CC BY
35
СЕМИНАР 4
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© Б.М. Завьялов, 2001
УДК 622.235
Б.М. Завьялов
О СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ СВОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
О
ценка степени влияния свойств промышленных взрывчатых веществ (ВВ) на организацию и стоимость взрывных работ - задача многофакторная и всегда актуальная. Технология взрывных работ на горнодобывающих предприятиях России имеет значительный объем научных и практических наработок, в том числе при работе с ВВ местного приготовления. Одновременно на подземных предприятиях объемы внедрения ВВ местного приготовления весьма незначительны, а отбойка массива шпуровыми или скважинными зарядами ведется в основном ВВ заводского производства.
Авторами [1] оценка эффективности взрывных работ проводится на основе комплексного показателя, учитывающего энергию взрыва сформированного заряда и эксплуатационные расходы. Эксплуатационные расходы по предложенной авторами методике не могут быть всегда достоверно установленными, особенно те, которые зависимы от затрат за время работы зарядных устройств и их технической производительности. Последние два фактора в производственной практике в целом установлены, усреднены для различных условий работ и могут быть представлены как чисто организационные исходные показатели для
формирования конкретных технологических регламентов.
Предварительная оценка влияния свойств промышленных ВВ на эффективность взрывных работ может быть выполнена, если известны следующие исходные данные, устанавливаемые по действующим стоимостным и расчетным показателям. Это - стоимость базового (Сб) и оцениваемого (С) взрывчатого вещества (ВВ),стоимость бурения единицы длины заряжаемой полости (Сбур), стоимость средств инициирования (Сси),объемы бурения на единицу добычи или проходки (Ьбур),плотность основного заряда базового (Рб) и оцениваемого (Р) ВВ, теплота взрыва базового (Об) и оцениваемого (Он) ВВ. При наличии указанных данных, оценку использования того или иного вида ВВ при отсутствии дополнительных капитальных затрат, выполнить не сложно для практически любых условий выполнения взрывных работ. При известном коэффициенте относительной работоспособности (Кн) по объемной энергии заряда, рассчитываемом из выражения Кн = (Он. Рн )/( Qб * Рб), количественные стоимостные затраты на ВВ, бурение, средства инициирования могут быть установлены для различных ВВ и сопоставлены. При этом коэффициент Кн, устанавливающий долю соотношения затрат, для практических расчетов яв-
ляется достаточно объективным и приемлимым.
При оценке затрат на ВВ, бурение и средства инициирования при использовании в практически одинаковых условиях граммонита 79\21 по ГОСТ 21988-86 (базового ВВ) и гра-нулита Игданит-П по ТУ 7276-0011468333-49-98, экономия затрат при применении последнего составляет около 2.60 руб/кг ВВ. Оценка выполнялась для подземного предприятия с годовым расходом ВВ 400-500 т. Некоторое превышение затрат на бурение и средства инициирования при использовании Игданита-П компенсируется низкой стоимостью его компонентов.
Следует отметить, что приведенное сопоставление Игданита-П с граммо-нитом 79\21 не учитывает, по крайней мере, еще двух существенных стоимостных затрат: стоимость перевозки категорийных (79\21) и не категорийных (компонен-ты Игданита-П) грузов и плату за выбросы вредностей в атмосферу. Так по данным [2], при доставке железной дорогой стоимость перевозки 1 т категорийного груза на расстояние 1000 км превышает стоимость такой же перевозки не категорийного груза на 700-800 рублей. При расчетах ожидаемой оплаты за образующиеся выбросы, приведенные к окислам азота при полном использовании кислорода ВВ, удельная плата для Игдари-та-П в 3,0-3,5 раза ниже, чем для гра-нулита 79\21. Экономия по этому виду платежа составляет 0,03-0,032 руб/кг ВВ. (Данные приведены в ценах 2000 года.)
Таким образом, замена ВВ заводского производства на ВВ типа гра-нулит Игданит-П, приготовляемого на месте заряжания с использованием имеющихся у предприятия смесительно-зарядных машин (капи-тальные затраты отсутствуют), эффективно. Предприятием, инженерным персоналом может быть осуществлена количественная оценка экономии при использовании любого ВВ с учетом специфики и организации производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тамбиев Г.И., Бейсебаев А.М. и др. Технология при- 2. Моисеев Ю.С., Фильшин В.М. Об основных тен-
готовления и применения простейших взрывчатых веществ. денциях потребления и развития производства тротило-
Москва, ИПКОН РАН,1996. содержащих промышленных ВМ на местах применения.
Сб. докладов 6-го Всероссийского совещания по взрывным работам. Междуреченск, 1997.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
СГ5
с Завьялов Борис Михайлович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, Институт горного дела УрО РАН.
и
овременное состояние разрушения горных пород как науки требует не только критического переосмысления старых подходов и концепций разрушения [1,2], но и обращения к
опыту преодоления кризиса в других науках. История научно-
технического прогресса показывает, что наука со временем преодолевает трудности, выходит из тупика, но темпы этого выхода и развития зависят от уровня философского образа мышления исследователей, от уровня развития классификаций в этих науках [3]. Классификация сыграла значительную роль в становлении и в развитии биологии, геологии, географии, а фундаментальное значение классификаций элементов Д.И. Менделеева и кристаллов Е.С. Фёдорова известно всему миру. Однако, по словам чл.-
корр. АН СССР Г.Б. Бокия «...классифи-кация не панацея от всех подобных болезненных явлений, но развитие рациональной классификации есть один из путей
интенсификации науки, развития её в правильном направлении» [4]. Все это говорит о том, что появилась необходимость философского осмысления и приведения накопленных знаний о разрушении в единую систему на основе достижений современной физики разрушения и клас-сиологии, т.е. разработки новой научной классификации в области разрушения горных пород. В этой области известно не мало классификаций методов и способов разрушения. Но эти классификации на сегодня не являются теми рациональными или естественными классификациями, которые двигают науку
вперёд. Существующие классификации способов разрушения по определению классиологов можно отнести к искусственным, так как они строятся по произвольно выбранному критерию, в основном, только для упорядочения с целью облегчения поиска и придания обозримости объектам исследования. Наряду с искусственными в классиологии существуют также классификации, которые выражают законы и объективные связи в природе. В.Ю. Забродин предлагает такие классификации называть естественными [5]. В естественных классификациях в качестве оснований деления выбирают признаки, существенные для классифицируемых объектов, т.е. существенные признаки. К естественным классификациям относятся вышеупомянутые классификации элементов Д.И. Менделеева и кристаллов Е.С. Фёдорова. По мнению Г.Б. Бокия, между искусственными и естественными классификациями нет резких границ. Если представить себе схему в виде линии, то искусственные и естественные классификации будут стоять на концах этой линии, а многие существующие займут промежуточные положения. Некоторые из них по мере развития могут стать естественными [4]. Согласно такому представлению, современное состояние классификации способов разрушения горных пород характеризуется тем, что один конец этой линии свободен, а промежуточная часть и другой конец заполнены ге-
СЕМИНАР 4
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА 2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© Л.Н. Федоров, 2001
УДК 622.235:662.21
Л.Н. Федоров
СТАДИЙНЫЙ МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ
САК ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРИЗНАК ЛАССИФИКАЦИИ СПОСОБОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
нетическими и искусственными классификациями.
Из классиологии как науки по теории и методологии классификаций известно, что построение хорошей научной классификации возможно, именно, по генетическому признаку [3]. Достаточно заметить, что в своей классификации
Д.И.Менделеев химические элементы расположил по росту их атомных весов. Но в последствии оказалось, что атомный вес химических элементов определяется числом протонов в ядре и каждый последующий элемент может быть получен путём прибавления к ядру одного протона и одного электрона, Таким образом, современная физика, открыв генетический механизм образования химических элементов, позволяет получить искусственным путём, а число протонов в ядре - считать генетическим признаком классификации химических элементов. Поэтому, с точки зрения генетического метода классиологии, Д.И. Менделеев, положив в основу своей классификации атомный вес химических элементов, гениально предугадал, по сути, генетический признак классификации химических элементов.
Генетический метод требует исследование развития объекта во времени от низших форм до высших, а это, в свою очередь, предполагает теоретическую реконструкцию естественных процессов живого и неживого мира, породивших эмпирически наблюдаемое разнообразие объектов и явлений. Для классификации способов разрушения горных пород такая реконструкция процессов, породивших эти способы, возможна, если рассмотреть разрушение горных пород в историческом аспекте, как разновидность трудовой деятельности человека.
Ещё первобытный человек умел разрушать горную породу. Случайно ударяя камнем о камень, он разрушал его и, причём, в желаемом направлении. Так он создал каменные орудия труда. Заметим, что его действия ударом разрушать крепкие породы были подсказаны самой природой этих пород, а именно, их хрупкостью. Т.е. действия перво-
бытного человека по разрушению горных пород вытекали из их свойств, и потому эти действия были закономерны. Но чем больше наблюдал и узнавал он о свойствах, о природе камня, тем больше совершенствовал известные и отыскивал новые способы разрушения. Камни, которыми обкладывали костры для сохранения тепла в пещере, от случайного попадания воды растрескивались. Наблюдая это, они потом стали специально греть их кострами и обливать водой.
Конечно, у первобытных людей не было понятия «свойство пород». Это уже достижение развитой цивилизации. Но с тем, что мы называем хрупкостью горных пород и инден-тифицируем это как их свойство, первобытный человек часто сталкивался и использовал в своей жизнедеятельности. Исходя из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что случайно замеченные свойства горных пород определяли действия первобытного человека по совершенствованию старых и овладению новыми способами и средствами разрушения.
Современный человек, в отличие от первобытного, уже целенаправленно изучает свойства горных пород и на этой базе совершенствует старые и создаёт новые способы. Последнее открытие новых свойств пород, а именно, свойств симуль-танности, было сделано в 70-х годах, на основе которого были предложены комбинированные способы одновременного действия и созданы агрегированные групповые породоразрушающие инструменты [6].
Таким образом, из вышеуказанного описания исторического аспекта развития представлений о разрушении и способов разрушения горных пород видно, что в основе способов разрушения лежат свойства горных пород. Т.е. просматривается следующая генетическая связь « свойства пород ^ человек и его деятельность ^ способы разрушения горных пород». Рассмотрим более подробно каждое звено этой цепи и их взаимосвязи. Способы разрушения представляются нам как определённая последовательность действий человека с целью разрушения породы, а любая целенаправ-
ленная осознанная деятельность человека определяется его опытом, знанием. В данном случае предметом, объектом этого опыта и знания является свойство горных пород. Иными словами, человек, исходя из свойств горных пород, создаёт способы их разрушения. Твёрдость и хрупкость породы инициируют, ударные способы, твёрдость и вязкость - способы, основанные на истирании и микрорезании, а мягкие -резание.
Это положение достаточно азбучно для исследователей разрушения горных пород. Но его ценность заключается в том, что он получен методом классиологии и позволяет идентифицировать, осознать свойства горных пород как генетический признак классификации способов разрушения, а сами классификации
- как хорошие научные и в какой-то степени естественные. К примеру, известное разделение способов разрушения по механическим, термическим и электрическим свойствам на механические, термические и электрические способы [7] представляет собой генетическую классификацию, которая обладает некоторыми свойствами естественной классификации. Это, в первую очередь, свойство интенсифицировать развитие науки, причём в правильном направлении. Именно современный уровень развития разрушения как науки обеспечен масштабными исследованиями свойств горных пород. Тем не менее в 60-е годы эта классификация не могла быть осознана как генетическая, тем более как естественная, ибо в то время классиология как наука ещё не сложилась. Первая школа - семинар по теории и методологии классификации в России состоялась в Бороке в 1979 г.
В настоящее время мы видим, что данная классификация уже не выполняет функцию развития науки. Более того, разрушение горных пород как в теории, так и в практическом плане, уже давно не отвечает запросам горного дела. Открытие новых способов разрушения, основанных на свойствах пород даже и не прогнозируется, ибо ожидать открытия новых свойств, ведущих к разработке более производительных
и в то же время энерго - ресурсосберегающих способов разрушения, не приходится. С точки зрения клас-сиологии это объясняется тем, что свойства пород, как признак классификации, уже потеряли то качество «существенности», что делало эту классификацию стимулирующей развитие разрушения горных пород как науки. Причём это произошло благодаря более глубокому пониманию, что есть свойства пород. Научные исследования показали, что свойства пород не являются их неизменной данностью, атрибутом. Известно, что пластичные в обычных условиях нагрузки породы при скоростном нагружении ведут себя как хрупкие и, наоборот, хрупкие в условиях длительного нагружения -текут. А такой нестабильный признак не может дать хорошую классификацию способов разрушения. Всё это говорит о том, что в разрушении горных пород возникла классификационная проблема. Разрешение такой проблемы в науках, где основные результаты получают эмпирическим путём, классиология видит на путях теоретизации этой науки, во взаимодействии с науками, которые имеют богатые теоретические традиции [3]. В разрушении горных пород, правда, с целью понять как происходит разрушение, этот процесс теоретизации начался сравнительно давно.
Классические теории прочности, теории дислокаций и хрупких трещин, кинетическая концепция прочности более менее успешно применялись и применяются в разрушении горных пород. Благодаря этому, современному исследователю понятно, что свойства пород есть, прежде всего, внешнее проявление процессов, которые идут в породе в результате механического, физического, химического и др. видов воздействий. Поэтому можно констатировать, что только внутренние процессы, протекающие в горной породе и обусловленные её структурой и внешним воздействием, через свойства пород определяют действие человека по разрушению. Следовательно, при более углубленном подходе оказывается, что генезис способов разрушения горных пород обусловлен процессами, сопровож-
дающими их разрушение. Неизу-ченность этих процессов обуславливает низшие формы способов разрушения, а глубокое изучение горной породы и внутренних процессов, происходящих в ней, вызывает к жизни высшие формы. Таким образом, анализ генезиса способов разрушения показывает, что их возникновение обусловлено единой генетической цепью «процессы разрушения ^ свойства пород ^ человек и его деятельность ^ способы разрушения горных пород». Представленная цепь является более развитой, чем приведенная выше теоретическая модель генезиса способов разрушения. В этой модели процессы разрушения выступают как генетический признак классификации способов разрушения, а свойства -как порождение тех процессов, которые протекают в породе при различных видах воздействия.
По этой модели свойства пород не могут выступать как существенный признак и потому сама модель может быть упрощена до вида «процессы разрушения ^ человек и его деятельность ^ способы разрушения».
Таким образом, разработка генетической классификации заключается в выборе доминирующего процесса разрушения. А этот выбор зависит как от уровня развития физики разрушения, так и от её влияния на разработку способов разрушения, а также от квалификации самого исследователя.
В последние десятилетия физики убедительно показали, что процессам разрушения свойственны и общие закономерности, т.е. процессы разрушения можно объединить общим механизмом протекания этих процессов. И этот наиболее общий механизм разрушения, а именно двухстадийный характер разрушения горных пород, выявленный и исследованный учёными из ФТИ им. А.Ф. Иоффе во главе с академиком С.Н. Журковым [8, 9], может быть положен в основу генетической классификации способов разрушения горных пород.
Суть стадийного характера разрушения горных пород наиболее доступно и понятно раскрыта в двухстадийной модели разрушения
[9]. Согласно этой модели, при любом механическом способе воздействия на породу процесс разрушения протекает в две стадии. На первой стадии в объёме породы протекают процессы генерации и накопления микро- и макротрещин и других дефектов до определённой концентрации. Эта стадия подготовительная, представляющая собой объёмное предразрушение. На второй стадии идут процессы слияния трещин в более крупные и доминирующий катастрофический рост некоторых из них с образованием отдельностей. Это - стадия доразрушения. Согласно этому наиболее общему механизму разрушения горных пород, для инициирования первой стадии разрушения необходимо вводить в породу энергию объёмно, а для второй
- локально. Следование этому принципу позволяет нам изменить стратегию разрушения, т.е. разрабатывать новые подходы с учётом стадийного характера разрушения. Способы, разработанные исходя из стадийного характера разрушения горных пород, логично называть стадийными, все другие способы, не отвечающие этому наиболее общему механизму разрушения - нестадийными. Таким образом, стадийные способы есть комбинация способов предразрушения и способов дораз-рушения. Из существующих к стадийным способам можно отнести термомеханические способы, когда в результате нагрева снижается твёрдость пород или, когда из-за различия коэффициентов температурного расширения или фазовых превращений отдельных компонентов, создаются зоны микротрещиноватостей, а локальное механическое воздействие отделяет этот предразру-шенный слой. К нестадийным способам разрушения относятся способы, основанные только на локальном воздействии, например удар острым инструментом, или только на объёмном воздействии, например удар и вдавливание тупого инструмента, а также на плавлении и возгонке.
В способах предразрушения энергия объёмно вводится любым рабочим телом (твёрдое тело, жидкость, газ, электромагнитное поле, плазма и поток элементарных час-
тиц). Причём вид энергии и её количество должны отвечать достижению породой наиболее «взрыхлённого» микро- и макротрещинами предразрушенного состояния. Способы доразрушения осуществляются концентрированным локальным воздействием на предразрушенную зону твёрдым телом, струёй газа или жидкости. Технологически это осуществляется резанием, ударом и сжатием (вдавливанием). Таким образом, сам генетический классификационный признак, а именно, двухстадийный механизм разрушения, если рассмотреть его вне рамок классификационных процедур, открывает новые пути в раз-
работке способов разрушения горных пород и, тем самым, приобретает статус существенного.
Заключение
В этой статье проанализированы свойства пород как генетический признак классификации способов разрушения горных пород. Отмечено исключительное влияние свойств пород на разработку и совершенствование способов и средств разрушения. Это влияние на сегодня утрачено, в связи с чем возникает классификационная проблема. Для решения этой проблемы построена теоретическая модель генезиса способов разрушения горных пород, а двухстадийный механизм разруше-
ния обоснован как генетический существенный признак классификации способов разрушения горных пород. Благодаря этому, классификационный признак становится тем инструментом, который ориентирует учёных от изучения свойств пород переходить на исследование процессов предразрушения и доразруше-ния, и на этой основе создавать новые способы и средства разрушения.
В дальнейшем, применяя согласно теории и методологии классификаций вышеуказанный признак, будет разработана сначала структурная модель, а затем на её основе естественная классификация способов разрушения горных пород.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баранов Е.Г., Кръмский В.Н. Современное состояние и пути развития теории разрушения горных пород. //Изв. ВУЗов. Горный журнал. - 1989. - №2. - С. 110.
2. Скрябин Р.М., Фёдоров Л.Н. Новые подходы к организации ресурсосберегающих процессов разрушения горных пород. //Горный информационно-аналитический бюллетень. - М: 1995, вып. № 5. - С. 59-62.
3. Митрофанова С.С. Взаимодействие наук в классификационной проблеме. //Классификация в современной науке. - Новосибирск: Наука, ибирское отделение, 1989. - С. 5-18.
4. Бокий Г.Б. Вопросы классификации и системного подхода в минералогии. // Классификация в современной науке. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989.
- С. 87-100.
5. Забродин В.Ю. К проблеме естественности классификаций: классификация и закон. // Классификация в современной науке. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989. - С. 59-73.
6. Барон Л.И., Глатман Л.Б., Козлов Ю.Н. и др. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Разрушение агрегированными инструментами. - М.: Наука, 1977, - 160 с.
7. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Недра, 1964. - 208 с.
8. Куксенко В.С. Модель перехода от микро - к макроразрушению твёрдых тел. // Физика прочности и пластичности. - Л.: Недра, 1986 - С. 36-4.
9. Дамаскинская Е.Е., Куксенко В.С., Томилин
Н.Г. Двухстадийная модель разрушения горных пород. // Физика земли, 1994, № 10. - С. 47-52.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------
_____________________________________________________________________________£)
Федоров Л.Н. - ст. научный сотрудник, Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.
Рис. 1. Влияние объемной концентрации энергии на степень и КПД взрывного дробления в зависимости от применяемого типа ВВ: 1 - гранулотол; 2 - граммонит 79/21; 3 - гранипор (Агаповский известняковый карьер)____________________________________________________________
ффективность взрывных работ в значительной мере зависит от типа применяемого ВВ обусловливающего величину и форму взрывного импульса. В идеале тип применяемого взрывчатого вещества должен определяться исходя из условия обеспечения оптимального механизма действия взрыва. Это возможно в результате соответствия энергетических и детонационных характеристик ВВ условиям, в которых протекает взрывной процесс.
На большинстве карьеров России
тип применяемого ВВ определяется структурой рынка взрывчатых материалов (наличием и стоимостными показателями ВВ), а из свойств взрываемого массива учитывается лишь его обводненность.
Применение же ВВ отличных от оптимальных даже более дешевых не всегда обеспечивает высокую эффективность и техникоэкономические показатели взрывных работ.
В таких условиях для повышения эффективности взрывных работ не-
СЕМИНАР 4
ІОК. ІЛ І НА СИМПОЗИУМЕ
обходима точная оценка результатов ранее проведенных взрывов и оперативное проектирование параметров БВР на основе имеющихся ВВ. Выбор применяемого ВВ должен осуществляться по результатам тех-нико-экономичес-кого анализа.
Оценка эффективности применения нескольких типов взрывчатых веществ проводилась в породах П-Ш категории трещиноватости на карь-Рис. 2. Влияние скорости детонации ВВ на максимально возможную для данных массивов степень дробления:
1 - порфирит (Малый Куйбас); 2 - гранодиорит (Гумбейский); 3 - известняк (Агаповский)
ерах - Малый Куйбас (порфириты: предел прочности при растяжении стр=13,7 МПа; гранулотол, граммонит 79/21), Гумбейский (гранодиориты: стр=10 МПа; граммонит 30/70, аммонит №6ЖВ), Агаповский (известняки: стр=7 МПа; гранулотол, граммонит 79/21, гранипор).
При этом для каждого из исследуемых массовых взрывов по нескольким линиям (от пяти до двадцати), в зависимости от длины взрываемого блока производились замеры:
/=1,5
/= 2,0
/= 2,5
"з 5000 й
-г 4000
3000
'^500 4000 4500 5000 5500
Скорость детонации, м/с
Скорость детонации, м/с
Скорость детонации, м/с
Рис. ГОБяЬАйСб^орС^иМЬЛнЬбАВЁы^ЛЭк^^^рацию энергии создаваемую в массиве горных пород:/ - Малый Куйбас (порфирит); 2 - Гум-ий (гранодиорит); 3 - Агаповский (известняк)
1. Трещиноватости и блочно-сти взрываемого массива горных пород.
2. Параметров буровзрывных работ.
3. Кусковатости взорванной горной массы.
Трещиноватость массива по откосу уступа оценивалась фотоли-нейным методом. По результатам измерений оценивались: распределение размеров кусков по крупности и средневзвешенный размер естественной отдельности для каждой линии замера.
Таблица 1
ЗНАЧЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
Карьер а р У
Малый Куйбас 747 1,4219 8087
Гумбейский 1000 0,9976 4869
Агаповский 1060 0,4087 1539
Таблица 2
ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ МАКСИМАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ДРОБЛЕНИЯ
Карьер (порода) Тип ВВ ^тах Авв, кДж/м3 q, кг/м3 Адр, кДж/м3 Ц, %
Малый Куйбас (порфирит) Гранулотол 3,6 3600 0,99 880 24
Граммонит 79/21 2,8 5300 1,24 705 13
Гумбейский (гранодио-рит) Граммонит 30/70 2,7 3100 0,88 480 15
Аммонит №6ЖВ 2,4 4100 0,95 420 10
Агаповский (известняк) Гранулотол 2,6 2100 0,58 335 16
Граммонит 79/21 2,1 2600 0,61 260 10
Гранипор 1,8 2900 0,77 205 7
Таблица 3
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БВР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТИПА ПРИМЕНЯЕМОГО ВВ ДЛЯ УСЛОВИЙ ГРАНИТНОГО КАРЬЕРА ГУМБЕЙСКОГО ЩЕБЕНОЧНОГО ЗАВОДА
Параметры БВР Тип ВВ
1 2 3 4 5
Удельный расход, кг/м3 0,82 0,88 0,93 0,96 0,79
Величина объемной концентрации энергии заряда ВВ, кДж/м3 2880 3778 3977 4326 4077
ЛСПП, м 5,7 5,6 5,5 5,4 5,8
Длина забойки, м 4,3 4,2 4,1 4,0 4,4
Масса заряда в скважине, кг 270 274 277 279 268
Длина заряда, м 7,9 8,0 8,1 8,2 7,8
Расстояние между скважинами в ряду, м 5,7 5,6 5,5 5,4 5,8
Расстояние между рядами скважин, м 5,2 5,1 5,0 4,9 5,3
Выход взорванной горной массы с 1 п.м. скважины, м3/м 24,5 23,3 22,2 21,7 25,4
ВВ: 1 - граммонит 30/70; 2 - аммонит №6ЖВ; 3 - граммонит 79/21; 4 - гранулит АС-4; 5 - гранулит АС-8.
Таблица 4
ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВВ
Показатели Тип ВВ
1 2 3 4 5
Затраты на бурение СБ, руб/м3 4,08 4,29 4,51 4,61 3,94
Затраты на ВВ Свв, руб/м3 8,12 5,28 3,53 4,99 6,08
Затраты на бурение и ВВ Со, руб/м3 12,20 9,57 8,04 9,60 10,02
Экономическая эффективность Ээ, кДж/руб 37,5 47,9 57,0 47,7 45,7
Контрольными замерами уточнялись параметры БВР - ЛСПП, сетка и глубина скважин, длина заряда и забойки.
Гранулометрический состав взорванной горной массы устанавливался линейными замерами по развалу, а также фотолинейным методом по откосу забоя.
Технологическая эффективность взрыва оценивалась универсальными показателями энергопотребления
- удельным расходом ВВ (ф, объемной концентрацией энергии, создаваемой во взрываемом массиве (Авв), энергоемкости - работой дробления (Адр), а также КПД взрывного процесса (Ц).
В результате проведенных исследований установлена зависимость степени дробления (г) от параметров энергопотребления для каждого из рассматриваемых ВВ. Для обеспечения энергетического подобия в качестве параметра энергопотребления используем - объемную концентрацию энергии, создаваемую в массиве горных пород равную произведению удельного расхода на удельную теплоту взрыва ВВ (рис. 1.).
Анализ полученных зависимостей показывает, что для любого из применяемых ВВ с увеличением объемной концентрацией энергии, создаваемой в массиве горных пород, степень и КПД дробления сначала повышается, а затем, достигнув максимума, снижается. Это объясняется перераспределением энергии взрыва по формам механической работы. При меньшей величине концентрации энергии ВВ в массиве степень дробления взорванной гор-
ной массы возрастает, а при большей энергия расходуется на разлет отдельных кусков породы и приводит к значительному развалу горной массы. Таким образом, регулирование степени дробления рационально проводить только на восходящих ветвях, представленных кривых. Косвенными показателями, характеризующими работу взрыва на нисходящей ветви кривых, является выброс породы на верхнюю бровку, образование заколов массива за линией скважин, увеличенный развал взорванной породы.
Восходящие ветви кривых в первом приближении можно аппроксимировать уравнениями:
А.вв = а-і - Р-D + у где і - степень дробления; D - скорость детонации ВВ, м/с; а, Р, у -эмпирические коэффициенты, представлены в табл. 1.
Значения показателей технологической эффективности при максимальной для данного ВВ степени дробления приведены в табл. 2.
С увеличением скорости детонации ВВ максимальная степень дробления пород повышается (рис. 2).
При этом с увеличением скорости детонации ВВ для получения требуемой степени дробления необходимая концентрация энергии снижается (рис. 3, 4).
Таким образом, интенсификация взрывного дробления горных пород на карьерах может быть достигнута за счет применения высокобризантных ВВ, что позволяет повысить степень дробления пород на 20-30 %, уменьшить удельные затраты энергии в
1,3—2,1 раза, при этом КПД взрывного
дробления возрастет в 1,6-1,8 раза в зависимости от взрываемых пород.
Проведенные в промышленных условиях исследования позволили определить рациональные параметры БВР в зависимости от применяемого типа ВВ. Расчет параметров БВР производился исходя из требуемой величины объемной концентрации энергии, с учетом ее равномерного распределения в массиве горных пород при взрыве, что позволяет достичь требуемой степени дробления.
В качестве примера приведены параметры БВР для условий гранитного карьера Гумбейского щебеночного завода (проектная высота уступа Н = 10 м; диаметр скважин гіскв = 0,220 м; коэффициент сближения скважин т = 1; плотность заряжания ВВ А = 900 кг/м3), обеспечивающие степень дробления і = 2,5 (табл. 3).
Произведена оценка экономической эффективности применения различных типов ВВ по энергетическому критерию предложенному Л.В. Дубновым и И.Т. Колесниченко и по сумме затрат на бурение и ВВ (табл. 4).
Анализ расчета экономической эффективности применения рассматриваемых ВВ показал, что при существующих ценах на ВВ и затратах на бурение в настоящее время экономически целесообразным является применение граммонита 79/21. Однако в обводненных условиях из рассматриваемых ВВ может применяться только граммонит 30/70 не смотря на более низкую экономическую эффективность.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
СГ5
'^с Маляров И.П., Угольников В.К., Симонов П.С., Угольников Н.В. - Магнитогорский государственный технический университет.
и
