Выбор основных параметров при взрывании с внутрискважинными замедлениями в однородных и слоистых средах

К основным параметрам метода внутрискважинных замедлений относятся: интервал замедления между взрывами отдельных частей рассредоточенного заряда в скважине и между отдельными скважинами, а также рациональное соотношение масс отдельных частей заряда скважины.

Для создания наиболее благоприятного режима взаимодействия воли напряжений, вызванных взрывом зарядов, необходимо не дать ослабнуть колебаниям объема от каждого взрыва, т. е. производить взрывы зарядов с такими интервалами замедления, которые будут создавать наилучшие условия интерференции воли напряжения в разрушаемом объеме, приводя к возрастанию напряжения. Известно, что максимальная амплитуда взрывных воли, распространяющихся в неограниченной среде через миллисекундные промежутки, не превышает амплитуды упругой волны от взрыва одиночного заряда, что говорит о независимости распространения волны соседних зарядов, взорванных разновременно. Образование же мощной волны суммарной амплитуды наиболее вероятно при взрывании зарядов через очень малые промежутки времени, а в пределе — при мгновенном взрывании. Разновременное инициирование отдельных частей заряда одной скважины в этом случае будет отличаться от короткозамедленного взрывания двух скважинных зарядов (замедление по горизонтальной плоскости) направлением (плоскостью) замедления и источником замедления в этой плоскости. Общим для обоих способов будет необходимость в минимальных интервалах замедления для обеспечения мощной волны суммарной амплитуды. Последнее подтверждается работами Е.Г. Баранова, М.С. Акаева и других ученых.

Среда разрушается энергией полны напряжения, при этом потери энергии в окружающей среде должны быть минимальными. Одним из способов снижения необратимых потерь является такая конструкция заряда, от взрыва которого в среде пройдут последовательно ударные волны меньшей амплитуды вместо одной волны, но с большой амплитудой. Этому условию удовлетворяет конструкция заряда с внутрискважинными замедлениями.

Как при короткозамедленном взрывании, так и при внутрискважинных замедлениях важнейшим параметром, предопределяющим эффективное разрушение горных пород. является интервал замедления. Выбор оптимального интервала замедления необходимо производить с учетом многих факторов, таких как: физико-механические свойства пород и их трещиноватость, тип DB. параметры уступа, величина забойки, условия взрывания, а также в зависимости от схемы взрывания замедление сверху или снизу.

С целью выбора оптимальной величины замедления для использований в промышленных условиях при разновременном инициировании отдельных частей скважинного заряда нами рассмотрены (для обеих схем взрывания) два варианта; метод определения интервала замедления по скорости детонации DB, CВ и скорости движения продуктов детонации через забойку, а также метод определения интервала замедлений по скорости детонации ВB и параметров фронта поля напряжений (скорости фронта поля напряжений). В первом случае устанавливается верхний предел интервала замедления (по условиям сохранения целостности заряда и средств взрывания), во втором — нижний (по условиям сложения максимальных динамических напряжений).

При схеме замедления «снизу», как наиболее распространенной, величина замедления в однородной среде определяется по первому варианту из условия, что инициирование верхнего заряда начнется в момент, когда продукты взрыва нижнего заряда достигнут боевика верхнего заряда, не нарушая его целостности.

Интервал замедления

где l0 — расстояние от боевика до промежутка между зарядами, м; lпр — длина инертного промежутка между частями заряда, м; Сдш — скорость детонации детонирующего шпура, Cг — скорость движения газов в забойке, м/с; l2зар — длина нижнего заряда, м; CВВ — скорость детонации ВВ, м/с.

Метод определения интервала замедления по скорости детонации ВВ и по скорости распространения фронта поля наряжений, конструктивно незначительно отличается от предыдущего. Однако здесь важные значения имеют условия взрывания (зажатая среда или обнаженная плоскость).

Расчет оптимального интервала замедления при схеме замедления «снизу» при взрывании в зажатой среде производится при условии, что инициирование верхнего заряда начнется после того, как фронт поля напряжения от взрыва нижнего заряда скважины достигает боевика верхнего заряда. В этом случае обеспечивается суммирование максимальных напряжении, вызванных взрывом верхнего и нижнего зарядов.

Принимаем, что разрушающие напряжения в массиве наступают только после детонации всего нижнего заряда ВВ. В этом случае интервал замедления

Расчет показывает, что величина lпр/Ср невелика и поэтому даже значительные ее колебания не влияют в конечном итоге на оптимальный интервал замедления.

Для схемы замедления «снизу» оптимальный интервал замедления, рассчитанный по первому и второму вариантам, в зависимости от высоты уступа и типа ВВ изменяется соответственно от 3 до 19 мс и от 1 до 13 мс. Расчетный интервал замедления в этом случае оказывается заниженным для пород со сложной структурой залегания.

Условимся, что взрываемый уступ представлен двумя породными слоями (рис. 66) — верхним и нижним. С точки зрения энергонасыщенности при взрывании скважинного заряда в наиболее неблагоприятных условиях будет находиться часть уступа, расположенная в области забоечного материала, т. е. верхний породный слой (в данном случае) Поэтому в дальнейшем мы будет рассматривать влияние параметров взрывания на более эффективное дробление пород верхнего породного слоя (lп).

В трещиноватых слоистых породах, где особенно замет, по снижение интенсивности напряжений, рассчитывать интервал замедления необходимо из условия достижения полем напряжений, образуемым взрывом нижнего заряда, верхней части уступа и прихода отраженной волны к границе верхнего породного слоя. Развитие трещин верхнего породного слоя, вызванных отраженными волнами от нижнего заряда, будет продолжено в результате взрывания верхнего заряда. Таким образом, растягивающие напряжения будут усилены падающей волной напряжений.

Так как верхняя часть уступа обычно более разрыхленная, в том числе из-за нарушенности предыдущими взрывами, скорость распространения продольных волн о различных точках массива оказывается различной. Элементарный участок пути, проходимый волной, будет состоять из участка, проходимого непосредственно по породе, dlп и участка, проходимого по материалу, заполняющему трещины, dlз (воздух, вода, глина, крошки породы):

Время, необходимое для преодоления пути,

где Cм — скорость распространения продольной волны о массиве горных пород на данном участке; Cп — скорость распространения продольной волны в монолите; Сз — скорость распространения продольной волны о заполняющем материале.

Величина dl3, определяется трещиноватостью на данном участке. Пусть оо будет некоторой точкой, расположенной в середине промежутка dl. Различным положениям промежутка dl1 определяемым выбором точки «х», будут соответствовать разные значения dl2. Эта зависимость может быть аппроксимирована непрерывной функцией

Точность аппроксимации возрастает с увеличением степени трещиноватости пород. Принимая линейный закон изменения величины и отмечая, что dl=dx получим

где k — коэффициент, учитывающий изменение трещиноватости по высоте уступа.

В производственных условиях величину k можно определить следующим образом. Разбиваем весь участок измерения трещиноватости на m частей длиной L. Выбор величины l0 в каждом конкретном случае обусловливается структурой массива горных пород. Подсчитываем суммарную ширину трещин Dj па каждом участке:

где j — номер выбранного участка, j = 1, 2, 3, ..., n; Nj — число трещин на j-й участке; dl,j — ширина i-й трещины j-го участка.

Величина kj может быть рассчитана следующим образом;

или с учетом формулы (41) получим

Усредняя значение коэффициента изменения трещиноватости по всей области изменения, получим

Подставляя формулу (42) в формулу (43) и упрощая получившееся выражение, получим

На основании выражения (40) можно записать

Будем считать, что вплоть до верхней породной точки трещиноватость массива меняется незначительно:

где L — длина скважины;

Оптимальное время замедления получается путем интегрирования выражения

Вторым существенным параметром метода внутрискважинного замедления является соотношение масс его отдельных частей. В основу расчета этой величины положен принцип соответствия потенциальной энергии заряда разрушаемому объему:

где W1 и W2 — потенциальная энергия соответственно нижнего и верхнего заряда; V1 и V2 — объем разрушаемой породы, приходящийся на одну скважину в нижней и верхней части уступа.

Ток как W1=q1P1; W1=q1P2, где P1, P2 — масса соответственно нижнего и верхнего зарядов, то соотношение (44) примет вид

При использовании о верхнем и нижнем зарядах DB одного типа (q1=q2) получим

Объем разрушенной породи в нижней части уступа

где а — расстояние между скважинами; a — угол откоса уступа.

Объем разрушенной породи в верхней части уступа

Подставляя формулы (46) и (47) в формулу (45), получим

Проверка теоретических расчетов определения рационального интервала замедления и соотношений масс отдельных частей рассредоточенного заряда производилась на карьерах Докучаевского флюсо-доломитного завода. Месторождение известняков и доломитов отличается сильной нарушенностью и слоистостью пород с чередованием мощных и тонких пластов (зон).

Экспериментально-промышленные взрывы с использованием внутрискважинных замедлений показали, что:

1. В трудно- и средневзрываемых известняках интервал замедления 10 мс наиболее эффективен (выход фракции дробления +500 мм составляет от. 3,5 до 10,6 %) при соотношении масс частей зарядов 1:2 и 1:3; увеличение интервала замедления до 15 мс привело к ухудшению дробления (фракции +500 мм составили 7,3—12,5 %). Характерно, что в этих породах более эффективно соотношение рассредоточенных зарядов 1:2, а не 1:3, так как в крупноблочных крепких породах в первом случае заряд BB равномерно распределяется и в верхней и в нижней частях уступа.

2. При разрушении легковзрываемых известняков, нарушенных сильной естественной трещиноватостью, основной объем негабаритных фракций образуется в нижней части уступа (по подошве уступа). Это обстоятельство является решающим при выборе интервала замедления и весовых соотношений зарядов. Прежде всего, в породах с сильно развитой трещиноватостью изменение интервала замедления с 10 до 15 мс влияет на дробление незначительно. Причем, в отличие от крепких трудновзрываемых пород, увеличение интервала замедления ведет к некоторому улучшению их дробления.

Так как наиболее трудный участок дробления в этих условиях находится в подошве уступа, эффективным оказалось соотношение частей рассредоточенного заряда 1:3, когда основной заряд расположен в нижней части уступа.

Использование указанных рекомендаций для ведения взрывных работ на карьерах Докучаевского флюсо-доломитного завода позволило снизить выход негабарита в породах со сложными структурными особенностями с 4,5—5,0 до 2,0—3,0 % при достаточно высоком качестве проработки подошвы уступа.