Дробление горных пород взрывом.

Известные в настоящее время способы управления дроблением горных пород можно классифицировать по нескольким признакам:

Регулирование воздействия на массив взрыва отдельного заряда, что обеспечивается за счёт изменения:

- расчётного удельного расхода ВБ: можно увеличить (уменьшить) массу заряда ВВ;

- диаметра заряда (также можно изменить массу заряда ВВ и уменьшить или увеличить объём взрываемой зарядом породы);

- типа применяемого ВВ - изменяется энергия заряда, скорость детонации (значит доля бризантного действия, влияющая на размер зоны переизмельчения), плотность заряжания;

- конструкции заряда ВВ - рассредоточенным зарядом уменьшается зона нерегулируемого дробления, повышается качество дробления при использовании воздушных промежутков, снижается расход ВВ;

- направления инициирования заряда - при инициировании заряда снизу улучшается качество дробления за счёт более равномерного воздействия фронта волны напряжений на массив и увеличения времени воздействия на массив, при разнонаправленном инициировании интерференция волн напряжения повышает дробление;

- порядка инициирования частей рассредоточенного заряда;

- качества и длины забойки - чем качественнее забойка, тем дольше она удерживает продукты детонации в зарядной полости и повышает их воздействие на массив, снижает разлёт кусков горной массы и ударную воздушную волну, качество дробления растёт на 10-30 %.

Регулирование воздействия на массив взрыва группы зарядов в зоне практически нерегулируемого дробления, что достигается за счёт изменения:

- сетки расположения и числа рядов скважин - с увеличением числа рядов появляется возможность взрывания в зажатой среде и повышения качество дробления с сохранением первичной структуры массива;

- интервала замедления и последовательности взрывания зарядов в блоке - многорядное короткозамедленное взрывание (МКЗБ) позволяет увеличить время воздействия взрыва на массив, обеспечить соударение кусков горной массы, управлять развалом и пр.;

- высоты уступа - высокие уступы снижают удельный объём бурения за счёт снижения величины перебура, повышают качество дробления уменьшением зоны нерегулируемого дробления;

- граничных условий на внутреннем контуре разрушения - при наличии дополнительных свободных поверхностей от них отражается энергия волны напряжений, используемая на дополнительное дробление пород, а сейсмическое воздействие на не взорванный массив снижается.

Параметры регулирования дробления можно также разделить на два класса:

- к первому относят параметры, позволяющие получить дробление любой требуемой интенсивности (расчётный удельный расход ВБ, диаметр и сетка расположения скважин, применение технологии локализованного послойного взрывания горизонтальных скважинных зарядов уменьшенного диаметра);

- ко второму относят параметры, позволяющие изменить интенсивность дробления в ограниченных пределах, но не исключить выход крупной негабаритной фракции породы (все остальные параметры). Их изменением можно уменьшить выход крупной фракции в пределах 10-20 % от первоначального. К параметрам регулирования второго класса относят применение различных типов БВ с разной скоростью детонации, плотностью и объёмной концентрацией энергии; применение рассредоточения зарядов породными, воздушными, водяными промежутками; применение зарядов с воздушными или водяными промежутками в перебуре или между зарядом и забойкой; применение рассредоточенных зарядов с короткозамедленным инициированием отдельных частей; применение обратного инициирования сплошных скважинных зарядов; применение парно-сближенных скважин и скважин с котловыми расширениями зарядной полости; применение уступов большой высоты; применение предварительного схлопывания трещин опережающим взрывом скважин по контуру взрываемого блока; применение взрывания в зажатой среде.

Для разрушения некоторого объёма породы до заданной крупности требуется затратить определённое количество энергии. С увеличением степени дробления удельный расход энергии (энергоёмкость) увеличивается. Эта фундаментальная зависимость дробления справедлива и для взрывного дробления, но здесь имеется ряд отличительных особенностей: механическое дробление имеет двухстороннюю схему приложения сил, а взрывное - одностороннюю (кроме взрывания в зажатой среде и дробления негабарита накладным зарядом). При механическом дроблении имеют отдельные куски породы, а при взрывном - трещиноватый массив пород значительных размеров. Трещины и неоднородности при механическом дроблении облегчают дробление крупных кусков и уменьшают удельную энергоёмкость. При взрыве трещины экранируют распространение энергии и, наоборот, требуют увеличения удельного расхода БВ для достижения требуемого дробления.

Чем меньше диаметр заряда, тем меньше вероятность экранирования распространения энергии взрыва трещинами между зарядом и открытой поверхностью.

При увеличении удельного расхода БВ сначала происходит более интенсивное увеличение степени дробления массива, а затем наступает так называемое состояние насыщения массива энергией взрыва, когда он не может поглотить большего количества энергии, и она расходуется бесполезно на повышенный разброс породы. При меньшем диаметре заряда ( < 150 мм) в некоторых случаях можно достигнуть пулевого выхода негабаритных фракций, а при большом диаметре заряда ( > 250 мм) при любом расходе БВ не удаётся получить нулевой вход негабарита - будет существовать минимальное его значение из зоны нерегулируемого дробления.

Параметры буровзрывных работ при разработке месторождения открытым способом необходимо определять на основе величины удельного расхода ВБ. Выбор рационального расхода ВВ - это технико-экономическая задача, решаемая на основе подсчёта конечной стоимости добычи полезного ископаемого по всем процессам. Однако в большинстве случаев следует стремиться к получению при взрыве близкого к нулю выхода негабарита.

Предварительное определение удельного расхода ВВ следует проводить на основе главных факторов: предела прочности на одноосное сжатие (крепость пород), размера отдельности в массиве (категория трещиноватости) и необходимой степени дробления. Для этого этапа предложена межотраслевая классификация пород по взрываемости 1 с научно обоснованным шагом изменения удельного расхода ВВ (табл. 4.1).

Уточнение величины удельного расхода ВВ следует проводить с учётом результатов опытного взрывания1 в процессе строительства карьера и особенностей разработки. Возможно и целесообразно уточнение удельного расхода ВВ при эксплуатации месторождения, в т. ч. на основе данных о трудности бурения скважин

По выражению Союзвзрывпрома1 2 можно с ошибкой в 10-15 % определить расчётный расход эталонного ВВ, при котором выход кусков > 500 мм в развале будет близким к нулю:

где q - расчётный расход ВВ; р - плотность породы, т/м³; f - коэффициент крепости по шкале М. М. Протодьяконова; - средний диаметр отдельностей породы в массиве, м; - диаметр заряда, м; - необходимый кондиционный размер куска, м; - коэффициент, учитывающий тип ВВ.

Для современных карьеров характерна тенденция к увеличению удельных расходов ВВ с 0,4-0,5 до 0,7-0,9 кг/м³, ибо это в конечном счёте позволяет улучшить дробление, повысить показатели работы погрузочно-транспортного оборудования и предприятия в целом.

Для разрушения некоторого объёма породы до заданной крупности требуется затратить определённое количество энергии. С увеличением степени дробления удельный расход энергии (энергоёмкость) увеличивается. Эта фундаментальная зависимость дробления справедлива и для взрывного дробления, но здесь имеется ряд отличительных особенностей: механическое дробление имеет двухстороннюю схему приложения сил, а взрывное - одностороннюю (кроме взрывания в зажатой среде и дробления негабарита накладным зарядом). При механическом дроблении имеют отдельные куски породы, а при взрывном - трещиноватый массив пород значительных размеров. Трещины и неоднородности при механическом дроблении облегчают дробление крупных кусков и уменьшают удельную энергоёмкость. При взрыве трещины экранируют распространение энергии и, наоборот, требуют увеличения удельного расхода БВ для достижения требуемого дробления.

Чем меньше диаметр заряда, тем меньше вероятность экранирования распространения энергии взрыва трещинами между зарядом и открытой поверхностью.

При увеличении удельного расхода БВ сначала происходит более интенсивное увеличение степени дробления массива, а затем наступает так называемое состояние насыщения массива энергией взрыва, когда он не может поглотить большего количества энергии, и она расходуется бесполезно на повышенный разброс породы. При меньшем диаметре заряда (d3 < 150 мм) в некоторых случаях можно достигнуть пулевого выхода негабаритных фракций, а при большом диаметре заряда (d3 > 250 мм) при любом расходе БВ не удаётся получить нулевой вход негабарита - будет существовать минимальное его значение из зоны нерегулируемого дробления.

Параметры буровзрывных работ при разработке месторождения открытым способом необходимо определять на основе величины удельного расхода ВБ. Выбор рационального расхода ВВ - это технико-экономическая задача, решаемая на основе подсчёта конечной стоимости добычи полезного ископаемого по всем процессам. Однако в большинстве случаев следует стремиться к получению при взрыве близкого к нулю выхода негабарита.

Предварительное определение удельного расхода ВВ следует проводить на основе главных факторов: предела прочности на одноосное сжатие (крепость пород), размера отдельности в массиве (категория трещиноватости) и необходимой степени дробления. Для этого этапа предложена межотраслевая классификация пород по взрываемости 1 с научно обоснованным шагом изменения удельного расхода ВВ (табл. 4.1).