаний били выбрани ВВ из группы аммиачно-селитренных •ВВ. '

> Анализ паспортных характеристик и сравнение ВО ао ко Официанту водности (Км = £у'С/(Еуэ Б)) показал, что аммонит АТ находится йт.г.е к по энергетический характеристикам,чец

- ГЗ -

dMiacrtüT л б IB. Поэтому для даЛьнейаих испытаний выбирае:.' аммонит АТ .

При лоб ыче блоков из природного качня применяэтся заряды ВВ в| ¡ипурах диаметрами зг и 42 uu, в сквакинах 105 и-'. Эта днаиетры 'меньяе критических диаметров аммонита АТ . Поэтому, чтобы обеспечить взрыв заряда АТ в малых диаметрах, необходимо приме-, нить центральный иглциатор по всей длине заряда. Применение цен-' трального инициатора, как правило, высокобризантного ВВ, ведет к увеличение скорости взрывчатого превращения ВВ в слое, прилегаи-; щей к нему. Выполненные съемки на СФР зарядов ЕВ с центральным инициатором, проложенным по всей длине заряда, позволили определить скорости взрывчатого превращения в зарядах ВВ диаметрами 20 мм (таблица I). В заряде ДВП скорость взрывного гореяня увеличивается в з-4 раза по сравненио с паспортной (детонации £33 не зарегистрировано).

Увеличение скорости взрывного превращения ВВ ведет к повыпе-нио коэффициента мощности взрыва заряда ВВ (таблица 2).

Цетодом подводного взрыва была выполнена оценка перехода количества энергии в ув при использовании центрального инициатора из высоксбризантного ВВ, проложенного по всей длине заряда. Результаты эксперимента представлены в таблице 3. Анализ таблицы , показывает, что при взрыве заряда аммонита £ б 23, состояяего из тонкодисперсных компонентов, в УВ переходит более 50$ энергий,в то время, как у аммонита АТ , состоящего из гранулированных.и мелкодисперсных компонентов, п УВ переходит около 10.

Расчет характеристик зарядов ВВ для добычи гранитных елояоз " выполнялся по уравнении Абеля-Нобля с учетом сфорыул'иротнпих требований.

Выполненные расчетно-экснериментальные сравнения pasiiüx типов ВВ позволили выбрать тип ВВ и разработать конструкцию заряда БВ с центральным инициатором из ьысокобризаитиого ВВ с учетом '¡изи-(ко-мехапическнх свойств пород массива. ;

Результаты расчета характеристик зарядов ВВ гранитоз ме- j •^«рождения "Ллтрса" представлены в таблицах '¡,5. íí-'i р.<с,2 i:oi:a-¡ 'зана принципиальная схеаа работы селсктивно-детоняру::'аего заряда;

Отри» монолитов из гранитного ¡.«¿ссква-обеспечяЕГгстзя едиозре-'

- показатель концентрации ' наведенных иикротрещин

Срасг - значение растягиващего напряжения в точке

V £ V & Я? у^

РисЛ Зона повкпепной концентрации иккротрещин при взрыве двух ' зарядов ВЗ.

.о

I

Таблица X

Влияние центрального инициатора из хшеокэбризанткогз ВЗ, проложенного по всей длине заряда, на скорость взрывчатого превращения FB

Наименование Ед-кзи. ДВП Аммонит Аммонит

_________________________АХ____

Скорость детонации по

паспорту, ДП ц/с 400 I5C0 3600-4200

Скорость взрывчатого превращения при центральном иници- ■ <к?пп-ировании заряда ИВ ниткой • чоии-ДША, Дц м/с 1230-1600 <»800 • 65С0

Отношение скоростей Jls/\ - 3-4 3-3,2 1,8-1,5

Таблица 2

Расчетпо-окспер'.шенталыг.'е характеристики исследуемых • ВВ при инициировании заряда ийткой ja

Наименование Еа.ипн. ¿ымный ' Аммонит А:"'оиит _____________________порох__AT___Í 6 2П_

Коэффициент модности при' ü кТл-ú Т9Т T?[-n Tfim

ататнои инициирования,'^« 10 дм3.с

Коэффициент мокности при шш- к,7ig. к 1400- ¿370-2790

циировании ниткой Л'Л.проло- ¡. ¿„э- ~~ " 75™ кенной по всему заряду,К,,* 10 А

Отношение - 3-4 3,0-3,2 1,6-1,5

Отношение коэт-та- мощности

ВВ_к_эталонном£ ______.__Л___

Таблица 3

Наименование . Дымный hnon:n- .Viiiohhi ________________■____ _nopj.x__AT..___v5

.Максимальное давление УЗ, .'.'Па 12,0 14,0 ?Л.О

Удельный импульс, 1«Го\ кг-с/и2 4400 6200. Т5600

Удельная энергия взшва с центральным

инициатором по УЗ, .к/.^/кг - • 360 600 >3j0

% от общей удельной энергии взрыва- 12,6 15,2 Ü5.0

менныя азркаанием контурных селективио-детонирухгсих зарядов бризантных ВВ с помоцьп ]".

Условие, нря котором достигается отркв блока из и его

перемещен;** пг-п ¡юк.'у^оЯ о г "lo Я к ¿ {■oi.f!.. згра.'.Л'Н!:.1:.' ra;.;;-

• Таблица 4

Характеристики зарядов бризантных ИВ дли добичи гранитных блоков шпурозны кетодои (диаметр ппура 42 им)

Наименование Ед.изм. двп Аммонит АТ

Линейная масса хг/м 0,25 0,07

Линейная плотность энергии - кДя/м 753,5 226

Диаметр заряда ' им 42 14

Относение - • I 3,0

Таблица 5

Характеристики зарядов бризантных ВВ для добычи гранитных блоков окваяинним методом (диаметр сквалины 105 мм)

Наименование Ед.изм. Дымный Аммонит

п0£ох АТ

Линейная масса ВВ кг/м 1,6 0,44 0,24

Линейная плотность энергии кДе/м 4700 1670 912

Диаметр заряда им 105 27 20

Отнояение - Г 4 5

Примечание: I. Диаметру.зарядов даны с учетом объема, занииаемог

ниткой 221 А;

2. Характеристики зарядов ДВП даны для сравнения, дани, иоает быть представлено в виде:

Г^Г1+Г2±Р1 (I)

где Г - сила, обеспечивающая отрыв блока и его перемещение; ^ - сила, обеспечивающая отрыв блока по площади (контуру) огбойкй;

- сила, необходимая для преодоления сил трения и сцеп- ■ лент; блика по.подошве при его.перенесения; Рз - скатывай» аи ецла, учитывающая уг.л.падения пласта. Из уравнения (I) определяем число шпуров (сквахнн), которое необходимо пробурить для создания усилия, обеспечивающего отрыв • блока: лы -

м _ В -НктГ6РУРГП-№ (ЖоС±£|ГЪОЗ вт (1шп'Ьшп(РпД

Как показывает практика, при количестве ппуров, равном 10 и • более, длина блока достаточно точно определяется как В -О-Мшл где а - среднее расстояние меяду шпурами, откуда а«В/М (3).

Предлагаемые зависимости позволяй рассчитать параметры БВР для случая наличия подошвенной естественной треашш. При отсутствий естественной трегаины в подошве блока необходимо применять горизонтальную подсечку блока. В этом случае бурятся вертикальная и горизонтальная линии шпуров. Подрыв обеих линий шпуров производится одновременно.

Анализ зависимостей 2,3 показывает, что количество ппуров и расстояния меяду ними зависят, главным образом, от давления в шпуре, т.е. от величины массы заряда ВВ, а такие диаметра ипура (скшнины), прочности породи на отрнз,

• Однако увеличение давления в шпуре приводит к об! гзованию дополнительных трепин в камне и активации структурных неоднсродно-. стей. Поэтому для выбора оптимального расстояния между ппурани необходимо внести дополнительное условие в виде ограничения допустимой зоны нарушения околошпуропого пространства. Очевидно, ' максимальное давление в шпуре должно удовлетворить условно (I), разработанных требований.

Таким образом, исходя из прочностных свойств камня, допустимого давления з шпуре, используя зависимости Пирса 'Л. Абеля-Кобля, рассчитываем параметры БВР для конкретных пород. В таблице б приведены расчетные параметры БВР для гранитов месторождения "Антреа", Анализ параметров БВР, приведенных в таблице б, показывает, что рациональными параметрами являотся параметры при расстоянии иенду шпурами 0,5 м.

Апробация разработанных параметров БВР в натурных условиях позволила ввести в них коррективы, определить рациональные параметры блока,технологические схемы отбойки. Критерием точности технологического отрыва являлась дальность перемещения мояолнта от массива - 10-20 см, принятая и: условия обеспечения сохранности камня и воэионности его подготовки к последущим операциям. , Промышленная отбойка блоков шпурогни и (толом показ>лла, что фактическое перемещение монолитов после взрыва отличается от критерия не более, чем на 10-15^. Проведенные опытно-промышлен-

1. Осевой заряд высоко бризантного ВЗ. ■-.

2. Состав энергослоя аз ЗВ с разной размером и плотноетьп компонентов. . |

3. Оболочка заряда. у • '.■'•; :>'•-■- . £ • 4.' Зона химической реакции высокобрвзантного ВВ.- - . I

- 5. Зона хикэтеской реакции ВВ звергослоя.' '. б. Продукты взрыва ВВ.

Рйс.2. .Принципиальная схема селектквно-детонируоиего заряда БВ

. ¡:ые испитанет поэм,;:'.:.«: установить рациональнее nr.pa.veip« ББГ-добача бхскоь ппурогнчл к ск:"шш:н:1ш сслекг.шго-детепируюти'!: , зарядами бризантных БВ специальных конструкций 'для месторождения! "Литре*", "Спскияпсаар'л", "Наарлахтииское".

Оценка результатов добычи блоков зарядами БВ специальных конструкций в процессе исследований осуществлялась по выходу товарных блоков из горной пассы к состоянию массива (заколы и г.д.),а сохранность камня, величина нарупенности приконтурного массива и граней блока - по результатам комплексных исследования, включавших определение прочностных свойотв камня, морозостойкости, определение выхода облицовочных плит, определение глубины распространения радиальных трепан, определение изменения плотности гранита.

В качестве основного критерия при выборе оптимальной конструкции заряда использовался показатель допустимого радиуса зоны нарушения природного камня. ГОСТ 9479-84 допускает неровнасти поверхности колотых блоков (1-1У групп) в пределах 10 см, что определяет границу зоны нарушения, располояеннус на расстояяиг 10 см от контура взрывной отбойки.

В результате комплексных исследований качества камня, доФго-г<7 зарядами бризантных ВВ, установлено, что в направлений, перпендикулярном линии откола, при соотношении ¿нп • - у^

^ "кв" ^§5 ~ ТЭ' длина о*делЬ1ШХ микротрещин не выходила за зону 8 см, т.е. на исследуемых образцах тресины локализовква-лясь этой зоной.

Изучение плотности образца от следа шпура вглубь показало, что наблюдается снижение плотности материала, как при действии зарядов дымного пороха, так и зарядов АТ в околошпурогай зоне, а на расстоянии 2-3 см оо следа ипура плотность становится стабильной для данного образца камня. Причем, как показывает сопоставление с даннгми капиллярного истода, снияение плотности приурочено к скоплениям микротрецин. На одной ыикротрецине прибор ¡изменения плотности не фиксировал.

! Результаты испытании по ГОСТу 9479-84 показали, что ксхани- I ;ческая прочность образцов, отобранных из блоюг>, добыты г. разными1 (способами, киеет значительный разорос в каждой серп:!. Тенденции

Расчетные параметры БВР при методом

отколе блоков

Таблица 6 шпуровым

Наименование показателей

__ Расстояние_меж£у_шпу2амиА и

0,3 0,4 . 0,5 0,6

46,0 .63,0 81,0 99,0

3,4 4,0 4,5 5,4

0,12 0,24 0,3 0,4

66 50 . 40 33

1.1 2,2 2,7 заряд не

3 з входит

1,28 0,97 0,77 0,64

0,06 • 0,08 0,08 0,03

2>

0,15 0,20 0,20 0,20

Г,6 " 1,2 1.0 0,9

Давление в шпуре, УПа

Ожидаемый радиус трещино-образования, см

Иасса АТ " в шпуре, кг

Число шпуров, гат

Длина заряда при С^в 15 мм

Удельный объем бурения, м/м

Удельный расход АТ ' на I м кг/и

Удельный расход АТ ' на I м кг/м^

Удельный расход ДЕА, м/м3

к снижение прочности не прослеживается. Все серии образцов выдержали испытания на морозостойкость.

Разработанные параметры БВР позволили повысить производительность труда при добычных работах за счет снижения отходов камня, увеличить выход товарных блоков, и, как следствие, снизить себестоимость готовых изделий, повысить безопасность взрывных работ за'счет применения' специальных селективно-деюиируэдшх зарядов низкобризантных ВВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение.актуальной науч-"ной задачи: разработка ресурсосберегаюсей технологии отбойки камнеблоков из крепких .пород буровзрывным -способов с использованием селективно-детонирующих зарядов бризантных ВВ шпуровым и скважиннкм и е то да« и.

Основные научные и практические результаты работы.

I. Показано,.что процесс направленного разрушения горных по- | род при отколе качнеблоков из' массива методом контурной отбохкп | определяется двуия факторами: волной напрг.лений и квазистатичезг

кии полем напрянения,. создаваемых давлением проектов взрыва. Причеи, реиавдее значение на формированче и рост, трещины в осклабленной волной напряжений породе меяду шпурааи (скважинами) / оказывает квазистатическое поле напряжений.

2. Установлено, что.при взрыве селективно-детрниругадих зарядов, состоядих из мелкодисперсных й гранулированных компонентов, в УГ переходит 7-16^ энергии, а при взрыве зарядов ВВ, состоящих толь, о из мелкодисперсных компонентов, более 5($ энергии.. ' ;

3. Разработаны научно-обоснованные требования-к зарядам ВВ, параметрам БВР для отбойки камнеблоков-из крепких пород. '

4. разработана иняенёрная методика расчета параметров БВР при. отбойке блоков природного камня из крепких пород, которая учитывает размеры блока, условия откола, крепость пород, тип ВВ.

. 5. Разработаны конструкции селективно-детокирувщих зарядов -бризантных ВВ, состоящих из смеси гранулированных и порошкооб- . разных компонентов, для шнурового и скваяииного метода. Заряды безопасны в обрэщевии, влагонепроницаемы. -

б. Параметры БВР, рассчитанные по предлояенной методике, подтверждены экспериментальными данными и находятся в хорошем со-, гласии. ■•-'..'-. ■ '

• 7. Разработанная технология (параметры БВР, технологические схемы) прошла апробацио й внедрена на .карьерах ГО "Карелстрой-• материалы", ПОГК "Кузнечное", к/у "Кацеиногорское".

В. Выход трварных блоков, в среднем, увеличился при впуровом методе добычи на 2-3$, при сквахинном - на 3-55?, .

9. Разработанные параметры БВР и технологические схемы взрывной добычи блоков и выполнения ГКР использованы институтом: Росоргтехсгром при проектировании карьеров Йуставара, Голодай- ; Гора ПО "Карелстройматрриалы". , .. ■

10. Фактический экономический эффект от внедрения разработая-г'. ной технологии БВР составил на карьере "Ладожский" ПО." Карелг стройматериалы" - 66,0 ть<с.рублей в год, на к/у "Наненногорское* - Е4,0 тис. рублей в год.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

] I. Здятовещсий ¡А.В., 7,у1>смаиравила Г.С. Оценка »ЭДсктивности : стбойки блоков атучного камня с учетом межблочной трециновато-

- 22 -

!сти.//Записки ЛГ'И - Л., изд-во ЛГИ, 1984.-т.99, с.76-80.

2. Здитовецкий A.B., Егоров У.Г. Пути соьероенствования технологии гладкого взрывания.//Тез.докл.У Региональной конференции молодых ученых (Апатиты, 16-20 февраля 1987)-Апатиты: изд-во КФАН СССР, 1987 -с.51-52.

3. Здитовецкий A.B. , .Егоров Ц.г., Фонкин Ii.П.//Обоснование возхоаности применения зарядов с асимметричной диаграммой на' правленности для контурного взрывания. Тез.докл.научно-техн.совей.//Научно-техкический прогресс на горных предприятиях цветной металлургии (Каджаран, 15-17 октября 1987)-Егеван,198б.-сЛ0-И.

4. Дамбаев £.Г., Здитовецкий A.B. Моделирование взрыва системы скваяинных зарядов при статических напряжениях в массиве горной породы.//Тез.доклЛ Всесоюзного семинара (Фрунзе,17-19 сентября 1987) - Фрунзе: ФПй, 1987.-с.85-86.

5. Дамбаев а.Г.. Здитовецкий A.B. Определение зоны нарушенно-, ста природного камня при добыче взрывным способом //ленинградский горный ин-т.-Л., 1989 с.З.Деп.в ВИНИТИ, i 4536-В89 Деп.

6. Здитовецкий A.B., Кимков В.И. Применение метода узкого пучка гамма-излучения для оценки треииноватости скальных горных пород.//Тез.докдЛУ Всесоюзной конференции молодых ученых (Свердловск, 24-26 октября 1989)-Свердловск: ИГД, 1989-с. 17-18.

7. Дамбаев 1.Г.. Здитовецкий A.B., Куликов B.C. Отбойка штучного камня из крепких горных юрод бризантными ВВ //Ленинградский горный ин-т.-Л., 1990-с.З.Деп.в ЩИИцветнет экономики и информации, JF 1901-Ш90 Деп.