Повышение качества дробления горной массы на основе учета газодинамических процессов в зарядной полости применительно к гранитным карьерам Ленинградской области

Румянцев, Александр Евгеньевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение качества дробления горной массы на основе учета газодинамических процессов в зарядной полости применительно к гранитным карьерам Ленинградской области
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Повышение качества дробления горной массы на основе учета газодинамических процессов в зарядной полости применительно к гранитным карьерам Ленинградской области"

На правах рукописи

РУМЯНЦЕВ Александр Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДРОБЛЕНИЯ ГОРНОЙ МАССЫ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗАРЯДНОЙ ПОЛОСТИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ГРАНИТНЫМ КАРЬЕРАМ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.20- Геомеханнка, разрушение

горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 .'ЛЗ

Санкт-Петербург - 2013

005531084

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Парамонов Геннадий Петрович

Официальные оппоненты:

Закалинский Владимир Матвеевич доктор технических наук, ФГБУН "Институт проблем комплексного освоения недр РАН", ведущий научный сотрудник

Трофимов Андрей Викторович кандидат технических наук, ООО "Институт Гипроникель", центр физико-механических исследований, заведующий центром

Ведущая организация - ООО Научно-техническая фирма "ВЗРЫВТЕХНОЛОГИЯ".

Защита состоится 3 июля 2013 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при "Национальном минерально-сырьевом университете "Горный" по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "Национального минерально-сырьевого университета "Горный".

Автореферат разослан 31 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ¿ъ СИДОРОВ

диссертационного совета ¿-Р^ф^У' Дмитрий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Буровзрывные работы являются важнейшей составной частью технологического процесса добычи полезных ископаемых и составляют 20-30% затрат в их себестоимости. Повышение эффективности взрывоподготовки горной массы во многом зависит от совершенства технологий взрывных работ и максимально возможного использования энергии взрыва. При этом отбойка горной массы должна обеспечить требуемую степень дробления для получения максимальной производительности погрузочно -транспортировочных средств и дробильно - сортировочного оборудования.

Проблеме разрушения горных пород взрывом посвящены работы Адушкина В.В., Викторова С.Д., Радионова Н.Ф., Кутузова Б.Н., Ханукаева А.Н., Казакова H.H., Закалинского В.М., Белина В.А., Боровикова В.А., Парамонова Г.П., Жарикова И.Ф., Покровского Г.И., Колмогорова А.Н., Дейч М.Е., Ванягина И.Ф., Геокчакяна М.Г., Демидюка Г.П., Менжулина М.Г. и др., внесших значительный вклад в теорию и практику взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых.

Несмотря на значительные успехи в области совершенствования технологии взрывных работ и частичного обновления ассортимента промышленных взрывчатых веществ, технико-экономические показатели последних при разрушении скальных горных пород не в полной мере отвечают возросшим требованиям горного производства.

Так, на карьерах ОАО «Каменногрское КУ» отмечены проблемы выхода значительного количества негабарита при взрывании горного массива существующей технологией ведения БВР. Эту проблему можно решить, улучшив качество передачи энергии взрывчатого превращения горному массиву.

Наиболее полно использовать энергию взрывчатого превращения при разрушении горных пород возможно на квазистатической стадии взрыва путем управления газодинамическими процессами в зарядной полости с применением специальных конструкций зарядов и типов ВВ.

Поэтому изучение газодинамических процессов в зарядной полости скважинных зарядов и совершенствование методов расчета параметров буровзрывных работ, обеспечивающих повышение качества дробления горной массы, являются актуальными научно-техническими задачами.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности буровзрывных работ при разработке гранитных карьеров Ленинградской области.

Идея работы. Качество дробления горной массы должно определяться на основе оптимального выбора газодинамических параметров в зарядной полости при взрыве скважинных зарядов различных конструкций.

Основные задачи исследований:

1. Анализ методов управления энергией взрыва при разрушении горных пород.

2. Исследование влияния конструкций зарядов ВВ на формирование гранулометрического состава разрушенной взрывом горной массы.

3. Определение затрат энергии взрыва при уступной отбойке гранитов методом скважинных зарядов для условий карьеров ОАО «Каменногорское КУ».

4. Исследование газодинамических процессов в зарядной полости при взрыве зарядов различных конструкций.

5. Разработка рекомендаций к типовому проекту БВР, учитывающих значение газодинамических параметров продуктов взрыва различных конструкций скважинных зарядов.

Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов исследований, включающего анализ и обобщение отечественных и зарубежных исследований технологий взрывного разрушения горных пород, численного моделирования газодинамических процессов в зарядной полости при взрыве скважинных зарядов, проведение экспериментальных работ в лабораторных и полигонных условиях, сравнительный анализ результатов лабораторных исследований с результатами полигонных испытаний по определению гранулометрического состава взорванной горной массы от взрыва зарядов различных конструкций.

Научная новизна работы:

1. Установлена зависимость качества дробления от газодинамических параметров в зарядной полости для зарядов различных конструкций.

2. Установлены закономерности изменения размеров зон трещинообразования при взрыве зарядов различных конструкций с учетом газодинамических параметров продуктов взрыва.

Основные защищаемые положения:

1. Целенаправленное изменение газодинамических параметров продуктов взрыва достигается путем выбора оптимальных энергетических характеристик заряда и его конструкции.

2. Получение заданного качества дробления взорванного массива возможно за счет изменения уровня динамического воздействия на стадии управления газодинамическими процессами в зарядной полости.

3. Сетку скважин, обеспечивающую повышение качества дробления горной массы, необходимо рассчитывать на основе совмещения зон трещинообразования для различных конструкций зарядов.

Практическая значимость работы:

• Разработаны рекомендации к расчету параметров БВР, учитывающие особенности действия продуктов детонации при взрыве скважинных зарядов различных конструкций.

• Определены радиусы зон трещинообразования и распределение гранулометрического состава взорванной горной массы при взрыве зарядов различных конструкций и типов ВВ.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом проанализированных исследований о механизмах взрывного разрушения горной породы, исследованиями в области управления газодинамическими параметрами в зарядной полости в зависимости от конструкций заряда и типов ВВ, удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных экспериментов и опытно - промышленных взрывов, выполненных в условиях карьеров «Каменногорский» и «Островский» ОАО «Каменногорское КУ».

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на симпозиуме "Неделя

горняка-2011" (г. Москва, 2011 г.), на ежегодных научных конференциях молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (г. Санкт-Петербург, 2011-2013 г.г.), на конференции в Краковской горно-металлургической академии (Польша, г. Краков, 2010 г.), на заседаниях кафедры взрывного дела и НТСА в "Национальном минерально-сырьевом университете "Горный".

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на карьерах «Каменногорский» и «Островский» при проведении массовых взрывов. Научные и практические результаты диссертации могут быть использованы в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам: "Технология и безопасность взрывных работ", "Теория детонации ВВ", "Промышленные взрывчатые вещества".

Личный вклад автора заключается в сборе и анализе ранее полученных данных отечественных и зарубежных исследователей, в постановке цели и задач исследования, в проведении теоретических исследований, обработке полученных данных, проведении расчетов на ЭВМ, сравнении полученных теоретических и экспериментальных данных, участии в проведении промышленных экспериментов, разработке практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 156 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 105 источников, содержит 52 рисунка и 15 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, помощь и поддержка способствовали успешному выполнению работы, а также другим сотрудникам кафедры взрывного дела при "Национальном минерально-сырьевом университете "Горный".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы.

В первой главе диссертации представлен обзор и анализ современных представлений о механизме разрушения горных пород

взрывом, анализ методов управления энергией взрыва и оценка влияния параметров БВР на качество взрывоподготовки горной массы. Определены цели и задачи исследований.

Во второй главе приведена методика расчета распределения энергии по различным фазам взрыва. На основании выбранной математической модели произведены численные расчеты газодинамических параметров в зарядной полости при взрыве зарядов различных конструкций.

В третьей главе определено влияние различных конструкций зарядов на формирование зон дробления и трещинообразования, представлены исследования по оценке разных типов ВВ на выход взорванной горной массы, произведена оценка дробления на основании гранулометрического состава разрушенных взрывом гранитных моделей. Выбрана и обоснована математическая модель для интерполяции модельных условий (геометрический и временной масштабы, масштабы скоростей волны напряжений, давления продуктов взрыва, масштабы корреляции физико-механических свойств разрушаемой породы в модельных условиях и в натуре).

В четвертой главе представлены результаты промышленных экспериментов на месторождении гранитов "Каменногорское" и "Островское" по оценке рекомендуемых конструкций зарядов с целью повышения качества добываемого щебня, увеличения производительности карьера и увеличению экономического эффекта.

В заключении приводятся основные выводы и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

Основные результаты исследований отражены при доказательстве следующих защищаемых положений:

Для оценки количества энергии идущей на дробление горных пород на волновой и квазистатической стадиях воспользуемся методикой предложенной д.т.н. Казаковым H.H.

Суть методики заключается в следующем: после волнового расширения газовой полости, заполненной продуктами детонации,

начинает свое развитие квазистатическое действие взрыва, так называемое вторичное расширение газовой полости.

При развитии квазистатической фазы взрыва величина переданной энергии взрыва в любом направлении от центра взрыва пропорциональна смещению границы газовой полости в этом направлении за время развития квазистатической фазы взрыва.

При развитии квазистатической фазы взрыва камуфлетная газовая полость расширяется и формируется квазистатическая газовая полость значительно превосходящая по объему камуфлетную газовую полость.

Модель квазистатической газовой полости состоит из трех частей: цилиндрической части квазистатической полости; сферической части квазистатической полости и конической части квазистатической полости.

Ниже приводятся основные расчетные формулы. Энергия разрушения волновой стадии взрыва определяется из следующего выражения:

где ЭЩ1 - энергия излученная в цилиндрическую волну, Дж; ЭВСФ1 -

энергия излученная в сферическую волну, Дж.

Энергия разрушения в камуфлетной зоне определяется из следующего выражения:

где Эъ - энергия переданная в породу в камуфлетной полости, Дж; Эво - энергия излученная в сферическую и цилиндрическую волны, Дж.

Энергия затраченная на разрушение породы квазистатической фазой взрыва определяется из следующего выражения:

(1)

э,=э„-э,

во

(2)

рквз

где Р1 - давление в полости, Па; Ус - объем полости в точке сопряжения изентроп, м3; Рс - давление в точке сопряжения изентроп, Па; Урк - объем камуфлетной полости, м3; Эоксв - оставшаяся энергия в квазистатической полости к концу развития квазистатической фазы,

Довыполненные расчеты для условий карьера «Каменногор-ский» представлены в таблице 1 из которых видно, что энергетический вклад в технологическое дробление породы квазистатической (газодинамической) фазой взрыва в 10,6 раз превышает энергетический вклад волн напряжений.

Таблица 1 - Распределение энергии взрыва по зонам действия фаз процесса__

Фазы процесса Энергия Объем зон, охваченных действием фаз Средняя фазовая плотность энергии в зонах их действия

МДж % м3 % МДж/м3

Скважинный заряд 1717 100 585,98 100 2,93

Камуфлетная фаза 403,9 23,5 170,4 29,1 2,37

Волны напряжений - цилиндрическая волна - сферическая волна 95,1 92,6 2,5 5,54 5,39 0,15 415,58 373,88 12,2 70,9 63,8 2,1 0,23 0,25 0,2

Квазистатическая фаза - цилиндрическая часть - сферическая часть - коническая часть 1004 931 17,7 55,3 58,5 54,2 1,1 3,2 415,58 373,88 12,2 28,5 70,9 63,8 2,1 4,9 2,42 2,49 1,45 1,94

Развал породы и выброс продуктов детонации 214 12,4 — — —

Анализ результатов показывает, что изменяя газодинамические параметры в зарядной полости можно управлять энергией передающейся в массив на квазистатической стадии.

Для установления закономерностей формирования газодинамических процессов и параметров воздействия продуктов детонации на стенки скважины при взрыве удлиненных зарядов разных конструкций была использована программа, разработанная на кафедре «Взрывное дело» при "Национальном минерально-сырьевом университете "Горный" под руководством проф. Менжулина М.Г.,

проф. Парамоновым Г.П., с добавление параметра скорости детонации.

При решении задачи рассматривались детонационные и газодинамические процессы, процессы истечения продуктов через устье скважины и на основании расчетов определялись параметры течения, включая ударно-волновые, волновые процессы и динамические нагрузки на стенки скважины. При взрыве заряда энерговыделение рассматривалось с учётом скорости распространения детонации по его длине для различных конструкций зарядов и способов инициирования. Для упрощения расчетов стенки скважины принимались абсолютно жесткими.

При указанных допущениях детонационные и газодинамические процессы в скважине могут быть описаны системой уравнений Эйлера, с добавлением в уравнение энергии члена, описывающего выделение энергии при распространении детонации. Для цилиндрической системы координат г, г, с осью г, совпадающей с осью скважины и началом координат в её устье, введем расчётную сетку с ячейками Дг, Дг. Тогда для некоторой ячейки расчётной сетки, представляющей эйлеров объём тЕ с поверхностью 8Е исходная система уравнений примет вид:

/ \ ^ р2с!т - Г \ | р2(1т Н = 1 ¡С 12

\ТЕ '2 г, л

\pzty -п)с1Б

Л + В (4)

где 2 и С„ — обобщённые гидродинамические параметры соответственно, принимающие попарно следующие значения:

г = {1 ,и,у,Е}; сп={о,Р,{п-Лр("-Лр¥-"Ъ Я = {0,0,0,2}; Ч -

лагранжев объём, м3; 8, - поверхность этого объёма, м2; п - внешняя нормаль к этой поверхности; /,_/' - орты системы координат; IV, и, V - вектор скорости и его проекции на оси координат; Е - полная удельная энергия, Дж/кг; Р - давление, Па; р - плотность, кг/м3; I - время, с; Q - удельное энерговыделение, Дж/кг.

Система дополняется уравнениями состояния сред. Поскольку воздух в скважине по сравнению с продуктами детонации ВВ со-

ставляет незначительную по массе часть, то его влиянием пренебрегаем. Тогда уравнение состояния в соответствии с разработанным авторами подходом построения приближённых уравнений состояния может быть построено в виде:

Р = р(к-\\е-В) к = к{; В = ВХ при р<р,\ (5)

к = к2; В = В2 при р> р*

где е-Е-Ш112 - удельная внутренняя энергия, Дж; Р - давление, Па; к - показатель адиабаты; IV - массовая скорость с составляющими и , V вдоль координатных осей г, г, м/с.

Значения коэффициентов к, В и р„ для испытываемых взрывчатых веществ, приведены в Таблице 2.

Таблица 2 - Значения коэффициентов к , В и р.

вв к, к2 В,, 10^ДЖ/КГ в2, Ю-6"/,, _ КГ/ 3 Р», /м

Граммонит 79/21, р0 = 800 кг/м3 1,9 1,2 0,055 0,404 4,47

Аммонит № 6ЖВ, р0 = 1000 кг/м3 1,9 1,23 0,278 0,389 3,96

Гранулотол, р0 = 800 кг/м3 1,6 1,2 0,099 0,424 2,38

Аммиачная селитра, р0 = 800 кг/м3 1,6 1,21 0,05 0,290 3,28

Нитронит, р0 = 1050 кг/м3 1,7 1,2 0,02 0,32 3,72

Система (4) -н (5) замыкается граничными условиями: - на оси симметрии с/1 =0; - на стенке скважины и\ =0; - на дне

скважины И = 0 •

12=НСКЁ

В устье скважины задаются условия истечения газа для различных конструкций заряда.

Методика не учитывает податливость стенок взрывной полости, однако, полученные результаты показывают, что снижение давления на податливой стенке взрывной полости в породе типа гранита по сравнению с жёсткой стенкой составляет ~ 15 %.

Результаты численного моделирования газодинамических процессов при взрыве комбинированного заряда, сплошного заряда и заряда с газодинамической забойкой, представлены на рисунках 1, 2,3.

Из эпюр давлений приведенных на рисунке 1 следует, что в момент времени ti=0,068 мс максимальное давление детонационной волны существенно отличается и составляет: для граммонита 79/21 -5700 МПа; для гранулотола водонаполненного - 17000 МПа, что обусловлено детонационными характеристиками ВВ. Давление продолжает расти вплоть до границ зарядов при t2=0,14 мс и составляет для граммонита 79/21 - 7500 МПа, а для гранулотола водонаполненного достигает 47000 МПа. Затем, при ti=0,34 мс давление плавно снижается при переходе границы ВВ с АС. При этом максимальное давление для граммонита 79/21 составит 3100 МПа, для гранулотола - 3600 МПа, а для отразившейся детонационной волны от дна скважины 8400 МПа. Следующее пиковое значение возникает при t2=0,90 мс, когда встречаются детонационные волны от зарядов, при этом давление резко возрастает и достигает значения 27500 МПа. Дальнейшее изменение давления идет без скачков и плавно снижается к моменту завершения газодинамических процессов до 150

МПа при ti=10,0 мс.

Из эпюр давлений приведенных на рисунке 2 следует, что в момент времени t]=0,094 мс максимальное давление от одиночных зарядов, обусловленное детонацией в зарядной полости составляет 6200 МПа и продолжает расти вплоть до ti=0,474 мс, при этом давление достигает 14000 МПа. Затем, в момент времени t2=0,632 мс происходит встреча детонационных волн от точек инициирования зарядов, давление при этом достигает 78000 МПа. После встречи волн возникают волны отражения, идущие к устью и дну скважины. Давление начинает снижаться и в момент времени ti=l,66 мс у дна скважины достигает 4400 МПа. В следующий момент времени t2=l,90 мс волна, сформировавшаяся от встречи детонационных волн, отражается от дна скважины, а давление при этом возрастает до 6700 МПа. Дальнейшее изменение давления идет без скачков и плавно снижается к моменту завершения газодинамических процессов до 200 МПа при ^=10,0 мс.

Из эпюр давления представленных на рисунке 3 видно, что в первые 2 мс наблюдается скачкообразное изменение давления до значений 2400-26000 МПа за счет детонационной волны и отраженных волн от дна скважины. Затем, после прихода отраженной ударной волны от забойки давление увеличивается до значений 380012

8000 6000 4000 2000

а)

0 1 2 3 4 5 6 7

2|\

Р„,МПа

б)

1 Ь2

1-1

С| А е2 В

2.5 м 4.0 м 5.5 м 8.5 м

9 10м

2 И 'М

2 3 4 5 6 7

I! = 0,068 МС;12=0,14мс

Р„,МПа

9 Ь,м

2 Гч К 1, л 2

X ^ \ у

1/— ч

2 3 4 5 6 7

11 = 2,49 мс; 12 = 3,08 мс

Ь,м

2 3 4 5 6 7

I! = 4,54 мс; = 6,20 мс

2 3 4 5 6 7

^ = 7,91 мс; \2 = 10,05 мс

Рисунок 1 - Схема конструкции заряда и результаты исследований изменения давления в скважине: а) Двухточечное инициирование комбинированного заряда. Параметры комбинированного заряда: скважина Ь = 10 м; заряд: А - граммонит 79/21, ДЬ = 1,5м; В - гранулотол водонаполненный, ДЬ = 1,5м; С| - аммиачная селитра, ДЬ = 1,5м; С2 - аммиачная селитра, ДЬ = 3,0м; Инициирование в двух точках = 4,75 м, 1.2 = 9,25 м; б) Эпюры давлений в фиксированные моменты времени ^

1 4 --- -— 2 1

2 Г

1 2 У н

1_X _^

^ = 0,474 мс; Ь = 0,632 мс 1, = 1,66мс; 12 = 1,90мс I, =2,61 мс; 12 = 3,48мс

Рисунок 2 - Схема конструкции заряда и результаты исследований изменения давления в скважине: а) Двухточечное инициирование сплошного заряда. Параметры сплошного заряда: скважина Ь = 10 м; заряд - граммонит 79/21, длина колонки заряда 7 м; инициирование в двух точках = 4 м, Ь2 = 9 м;

б) Эпюры давления в фиксированные моменты времени 1Ь 12

а)

б)

Р„,МПа

рЖ» ' II- 26 Т~ Па

\ 1

I 1 2

10м ♦

I ч ст» а 2,5 ГП а

о 123456789 |,пс 0 123456789 1,мс

Рисунок 3 - Схема конструкции заряда и результаты исследований изменения давления в скважине: а) Обратное инициирование сплошного заряда с газодинамической забойкой. Параметры заряда с газодинамической забойкой: скважина Ь = 10 м;- граммонит 79/21, длина колонки заряда 7 м; инициирование обратное Ь2 = 9 м;

б) Эпюры давления в фиксированных точках 1, 2, 3, 4

4000 МПа и далее медленно снижается до 3000 МПа при времени равном 10 мс. Для сечения на границе заряд-забойка давление после прихода детонационной волны достигает значения 12500 МПа и резко снижается до 4000 МПа. Параметры отраженной ударной волны, распространяющейся ко дну скважины сравнимы с параметрами детонационной волны. Ударная волна многократно отражается от дна скважины и забойки, при этом амплитуда волны медленно снижается, а квазистатический уровень давления в скважине увеличивается, поскольку продукты детонации находятся во взрывной камере.

Анализ полученных результатов показывает, что управление газодинамическими процессами в зарядной полости достигается за счет применения различных конструкций зарядов и типов взрывчатых веществ.

Для исследования влияния скорости детонации на дробление горной породы были проведены лабораторные эксперименты на гранитных блоках размером 170x170x170 мм с диаметром заряда 5 мм, глубиной шпура 83 мм и колонкой заряда 60 мм. В качестве ВВ использовался ТЭН (тетранитропентаэритрит) с добавкой хлористого калия. Скорость детонации чистого ТЭНа 7200 м/с и соответственно при содержании в составе 10% КС1 - 6800 м/с; при 20% КС1 -6100 м/с.

На рисунке 4 представлен образец гранитного блока с зарядом ТЭНа+10%КС1 и разрушенная взрывом горная порода фракций прошедшей через сито 4,5 мм, а на рисунке 5 представлено распределение гранулометрического состава взорванной горной породы, полученное с помощью программы \YipFrag фирмы \VipWareInc.

На рисунке 6 представлено распределение гранулометрического состава при взрыве гранитного блока с применением ТЭН+20%КС1.

Рисунок 4 - Опытный образец до взрыва и разрушенная горная масса после взрыва

Анализ полученных результатов по распределению гранулометрического состава показывает, что при снижении скорости детонации уменьшается коэффициент однородности распределения кусков горной массы по крупности: п=1,74 на рисунке 6 и п=1,83 на рисунке 5.

Для оценки влияния газодинамической забойки на процесс задержки выброса продуктов взрыва по отношению к штатной забойке (буровой шлам), были проведены промышленные эксперименты. На рисунке 7 представлен стоп-кадр видеосъемки. Результаты обработки представлены на рисунке 8, где изображены графические зависимости относительной скорости выброса продуктов взрыва для различных конструкций зарядов.

Результаты экспериментов показывают, что при использовании газодинамической забойки газообразные продукты детонации запираются в скважине на более длительное время, что свидетельствует о более полной передаче энергии массиву на квазистатической стадии взрыва. Основываясь на полученных данных были рассчитаны зоны дробления и трещинообразования с применение забойки, которые представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнение зоны регулируемого дробления для месторождений «Каменногорское» и «Островское» в зависимости от типа применяемой забойки____

Наименование Радиус заряда, мм Радиус зоны дробления с применением газодинамической забойки, м Радиус зоны дробления с применением забойки из бурового шлама, м Радиус зоны трещинообразования с применением газодинамической забойки, м Радиус зоны трещинообразования с применением забойки из бурового шлама, м

Месторож-

дение «Ка- 76 0,9 0,8 2,5 2,3

менногор-

ское»

Месторождение «Островское» 57,5 0,65 0,55 1,8 1,7

Из таблицы видно, что при использовании газодинамической забойки радиусы зон дробления и трещинообразования увеличиваются, а следовательно можно увеличить расстояния между зарядами, что приведет к уменьшению затрат на буровзрывные работы.

Одним из основных параметров БВР является сетка скважин, которая характеризует энергонасыщенность горной породы при взрыве и как следствие качество дробления горной массы. Расстояние между зарядами, как правило, рассматривается как двойной радиус трещинообразования без учета квазистатического действия взрыва.

Для определения радиусов зон трещинообразования с учетом изменения газодинамических процессов в зарядной полости за счет применения различных конструкций зарядов и типов ВВ были про-

ведены опытно - промышленные взрывы на карьерах «Каменногор-ский» и «Островский» ОАО «Каменногорское КУ».

Для исследования были выбраны три конструкции заряда: сплошной заряд без забойки, заряд со штатной забойкой (буровой шлам) и комбинированный заряд с газодинамической забойкой. Диаметр зарядов принимался 115 и 152 мм, длина заряда 8 и 11 м, высота уступа карьеров 12 и 17 м соответственно. Инициирование зарядов осуществлялось с помощью шашек ТГ-400, а также при помощи Гельпора ГП-Т в перебуре скважины. В таблице 4 приведены характеристики промышленных ВВ.

Опытно-промышленные взрывы проводились на одном блоке, который делился на две части. Одна часть блока заряжалась зарядами с обычной забойкой (буровой шлам), вторая - с запирающей газодинамической забойкой (аналогично: без забойки и с забойкой из бурового шлама).

Таблица 4 - Применяемые ВВ для условий карьера «Каменногорский» и «Островский» ОАО «Каменногорское карьероуправление»

Наименование ВВ Теплота взрыва, кДж/кг Скорость детонации, км/с Плотность ВВ, т/м3 Кислородный баланс, % Примечание

Нитронит Э-70 3700 4,8-5,0 1,05-1,25 от -0,8 до -4,8 Применяется на месторождении «Каменногорское»

Сибирит 1200 3050 4,9-5,2 1,05-1,25 от -0,47 до -4,8 Применяется на месторождении «Островское»

Гельпор ГП-Т 4150 6,2-6,6 1,45 -9 Предлагается применять на месторождении «Каменногорское» для заполнения перебура первых трех рядов скважин

Одновременно проводились измерения скорости детонации с использованием прибора Па1аТгарН фирмы Мге1. На рисунке 9 пред-

% 100

о-

0.00001

Рисунок 5

пм = 0.000 ш тах = 0.005 т Ыоск5= 7228 теап = 0.002 т зМеч = 0.001 т то<1е = 0.001 т зр|1 = 0.578 Э10 = 0.0004 т 025 = 0.0006 т Й50 = 0.0012 т 075 = 0.0020 т 090 = 0 0027 т Хтах= 0.0046 т Х50 = 0.0012 т Ь = 2.6940 Хс = 0.0015 т п =183

0.0001 0.001 I

Размер раздробленных частиц, м - Распределение гранулометрического состава лабораторного блока при использовании в качестве ВВ ТЭН+10%КС1

Размер % Просе

1000 глт ванне

500. тт —

300. тт —

150. тт —

125. тт -

100. тт —

75.0 тт —

50.0 тт --

40.0 тт —

37.5 тт —

35.5 тт --

31.5 тт —

25.0 тт —

16.0 тт —

12.5 тт —

10.0 тт —

8.00 тт —

6.70 тт —

5.60 тт —

4.75 тт 100.0%

4.00 тт 99.0%

3.35 тт 96.4%

2.00 тт 76.2%

1.40 тт 59.5%

1.00 тт 43.0%

0.85 тт 35.7%

0.60 тт 22.5%

Рисунок 7 - Стоп-кадр видеосъемки выброс газообразных продуктов взрыва: 1 - с использованием в качестве забойки бурового шлама; 2-е применением газодинамической забойки

.....

ПИП = 0.000 т тэх = 0.005 т Ыос1га= 4602 теап = 0.001 т = 0.001 т то<1е = 0.001 т

= 0.582 010 = 0 0003 т □25 а 0,0006 т 050 = 0.0011 ш 075 = 0.0017 т 090 = 0.0024 т Хтах= 0.0046 т Х50 = 0.0011 т Ь = 2.8210 Хс = 0.0014 т л = 1.74

Размер 1000 тт 500. тт 300. тт 150. тт 125. тт 100. тт 75.0 тт 50.0 тт 40.0 тт 37.5 тт 35.5 тт 31.5 тт 25.0 тт 16.0 тт 12.5 тт 10.0 тт 8.00 тт 6.70 тт 5.60 тт 4.75 тт 4.00 тт 3.35 тт 2.00 тт 1.40 тт 1.00 тт 0.85 тт 0.60 тт

а Просей

100.0% 99.2% 97.4% 82.3% 61.6% 44.7% 38.1% 26.5%

0.0001 0.001 Размер раздробленных частиц, м Рисунок 6 - Распределение гранулометрического состава лабораторного блока при использовании в качестве ВВ ТЭН+20%КС1

Рисунок 8 - Зависимости относительной скорости вылета газообразных продуктов взрыва скважинных зарядов с различными забойками: 1 - забойка из буровой мелочи; 2 - газодинамическая забойка

Оа1аТгарП УСЮ Оа\а

СЬаппе! 1 10 ООО ООО Нг

-2.75 -2.50 -2,25 -2.00 -1,75 -1.50 -1,25 Время, мо-

Рисунок 9 - Изменение скорости детонации во времени при взрыве комбинированного заряда Нитронит Э-70 и Гельпор ГП-Т

100 ■

90 ■

80 ■

70 ■

60 ■

40 ■

30 ■

I I I I I

щщ = 0.013 т щах = 1.000 т Ыоск5= 1124 теап = 0.462 т 8Иеу = 0.344 т тойе х 0.387 т зрИ = 0.372 010 = 0.0680 т 025= 0.1172т 050 = 0.3540 т 075 = 0.6730 т 090 = 0.8783 т Хтах= 1.0000 т Х50 = 0.3540 т Ь = 2.0640 Хс = 0.5272 т п =1.16

Размер

1000 ШП1

500. тт

300. тт

150. тт

125. тт

100. тт

75.0 тт

50.0 тт

40.0 тт

37.5 тт

35.5 тт

31.5 тт

25.0 тт

16.0 тт

12.5 тт

10.0 тт

3.00 тт

6.70 тт

5.60 тт

4.75 тт

4.00 тт

3.35 тт

2.00 тт

1.40 тт

1.00 тт

0.85 тт

0.60 тт

1. 10. Размер раздробленных частиц, м

Рисунок 11 - Распределение гранулометрического состава горной массы при взрыве скважинных зарядов с забойкой из буровой мелочи

^ 4 3

Оа1аТгарП \/СЮ Оа1а СИаппе! 2 10 000 000 Нг

- У = 10,5065 т УСЮ = 4851,2 т/й

: Им » м \

: у

; ^УОО = 5397,9 т/в

г ЧОО = 5650,6 т/э

; иг? Т = 1.9122 те

С I II | ........... 1 1 1 1 I I „!_1, 1 1 1 И 1 и

36,75

37,00

37,25

37,50 37,75 38,00 38,25 38,50 Время, мс

Рисунок 10 - Изменение скорости детонации во времени при взрыве комбинированного заряда Нитронит Э-70 и Гельпор ГП-Т

100.0% 60.5% 46.8% 32.3% 27.1% 20.4% 12.1% 5.0% 2.8% 2.4% 2.0% 1.5% 0.7%

100

0.001

гтап = 0.013 т тах = 0.774 т Ыоскз= 407 теап = 0.357 т 5Иеи = 0.200 т то<!е = 0.412 т арИ = 0.465 то = 0.0850 т 025 = 0.168Вт 050 = 0.3105 т Б75 = 0.4368 т 090 = 0.5679 т Хтах= 0.774.3 т Х50 = 0.3105 т Ь » 2.5080 Хс = 0.3757 т п =1.81

Размер Просей взние

1000 тт 100.0%

500. тт 83.6%

300. тт 47.8%

150. тт 22.6%

125. тт 19.1%

100. тт 13.6%

75.0 тт 7.7%

50.0 тт 3.0%

40.0 тт 1.6%

37.5 тт 1.3%

35.5 тт 1.1%

31.5 тт 0.8%

25.0 тт 0.3%

16.0 тт --

12.5 тт —

10.0 тт —

8.00 тт —

6.70 тт —

5.60 тт —

4.75 тт —

4.00 тт -

3.35 тт —

2.00 тт —

1.40 тт —

1.00 тт -

0.85 тт —

0.60 тт -

0.01 0.1 Размер раздробленных частиц, м Рисунок 12 - Распределение гранулометрического состава горной массы при взрыве скважинных зарядов с газодинамической забойкой

ставлена зависимость скорости детонации во времени для скважины диаметром 152 мм с газодинамической забойкой, а на рисунке 10 для заряда с забойкой из бурового шлама.

Анализ результатов изменения скорости показывает, что по мере достижения устья скважин скорость детонации падает. В скважинах в которых использовались газодинамические забойки скорость снижается значительно меньше, примерно в 2 раза по сравнению со снижением скорости детонации в скважинах с забойкой из бурового шлама.

Для оценки гранулометрического состава взорванной горной массы использовалось программное обеспечение WipFrag. На рисунках 11 и 12 представлены распределения гранулометрического состава взорванной горной массы.

Анализ результатов измерения гранулометрического состава взорванной горной массы для различных конструкций зарядов показывает, что применение конструкции скважинного заряда с использованием газодинамической забойки обеспечивает более равномерное дробление горной массы: п=1,16 на рисунке 11 и п=1,81 на рисунке 12.

Для корректировки параметров БВР (сетки скважин), учитываем увеличение зоны трещинообразования за счет изменения газодинамических процессов в зарядной полости при взрыве различных конструкций зарядов.

В таблице 5 представлены расчетные радиусы зон трещинообразования опытных взрывов для различных конструкций зарядов для условий карьеров «Каменногорский» и «Островский».

Предложен к применению коэффициент корректирующий расчет сетки скважин с учетом конструкции заряда, обеспечивающий уменьшение объема буровзрывных работ.

Разработаны рекомендации по корректировке и внедрению проектов БВР для месторождений «Каменногорское» и «Островское» ОАО «Каменногорское КУ». Экономический эффект от внедрения разработанной конструкции заряда составит для месторождения «Каменногорское» 2808 тыс. рублей, для месторождения «Островское» 3458 тыс. рублей.

Таблица 5 - Расчетные радиусы зон трещинообразования опытных взрывов для различных конструкций зарядов для условий карьеров «Каменногорский» и «Островский»___

Радиус зоны Рас- Радиус зоны Рас- Коэффициент уве-

трещинооб- стоя- трещинооб- стоя- личения сетки

Наимено- разования с ние разования с ние скважин зарядов с

вание ме- применени- между применени- между газодинамической

сторожде- ем газоди- сква- ем забойки сква- забойкой по отно-

ния намической жина- из бурового жина- шению к зарядам с

забойки, ми а, шлама, Язт, ми а, забойкой из буро-

Язт, м м м м вой мелочи, Кзт

«Каменно- 2,5 5 2,3 4,6 1,1

горское»

«Остров- 1,8 3,6 1,7 3,4 1,06

ское»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа представляет собой законченную научно - квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной для горных предприятий (гранитных карьеров) задачи - повышение качества взрывной подготовки породы к выемке удлиненными скважинными зарядами различных конструкций с учетом газодинамических параметров в скважине и физико - технических параметров горного массива на основе выбора оптимальных параметров динамического нагружения массива горных пород и рациональных конструкций зарядов в сочетании с газодинамической забойкой.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Теоретически обосновано преобладающее влияние газообразных продуктов взрыва на передачу энергии разрушаемому массиву, управляя которыми достигается заданное качество дробления горной массы.

2. Предложен метод расчета параметров БВР для удлиненных цилиндрических зарядов для гранитных карьеров «Каменногорский» и «Островский», отличающаяся от ранее известных учетом

влияния газодинамической забойки с совместным применение комбинированных зарядов ВВ.

3. Теоретически определено влияние различных конструкций заряда на изменение газодинамических параметров в зарядной полости.

4. На основе лабораторных исследований установлено влияние скорости детонации заряда на фракционный состав разрушенной взрывом горной массы.

5. Установлено, что скважинная газодинамическая забойка задерживает продукты взрыва в зарядной камере до 22 мс, что обеспечивает более полную передачу энергии продуктов детонации массиву горных пород.

6. Предложен к применению коэффициент корректирующий расчет сетки скважин с учетом конструкции заряда, обеспечивающий уменьшение объема буровзрывных работ.

7. Применение новых типов конструкций зарядов позволяет уменьшить выход негабарита в два раза и улучшить однородность распределения кусков взорванной горной массы по крупности. Это приводит к увеличению технической производительности погрузоч-но-транспортного оборудования в 1,2-1,4 раза, а также косвенно улучшает качество щебня выходящего из дробилки, так как уменьшается число циклов его дробления. Экономический эффект от внедрения разработанной конструкции заряда составит 2,808 тыс. руб. для «Каменногорского» карьера и 3,458 тыс. руб. для «Островского» карьера.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Румянцев А.Е. Применение хромотографического анализа продуктов взрыва для определения образования ядовитых газов при производстве массовых взрывов / Т.М. Магомедов, Ю.А. Миронов, P.E. Андреев А.Е. Румянцев // Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. - М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2010. - Вып. № 104/61. - С. 282 - 288.

2. Румянцев А.Е. Газодинамические процессы в шпуре при направленном разрушении горных пород / Г.П. Парамонов,

В.Н. Ковалевский, Ж.Г. Дамбаев, А.Е. Румянцев// Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. - М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2012. - Вып. № 108/65. - С. 93 -100.

3. Румянцев А.Е. К вопросу влияния параметров заряда и свойств ВВ на формирование контурной щели / Г.П. Парамонов, В.Н. Ковалевский, А.Е. Румянцев// Горный информационно-аналитический бюллетень. №5/2013. М.: Горная книга, 2013. С. 209-213.

4. Румянцев А.Е. Оценка качества блоков облицовочного камня при их взрывном отделении от массива зарядами различных конструкций / В.Н. Ковалевский, А.Е. Румянцев, Ж.Г. Дамбаев // Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения: Вор-кутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - Вокрута, 2013. С. 80-82.

5. Румянцев А.Е. Экспериментальное определение скорости развития трещины в твердых средах / В.Н. Ковалевский, А.Е. Румянцев, Ж.Г. Дамбаев // Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения: Воркутинский горный институт (филиал) ФГБ ОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - Вокрута, 2012. С. 64-65.

6. Румянцев А.Е. Определение условий эффективного функционирования удлиненных кумулятивных зарядов при направленном разрушении горных пород / В.Н. Ковалевский, А.Е. Румянцев // «Взрывная технология. Эмпирика и теория. Достижения. Проблемы. Перспективы»-Международная научно-практическая конференция ТулГУ, Тула, 2011. С. 86-91.

7. Положительное решение № 2011124558, 2011 г. на Патент, «Способ рассредоточения заряда в скважине» / Т.М. Магомедов, Г.П. Парамонов, В.Н. Ковалевский, А.Е. Румянцев, H.JI. Горохов, М.С. Шалаев.

РИЦ Горного университета. 29.05.2013. 3.306. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Румянцев, Александр Евгеньевич, Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"

Специальность 25.00.20-Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

На правах рукописи

04201360516

Румянцев Александр Евгеньевич

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Г.П. Парамонов

Санкт-Петербург - 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................4

ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса, обзор литературы, цель и задачи исследования..................................................................................................................9

1.1 Анализ современных представлений о механизме разрушения горных пород взрывом................................................................................................................9

1.2 Методы управления энергией взрыва при разрушении горных пород.......16

1.3 Оценка влияния параметров БВР на качество взрывоподготовки горной массы.............................................................................................................................22

1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования...................................33

ГЛАВА 2 Формирование поля напряжений скважинными зарядами различных конструкций.................................................................................................................35

2.1 Обоснование применения газодинамического (квазистатического) подхода, как основного фактора повышения передачи энергии массиву.............................35

2.2 Выбор математической модели расчета газодинамического состояния продуктов взрыва зарядов различных конструкций и условий инициирования ..48

2.3 Численные расчеты газодинамических параметров в зарядной полости при взрыве зарядов различных конструкций...................................................................52

2.4 Выводы по главе 2.............................................................................................64

ГЛАВА 3 Лабораторное исследование и выбор рациональных конструкций зарядов ВВ для их применения в конкретных горно-геологических условиях....66

3.1 Влияние горно-геологических условий на параметры буровзрывных работ.............................................................................................................................66

3.2 Исследование влияния конструкций зарядов ВВ на формирование зон разрушения горных пород..........................................................................................78

3.3 Лабораторные исследования поля напряжений при взрыве зарядов различных типов ВВ....................................................................................................90

3.4 Выводы по главе 3...........................................................................................106

ГЛАВА 4 Опытно-промышленные исследования взрывоподготовки горной массы скважинными зарядами ВВ, с заданными энергетическими свойствами 107

4.1 Краткая характеристика месторождений «Каменногорское» и «Островское»..............................................................................................................107

4.2 Технология буровзрывных работ на месторождениях «Каменногорское» и «Островское»..............................................................................................................115

4.3 Методика проведения опытно-промышленных взрывов с использованием зарядов с заданными энергетическими свойствами..............................................119

4.4 Результаты производственных испытаний...................................................128

4.5 Экономическая оп,енка рассматриваемых конструкций зарядов в сравнении с проектными для условий гранитных карьеров Ленинградской области..........141

4.6 Выводы по главе 4...........................................................................................144

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................145

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................................147

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Буровзрывные работы являются важнейшей составной частью технологического процесса добычи полезных ископаемых и составляют 20-30% затрат в их себестоимости. Повышение эффективности взрывоподготовки горной массы во многом зависит от совершенства технологий взрывных работ и максимально возможного использования энергии взрыва. При этом отбойка горной массы должна обеспечить требуемую степень дробления для получения максимальной производительности погрузочно транспортировочных средств и дробильно - сортировочного оборудования.

Проблеме разрушения горных пород взрывом посвящены работы Адушкина В.В., Викторова С.Д., Радионова Н.Ф., Кутузова Б.Н., Ханукаева А.Н., Казакова H.H., Закалинского В.М., Белина В. А., Боровикова В. А., Парамонова Г.П., Жарикова И.Ф., Покровского Г.И., Колмогорова А.Н., Дейч М.Е., Ванягина И.Ф., Геокчакяна М.Г., Демидюка Г.П., Менжулина М.Г. и др., внесших значительный вклад в теорию и практику взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых.

Основные задачи исследований:

1. Анализ методов управления энергией взрыва при разрушении горных пород.

4. Исследование газодинамических процессов в зарядной полости при взрыве зарядов различных конструкций.

взрыве скважинных зарядов, проведение экспериментальных работ в лабораторных и полигонных условиях, сравнительный анализ результатов лабораторных исследований с результатами полигонных испытаний по определению гранулометрического состава взорванной горной массы от взрыва зарядов различных конструкций.

Научная новизна работы:

Основные защищаемые положения:

Практическая значимость работы:

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на симпозиуме "Неделя горняка-2011" (г. Москва, 2011г.), на ежегодных научных конференциях молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (г. Санкт-Петербург, 2011-2013 г.г.), на конференции в Краковской горно-металлургической академии (Польша, г. Краков, 2010 г.), на заседаниях кафедры взрывного дела и НТСА в "Национальном минерально-сырьевом университете "Горный".

Личный вклад автора заключается в сборе и анализе ранее полученных данных отечественных и зарубежных исследователей, в постановке цели и задач

исследования, в проведении теоретических исследований, обработке полученных данных, проведении расчетов на ЭВМ, сравнении полученных теоретических и экспериментальных данных, участии в проведении промышленных экспериментов, разработке практических рекомендаций.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ современных представлений о механизме разрушения горных

пород взрывом

К настоящему времени благодаря усилиям специалистов в области разрушения горных пород взрывом, сложились общепризнанные представления как о механизме разрушения горных пород взрывом, так и о факторах, влияющих на результат разрушения. Накопленный багаж знаний обусловил создание расчетных методов и методик, на основе которых, возможно рассчитать параметры буровзрывных работ, обеспечивающих приближенно заданное качество разрушения горных пород, в тех или иных условиях по существующим классификациям горных пород в зависимости от физико-механических и физико-технических признаков, а также от свойств и энергетических характеристик промышленных ВВ [2, 8, 9, 17, 49, 52, 89, 97, 102].

Проблема разрушения горного массива была и остается одной из важнейших проблем горного производства. Технические возможности разрушения горных пород определяют экономическую эффективность всего горного производства и всей промышленности, использующей результаты работы горнодобывающих предприятий.

Возможность применения скважинных зарядов для разрушения горного массива, обусловило их широкое применение при ведении открытых горных работ.

Инициирование традиционными способами, скважинных зарядов, вследствие их протяженности, приводит к неодновременному развитию взрыва по длине заряда. Это приводит к ассиметричному раскрытию зарядной полости и к активному истечению продуктов детонации в сторону свободной поверхности. В результате происходит резкое снижение давления продуктов детонации в зарядной полости, и как следствие, уменьшается интенсивность его воздействия

на массив горных пород, что в целом уменьшает эффективность взрывной отбойки горной породы. [16, 40, 84].

Существует разделение воздействия взрыва на массив горных пород: волновое (волны напряжений) и квазистатическое (продукты детонации) [10, 21, 23,42].

Согласно Покровскому Г.И. [70], примыкающая к заряду порода испытывает сильное сжатие в начальный момент взрыва вследствие высокого давления в зарядной полости. При этом частицы породы, выведенные из состояния равновесия, смещаются в радиальном направлении вслед за фронтом волны напряжения, образуя вокруг заряда зону деформированной породы. В этой зоне величина возникающих напряжений значительно превосходит сопротивление разрыву горных пород, что приводит к появлению радиальных трещин. С увеличением расстояния от заряда напряжение в волне уменьшается до такой величины, при которой рост радиальных трещин прекращается. В результате расширения зарядной полости и истечении продуктов взрыва через трещины и пустоты, давление газов быстро снижается. Сильно сжатая порода вблизи заряда начинает смещаться обратно - в направлении к центру полости, вызывая появление концентрических трещин. Волна сжатия, достигнув свободной поверхности отражается и движется по породе в виде волны разряжения, которая по мере распространения вглубь массива формирует новую систему трещин. Отсюда следует вывод, что основными факторами определяющими эффективность взрыва заряда ВВ в горной породе Покровский Г.И. считает давление продуктов детонации и параметры волны напряжения.

Боровиков В.А. [10, 11, 12, 13] развивая положения Покровского Г.И., отметил, что разрушение горных пород, под которым понимается дробление массива, возможно лишь при наличии свободной поверхности и происходит под действием растягивающих напряжений, возникающих при прохождении по массиву отраженных волн растяжения, которые приводят к образованию трещин. Волны напряжения создают преднапряженное состояние массива и

формируют густую сеть трещин, дальнейшее разрушение сплошности среды обусловливается действием газообразных продуктов взрыва.

Теория взрыва без свободной поверхности (камуфлетного), разработанная Родионовым В.Н. и др. [76, 85, 87], позволяет производить оценку разрушающего действия взрыва с учетом закономерностей распространения излучаемой волны сжатия и давления газообразных ПД на стенки зарядной полости. Согласно этой теории разрушение на фронте дробления происходит по разным механизмам с изменением расстояния от центра взрыва: вблизи от центра - это разрушение сдвигом, вдали - отрывом. Вторая зона (разрушения отрывом, где среда разделяется радиальными трещинами) по размеру превышает первую в два с лишним раза, а по объему - на порядок. Разрушение отрывом возникает за фронтом взрывной волны, там, где азимутальные напряжения и деформации становятся растягивающими и достигают предельных значений. В зоне разрушения сдвигом также наблюдается две области, где фронт дробления совпадает с фронтом взрывной волны или отстает от него. Причем и здесь вторая область по объему превышает первую на порядок. Таким образом, непосредственный вклад фронта взрывной волны в объеме среды, разрушенной взрывом, оказывается незначительным. Основное влияние оказывает течение за фронтом волны. На малых расстояниях от центра взрыва, в области больших сжимающих напряжений, хрупкого разрушения во фронте волны вообще не наблюдается. Здесь среда деформируется пластически, а трещины возникают позднее, за фронтом волны, когда напряжения падают и появляются угловые растягивающие деформации. Таким образом, преобладающая часть разрушения на фронте дробления

Информация о работе

Румянцев, Александр Евгеньевич
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 25.00.20

Диссертация

Повышение качества дробления горной массы на основе учета газодинамических процессов в зарядной полости применительно к гранитным карьерам Ленинградской области - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы