Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих критериев и методов оценки взрывае- мости массивов горных пород 9
1.1. Влияние физико-механических свойств горных пород и массивов на их взрывное разрушение 9
1.2. Обзор существующих методов оценки крепости пород и трещиноватости (блочности) массивов 11
1.3. Методы оценки взрываемости массивов горных пород и задачи исследований. 14
2. Исследование процесса поглощения энергии при дроблении горных пород 21
2.1. Закономерности, характеризующие дробление и поглощение энергии при разрушении горных пород... 21
2.2. Исследование закономерностей процесса поглощения энергии при дроблении массива горных пород взрывом 22
3. Исследование связи удельной энергоемкости шарошечного и взрывного разрушения горных пород ... 33
3.1. Удельная энергоемкость шарошечного бурения взрывных скважин - показатель прочностных свойств буримых пород 33
3.2. Сравнительная оценка показателей скорости и энергоемкости бурения в качестве характеристики прочностных свойств пород 41
3.3. Анализ связи энергетических показателей шарошечного и взрывного способов разрушения горных пород 44
4. Исследование коэффициента ослабления массива горных по род в качестве показателя взрываемости 48
4.1. Методические основы оценки энергопоглощащей способности массива горных пород при его взрывном разрушении 48
4.2. Исследование закономерностей изменения прочностных свойств массива под действием взрыва 53
4.3. Связь коэффициента ослабления с прочностными свойствами и удельной энергоемкостью взрывного разрушения горных пород в массиве 67
5. Методика и результаты использования энергетических пока зателей при производстве буровзрывных работ 77
5.1. Пространственно неоднородные по крепости горные массивы и прибор для оценки их взрываемости 77
5.2. Основные положения методики расчета параметров буровзрывных работ на основе энергетических показателей взрываемости 87
5.3. Опытно-промышленная проверка метода оперативного управления параметрами буровзрывных работ и анализ экономической эффективности 94
Заключение 101
Список литературы 104
Приложения ИЗ
Приложение I 114
- Обзор существующих методов оценки крепости пород и трещиноватости (блочности) массивов
- Исследование закономерностей процесса поглощения энергии при дроблении массива горных пород взрывом
- Сравнительная оценка показателей скорости и энергоемкости бурения в качестве характеристики прочностных свойств пород
- Связь коэффициента ослабления с прочностными свойствами и удельной энергоемкостью взрывного разрушения горных пород в массиве
Введение к работе
Актуальность темыг В решениях ХХУІ съезда КПСС [ I ] и в постановлении ЦК КПСС и СМ СССР "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов" [2 ] подчеркивалась необходимость перевода экономики страны на интенсивный путь развития, рациональное использование существующего производственного потенциала и всемерной экономии всех видов ресурсов. Горнодобывающая промышленность в этом отношении имеет большие резервы, выявление и использование которых позволит получить значительный экономический эффект. Следует отметить, что дальнейшее развитие горнодобывающей промышленности связано с преимущественным расширением открытого способа разработки при создании крупных предприятий на базе циклично-поточной технологии. Такое направление предъявляет высокие требования ко всем процессам добычи и, в первую очередь, к процессу подготовки горной массы к выемке, которая в основном производится буровзрывным способом. Эффективность этого способа определяется возможностью получения требуемого гранулометрического состава взорванной горной массы, который зависит от достоверности оценки сопротивляемости массива взрывному разрушению. Из практики производства буровзрывных работ известно, что несмотря на некоторые успехи проблема определения взрываемоети массивов и расчета параметров буровзрывных работ с целью достижения заданной кусковатости требует дальнейшего развития. Это обстоятельство объясняется недостаточной изученностью вопросов, связанных с оценкой взрывае-мости и расчетом удельной энергоемкости взрывного разрушения горного массива. Так, например, из практики известно, что взрывае-мость пород в массиве может существенно меняться даже в пределах одного взрывного блока, что обязательно должно учитываться при проектировании взрывов. Шесте с тем существующие методы оценки взрываемости в большинстве случаев не учитывают фактор неоднородности пород в пределах технологического блока. Кроме того при разработке методик и критериев расчета недостаточно внимания уделяется изучению физических явлений и закономерностей, характеризующих процесс дробления и поглощения массивом переданной ему энергии при производстве взрывных работ. Отсутствие достаточно надежных и оперативных методов оценки прочностных свойств пород и их неоднородности в пределах блоков способствует завышению нормативных значений удельного расхода ВВ, который в этих условиях задается по наиболее трудновзрываемым разновидностям пород. Как показал анализ массовых взрывов на карьерах объединения Якуталмаз, это обстоятельство приводит к росту среднего расхода ВВ по карьеру на 10-15$ против реально необходимого и достаточного.
Из вышеизложенного можно заключить, что задача оценки взрываемости пород на технологическом блоке и дифференцированного распределения удельного расхода ВВ и энергии заряда в объеме блока в зависимости от сопротивляемости массива взрыву актуальна и требует своего решения.
Цель работы заключается в установлении закономерностей, характеризующих поглощение энергии массивом при его разрушении, для разработки энергетических критериев взрываемости и выбора параметров буровзрывных работ, обеспечивающих повышение качества дробления и снижение расхода ВВ.
Идея работы заключается в использовании энергетических показателей взрываемости пород, выявленных по зонам дробления, для расчета скважинного заряда на.карьерах.
Методика исследований. Обобщение и анализ теоретических и экспериментальных исследований и опыта ведения буровзрывных работ; теоретические исследования действия взрыва в равнопрочных горных породах; лабораторные и полигонные эксперименты; статистическая обработка результатов исследований и опытно-промышленная проверка основных положений, защищаемых в диссертационной работе.
Основные научные положения, защищаемые в работе; результаты исследований влияния характеристик ВВ и свойств горных пород на величину энергопоглощения в зоне мелкого дробления и в зоне радиальных трещин; результаты исследований по обоснованию показателя удельной энергоемкости шарошечного бурения взрывных скважин в качестве характеристики взрываемости горных пород в зоне мелкого дробления; результаты исследований по обоснованию коэффициента , характеризующего интенсивность поглощения энергии при взрывном дроблении массива в качестве критерия взрываемости в зоне радиальных трещин; методика расчета параметров буровзрывных работ на основе энергетических критериев взрываемости.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. сформулированных в диссертации, обоснованы: соответствием полученных уравнений фундаментальным законом; сходимостью результатов исследований с известными эмпирическими закономерностями; использованием известных и апробированных методов экспериментальных исследований; статистической обработкой полученных экспериментальных данных при высоких значениях коэффициентов корреляции и достоверности; проверкой основных выводов в производственных условиях; эффективностью внедрения результатов исследований.
Научная новизна:
1. Впервые для расчета удельной энергоемкости взрывного разрушения горного массива предложено раздельно учитывать величину энергии, затраченную на разрушение пород в зоне мелкого дробления и в зоне радиальных трещин.
2. Впервые показатель удельной энергоемкости шарошечного бурения взрывных скважин обоснован в качестве критерия, характеризующего взрываемость горных пород в зоне мелкого дробления 3. Установлены зависимости, характеризующие изменение крепости и блочности горного массива с расстоянием от места взрыва, на основании которых определяется показатель взрываемости горных пород в зоне радиальных трещин.
4. Разработан и создан прибор для определения взрываемости пород по каждой взрывной скважине.
5. Разработаны рекомендации по управлению параметрами буровзрывных работ, отличающиеся от известных методик тем, что с целью достижения равномерного дробления пород производится либо регулирование массы заряда (при постоянной сетке скважин), либо изменяется нагрузка на заряд при его постоянной массе.
Личный вклад автора в решение поставленных задач: установлены закономерности дробления и энергопоглощения при разрушении массива горных пород взрывом; взрываемость пород, приходящихся на каждую взрывную скважину, предложено оценивать двумя энергетическими показателями, выявленными в зоне мелкого дробления и в зоне радиальных трещин; в качестве критериев взрываемости в зоне мелкого дробления и в зоне радиальных трещин обоснованы соответственно показатели удельной энергоемкости шарошечного бурения и коэффициент, характеризующий интенсивность поглощения энергии при дроблении массива взрывом; разработана методика расчета параметров буровзрывных работ на основе показателей, характеризующих взрываемость пород по зонам дробления; разработан и создан прибор для оценки взрываемости пород; выполнены работы по планированию и проведению экспериментальных исследований и обработке полученных результатов.
Практическая ценность диссертационной работы заключается: в создании прибора, позволяющего оценивать взрываемость пород по каждой взрывной скважине; разработке инженерной методики расчета параметров буровзрывных работ на основе энергетических показателей взрываемости, обеспечивающей улучшение качества дробления взорванной горной массы, уменьшение расхода ВВ и повышение производительности экскаваторов.
Реализация результатов работы в промышленности осуществлялась путем их внедрения на горно-обогатительном комбинате "Удачный" производственного объединения "Якуталмаз". Реальный экономический эффект от внедрения составил 102000 рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзной научной конференции ВУЗов с участием научно-исследовательских институтов по физике горных пород и процессов "Комплексное исследование физических свойств горных пород и процессов" (Москва; 1976) ; Республиканском семинаре "Механизация вспомогательных процессов горного производства" (Киев, 1979); Всесоюзном семинаре "Физические свойства пород в массиве" (Новосибирск, 1980).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
Объем работы, диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 135 страницах машинописного текста, включает 8 таблиц, 20 рисунков, список использованной литературы из 90 наименований и 3 приложения на 23 страницах.
Работа выполнена в период с 1975 по 1983 гг. во Фрунзенском политехническом институте.
Обзор существующих методов оценки крепости пород и трещиноватости (блочности) массивов
Из наиболее распространенных показателей физико-механических свойств горных пород, используемых в качестве характеристики взры-ваемости, является коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Прото-дъяконова. Относительно определения этого коэффициента необходимо заметить, что инструкции ВСЕГИНГЕЭ [29] и Государственного геологического комитета СССР [30] не указывают каким образом следует определять этот показатель и не регламентируют количество испытаний. В результате этого указанный показатель определяют и используют на каждом горном предприятии по-разному. В большинстве случаев определяется он через предел прочности на сжатие по известной зависимости [7]и используется для отнесения горной породы к той или иной категории крепости конкретной производственной классификации.
Кроме метода определения временного сопротивления сжатию на образцах правильной формы существует также метод определения предела прочности на сжатие на образцах неправильной формы, а также метод многократного раскалывания и сжатия пластин. Указанные методы трудоемки, при их реализации необходим отбор и обработка образцов. Поэтому ими пользуются, для эпизодической оценки прочностных свойств пород.и, в основном, при проведении научно-исследовательских работ [б; 31; 32] .
В работах многих исследователей указывается на существенную взаимосвязь между скоростями упругих волн, возбуждаемых в образцах, и прочностными свойствами пород [33-37] . В результате появился ряд косвенных методов оценки свойств пород, реализуемых путем измерения скоростей продольных и поперечных волн в образцах и массивах. Эти методы не получили широкого распространения из-за сложности реализации, заключающейся в необходимости использования сложной электронной аппаратуры и трудной лабораторной обработке полученных сигналов.
Следует отметить, что широкое распространение получили также методы оценки крепости горных пород, основанные на измерении параметров процесса бурения, таких как скорость и энергоемкость бурения [38-46] . В работах [47-48] представлены исследования по определению физико-механических свойств горных пород через показатели скорости и энергоемкости бурения. Широкому распространению этих методов способствовало оснащение карьеров станками шарошечного типа.
Использование показателей трещиноватости горного массива при расчете удельного расхода ВВ привело к необходимости разработки соответствующих классификаций горных пород по трещинова тости и взрываемости [49] .
Существует несколько методов количественной оценки трещинова-тости горных пород в массиве.
К наиболее распространенным прямым методам оценки трещинова-тости горного массива следует отнести планиметрический и фотопланиметрический [50 J . При их реализации на обнажениях массива горных пород непосредственно или на фотоснимках выбирается несколько произвольно ориентированных площадок, на которых определяются параметры наблюдаемых трещин или отдельностей. По результатам измерений строят графики распределений зафиксированных параметров. Результаты таких замеров достаточно точно характеризуют массив по трещиноватости, но в то же время они не исключают субъективного подхода в подсчете и оценке фиксируемых параметров.
Методы оценки трещиноватости, основанные на исследовании стенок скважин с помощью механических приспособлений, акустических зондов, перископов и т.д. трудоемки в исполнении и не позволяют с достаточной точностью оценить исследуемый показатель, поскольку указанные устройства фиксируют не все трещины [21] .
Отбор отдельностей, не имеющих свежих сколов, после взрывного разрушения массива и измерение этих отдельностей позволяют с некоторым приближением оценить трещиноватость массива. Недостатком этого метода является то, что результаты оценки можно получить только после разрушения массива, а перенос полученных результатов на соседние неразрушенные участки массивов не всегда правомерен.
Известны методы косвенной оценки трещиноватоети, которые основаны на регистрации возбуждаемых в массиве упругих волн [51-53]. Основной недостаток зондирования заключается в том, что он не всегда позволяет раздельно определять величину отдельностей, слагающих массив, и расстояние между трещинами.
Согласно проведенного анализа можно сделать вывод, что ни один из существующих методов оценки трещиноватоети (блочноети) не позволяет с достаточной оперативностью оценить степень трещиноватоети пород.В результате оценка взрываемости массивов горных пород путем определения их крепости и блочности представляет собой сложную практическую задачу, требующую обязательного решения при постановке проблем управления качеством дробления,
Исследование закономерностей процесса поглощения энергии при дроблении массива горных пород взрывом
Под действием взрыва заряда, расположенного в горном массиве, происходит его разрушение с соответствующим поглощением высвободившейся энергии. Степень разрушения горного массива изменяется в широких пределах - от молекул в области непосредственного контакта заряда со стенками скважины до величины отдельностей, слагающих массив в самой дальней от заряда зоне. Соответственно степени дробления массив, как правило, делится на несколько зон. (рис. 2.1). Самая ближняя к заряду часть массива, в которой под действием взрыва порода раздавливается, и разрушение имеет характер переизмельчения, называется зоной мелкого дробления или зоной раздавливания. Большинство советских и зарубежных исследователей считают, что размеры этой зоны при единичном взрыве не превышают трех-пяти радиусов заряда. Зона переизмельчения переходит в зону радиальных трещин. Степень дробления пород в этой зоне убывает по мере удаления от места взрыва. Эта зона определяет собой основную часть горного массива, разрушенного в результате взрыва.
Следующая зона - зона единичных трещин. При взрыве заряда ее размеры не превышают сорока радиусов, а количество энергии, поглощенной этой частью массива составляет 4-5$ от энергии, затраченной на дробление в первых двух зонах. Поскольку основная часть энергии диссипирует в первых двух зонах, то наибольший интерес, с точки зрения оценки энергоемкости разрушения горного массива, представляет этот объем.
Разная степень дробления приводит к необходимости дифференцированно рассмотретыроцесс энергопоглощения в каждой зоне и определить характеристики ВВ и пород, ответственные за этот процесс. В этом плане в качестве основы для исследования можно воспользо- . ваться известным законом геометрического подобия при взрыве [б8], согласно которому взаимосвязь максимального давления на фронте волны р,/7а с расстоянием до места взрыва Я, м имеет вид [67; 69]где /J а А - давление ударной волны на соответствующих расстояниях от места взрыва #/ и / . Если в уравнении (2.8) принять R{ равным.радиусу заряда которому соответствует начальное давление Р0 , то давление на фронте волны определится выражением
Радиус заряда Z0 в зависимости (2.9) становится параметром только в частном случае - для одного и того же ВВ и одинаковой плотности заряда. При разных плотностях заряда уже следует пользоваться параметром 7лг , для разных ВВ - параметром 5, яж, тогда (2.9) можно представить в виде [69] :
Если работу взрыва рассматривать как работу адиабатического расширения продуктов детонации, то все ее разнообразные формы можно объединить в две группы действия - местное и общее [70] . Местное действие взрыва проявляется в ближней к заряду зоне (зоне мелкого дробления) в течении короткого промежутка времени и определяется головной частью импульса, а, следовательно, максимальным давлением на границе заряд-среда.
Общее действие взрыва проявляется в более отдаленной от заря да части массива, в частности - в зоне радиальных трещин. Определяется оно полным импульсом и не зависит от начального давления продуктов взрыва и скорости детонации. Общее действие взрыва зависит преимущественно от плотности потока энергии, прошедшего в зону &о /мЪ. Тогда максимальное давление на фронте волны в этой части массива можно определить согласно уравнения общего видагде Rj - расстояние до границы между зонами мелкого дробления и радиальных трещин, м.Зависимости (2.10) и (2.II) не определяют конкретный вид закономерностей, характеризующих изменение давления на фронте волны, так как они не учитывают взаимодействие волны со средой, сопровождающееся диссипативными потерями энергии, но тем не менее, правильно определяют их общий характер.
Выше рассмотрены физические характеристики ВВ, влияющие на процесс диссипации энергии при взрывном дроблении массива. Однако из анализа физических явлений при взрыве следует, что степень затухания потока энергии, высвободившейся при взрыве ВВ, должна быть функцией трех условий взрывания - свойств ВВ, свойств породы и формы заряда [ 71 ] .
Экспериментальные работы, произведенные для оценки энергопоглощения и дробления массива в ближней к заряду зоне показывают, что величина диссипированной энергии при взрыве заряда в этой части массива достигает 60 и более процентов в зависимости от типа ВВ и физико-механических свойств пород, окружающих заряд [72; 73 ] . Поскольку горная порода в зоне мелкого дробления раздавливается и переизмельчается, то естественно, что величина поглощенной энергии в этой зоне зависит, в основном, от сопротивляемости породы разрушению [18; 69] , которая, как отмечено в разделе 2.1, может быть определена удельной энергоемкостью дробления д /%г» Тогда зависимость (2.10) для зоны мелкого дробления можно записать в виде:
Сравнительная оценка показателей скорости и энергоемкости бурения в качестве характеристики прочностных свойств пород
В результате предшествующего анализа установлено, что энерго емкость шарошечного бурения может служить критерием прочностных свойств буримых пород. Однако известно также, что скорость бурения является общепризнанным показателем, характеризующим крепость по род. Она лежит в основе всех классификаций горных пород по бури мости [39 ] . При оценке крепости пород по величине механической скорости проходки скважины бурение необходимо производить в стан дартных режимах с учетом крепости пород. Таким образом, в начале необходимо хотя бы ориентировочно определить крепость породы, за тем установить рекомендуемые параметры бурения (обороты и давление) и, определив скорость бурения, уточнить категорию пород. С точки зрения технологии применения этот показатель обладает целым рядом недостатков. ; :--- :, Проведение наблюдений для оценки крепости буримых пород согласно инструкции должно производится не менее чем по 3-5 скважинам на каждом взрывном блоке [39] . С учетом того, что в условиях современных карьеров на блоке располагается до 100 и более скважин, а породы месторождений отличаются частой перемежаемостью по крепости, представительность и надежность такой оценки резко снижается. Фактически на предприятиях оценка крепости пород по скорости бурения производится не по блокам, а по участкам основных разновидностей пород не чаще 1-2 раз в год. Это обстоятельство еще более снижает точность оценки крепости буримых пород. Наконец, немаловажным с точки зрения точности оценки является тот факт, что скорость бурения чутко отзывается на любое изменение режимных параметров процесса. Если считать, что каждый буровой мастер выбирает режим при бурении конкретной горной породы, соответствующий максимальной скорости проходки скважины, то скорость бурения может служить лишь относительным показателем крепости пород. При бурении одним и тем же станком, обслуживаемым бригадой рабочих высокой квалификации, скорость бурения связана с удельной объемной энергоемкостью бурения соотношением вида [48 ]где Р - коэффициент, зависящих от крепости пород.
Однако буровые бригады имеют разную квалификацию, станки -разную мощность и разную степень износа, что отражается на режимных параметрах бурения (скорости вращения долота и давлении на забой скважины). Как показали наблюдения, параметры эти варьируют в значительных пределах даже при бурении пород одной крепости.
Очевидно, что из двух показателей, предназначенных для характеристики одного и того же признака, более объективным будет тот, который находится в меньшей зависимости от внешних условий [81] .
С целью соблюдения требования постоянства условий эксперимен та при минимальной колеблемости свойств буримой породы, натурные исследования производились посредством бурения куста скважин на ограниченной площадке (раздел 3.1). Кустовое бурение производилось на следующей методической основе. При обуривании взрывного блока регистрировали основные параметры процесса - давление на забой скважины, число оборотов долота, скорость проходки и энергоемкость, бурения. На основании этих данных выбирались одна-две скважины с наиболее устойчивыми показателями. Параметры процесса по этим скважинам Р и П считались контрольными, характерными для рабочего режима бурения при ручном управлении станками. Возле этих скважин бурили от одной до трех дополнительных (куст) в режиме, отличном от зафиксированного рабочего. Всего было пробурено 10 кустов из 34 скважин в породах различной крепости. Сводные результаты измерений энергоемкости и скорости бурения представлены в табл. 2 приложения І. В графах 5, 7, 9 и II табл. 3.2 в процентах выражено приращение режимных параметров бурения Р и /7 и характеристических показателей Ev и V относительно соответствующих параметров, заданных и полученных по контрольным скважинам.
Анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 2 приложения I, показывает:1. Изменение режимных параметров относительно контрольного уровня (свыше 15-20$) приводит к значительному изменению скорости бурения. Так, например, при увеличении оборотов буровго става на 20-94$ (кусты І, П и У) прирост скорости бурения составил соответственно 14г-Ь8?о. При увеличении давления от 17 до 5 $ достигнут прирост скорости на 7-43$ (кусты П, Л, УШ, IX и X) энергоемкость бурения в рассматриваемых случаях изменялась в пределах 1-12$.2. Бурение дополнительных скважин при давлении значительно ниже рабочего (кусты УІ, УП и УШ) приводит к резкому снижению скорости процесса (2-5 раз) и возрастанию удельной энергоемкости бурения (на 59-196$).
Бурение с числом оборотов долота ниже рабочего (куст УП) на 81% приводит к снижению скорости на 90%. Энергоемкость при этом возрастала на 10%. Увеличение энергозатрат и снижение скорости бурения объясняется изменением механизма разрушения пород, связанным с переводом его из объемного в поверхностное истирание, сопровождающимся переизмелчением буровой мелочи.
Действительно, если в рассматриваемом диапазоне изменения режимных параметров проанализировать колебания скорости и удельной энергоемкости бурения относительно контрольных величин, то получаются следующие их значения:- по всем экспериментальным данным величина коэффициента вариации скорости бурения составляет 141,5$, энергоемкости - 58,8$;- по экспериментам, где сохраняется объемный характер разрушения (который оценивался величиной бурового шлама) коэффициент вариации скорости бурения составил - 24,4%, а у удельной энергоемкости - ± 5,0%.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что энергоемкость бурения в режимах, заведомо отличных от рабочего, является более стабильной характеристикой прочностных свойств пород по сравнению с показателем скорости, а при сохранении объемного характера разрушения практически не зависит от изменения режимных параметров процесса.
Исследование показателя удельной энергоемкости шарошечного бурения в качестве характеристики взрываемости пород в зоне мелкого дробления может вызвать возражения из-за несопоставимости механизма разрушения в этих процессах. Однако при этом в большинстве случаев обращается внимание на те факты, которые разобщают механизмы разрушения и не учитываются те, которые их объединяют. Поэтому превде чем переходить к изложению исследований, связанных с оценкой взрываемости пород по величине показателя удельной энергоемкости шарошечного бурения, необходимо произвести анализ зависимостей, характеризующих энергоемкость взрывного и механического разрушения от физико-механических свойств разрушаемых пород.
Анализ существующих формул для расчета параметров буровзрывных работ показывает, что наиболее часто встречающимися характеристиками пород, применительно к оценке их сопротивляемости взрывному разрушению, являются беж у Р %с# и коэффициент крепости j . Аналогичные базовые физико-механические свойства пород характеризуют также их сопротивление процессу разрушения под шарошечным долотом (раздел I). Кроме того известно, что энергоемкость бурения находится в зависимости от тех же прочностных свойств пород [82] .
В качестве основы для оценки взаимосвязи удельной энергоемкости взрывного разрушения горных пород с удельной объемной энергоемкостью шарошечного бурения была использована эмпирическая зависимость [45; 88 ]
Это уравнение получено для условий взрывания, удовлетворяющих следующим требованиям по качеству дробления: средний размер куска взорванной горной массы 250-300 мм; удельная энергоемкость погруз-ки не более 1,45-2,15 Мдж/м ; производительность экскаватора не менее 300 м /ч.
В формуле (3.10) первое слагаемое характеризует затраты энергии на перемещение взорванной горной массы, которые в основном зависят от плотности пород и изменяются незначительно. Второе слагаемое определяет затраты энергии на дробление, зависящее от прочностных свойств пород Вч . Коэффициент 0,013 при показателе
Связь коэффициента ослабления с прочностными свойствами и удельной энергоемкостью взрывного разрушения горных пород в массиве
Из выражения (2,17) видно, что величина, обратная коэффициенту , равна расстоянию, на котором величина потока энергии уменьшается в Є (основание натурального логарифма) раз, и чем меньше это расстояние при одной и той же величине взорванного заряда , тем интенсивнее поглощается энергия и для достижения заданной величины кусковатости взорванной горной массы следует соответственно задавать больший запас энергии заряда. Эти рассуждения в полной мере относятся также к коэффициенту ослабления d , поскольку он связан с коэффициентом функциональной зависимостью (4.4).
С учетом зависимостей (4.1; 4.5-64.10) коэффициент опре (в целике); /Г/7 - крепость массива на глубине hn в зоне, нарушенной взрывом; А - глубина, на которую распространяется зона нарушения (ослабления).
Для этой цели может быть использован любой показатель, характеризующий крепость горного массива. Например, скорость звука в массиве Ср » или показатель удельной объемной энергоемкости шарошечного бурения Є у 7Д"/м3.
Как было показано в разделе І.І, к основным характеристикам массива, которые обусловливают результат его дробления взрывом, относятся крепость пород, слагающих массив, и их трещиноватость (блочность). Следовательно, если говорить о коэффициенте oL как о показателе, характеризующим взрываемость массива горных пород, то следует определить влияние указанных характеристик массива на величину этого коэффициента, что было выполнено на большом количестве экспериментального материала, полученного на взрывных блоках, представленных породами различной крепости и трещиноватости.
В качестве характеристики крепости пород исследуемого массива был выбран показатель удельной объемной энергоемкости шарошечного бурения как достаточно достоверный и наиболее легко определяемый. Для оценки трещиноватости использовался средний диаметр отдельнос-тей, слагающих массив, который оценивался фотопланиметрическим методом. Коэффициент ослабления массива определяли по формуле (4.II), в которой в качестве меры крепости массива служил показатель Еу? Дж/м3. Сопоставление величин d и Еу (табл. 4.1), полученных в результате проведенных экспериментальных работ, позволило связать указанные характеристики горного массива соотношением вида
Полученная зависимость (4.12) из-за относительно большой ошибки в оценке коэффициента ck , составившей 14$, не может служить для получения расчетных численных значений, но тем не менее указывает на то, что исследуемый коэффициент находится в функ циональной зависимости от крепости и трещиноватости горных пород в массиве, а это служит дополнительным подтверждением того, что коэффициент d вполне можно использовать в качестве характеристики, определяющей удельный расход ЕВ при взрывном разрушении массива горных пород.
На основании результатов этих рассуждений были произведены экспериментальные исследования по выявлению взаимосвязи удельной энергоемкости взрывного разрушения горного массива Ьуо и коэффициента oL .
При установлении взаимосвязи исходили из того, что применяемые на горнодобывающих предприятиях страны схемы и параметры взрывных работ хорошо отработаны и с достаточным приближением могут считаться близкими к оптимальным.
Для того, чтобы исключить влияние параметров буровзрывных работ на качество дробления, анализировали лишь такие взрывы, параметры которых бнли относительно постоянными. Пример обработки результатов взрыва показан в приложении I, табл, 5. На рис. 4.9 и 4,10 также для примера показаны кривые распределения гранулометрического состава взорванной горной массы в различных массивах и пример фотопланограммы для его определения на карьере Удачный.
Сводные результаты исследований приведены в табл. 4.2, на основании которых было выведено соотношение между удельной энергоемкостью взрывного разрушения горного массива 6 и коэффициентом ослабления о( , имеющее вид
Корреляционное отношение данной зависимости равно 2=о,91Щов Поскольку экспоненциальные зависимости, определяющие коэффициент oL , и графики (рис. 4.1; 4.2; 4.3), характеризующие изменение крепости массива с глубиной в зоне ослабления, близки к линейным, то интенсивность ослабления или интенсивность энерго поглощения в этой части массива можно оценивать градиентом крепости массива по высоте взрывного блока. Связь градиента удельной энергоемкости шарошечного бурения, определяемого согласно зависимостис коэффициентом ослабления d , который определяется выражением (4.II), представляется в вде
Кроме того, анализ зависимостей (рис. 4.2) показывает, что глубина ослабления массива fi0y (л/)почти во всех случаях не выходит за пределы интервала бурения, соответствующего высоте первой штанги бурового станка СБШ-250, 2СБШ-200 (7 м), а разность между средней энергоемкостью бурения пород в интервале второй и первой штанги является величиной переменной и связанной функциональной зависимостью с коэффициентом ослабления массива dL , т.е.где Ёх и Ё/7 - затраты энергии на бурение первой и второйштангой соответственно, Мдж. С целью практического определения коэффициента ослабления массива об были произведены дополнительные исследования по установлению указанной зависимости. Для этого на блоках различной крепости и трещиноватости определялась средняя величина разности п" і и коэффициент о( . Таким образом было исследовано 12 блоков с общим количеством скважин, равным 1120 шт. В результате обработки полученных данных установлена зависимость видас коэффициентом корреляции, равном 0,88 І 0,04.
Соотношение (4.17) получено на основании экспериментальных данных бурения блоков пород шарошечным долотом диаметром 243 мм, что наиболее типично для карьеров.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что зависимость (4.13) можно использовать для определения удельного расхода энергии ЕВ при проектировании массовых взрывов. Кроме того, следует отметить, что для дифференцированного распределения энергии ВВ по скважинам с учетом энергопоглощения в зоне мелкого дробления следует привлекать данные о показателе взрывае-мости в этой части массива (показатель удельной энергоемкости шарошечного бурения), что изложено в следующем разделе.1. Под действием взрыва технологического блока происходит ослабление массива горных пород нижележащего горизонта, сопровождающееся уменьшением их прочностных свойств и величины отдельностеи. Разрушение и ослабление массива происходит в соответствии с законом поглощения потока энергии.2. Коэффициент ослабления массива функционально связан с крепостью и трещиноватостью пород, что позволяет использовать его в качестве характеристики их взрываемости.3. Функциональная связь между удельной энергоемкостью взрывного разрушения горного массива и коэффициентом, характеризующим энергопоглощение позволяет использовать его для разработки методики инженерного расчета параметров буровзрывных работ и проектирования взрывов на карьерах.4. В целях практического использования показателя, характеризующего поглощение энергии, его можно оценивать величиной градиента удельной энергоемкости бурения скважин по высоте взрывного бло
