CC BY
23
УДК 622.831.023(075.8)
А.А. Дремин
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБУРИВАНИЯ УСТУПОВ НА КАРЬЕРАХ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ
ТЪ основу обоснования опти--я-3 мальных схем обуревания уступов на карьерах железистых кварцитов и схем коммутации взрывной сети с целью максимально возможного взрывного разупрочнения в них межзерновых связей заложены следующие общеизвестные факты.
Факт 1.
Железистые кварциты имеют сложную текстуру. Это свидетельствует о том, что они относятся к породам осадочного происхождения, подвергнувшихся процессу метаморфизма.
Так как это породы осадочного происхождения, то минералы, их слагающие, при осаждении согласно второму закону термодинамики, располагались своей длинной стороной параллельно плоскости осаждения.
Согласно [1] размер минеральных зерен, слагающих железистые кварциты, в направлении параллельном их слоистости в 1,54 раза больше, чем в направлении перпендикулярном слоистости. Из этого следует, что площадь срастания смежных зерен в железистом кварците в направлении параллельном слоистости в 1,54-1,54= = 2,37 раза больше, чем площадь их срастания в направлении перпендикулярном слоистости. Следовательно, энергоемкость раскрытия минеральных зерен магнетита (этот минерал извлекают из железистого кварцита при обогащении) по площадкам параллельным слоистости при измельчении руды
в мельницах будет в 2,37 раза больше, чем по площадкам перпендикулярным их слоистости.
Факт 2.
Из теории упругости [2] известно, что при приложении к твердому телу сжимающих нагрузок в нем на площадках, расположенных под углом 450 к этим нагрузкам возникают максимальные сдвиговые напряжения.
Факт 3.
При взрыве одиночной скважины максимальные сжимающие напряжения в массиве пород возникают на фронте взрывной волны и их форму можно представить как цилиндр во времени с высотой равной высоте заряженной части скважины и диаметром, изменяющимся во времени от размера диаметра скважины до бесконечности.
Факт 4.
При одновременном взрывании скважин, находящихся в одном ряду коммутации, на расстоянии примерно равном 15-20 диаметрам скважин цилиндрические волны сжатия от каждой скважины за счет суперпозиции образуют квазиплоскую волну сжатия.
Факт 5.
Скважины, находящиеся в одном ряду коммутации, взрываются не одновременно, а с некоторым интервалом по времени. Этот интервал обусловлен временем распространения детонации в детонирующем шнуре, соединяющем две смежные скважины одного ряда
коммутации. В связи с этим, квазипло-ская взрывная волна сжатия отклоняется от линии коммутации на угол у (рис. 1), который можно определить по следующей очевидной формуле:
У = (Гупр 1 Удетдш ) , (1)
где уупр - скорость распространения фронта взрывной волны сжатия, м/с; ТветВш - скорость детонации ВВ в детонирующем шнуре, м/с.
Факт 6.
Детонация ВВ в каждой скважине происходит не одновременно по всей ее высоте, а снизу вверх, так как патрон-боевик располагают в нижней части скважины. В связи с этим фронт квазип-лоской взрывной волны сжатия имеет наклон от вертикали на угол у (рис. 1), который можно определить по следующей очевидной формуле:
у = аГ08Ш (Уупр / Удет. ВВ.), (2)
где удет. ВВ. - скорость детонации взрывчатки в скважине, м/с.
Схема ориентации плоскости фронта взрывной волны при взрывании скважин одного ряда коммутации приведена на рис. 1 [3].
С учетом изложенных выше фактов задача при проектировании схем обури-вания уступов и схем коммутации взрывной сети сводится к тому, чтобы плоскость фронта взрывной волны сжатия при взрыве скважин одного ряда коммутации образовывала бы с плоскостью слоистости железистых кварцитов двухгранный угол равный 450.
В этом случае на площадках параллельных сло-истости (по этим площадкам энергоемкость раскрытия зерен магнетита при измельчении железистых кварцитов в мельницах максимальна по сравнению с другими направлениями) возникнут максимально возможные (для данных сжимающих напряжений на фронте плоскости взрывной волны) сдви-
говые напряжения. Эти напряжения обеспечат максимально возможное взрывное разрушение межзерновых связей в железистых кварцитах, а следовательно энергоемкость их последующего дробления и измельчения будет минимально возможной из всех прочих вариантов взрывной отбойки от массива.
Если плоскость фронта взрывной волны сжатия будет образовывать с плоскостью слоистости железистых кварцитов двугранный угол, отличаю-
Л Ґ 0 г\0
щийся от 45 на 9 в одну или другую сторону, то как показано в работе [3] сдвиговые напряжения на площадках наибольшего срастания минеральных зерен уменьшатся всего лишь на 5 % от максимальных, а следовательно эффект взрывного разупрочнения межзерновых связей в железистом кварците уменьшится тоже всего лишь на 5 %. В конечном итоге эффект снижения энергоемкости последующего дробления и измельчения железистых кварцитов на обогатительной фабрике также снизится не более чем на 5% от максимально возможного. Это обстоятельство следует иметь ввиду, так как плоскость слоистости железистых кварцитов не является плоскостью в прямом смысле этого слова, а представляет поверхность повторяющую рельеф на момент осадконако-пления железистых кварцитов при их образовании.
Для того чтобы плоскость фронта взрывной волны сжатия при взрыве скважин одного ряда коммутации образовывала двухгранный угол 450 с плоскостью слоистости железистых кварцитов необходимо, чтобы линия ряда скважин одного ряда комму-тации образовывала бы с линией бровки уступа угол равный и (см. рис. 2). Этот угол определен в работе [3]и равен: и=в±р+у=
= в± arccos{(cos45° - cosa- sin// ; (3)
/ (sina-cos/)} + Y
где в - угол между линией простирания слоистости железистых кварцитов на уступе карьера (см. рис. 2) с линией бровки уступа;
в = arccos{(cos45° - cosa - sin /) / / (sina-cos/}
(4)
где а - угол падения плоскости слоистости железистых кварцитов (см. рис. 2).
В формуле (3) перед углом в стоит знак ±. Это говорит о том, что эффект взрывного межзернового разупрочнения в железистых кварцитах по площадкам наибольшего срастания минеральных зерен (по площадкам параллельным
слоистости) будет одинаков как при знаке + перед в, так и при знаке -.
При проектировании схем обуревания на уступе карьера железистых кварцитов необходимо принять то значение угла и из двух возможных согласно формуле (3) который ближе к 900.
Эта рекомендация следует из чисто практических соображений. При угле и максимально приближенном к 900 проще осуществлять разметку мест заложения скважин.
Как показал опыт применения рекомендаций по схемам обуривания уступов на карьерах железистых кварцитов согласно формуле (3) энергоемкость дроблениия и измельчения железистых кварцитов на обогатительной фабрике снизилась на 7% [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Григорян И.Р. Разработка способа взрывного разупрочнения межзерновых связей при добыче железистых кварцитов на карьерах. -М.: МГИ, Кандидатская диссертация, 1988.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М.: Наука, 1987, 247 с.
3. Гладаревский Р.А. Разработка взрывного ресурсосберегающего способа разрушения железистых кварцитов при их рудоподготовке. -М.: МГГУ, Кандидатская диссертация, 2006.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Дремин Андрей Алексеевич - аспирант, Московский государственный горный университет.
