Влияние диаметра заряда на степень дробления горных пород взрывом

Наиболее важными факторами, влияющими на степень дробления, являются: метод отбойки, диаметр заряда, тип BB, конструкция заряда, схема взрывания и интервал замедления.

Как показали исследования, проведенные в лабораторных условиях, с увеличением диаметра заряда степень дробления материала модели возрастает, что объясняется увеличением времени воздействия взрывных нагрузок на массив вследствие увеличения продолжительности взрывчатого превращения ВВ.

В промышленных условиях влияние диаметра заряда на эффективность буровзрывных работ было проверено на карьерах Докучаевского флюсо-доломитного завода. При увеличении диаметра скважинного заряда на Центральном руднике с 230 до 300 мм выход горной массы с 1 м скважины возрос на 30—50 % и при неизменном удельном расходе BB качество дробления улучшилось или осталось постоянным. На Доломитном руднике картина оказалась другой. Выход негабарита возрос, что можно объяснить характером развития возникающих трещин (зигзагообразная форма трещин).

Зигзагообразная форма трещин в большинстве случаев характерна для гранитных месторождений. В этом случае уменьшается скорость развития трещин, что замедляет процесс дробления массива взрывом.

При взрывании пород, нарушенных трещинами прямолинейной формы, увеличение диаметра заряда будет способствовать повышению эффективности буровзрывных работ и равномерному их дроблению. В частности, в начальный период эксплуатации на карьере ЮГОКа применяли огневое бурение; диаметр скважин составлял 180—230 мм. При внедрении котловых расширений (диаметр скважин 350—450 мм) в 2—3 раза увеличился выход горной массы с 1 м скважины, уменьшились затраты на буровзрывные работы, повысилась степень дробления пород (табл. 42).

На карьере ИнГОКа были проведены исследования гранулометрического состава взованной горной массы d зависимости от диаметра скважинного заряда (табл. 43) и било установлено, что даже при взрывании крепчайших пород (f=18-20) степень их дробления несколько возрастает при увеличении среднего диаметра скважины. При бурении в таких породах уменьшение диаметра скважин обычно значительно снижает выход негабарита.

При прочих равных условиях естественная трещиноватость значительно влияет па степень дробления горных пород взрывом и выбор рациональных параметров буровзрывных работ, в первую очередь диаметра и сетки скважинных зарядов.

В сильнотрещиноватых породах первостепенное значение при разрешении среды имеет взламывающее (поршневое) действие взрыва.

В нетрещиноватых породах, а также в породах крупноблочного строения, наоборот, основное влияние на дробление массива оказывает ударная волна сжатия и растяжения. Необходимым условием интенсивного дробления является создание в массиве большого числа очагов взрыва, обеспечивающих высокие напряжения в среде.

В трещиноватых средах, когда максимальный размер отдельностей не превышает 8—15 d3, степень дробления практически не зависит от последнего, поскольку разрушение массива в основном происходит по трещинам-отдельностям и лишь небольшая часть его, примыкающая к заряду, подвергается дроблению взрывом.

Увеличение диаметра заряда BB не сопровождается ухудшением степени дробления взорванной массы. Применение в таких породах скважинных зарядов большого диаметра является рациональным с экономической точки зрения.

То же самое отмечено в работе: с увеличением диаметра скважины затраты на буровые работы уменьшаются, а на взрывные — увеличиваются. Минимальные затраты на отбойку соответствуют оптимальному диаметру, который резко уменьшается с ухудшением взрываемости пород. Если в легковзрываемых породах оптимальным является диаметр скважинного заряда 269—195 мм, то для трудновзрываемых пород он составляет 132—140 мм.

Между тем практикой взрывных работ на предприятиях железорудной и других отраслей промышленности доказано, что при ряде условий увеличение диаметра скважины приводит к улучшению дробления и повышению общих технико-экономических показателей буровзрывных работ.

На карьерах Южного Кузбасса (Красногорский и Toмусинский) были взорваны скважины диаметром 230 мм (вместо 150 мм обычно применяемого). Применение глубоких скважин большого диаметра по легковзрываемым породам в алевролитах значительно улучшило технико-экономические показатели буровзрывных работ при хорошем качестве дробления. В частности, затраты на разрушение 100 м3 горной массы по статье «Буровзрывные работы» при диаметре 230 мм составили 6,79 руб. по сравнению с 9,97 руб. при диаметре 150 мм.

При разрушении же трудновзрываемых пород Kрасногорского и Томусинского карьеров переход на взрывание скважин большого диаметра (230 мм) не позволил улучшить качество дробления пород, поэтому начали взрывать породы наклонными скважинами диаметром 105 и 118 мм. При этом на Томусинском карьере выход негабарита уменьшился с 15 до 2,2 %, а затраты на буровзрывные работы снизились с 300 до 100 руб. На Красногорском карьере выход негабарита снизился с 7,9 до 1,3 % (при диаметре скважин 96 мм).

Анализ промышленных взрывов трудновзрываемых пород меднорудных карьеров Урала позволил установить влияние диаметра заряда (в диапазоне 50—100 мм) па степень дробления и экономику буровзрывных работ. С увеличением диаметра заряда от 100 до 400 мм, при сохранении постоянства удельного расхода ВB, происходит увеличение среднего линейного размера куска и выхода негабарита в 2,0—1,5 раза. При малых диаметрах заряда, несмотря на улучшение качества дробления, затраты на разработку 1 м3 пород в этих же условиях оказываются в 1,7 раза выше.

Массовые взрывы наклонных скважинных зарядов диаметром 100—110 мм в трещиноватых крупноблочных горнблендитах с коэффициентом крепости f=8-10 на Первоуральском руднике показали, что при этом уменьшаются закаты в глубь массива и улучшаются условия бурения последующих серий скважин, в 2,5—3,0 раза снижается выход негабарита и достигается более равномерное дробление горной массы взрывом. За счет улучшения качества дробления пород производительность экскаваторов с 932 т/смену повысилась до 1280 т/смену, т.е. на 37 %.

В то же время применение на Первоуральском руднике (экспериментальные взрывы) диаметра заряда 85 мм (вместо 110 мм) позволило уменьшить средний диаметр куска в 1,5 раза и повысить производительность экскаватора в 1,27 раза. Однако при уменьшении диаметра скважин суммарный расход BB увеличился почти на 10 %, а удельным объем буровых работ возрос па 90 %.

Экспериментальные исследования взрывания крепких трещиноватых пород на комбинате Алданслюда показывают, что наиболее равномерное дробление пород достигается при применении зарядов диаметром 105 мм в наклонных скважинах. Заряды диаметром 250 мм обеспечивают наибольший выход мелкой фракции (до 200 мм) — 02,5 %, а выход негабарите — 24,1 %. При диаметре заряда 105 мм выход фракции менее 200 мм составил 52,5 %, а негабарита — 10,7%.

И.Н Усик и другие влияние диаметра заряда BВ на степень дробления пород увязывают с режимом детонации ВB. Увеличение диаметра заряда свыше его критического диаметра, способствуя повышению скорости детонации BB, приводит к увеличению разрушающего действия взрыва. В случае, если детонация BB при всех изменяющихся диаметрах зарядов протекает в идеальном режиме с наименьшими химическими потерями, разрушающее действие взрыва остается неизменным. Для сухих гранулированных BB, обладающих большими предельными диаметрами детонации, рекомендуется диаметр скважин 300—350 мм. Диаметр скважин для водонаполненных BB без ущерба для качества дробления может быть снижен до 150—200 мм. Определяющими при этом являются экономические показатели буровзрывного комплекса. При огневом бурении пород с коэффициентом крепости f=18-20 рекомендуется диаметр скважины около 380 мм, что и способствует снижению затрат на буровзрывные работы и улучшению качества дробления пород. Все сказанное справедливо лишь для трещиноватых мелкоблочных обводненных железистых кварцитов высокой крепости, распространенных в Криворожском бассейне. При разрушении крупноблочных пород результат может быть иным.

Анализируя современные представления о влиянии диаметра заряда на качество дробления пород, Н.Я. Репин, несмотря на противоречивость выводов различных авторов, приходит к выводу, что диаметр заряда является весьма мощным средством регулирования качества дробления. В то же время к оценке роли диаметра заряда рекомендует подходить дифференцированно, с учетом свойств взрываемых пород. И все же, как установлено экспериментально, независимо от структурных и физико-механических свойств увеличение диаметра зарядов приводит к снижению степени дробления породы (рис. 59). Регулирование качества дробления в легковзрываемых сильнотрещиноватых породах диаметром заряда весьма ограничено.

К интересным выводам на основе большого числа экспериментов и опыта работы ряда предприятий (Каджаранский комбинат, Качканарский ГОК, Первоуральский рудник) приходят Г.П. Демидюк и другие относительно влияния диаметра скважины степень дробления пород. Они отмечают, что уменьшение диаметра скважин и зарядов не повышает степень дробления в трудновзрываемых крупноблочных породах. Увеличение диаметра скважины не только не ухудшает степень дробления породы взрывом, но даже сопровождается уменьшением выхода негабаритных фракций более 1200 мм. Решающее влияние на дробление оказывает не повышение удельного расхода BB, а правильное (пространственное) размещение зарядов в массиве.

Таким образом, во всех случаях отмечается, что с увеличением диаметра скважинных зарядов снижается стоимость буровзрывного комплекса. В монолитных породах увеличение диаметра заряда вследствие увеличения длительности взрывного нагружения, как это показали лабораторные эксперименты, повышает степень дробления.

При взрывании мелкотрещиноватых массивов, подобных Криворожским из верхних горизонтах, наиболее эффективным является диаметр скважинных зарядов 250— 300 мм, причем степень измельчения таких пород практически мало зависит от диаметра заряда.

В крупноблочных породах, как показала практика многих горнодобывающих предприятий, целесообразно использование при взрывании зарядов малого диаметра (110—200 мм). Подтверждением сказанному могут служить результаты исследований Б.Н. Кутузова и А.А. Вареничева, которые с учетом крепости и трещиноватости пород и затрат на буровзрывные работы рекомендуют для пород I—II категорий трещиноватости диаметр скважин 300 мм и более, а для пород III—V категорий — не более 220—250 мм.

Увеличение затрат на добычу по статье «Буровзрывные работы» при уменьшении диаметра скважинных зарядов с переходом на циклично-поточную технологию, за счет высокого качества дробления и соответствующего роста производительности погрузочно-транспортных средств, может быть сведено до минимума. Вместе с тем использование в схемах циклично-поточной технологии стационарных или передвижных дробилок снижает требования к качеству подготовки горной массы взрывом, так как при отсутствии грохотильных установок вся взорванная горная масса попускается через дробильные установки.

Следовательно, рациональный диаметр скважинного заряда определяется физико-механическими и структурными свойствами горных пород, экономикой процесса и технологической схемой добычи полезных ископаемых.