Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы, задачи исследования 8
1.1 Формирование грансостава при взрьюе вв с различными детонационными характеристиками 8
1.1.1 Зона дробления 19
1.1.2 Зона трещинообразования 22
1.1.3 Зона откола. 23
1.2 Влияние контурной трещины на гранулометрический состав разрушенной горной массы 29
1.2.1 Основные методы контурного взрывания 33
1.2.2 Разновидности контурного взрывания 37
1.2.3 Повышение точности расположения контурных зарядов 43
1.3 Методы расчёта энергии диссипации при распространении волн напряжений 44
2. Преломление детонационных волн в окружающую среду 51
2.1 Физические процессы при преломлении детонационных волн в .окружающую среду 51
2.3 О разрушающих нагрузках в горных породах, создаваемых взрывом ; 59
2.4 Выводы ПО ГЛАВЕ 2 63
3. Энергия диссипации при распространении волн напряжений 64
3.1 Расчёт энергии диссипации на различных расстояниях от заряда 64
3.2 Выводы по главе 3 і
4. Применение контурного трещинообразования для оптимизации формирующегося гранулометрического состава 71
4.1 Технология контурного взрывания 71
4.2 Параметры контурного взрывания
4.2.1 Расчет основных параметров контурного взрывания 75
4.2.2 Выбор оптимального расстояния между контурными скважинами. 85
4.2.3 Конструкция заряда и взрывчатые вещества для контурного взрывания 88
4.2.4 Интервал замедления
4.3 Экспериментальное исследование влияния контурной трещины на гранулометрический состав 92
4.4 Выводы по главе 4 100
Заключение 101
Список литературы
- Зона трещинообразования
- О разрушающих нагрузках в горных породах, создаваемых взрывом
- Расчёт энергии диссипации на различных расстояниях от заряда
- Конструкция заряда и взрывчатые вещества для контурного взрывания
Введение к работе
Актуальность работы. При действующих технологиях открытых горных работ наблюдается большой выход мелкодисперсных фракций, составляющих отсев и достигающий 30%, и негабарита (в среднем 8-Ю %). Для дробления последних шпуровыми или накладными зарядами приходится применять дополнительное количество взрывчатки или энергии.
Большой вклад в исследования процессов разрушения горных пород, формирования и распространения волны напряжений в массиве горных пород при взрыве зарядов ВВ внесли ученые России, в их числе: Е.И Шемякин, Я.Б. Зельдович, Б.В. Замышляев, А.В. Адушкин, В.Н. Радионов, И.А. Сизов, Ф.А. Баум, Б.И. Шехтер, М.Г. Менжулин, Н.М. Кузнецов и др. Однако действие взрыва в области до 10 радиусов заряда исследовано недостаточно.
Значительные потери энергии взрыва (до 70% и более) происходят в области от 1 до 10 радиусов заряда. Это вызывает наиболее сильное дробление породы с образованием кусков малых размеров. Данный диапазон расстояний составляет незначительную часть зоны разрушения, но по процессам потерь энергии и формировании мелкодисперсных фракций эта зона является определяющей в переизмельчении горной породы. К сожалению, этой области было уделено слишком слабое внимание в существующих работах. Поэтому разработка методов оценки потерь энергии и её учёта при взрыве ВВ с различными детонационными характеристиками является актуальной задачей.
Существенная часть энергии при взрывном разрушении необратимо расходуется на нагревание частиц породы в ближней зоне. В последующем эта доля энергии переходит в формирование трещин, избыточного количества микротрещин и представляет собой диссипативные потери.
Таким образом, на формирование механических возмущений расходуется только небольшая часть энергии взрыва. Поэтому, решая задачи об образовании и распространении волн напряжений, необходимо иметь в виду эффекты диссипации энергии.
Цель работы. Уменьшение выхода некондиционных фракций при ведении взрывных работ на карьерах.
Основные задачи работы:
Изучение влияния диссипации энергии на параметры волны напряжений.
Разработка метода и оценка зон дробления и трещинообразования с учетом энергии диссипации и её влияния на взрывные нагрузки.
Разработка метода и определение параметров по преломлению детонационной волны в горные породы при взрыве различных типов ВВ и формировании продольных и объёмных ударных волн.
Разработка метода и оценка параметров волн напряжений в горных породах с учётом влияния энергии диссипации при взрыве различных типов ВВ.
Определение толщин и количества откольных слоев при распространении волны разрежения.
Основная идея работы. Снижение затрат энергии взрыва на диссипативные потери, и следовательно снижение потерь минерального сырья за счёт образования мелких фракций и негабаритов, рекомендуется осуществлять на основании выбора детонационных параметров В В, совершенствования параметров буровзрывных работ и создания контурной трещины за последним рядом типовых скважин.
Научная новизна работы:
Установлена закономерность влияния детонационных характеристик ВВ на энергию диссипации, позволяющая производить выбор взрывчатых веществ, которые обеспечивают минимизацию потерь энергии на переизмельчение и нагревание.
Определен метод учета характеристик ударной сжимаемости и статической разгрузки при преломлении детонационных волн в окружающую среду и формировании продольных и объемных волн.
Основные защищаемые положения:
С целью снижения выхода мелкодисперсных фракций и расхода ВВ следует уменьшать энергию диссипации, за счёт применения зарядов с пониженными детонационными характеристиками.
Параметры волн напряжений в области разрушения горных пород следует определять на основании расчёта давления на фронте ударной волны на стенке взрывной полости и учёта энергии диссипации на всех расстояниях от заряда, а также с применением теории энергетического подобия.
Для снижения выхода негабаритов необходимо создание контурной трещины за последним рядом типовых скважин, которая образует гладкую поверхность откола и увеличивает зону разрушения за последним рядом типовых скважин.
Методы исследования. Использовались методы теории распада произвольного разрыва, закономерности распространения продольных и объёмных волн. Методы расчёта гранулометрического состава в отдельных зонах разрушения. Экспериментальные методы оценки гранулометрического состава.
Достоверность научных положений обосновывается большим объёмом работ по сопоставлению гранулометрического состава в отдельных зонах взрывного разрушения с известными экспериментальными и теоретическими результатами, достаточной сходимостью в пределах погрешности измерений расчетных данных с результатами производственных экспериментов.
Практическая значимость работы:
разработан метод выбора типа ВВ, обеспечивающего уменьшение необратимых потерь энергии при взрыве;
разработан метод выбора параметров буровзрывных работ, позволяющий снижать выход мелкодисперсных фракций и негабаритов.
Личный вклад автора. Заключается в решении задач по преломлению детонационной волны в окружающую среду и распространению в ней продольных и объёмных волн. В расчётах энергии диссипации при распространении волн напряжений и оценке энергетической эффективности взрывов. В доказательстве эффективности применения контурной трещины с целью уменьшения выхода не габаритных фракций.
Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» 2005 Г.-2007 г. (СПГГИ (ТУ), г. Санкт-Петербург), симпозиуме «Неделя горняка-2006» 2006г. (МГТУ, г.Москва), заседаниях кафедры Безопасности производств и разрушения горных пород и НТС СПГТИ (ТУ).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы (все работы входят в Перечень ВАК Минобрнауки России).
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка и изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 16 таблиц.
Зона трещинообразования
В [97, 98] получено, что разрушение при взрыве начинается на некоторой распространяющейся от центра сферической поверхности, названной фронтом дробления. Как показали многочисленные опыты с оптической регистрацией взрывов зарядов различного веса, фронт дробления оказывается достаточно устойчивым, и положение его в пространстве со временем мало-меняется от опыта к опыту. Последнее свидетельствует о том, что на фронте дробления происходит расчленение среды множеством трещин, т. е. именно дробление. Однако механизм разрушения среды на динамическом фронте дробления не остается постоянным. Вблизи расстояний г = (8-И0)я0, где а0 — радиус заряда, происходит смена механизма разрушения: на больших расстояниях материал разрушается путем отрыва, на меньших — путем сдвига. Указанная граница практически совпадает с тем расстоянием, начиная с которого происходит, изменение закона затухания среднего размера куска:
Кроме того, разрушение, имеющее место на динамическом фронте дробления, не является, окончательным: За фронтом дробления среда- не покоится, а продолжает двигаться от центра взрыва и деформироваться- В течение некоторого времени. Относительное влияние этого дополнительного деформирования.возрастает по-мере приближения, к центру взрыва. На рис. 3 приведен график максимальных сдвиговых деформаций (1) и деформаций; на фронте дробления? (2), действующих в канифоли на различных расстояниях, от центра взрыва. 0,15 7 1 о,ю О,05 Это протекающее за фронтом дробления деформирование уже нарушенной среды происходит в условиях всестороннего сжатия и приводит к дополнительному вторичному разрушению. Таким образом, вторичное разрушение происходит ю 20 ,г/а0 одновременно во всем объеме движущейся среды, ограниченном фронтом; дробления. Этот процесс не ограничен снизу по скорости сдвиговых деформаций. (1); деформирования и поэтому близок к деформаций на фронте квазистатическому процессу в том смысле, дробления (2). что волновыми процессами в разрушенной среде на этой стадии можно пренебречь.
Для оценки влияния вторичного объемного- дробления была создана специальная, установка [99], в которой образец канифоли цилиндрической. формы,.помещенный;в свинцовую оболочку, подвергался продольному осевому деформированию, при- постоянной,- боковой нагрузке.. Такая постановка эксперимента позволила осуществить .объемное разрушение с образованием. множества трещин, в отличие от случая одноосного сжатия, когда происходит образование и последующее развитие лишь единичных магистральных трещин:
Результаты проведенных экспериментов на этой, установке показали, что объемное деформирование сопровождается значительным измельчением среды, определяемым экспоненциальным законом L -АЕП/. т=е где L0,L — средние по массе размеры осколка, отвечающие соответственно началу разрушения и некоторой величине продольной деформации АЄЦ (%), которая, отсчитывается от момента разрушения: Боковое напряжение, воздействующее на образец со стороны оболочки в каждомк эксперименте, поддерживалось постоянным, хотя от опыта к опыту его можно было варьировать. Изменение бокового напряжения на порядок в различных экспериментах показало, что оно влияет лишь на начальный, размер осколка L0, образующегося в момент первичного разрушения, но не сказывается-на степени измельчения, определяемой лишь величиной запредельной деформации: Таким, образом, наблюдаемый во взрывных экспериментах излом зависимости среднего размера куска, от расстояния может быть обусловлен двумя. причинами: 1)сменой механизма разрушения, по мере удаления от центра взрыва, (сдвиг — отрыв); 2) влиянием вторичного объемного дробления вблизи центра взрыва. к t в о га, ав 11f А арі і іІ . о г Если влияние вторичного объемного дробления на средний размер осколка, как показали эксперименты, определяется экспоненциальной зависимостью, то определить степень влияния сдвигового механизма разрушения на фронте дробления непосредственно в эксперименте не удается. Для его оценки из общей зависимости размера осколка от расстояния исключалось влияние вторичного объемного разрушения, и использовались приведенная выше формула и значения радиальных деформаций на фронте дробления [98]. Полученный результат
Оценка сдвигового представлен на графике рис. 4 штриховой разрушения на фронте линией, которая характеризует результат дробления сдвигового разрушения на фронте дробления. Эта линия на расстоянии &а0 переходит в общую зависимость. Таким образом, можно считать, что основная причина более сильного изменения размера осколка с расстоянием в ближней зоне кроется в механизме объемного дробления.
Вместе с размером осколков в экспериментах исследовался гранулометрический состав разрушенной среды. Обработка результатов проводилась подбором того или иного вида распределения, наиболее удачно описывающего экспериментальные результаты. Такая обработка показала, что наиболее подходящими являются распределения Вейбулла (или закон Розина — Рамлера) и логнормальное распределение.
О разрушающих нагрузках в горных породах, создаваемых взрывом
Воздействие взрыва на окружающую среду определяется уровнем взрывных нагрузок на различных расстояниях от заряда. В настоящее время оценка нагрузок на среду при взрыве цилиндрических зарядов основывается на использовании эмпирических соотношений для параметров волн напряжений [96,33]. Выполнение теоретических решений связано с привлечением серьезных допущений и упрощенных уравнений состояния [107,108]. Область применения эмпирических соотношений ограничена расстояниями от заряда г (8-И0)і?оз, где Rm - радиус заряда. В то же время основные затраты энергии при взрыве происходят в области расстояний \ f (8-И0)Яет. Для оценок параметров волн напряжений в этом диапазоне расстояний важное значение имеют параметры нагрузок в среде на границе с зарядом непосредственно после преломления детонационной волны. Взаимодействие детонационной волны со стенкой взрывной камеры зависит от способа инициирования. При осевом инициировании фронт детонационной волны направлен по нормали к стенке взрывной камеры. При точечном инициировании фронт детонационной волны перпендикулярен оси заряда и со стенкой взрывной камеры взаимодействует зафронтовая часть детонационной волны. Кроме того, в реальных условиях плотный контакт между ВВ и стенкой взрывной камеры отсутствует.
Нормальное падение фронта детонационной волны на стенку взрывной, камеры может быть рассмотрено на основании общих положений теории распада произвольного разрыва
Преломление детонационной волны в окружающую среду может, быть рассмотрено как распад произвольного разрыва. Произвольным разрывом называется такая поверхность в пространстве, на которой термодинамические и газодинамические параметры возмущенного поля изменяются скачком, причем это изменение не удовлетворяет условиям динамической совместности. Такой произвольный разрыв возникает, в частности, на границе раздела двух сред в момент, когда ее достигает фронт ударной или детонационной волны. Действие законов сохранения массы, импульса и энергии приводит к возникновению преломленных и отражённых ударных волн, и волн разрежения в первоначально возмущенной среде. После взаимодействия с поверхностью раздела должны выполняться граничные условия: равенство давлений и массовых скоростей в обеих средах в окрестности границы (Рис. 10). Очевидно, что снижение давления может быть достигнуто только в Рис.10 Ударные адиабаты двух, различных сред результате ускорения частиц среды 1 в окрестности границы. В результате этого уменьшается плотность и давление в среде 1 у границы раздела. После появления разреясения у границы раздела разреженное состояние будет распространяться в сторону от границы раздела по среде 1. Скорость распространения такого возмущения, представляющего собой волну разрежения, равна скорости звука. Адиабата продуктов детонации Р = Ро Ро; описывается зависимостью: В этом случае приращение скорости Дг/ _ldP 2m пар Poi(r-l) \r\; 2jNx VPu r-i Если по среде 7 распространялась детонационная волна, то Аг/ 2yD f-\ Ґ г, \ VAJ 2Г где Z) - скорость детонационной волны; Рф- скорость фронта ударной волны в среде 2.
В момент подхода фронта детонационной волны к границе раздела между поверхностью ВВ и стенкой давление и скорость частиц в ВВ составляют Р$ и ид.
В окружающей среде эти параметры составляют Р0, U0. На основании общих законов механики после преломления детонационной волны давления и скорости частиц по обе стороны от границы раздела должны быть равны друг другу. В результате преломления в окружающей среде формируется ударная волна, параметры которой составляют Рф, t/фив общем случае не совпадают с Рд, Ud- Равенство давлений и массовых скоростей по обе стороны от границы раздела обеспечивается за счет изменения параметров течения в продуктах детонации. Характер таких процессов зависит от соотношения между состоянием среды на фронте волны напряжения и детонационной волны.
После преломления детонационной волны в окружающую твердую среду в последней возникает двухволновая картина. Первой распространяется упругая продольная волна, скорость которой составляет Ср. За ней следует волна объемного сжатия со скоростью Су [109]. Величины Ср и Cv связаны соотношением [109] С -Щ-С» (2Л) где v - коэффициент Пуассона. На рис. 11 представлены годографы R(t) для обеих волн - продольной и объемной, распространяющихся от поверхности заряда. Для упругой волны справедливо соотношение: Р = Р0С,и, (2.2) которое может рассматриваться как ударная адиабата. Наличие упругого предвестника зарегистрировано в работе [109]
Для плавленого кварца и горных пород регистрируется только одна волна с плавным нарастанием напряжений до максимума и последующим спадом. Можно предположить, что и в этом случае распространяются продольные и объемные волны, однако особенности строения горных пород способствуют формированию протяженной области нарастания напряжений до максимума и отсутствию фронтов ударных волн. Горные породы представляют собой полиминеральные конгломераты, состоящие из разнотипных минеральных зерен различных размеров и формы. Минеральные зерна скреплены цементирующими прослойками различных составов. В естественном состоянии в горных породах обнаруживается большое количество микро- и макротрещин.
Все это создает большую неоднородность среды, способствующей возникновению различных значений локальных напряжений и скоростей распространения возмущений, их взаимодействию с неоднородностями и друг с другом. В результате формируются две волны - продольная и объёмная. Последняя обусловлена распространением возмущений, вызванных динамическим изменением удельного объёма. Тем не менее, можно считать, что наиболее быстрые возмущения обусловлены продольной волной. Для обеих этих волн существуют свои ударные адиабаты. Для продольной упругой волны ударная адиабата описывается формулой (2.2). Для волны объемного сжатия на основании многочисленных экспериментальных данных ударную адиабату горной породы можно принять в виде: N = Cv+ku, (2.3) где Аг = ——; N - скорость перемещения фронта; и - скорость частиц; /"-коэффициентГрюнайзена [109]: Г аУ J3CV г0 дт) V а - коэффициент объёмного теплового расширения а Р - коэффициент сжимаемости, J3 = — — .
Точка А(Рд, Ud) может находиться выше ударной адиабаты среды / или ниже (В) (рис.12). В первом случае в продуктах детонации после преломления возникает волна разрежения, характеризующаяся уменьшением давления и увеличением скорости частиц в продуктах детонации на величину Aw.
Расчёт энергии диссипации на различных расстояниях от заряда
Удельная энергия диссипации представляет собой разность удельных энергий нагрузки ен и разгрузки ер: Єдисс{і) = Є#(О — ЄР{і) Єтр э W-1) гДе етР энергия, расходуемая на трещинообразование.
В ближней зоне взрыва процесс нагрузки может быть описан в упругом, совпадающим с гидродинамическим приближением. Удельная энергия нагрузки на основании условий динамической совместности равна:
В качестве функциональной зависимости между давлением и плотностью используем формулу Тэта: г2 т Тогда 2 (— т-\ л . \ — /л—і -і (о=—feo"-l) (3-4) V т 1 Ло у (3.5) где р0- плотность невозмущённой среды; р = — ;а0 - скорость звука в Ро невозмущённой среде, связанная со скоростями продольных (Ср) и поперечных (Cs) волн: 3-С -С Относительная плотность в соответствии с уравнением Тэта определяется выражением:
Полная энергия диссипации на единицу длины, определяемая по всем частицам внутри возмущённой области для цилиндрического заряда Я ) =я-р0-е (г,2 -гД)+ Е ю (3.8) і При преломлении детонационной волны в горную породу в ней формируется ударная волна. При отсутствии энергии диссипации зависимость сггтак(г) определяется формулой ггтяЛ?) = ф (3-9) При наличии энергии диссипации вводится понятие эффективного радиуса. Для цилиндрического заряда он будет равен Kt-K- -— (зло) о Полная выделившаяся энергия при взрыве цилиндрического заряда E0= -RI-PBB-QBB (з.п) Тогда, максимальное напряжение с учётом введения эффективного радиуса /- л А (7 (Г ) = rmax V car,\ CP(f ( пэф У-1 (О V R« J (3.12) гДе (о r(i) + r0 \) 2 Давления на стенке полости Рфтах(f = Rm) = A{r=\) приведены в таблице 7. Таблица Рд.ГПа Рф.ГПа тэн 18,74 22,5 Аммонит 6ЖВ 7,5 12,1 Аммонит ПЖВ-20 5,8 10 Граммонит 79/21 3,4 6,9 Игданит 2,4 4,9 Исходные данные для приведённого примерного расчёта энергии диссипации при взрыве цилиндрических зарядов приведены в таблице 8. Яда=0,125л/ Порода: гранит (/?=2770 кг/м3; Ср=5700 м/с) Таблица Взрывчатое вещество Детонационные параметры используемых ВВ Рд,ГПа рвв, г/м6 Овв,кДж/кг D, м/с ТЭН 18,74 1500 5860 7420 Граммонит 79/21 3,4 950 4450 3320 Игданит 2,4 900 3810 2800
Для оценки достоверности используемого метода расчёта энергии диссипации решается обратная задача. Результаты расчёта обратной задачи можно считать тестовыми. С помощью эмпирических зависимостей находились радиальные напряжения на расстояниях от 5 до 50 относительных радиусов и подставлялись в уравнение, выведенное из формул (3.10) и (3.12): Ed=l_{ar-f Е„ 2/ А/п (3.13) Таким образом, удалось сравнить два метода нахождения энергии диссипации. На основании численного эксперимента подбирался вариант расчёта энергии диссипации дающий наибольшую сходимость с экспериментом.
На рис.16 представлены графики построенные с использованием уравнения (3.8). Как видно из графиков, сходимость результатов решения обратной задачи и расчёт по описанной схеме для тэна хорошая, что в свою очередь даёт возможность считать данный метод нахождения энергии диссипации достаточно точным.
Зависимость доли энергии диссипации по отношению к полной выделенной энергии зарядов различных В В Игданит, как ВВ с наиболее низкими детонационными характеристиками меньше всего теряет энергию взрыва, что и отражено на графиках (кривая расположена ниже остальных типов ВВ).
На рис.17 для сравнения показаны максимальные тангенциальные напряжения для различных типов ВВ. Исходя из этих графиков можно сделать вывод, что, чем слабее ВВ (имеет меньшие детонационные характеристики), тем меньше энергия диссипации на начальной стадии взрыва и тем больше энергии остаётся на полезную работу по разрушению массива горных пород на следующих стадиях взрыва.
Для того чтобы выяснить как влияет энергия диссипации на зоны разрушения нужно найти эти зоны для различных ВВ.
Зависимость максимального тангенциального напряжения на стенке зарядной камеры от относительного расстояния Размеры зоны трещинообразования R определяются из равенства максимальной амплитуды тангенциальной составляющей волны напряжений динамическому пределу прочности породы на отрыв:
Динамический предел прочности для гранита равен erf = 34,8 МПа. Исходя из соотношения (3.15), зная оу и а р находим радиусы зон трещинообразования для различных ВВ. Pmax=(Cl+C2 7)-0-r (3.15) Радиусы зон трещинообразования составляют: Rmp = 2,65м - для тэна; RmP = 4,17л - для граммонита 79/21; Rmp = 4,47м - для игданита. Из расчёта следует, что R существенно зависит от энергии диссипации, т.е. чем меньше энергия диссипации тем больше Rmp. Размеры зоны дробления определяются равенством максимального напряжения сдвига в волне напряжений динамическому пределу прочности породы на сдвиг, т. е. условием: „ [в\ агтах \"др ) а ртах {"др ) . Г дн ] cds.max \Кдр ) Iе7 сдв } и где Rd - относительный радиус зоны дробления; R др = ; R оз Для оценки динамического предела прочности породы на сдвиг может быть использована формула: РсдвГ сс сдв + 1+ м-р% и сдв и сдв где Усдв и (7 дв - предел прочности породы на сдвиг соответственно при атмосферном и всестороннем гидростатическом давлении, МПа; М - коэффициент внутреннего трения; ±ос - остаточное давление в зарядной полости; где кр - коэффициент пересчета начального давления продуктов взрыва; к = У вв вв р у D2 I тр тр где утр - плотность эталонного ВВ (тротила), =1600 кг/м ; Dmp- скорость детонации эталонного ВВ (тротила), Dmp=69\0 м/с; Радиусы зон дробления составляют: Rdp = 0,18л , ад2 = 608МПа - для тэна; Rdp = 0,б3ж, ад2 = 206,5МПа - для граммонита 79/21; Rnp = 0,73м, сгд = 163,9М7а - для игданита; Из расчётов следует - чем меньше детонационные параметры ВВ тем радиус зоны дробления больше.
Таким образом уменьшение начальной концентрации энергии в заряде, сопровождающееся уменьшением начального напряжённого состояния на стенке взрывной полости, приводит к уменьшению диссипативных потерь энергии и, соответственно, затрат энергии на трещинообразование, что в свою очередь приводит к уменьшению максимальных радиальных напряжений вблизи полости взрыва. Соответственно увеличивается энергия, расходуемая на механическую работу. Данный метод определения напряжений позволяет рассчитывать напряжения на расстояниях от 1 до 5 относительных радиусов.
Конструкция заряда и взрывчатые вещества для контурного взрывания
ВВ для контурного взрывания должны удовлетворять требованиям технической пригодности и экономической целесообразности. Первое из них включает возможность детонации принятого ВВ от ДШ при предварительном щелеобразовании и последующем оконтуривании с мгновенным взрыванием. Расфасовка ВВ должна позволять достаточно легко получать необходимую линейную массу зарядов без специального патронирования. Этому требованию удовлетворяют заводские патронированные ВВ с диаметром патронов 32-36 мм и меньше, а при больших диаметрах скважин - выпускаемые промышленностью шланговые заряды диаметром 32 мм. В качестве ВВ для контурных зарядов возможно также использование детонирующего шнура, однако это удорожает работы. Из соображений экономической эффективности наиболее целесообразны аммониты со средней или малой удельной энергией. При переходе от одного ВВ к другому следует изменять линейную массу заряда - принимать ее прямо пропорциональной переводному коэффициенту удельного расхода ВВ, расстояние между зарядами остается неизменным.
Установлено, что при заряде величиной 600г в нижней части скважин и удалении контурного ряда от основных скважин более чем на 2,5-2,7 м остается целик, который необходимо подбуривать [7]. Целики остаются и при чрезмерно большом расстоянии между скважинами контурного ряда.
Заряд ВВ в оконтуривающих скважинах должен быть распределён равномерно по всей длине скважины. Приблизительная концентрация заряда ВВ при контурном взрывании составляет 0,1 концентрации полностью заряженной скважины.
При взрывании вертикальных и наклонных скважин наибольшее распространение получила конструкция заряда ВВ, представляющая собой гирлянду отдельных зарядов из патронированного ВВ, закрепленных на отрезке детонирующего шнура. При наклонных скважинах рекомендуется заряд, закрепленный на деревянной рейке.
Из всех применявшихся отечественных ВВ наиболее подходящими в настоящее время являются аммониты №6ЖВ, В-3 и ПЖВ-20, т.е. ВВ средней работоспособности (350-400 см ) и бризантности (до 16 мм). Скальный аммонит № 1 и детониты не подходят из-за большой плотности, высокой работоспособности и бризантности, а тротил -из-за плохой детонации от детонирующего шнура типа ДІЛА.
Конструкция скважинного заряда ВВ для контрольного взрывания, установленная и рекомендуемая Гидроспецпроектом в результате большого количества опытов, представляет собой следующее.
В нижней части скважины размещают дополнительный заряд весом 0,6-12 кг в зависимости от глубины скважины и крепости пород, а выше через каждые 0,25 м подвязывают один или половину двухсотграммового патрона аммонита №6ЖВ. Верхние 2-2,5 м скважины не заряжают и засыпают забойкой. На рудниках США и Швеции считается обязательным заполнение свободного пространства скважины забойкой, представляющей собой гравий или щебень с размером зерен не более 10 мм. Глину, песок или буровой шлам применять в качестве забойки не рекомендуется, так как может образоваться пробка.
Количество ВВ на 1 м скважины в крепких монолитных породах обычно составляет 0,4-0,6 кг, в мягких и сильно трещиноватых горных породах - в нижней части скважины 0,4-0,6 кг на 1 пог.м, в верхней части (4-5 м заряда) -0,2-0,3 кг.
Последняя конструкция заряда ВВ обычно применяется на верхних горизонтах, где горные породы, как правило, подвержены выветриванию и сильно трещиноваты.
На американских рудниках считают, что заряд ВВ при контурном взрывании будет хорошо работать в том случае, если в нижней части скважины погонная нагрузка в 2-3 раза больше, чем в верхней.
Для максимального снижения разрушающего воздействия законтурного массива от взрыва заряда ВВ в контурной скважине иногда заряд размещают как можно ближе к стороне, в которую будет отбиваться порода. Отмечено, что образование трещин вокруг скважины уменьшается, если заряд инициируют сверху.
Необходимо стремиться к тому, чтобы заряд в скважине или шпуре имел низкую плотность, большую протяженность и малый диаметр.
Бризантность ВВ зависит от его плотности. Введение в состав взрывчатого вещества добавок-разуплотнителей снижает их плотность и, следовательно, снижает бризантность ВВ. В качестве добавок разуплотнителей может применяться древесные опилки или вспененный полистирол.
В Норвегии, например, для разуплотнения сплошных контурных зарядов в скважинах большого диаметра используются древесные опилки (до 50% объема ВВ) или, шарики (до 90%) вспененного полистирола диаметром 1-5 мм. Созданное таким образом низкоплотное ВВ имеет скорость детонации 1750 м/с [25].
Исследованиями, проведёнными в МГРИ, экспериментально установлено, что предельная плотность зарядов из аммонита № 6ЖВ с гранулами из полистирола в шпурах диаметром 0,042 м составляет 0,25 г/см , а с древесными опилками - 0,33 г/см . При меньшей плотности заряды детонируют неустойчиво. Использование добавок-разуплотнителей позволяет снизить бризантное действие сплошного заряда на окружающий массив и повысить его метательное действие. Указанный эффект объясняется наличием в заряде большого количества микровоздушных полостей, создаваемых добавками-разуплотнителями.
Применение малоплотных зарядов для контурных зарядов позволяет не меняя ВВ, применяемого на основных взрывных работах, и технологию заряжания улучшить качество оконтуривания выработок, снизить стоимость их проходки.
Практика применения малоплотных зарядов показывает, что смеси с 30%-ным содержанием пенополистирола производят больше положительной работы, чем чистые ВВ [16]. Простота конструкции заряда позволяет применять средства механизации работ по заряжанию.
В зарубежной практике для контурного взрывания шпуров используют и малобризантные и высокобризантные ВВ. Например, в Швеции изготовляют специальные трубчатые заряды из гурита. Этот заряд состоит из картонной трубки, которая заполняется ВВ. Трубчатые заряды можно наращивать с помощью стыковых гильз до требуемой длины. Используется также конструкция заряда с креплением разрезанных вдоль патронов ВВ к деревянному стержню, что позволяет получить коэффициент заряжания не более 0,35.
