Добыча и обработка природного камня

Конструкции зарядов В В направленного действия

Применяемые в настоящее время взрывные методы основаны на использовании различных типов ВВ, способов взрывания, конфигураций взрывных полостей, конструкций зарядов и вы­бора наилучших направлений образования магистральных1 трещин.

Одним из основных факторов, влияющих на эффективность образования магистральных трещин, являются параметры взрывной нагрузки, предопределяемые конструкцией зарядов.

Возможность перераспределения энергии В В при помощи изменения формы и объема зарядной камеры была доказана Н. В. Мельниковым и Л. Н. Марченко, предложившими рацио­нальные конструкции зарядов выброса и дробления. Причем под рациональной конструкцией заряда понимается не только форма самого заряда, но и форма зарядной камеры и, что осо­бенно важно, соотношение объемов камеры и заряда.

Г. П - Демидюк и В. Ф. Ведутин рекомендуют с практической точки зрения избегать деформации всего разрушаемого объема материала, что ведет к неминуемо завышенным потерям энер­гии. Целесообразно, например, в шпурах или скважинах выпол­нять искусственные концентраторы напряжений в виде пазов продольной формы и фасонного профиля или применять заряды ВВ, действие* которых обеспечивало бы неравномерное давление продуктов детонации по периметрам шпуров и скважин.

В настоящее время в технологических схемах добычи блоков рекомендуется ряд конструкций зарядов, отличительная особен­ность которых состоит в повышении эффекта направленного раскола (рис. 4.4).

Как отмечалось, повышенный эффект направленного рас­кола горной породы может быть достигнут созданием/ несиммет­ричной нагрузки в полости шпуров эллиптического сечения при контактном расположении в них линейного заряда. При этом достигается увеличение полезной работы взрыва на раскол в среднем в 2,5—3 раза, что связано с совпадением направления падающих и отраженных фронтов продуктов детонации в шпу­рах с направлением образования магистральной трещины. Од­нако внедрение этого метода выколки блоков на практике за­труднено отсутствием специального бурового оборудования и инструмента.

Для Повышения локализации процесса трещинообразования в плоскости отбойки блоков разработан заряд направленного действия, состоящий из пенополнстирола и бризантного веще-

Рис. 4.4. Конструкция зарядов направленного Действия:

/ — вода; 2 — демпфирующая прокладка из древесины; 3 — воздушная среда; 4 — прореза я трубке; 5 — металлическая трубка; £ — порох; 7 — ДЩ

Ства, инициирование которого осуществляется ДШ. В качестве ВВ используется смесь аммонита 6ЖВ и аммиачной селитры. Содержание аммиачной селитры рассчитывается из условия полного разложения пенополистирольной оболочки. Введение в состав ВВ аммиачной селитры позволяет обеспечить плавное изменение параметров импульса взрыва во времени. Примене­ние таких зарядов направленного действия позволяет уменьшить объем взрывных работ путем замены парносближенных шпу­ров в-ряду одиночными и улучшает качество выкалываемых блоков.

Эффективность направленного раскола наблюдается йри раз* мещении в шпурах холоднотянутых труб с пазами, выполняю* щих роль защитного устройства. Внешний диаметр таких труб равен диаметру шпура, толщина стенок труб не менее 3'—б мм. Качество поверхности раскола зависит от строгой ориентации паза и его размера.

Рассмотренные конструкции зарядов обладают недостатком, связанным со сложностью их изготовления и усложнением тех* нологии взрывных работ,

Широкое применение при отбойке блоков нашли пороха. Имея малую скорость детонации, пороха в большей степени* чем бризантные ВВ, обеспечивают сохранность массива от по* явления в нем дополнительных нарушений. Однако действие взрыва при этом трудно поддается управлению. Это объясня* ется тем, что отделение монолитов от массива поршневым дей­ствием продуктов детонации из-за длительности нарастания дав* ления во времени, как правило, происходит по плоскостям есте­ственных трещин отдельности, ориентация которых в пределах месторождения широко меняется. Поэтому общим недостатком всех технологических схем и методов, основанных на применен

161

Нии энергии пороха, является незначительный выход блоков из горной массы и большие затраты на их добычу.

Как отмечалось, одним из перспективных методов управле­ния взрывной нагрузкой при отбойке блоков с использованием ДШ, заключающийся в том, что по намеченной линии раскола массива на равных расстояниях друг от друга бурят шпуры, в которые помещают I—2 нитки ДШ и подсоединяют их к ма­гистральной линии ДП с детонатором. При взрывании ДШ с воздушным радиальным зазором заряд закладывается на всю глубину шпуров. Если же радиальный зазор заполнен водой, то длина отрезков ДШ в 2—4 раза меньше, чем при воздушном зазоре. Уровень зеркала воды устанавливается ниже верхней кромки шпура не менее, чем на 0,05 м.

В табл. 4.3 приведены рекомендуемые параметры взрывных работ при добыче блоков из различных горных пород с приме­нением ДШ, полученные экспериментальным путем.

Как видно из даннах табл. 4.3, применение воды в качестве радиального заполнителя значительно улучшает показатели буровзрывных работ. Кроме того, большое влияние на эти пара­метры оказывает применяемый диаметр шпура, что связано (^Аффективным воздействием на раскалываемый массив квази- сффгического давления продуктов детонации. Однако в целом, эффективность этого метода ограничена применением шпуров дяай&гром 25 мм и хрупкими горными породами. При примене - нни же шпуров диаметром 32—42 мм, как наиболее часто встре - чаюшихся, расстояние между шпурами резко увеличивается, что приводит к ухудшению отколообразования.

Использование укороченных отрезков ДШ в шпурах с водя­ным радиальным зазором с одной стороны снижает расход В В, но с другой — приводит к уменьшению расстояния между Шпу­рами, в сравнении с теми же условиями, но при заряжании ДШ на всю глубину шпуров, и увеличению объема взрывных работ, доля которых во всем технологическом цикле довольно суще­ственна. Этот недостаток связан с уменьшением количества про­дуктов детонации от взрыва ДШ и, соответственно, малым ква - зистатическим давлением в шпурах.

В ДГИ разработаны конструкции зарядов направленного действия, которые обеспечивают раскалывание горной породы в заданном направлении без появления нарушений сплошности в отделяемом монолите и законтурной части массива.

Заряд ДШ в шпуре с водой представляет собой 4-гранную демпфирующую прокладку из древесины, к противоположным узким граням которой прикреплено по две нити детонирующего шнура типа ДШ-А (ДШ*Б, ДИКВ). Следовательно, суммарная линейная плотность заряжания составляет 48—52 г ТЭНа »а

1 м шпура. Обе йары нитей ДШ, разделенные демпфирующей прокладкой, инициируют одновременно при помощи магистраль­ного детонирующего шнура.

В первоначальный момент времени в направлении, в котором нити ДШ прижаты к стенкам шпура, высокое давление на фронте ударной волны и образование «стоячей» волны приво­дит к образованию и интенсивному росту радиальных трещин, т. е. происходит надкол поверхности шпура в заданном направ­лении. Затем в результате демпфирующего влияния инертного промежутка давление в зарядной полости ре^ко снижается и приобретает равные значения в любой точке поперечного сече­ния шпура. В последующие моменты времени происходит пре- обладающее развитие радиальных трещин в направлении, в котором ранее осуществлен надкол стенок шпура.

В ходе промышленных испытаний данной конструкции за­ряда установлено, что заполнение полости шпура водой в от­дельных случаях связано с целым рядом неудобств, в частно­сти, при минусовой температуре. При разработке массива, имеющего интенсивно развитые трещины отдельности, очень ча­сто встречаются условия, когда некоторые шпуры бывают про­бурены до поверхности подошвы или пересекают раскрытую трещину. Естественно, что в данном случае без предварительной герметизации заполнить полость шпура водой невозможно. С целью устранения указанных недостатков разработана кон­струкция порохового комбинированного заряда.

Основные отличительные признаки данной конструкции от заряда ДШ в шпуре с водой заключаются в следующем: по­лость шпура вместо воды заполнена забойкой; в полости шпура в нижней его Части между стенками шпура и демпфирующей прокладкой размещен зардц дымного пороха. В связи с тем, что буровая мелочь или песок, применяемые в качестве инертного заполнителя пол ости шпура, характеризуются большей сжимае­мостью, чем вода, значительно повышается длительность изо­тропной квазистатической фазы действия взрыва. Комбиниро­ванный заряд» кроме резко выраженной направленности действия обладает повышенной метательной способностью. Не­достатком является возможность просыпания пороха в естест­венные трещины и пустоты, а также значительная сложность 'заряжания горизонтальных шпуров.

Одной из конструкций комбинированного заряда направлен­ного действия является заряд в желобообразной оболочке. В шпур помещают выполненную из гибкого упругого материала желобообразную оболочку, которая в сечении имеет форму, близкую к прямоугольной. Противоположные узкие грани обо­лочки ориентируют в направлении плоскости раскола. В жело­бах, выполненных на этих гранях, размещают бризантное взрыв­чатое вещество (ДШ), а внутри оболочки в нижней ее части — метательное В В, а затем забойку.

Взрыв бризантного ВВ, расположенного вблизи поверхности зарядной полости, создает в диаметрально противоположных точках, лежащих в плоскости раскола, локальные нарушения сплощности среды, т. е, цадкол. В результате больших затрат энергии взрыва бризантного ВВ на сжатие и нагрев забойки, резко уменьшается давление газообразных продуктов детона­ции до значений, исключающих появление нарушений сплош­ности среды в других направлениях. Сгорание метательного В В обеспечивает длительное поддержание остаточного давления га­зов в зарядной полости, вследствие воздействия которого проис­ходит раскрытие радиальных трещин, образовавшихся при взрыве бризантного ВВ. Заряд в желобообразной оболочке по­зволяет устранить недостатки, которые характерны для заряда ДШ в вод© и комбинированного заряда направленного действия.

По сравнению с известными конструкциям# зарядов направ­ленного действия, заряд в желобообразной оболочке позволяет: снаряжать оболочки взрывчатым веществом на территории вклада ВМ или в другом специально отведенном для этой дели месте; значительно уменьшить затраты времени на выполнение операций заряжания шпуров и инициирования зарядов; разме­щать заряды в частично обводненных шпурах и вести взрывные работы во время дождя; повысить безопасность заряжания шпуров.

Способ взрывания зарядов направленного действия заклю­чается в следующем. В подготовленном к отделению монолите в двух взаимно перпендикулярных направлениях, бурят шпуры диаметром 40 мм на расстоянии О,3-г0,5 м один от другого. В шпурах размещают заряды направленного действия и ориен-

Тируют их вдоль линии расположения шпуров. Выведенные из шпуров концы ДШ соединяют на поверхности кровли с маги­стральным детонирующим шнуром. При этом В точке пересече­ния направлений раскола вЫПолняЮт иЗ маГистрального ДетонИ­Рующего шнура петлЮ дл и ной 150—200 см, что о бес п еч ив ае тз а - V М е дл е нй е в пер еДаче детон аци и от" одного н а пра в л ени~я~ра с кола" ' К другому длИтельностью 200—300" мкс. '

Одним из‘важных факторов, влйяВщих на эффективность образования магистральных трещин, является режим взаимо­действия групп зарядов, расположенных в линии раскола. Уста­новлено, что при мгновенном взрывании групп зарядов, распо­ложенных ца определенном расстоянии друг от друга и парал­лельно свободной поверхности, образуется поле напряжений, которое в результате последовательного взаимодействия с об­наженной поверхностью н квазистатическим полем напряжения в линии заложения шпуров способствует отколу монолитных блоков от массива и смещению его без нарушений сплошности среды по обе стороны плоскости раскола.

Однако щнроко применяемый метод мгновенного иницииро­вания зарядов не всегда обеспечивает необходимое качество по­верхности отделяемого момента и требует осуществления боль­шого объема буровых работ.

Для формирования магистральных трещин, обспечивающих раскол массива в заданном направлении без образования нару­шений, в отделяемом монолите и законтурной части массива вдоль линии намеченного раскола закладываются парносбли - женные щпуры, на расстоянии 3—4 диаметров шпура друг от друга, или одиночные, в которых размещаются заряды направ­ленного действия. На равных расстояниях от этих шпуров бу­рят одиночные шпуры. Взрывание зарядов в шпурах произво­дится таким образом, что парносближенные заряды или заряды направленного действия взрываются мгновенно, а одиночные с замедлением, интервал которого равен времени прихода к ним волн напряжений от парносближенных зарядов или зарядов на­правленного действия. , ,

Образование магистральных трещин7 с применением таких методов взрывания уменьшает нарушевнфсть выкалываемых •блоков в 2,4—2,6 раза. Однако, как отмечалось выше, при взры^ вании парносближенных зарядов возможно образование тре­щин в глубь выкалываемого блока и ааконтурную часть мас­сива, которые образуются между парносближенными шпурами, а заряды направленного действия усложняют технологию веде­ния взрывных работ.

Таким образом, учет всех факторов, влияющих на эффектив­ность трещинообразования направленного характера, является первостепенной задачей и требует рационального решения в практике торных работ.

Одним из важных факторов, влияющих на выход блочности при добыче монолитного камня, являются типы применяемых ВВ и способы инициирования зарядов.

При инициировании порохов с помощью ДШ, воздействие пороха на массив носит бризантный, а не метательный харак­тер, в результате чего выкалываемый блок и законтурная часть массива нарушаются интенсивно развивающимися от зарядных полостей трещинами.

При инициировании порохов электровоспламенителями, их воздействие на массив имеет метательный характер, однако при этом получается некачественная, с большими отклонениями плоскость раскола, что обусловлено слиянием произвольно ори­ентированных трещин и дефектов в магистральную трещину от воздействия продолжительного, постепенно нарастающего взрывного импульса пороховых зарядов.

Применение^в_качестве ВВ детонирующего шнура дает ка­Чественную поверхность ’ раскол а " отдел я ёмого' монол йта. Д Фектные трещинЫ прониКают вглубЬ 'монолит"а"массива на Расстояние нЕ большей см, но в то же ВремЯ, при мен ениё Д Ш Повышает себесТоимость буровзрыв н ы х рАбОт относитёльно по - Роховой отбойки.

Одним из неблагоприятных факторов, влияющих на качество отделяемых блоков, является образование призматических выко­лов между боковой свободной поверхностью - и последним шпу­ром в ряду, пробуренным по линии намеченного раскола. Отко - лообразование между свободной поверхностью и шпуром можно исключить, если не заряжать этот шпур. При этом эффектив­ность образования магистральных трещин не уменьшается.

Анализ? экспериментальных данных показывает, что в на­стоящее время с целью повышения технико-экономических по­казателей добычи монолитных блоков разработаны, опробованы и частично внедрены эффективные методы управления дей­ствием взрыва, к которым относятся новые конструкции заря­дов, типы ВВ, схемы и средства инициирования, карты текстур­ных особенностей разрушаемой горной порода. Вместе с тем» наиболее экономичными буровзрывными методами отделения Блоков оТ МассивА"СледуеТ-СчитаТь методЫ с прим еН ён йём ~ о дй - Ночных шпуров в линии'рАскола~1Г~взрываНнем в нйх~ ДПГ[пр Водяном радИаЛьном зазоре, ~а таКже в совокУпности с эти мГ Методом применЕние 'поРохоВьЬГзарядов Для ИёрёмЕщёния бло - ко^ : по горизонтальной плоскости, "размещаёмых" в УгЛовых тыльных точках оконтуренного’ блока.

Практика ^прймснёния этих методов на карьерах блочного камня показывает их высокую эффективность, по сравнению с другими/ способами, однако привязка их к горно-геологиче - ским условиям карьеров необходима в каждом конкретном случае.