Введение к работе
Актуальность темы исследований. При добыче руд буровзрывной способ занимает ведущее место в технологии, не потерял он своего значения и при добыче угля и руд, где превалирует отбойка полезного ископаемого комбайнами. При проведении горных выработок по породам и рудам буровзрывным способом в комплектах шпуров широко применяются цилиндрические врубы с пустым шпуром или скважиной в центре. От успешной работы шпуров вруба и всего комплекта шпуровых зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в забое выработки зависят темпы проходческих работ, их трудоемкость и себестоимость.
Работа шпуровых зарядов цилиндрического вруба исследовалась многими авторами. Однако надежные методы расчета подобных врубав и комплектов шпуров не разработаны, что на практике приводит к неоправданным трудовым и денежным затратам при проходке горных выработок.
Не исследована работа близко расположенных шпуровых зарядов ЕВ в крепких породах в шахтах опасных по взрыву газа или пыли. В результате в действующих правилах безопасности при взрывных работах необоснованы минимальные безопасные и эффективные расстояния между такими зарядами ВВ.
По этим причинам исследование физических процессов разрушения горной породы при взрыве шпуровых зарядов ВВ на ограниченную обнаженную поверхность (шпур или скважина) и разработка методов расчета параметров комплекта шпуров в породных забоях горных выработок являются актуальными проблемами.
Цель работы. Разработка метода расчета параметров взрывных работ з солевых и скальных горных породах с учетом заданной степени дробления взорванной горной массы.
Идея работы заключается в использовании для расчета параметров взрыва нового показателя динамической прочности разрушаемой среды - нормированного импульса дробления как единого критерия ударного и взрывного разрушения горной породы.
Задачи исследований. Обобщить и проанализировать исследования по проблеме влияния импульса взрыва на степень разрушения горных пород.
Разработать математическую модель процесса взрывного разрушения и дробления массива горной породы на основе его физико-ме-
ханичєских характеристик и параметров импульса взрыва.
Исследовать физические процессы разрушения породы взрывом удлиненных цилиндрических зарядов ВВ в солевых и скальных горных породах и установить зависимости параметров взрывного разрушения от импульса взрыва.
Разработать новый показатель дробимоети горных пород и методику его определения.
«етоди исследований включают анализ и обобщение результатов теоретических и практических данных, аналитические и экспериментальные исследования автора в лабораторных, полигонных и промышленных условиях. При анализе и обработке результатов исследований использовались методы математической статистики. Результаты экспериментов регистрировались современной электронной аппаратурой. Методическая новизна исследований заключается в использовании для расчета параметров взрыва предложенных авторам критериев динамической прочности горной породы. В отличие от известных методик автором диссертации в расчетах импульса взрывного разрушения породы делается прогноз необходимой степени дробления породы.
Научные положения, защищаемые в работе.
Нормированный импульс дробления горных пород, равный отношению удельного импульса удара к квадрату степени дробления раздробленного продукта, является новым показателем дробимости горных пород при ударных и взрывных нагрузках.
Разработанный метод расчета параметров буровзрывных работ позволяет рассчитывать линию наименьшего сопротивления при взрывании на ограниченную и не ограниченную поверхность, удельный расход ВВ, массу зарядов ВВ, расстояние между врубовыми и вспомогательными шпурами, прогнозировать степень дробления разрушаемого массива и средний диаметр куска взорванной горной массы для солевых и скальных горных пород типа песчаника с учетом масштабного аффекта взрыва.
Расстояния между врубовыми шпурами цилиндрического вруба в скальных горных породах, рассчитанные по разработанному методу, являются безопасными и эффективными.
Удельный линейный импульс взрыва и л.н.с. стабилизируются при длине цилиндрического заряда ВВ, превышающей предельную для данной породы.
Интервал замедлений при короткозамедленном взрывании опрэде-
ляется по величине средней скорости выброса породы из врубовой полости. Скорость выброса не постоянна по длине скважины и максимальна у ее устья. Для сильвинита при взрывании аммонитом 6 ЖВ она равна 83 м/сек у устья скважины и 44 м/сек у ее дна.
Достоверность научных положеній, выводов и рекомендаций подтверждается положительными результатами внедрения в практику рудников и шахт предложенных автором методик и расчетов комплектов шпуров при проведеній горных выработок, в основу которых легли теоретические положения принятой в работе импульсной теории разрушения горной породы взрывом.
Научная новизна.
Разработан метод расчета параметров взрывного разрушения горных пород цилиндрическими зарядами ВВ, основанный на гипотезе аналогичности процессов разрушения импульсами удара и взрыва.
Разработан новый показатель дробимости горных пород - нормированный импульс дробления.
Установлено непостоянство скорости выброса породы из скважины по длине скважины, скорость максимальна у устья скважины.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Разработан основанный на гипотезе импульсного разрушения твердой среды метод, позволяющий рассчитывать л.н.с., величину шпурозого заряда и удельный расход ВВ, расстояние между шпурами во врубе и число шпуров в серии, а также прогнозировать средний диаметр кусков взорванной горной массы солевых и скальных пород.
Установлены эффективные и безопасные расстояния между близко расположенными зарядами ВВ в крепкой породе в шахтах опасных по взрыву газа или пыли.
Составлены таблицы, количественный перечень исходных параметров расчета комплекта шпуров и методика их практического использования.
Реализация результатов работы в промышленности.
Практическое внедрение в производство рекомендаций, изложенных в работе, нашло отражение в документах, составленных при непосредственном участии автора: "Технологические схемы механизации и организации проведения горизонтальных наклонных выработок на
СТрОяЩіїлип рудныл Шалхал Jp&Jia II і\сисіл.иТсіНа , ivr-uw иоог, іісрМЬ,
1376, 26 п.л., "Инструкция по безопасному и эффективному ведению взрывных работ в крепких породах для шахт Кизеловского угольного
- б -
бассейна";, МУЛ СССР, Пермь, 1379, 1,25 п.л.."Руководство по ведению взрывных работ на калийных рудниках Верхнекамского месторождения", Союзкалий, ВНИИГ УФ, Пермь, 1984, 12,2 п.л., Проект проведения горных выработок месторождения 99.
Общий экономический эффект от внедрения разработок на шахтах и рудниках составил (по имеющимся актам) более 0,7 млн.руб. (по ценам 1990 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинаре Свердловского горного института, кафедра "Шахтное строительство", 1979г., научном семинаре Московского горного института,1980 г.,школе-семинара в Академ-городке при институте Гидродинамики (Новосибирск),ежегодных научно-производственных конференциях ППИ в 1977-1984 гг.
" Технологические схемы механизации и организации проведения горизонтальных и наклонных выработок на строящихся шахтах Урала и Казахстана" внедрены в производство специальным приказом по тресту "Востокшахтопроходка", "Инструкция по безопасному и эффективному введению взрывных работ в крепких породах для шахт Киэеловс-кого угольного бассейна" согласована с Госгортехнадзором СССР и утверждена МУП СССР, "Руководство по ведению взрывных работ на калийных рудниках Верхнекамского месторождения" утверждено Объединением "Союзкалий" для использования на рудниках.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 21, работе автора. Соавторами ряда работ являются научный руководитель диссертанта и научные сотрудники, принимавшие участие в экспериментах. Часть вопросов диссертации содержится з рукописных работах (отчеты НИР) общим объемом 21,5 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 8( стр. машинописного текста, содержит 13 рисунков, 17 таблиц, список использованных источников литературы из 89 наименований. Общий объем диссертации .