способ ведения буровзрывных работ с обеспечением заданной степени дробления взорванной горной массы

Формула изобретения

Способ ведения буровзрывных работ с обеспечением заданной степени дробления взорванной горной массы, включающий бурение взрывных скважин на расстоянии между ними, зависящем от детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств породного массива, параметров его трещиноватости, их заряжание и взрывание, отличающийся тем, что заряжание взрывных скважин производят ВВ с удельным расходом на м³ взорванной горной массы в количестве, которое определяют с учетом потерь энергии ВВ при расширении продуктов взрыва заряда в объеме скважины, занимаемом зарядом, а также с учетом потерь, связанных со степенью полноты детонации конкретного ВВ в скважине конкретного диаметра, которые вводят в расчетное выражение коэффициента относительной работоспособности применяемого ВВ, при этом удельный расход ВВ определяют из выражения:



где Q - масса заряда в скважине, кг;

Н - высота уступа, м;

- содержание в массиве отдельностей с максимальным размером Г>0,15;

V_н.м - расчетный минимальный выход негабарита, %;

V_н - заданный выход негабарита, %;

Г>0,15 м - максимальный размер куска в пределах зоны дробления с радиусом R (кондиционный размер кусков);

- коэффициент относительной работоспособности применяемого ВВ по отношению к другому (эталонному) ВВ;

- среднее расстояние между трещинами в массиве, м;

d - диаметр скважинных зарядов, м;

- плотность заряжания скважин, кг/дм³,

- поправка, учитывающая относительную (в диаметрах) длину скважинных зарядов;

М - порядковый номер грунта по классификации СНиП.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам массовой взрывной отбойки руд и пород, и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ ведения буровзрывных работ на карьерах с обеспечением заданной степени дробления взорванной горной массы, включающий бурение групп взрывных скважин на расстоянии между ними, определяемом из выражения в зависимости от диаметра заряда, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости и размера кондиционного куска (см. Справочник взрывника/Под ред. Б.Н.Кутузова. - М.: Недра, 1988, с.271-273).

Однако данный способ не обеспечивает получение расчетных результатов, приближенных к реальным, получаемым в конкретных условиях экспериментальным путем.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ ведения буровзрывных работ с обеспечением заданной степени дробления взорванной горной массы, включающий бурение взрывных скважин на расстоянии между ними, определенном из соотношения в зависимости от диаметра заряда, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств породного массива, параметров его трещиноватости, последующее их заряжание и взрывание, известный из патента РФ № 2239783.

Однако известный способ не учитывает реальной работоспособности используемого ВВ и вследствие этого не обеспечивает его рационального удельного расхода, что ведет к увеличению объема ВВ, используемого при массовом взрыве, или не соблюдению требования обеспечения заданной степени дробления взорванной горной массы.

Изобретение направлено на решение технической задачи оптимизации процесса проведения буровзрывных работ (БВР) с точки зрения обеспечения заданной степени дробления взорванной горной массы с минимизацией требуемого удельного расхода используемого ВВ кг/м³.

Технический результат при применении способа заключается в снижении объема буровых работ при бурении взрывных скважин, что ведет к повышению производительности и снижению стоимости БВР.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе ведения буровзрывных работ с обеспечением заданной степени дробления взорванной горной массы, включающем бурение взрывных скважин на расстоянии между ними, зависящем от детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств породного массива и параметров его трещиноватости, их заряжание и взрывание, заряжание взрывных скважин производят ВВ с удельным расходом на м³ взорванной горной массы в количестве, которое определяют с учетом потерь энергии ВВ при расширении продуктов взрыва заряда в объеме скважины, занимаемом зарядом, а также с учетом потерь, связанных со степенью полноты детонации конкретного ВВ в скважине конкретного диаметра, которые вводят в расчетное выражение коэффициента относительной работоспособности применяемого ВВ, при этом удельный расход ВВ определяют из выражения

где

Q - масса заряда в скважине, кг;

Н - высота уступа, м;

- содержание в массиве отдельностей с максимальным размером Г>0,15;

V_н.м. - расчетный минимальный выход негабарита, %;

V_н. - заданный выход негабарита, %;

Г>0,15 м - максимальный размер куска в пределах зоны дробления с радиусом R (кондиционный размер кусков);

- коэффициент относительной работоспособности применяемого ВВ по отношению к другому (эталонному) ВВ;

- среднее расстояние между трещинами в массиве, м;

d - диаметр скважинных зарядов, м;

- плотность заряжания скважин, кг/дм³;

- поправка, учитывающая относительную (в диаметрах) длину скважинных зарядов;

М - порядковый номер грунта по классификации СНиП.

В предлагаемом способе ведения буровзрывных работ с обеспечением заданной степени дробления горной массы (определяется процентом выхода негабарита) использованы основные положения, известные из теории и практики ведения БВР, учитывающие влияние отдельных параметров паспорта БВР на результаты взрывов, изменение которых позволяет регулировать дробление в широком диапазоне, в частности таких, как удельный расход ВВ и определяющие его параметры, в том числе диаметр заряда, сетка их расположения и тип ВВ.

Также учитываются физико-технические свойства породного массива, параметры его трещиноватости. Требования к результатам взрывных работ на карьерах включают соблюдение безопасности работ (рационального удельного расхода), обеспечение достаточного рыхления скального массива у подошвы разрабатываемых уступов, а также необходимое дробление горной массы для обеспечения производительной работы погрузочно-транспортного оборудования.

В основу способа была положена известная концепция использования в расчетах паспорта БВР величины относительной работоспособности применяемого конкретного ВВ, определяемой из соотношения

где

f - относительная работоспособность;

Q_вв - расчетная теплота взрыва применяемого ВВ, ккал/кг;

Q_э - расчетная теплота взрыва эталонного ВВ, ккал/кг;

V_вв - расчетный объем газов взрыва применяемого ВВ, дм³ /кг;

V_э - расчетный объем газов взрыва эталонного ВВ, дм³/кг.

Опытное применение при проведении взрывных работ эмульсионных ВВ показало, что тротиловый коэффициент (эквивалент) ВВ, рассчитываемый по теплоте взрыва эталонного и применяемого ВВ, а также формула (1) не отвечают реальной работоспособности эмульсионных промышленных взрывчатых веществ, так как не учитывают принципиальных различий между гранулированными ВВ и эмульсионными ВВ, отличающимися по плотности и детонационным свойствам и, как следствие, различием:

а) в потерях энергии при расширении энергии продуктов детонации;

б) в потерях энергии вследствие различной степени полноты процесса детонации в зарядах различных диаметров.

Это зачастую приводит к ошибкам в расчете рационального удельного расхода и, как следствие, необходимого объема ВВ на массовый взрыв, что приводит к расчету завышенных безопасных расстояний при ведении взрывных работ.

С учетом вышеизложенных принципиальных отличий предложено уточнить формулу расчета относительной работоспособности, которую следует определять с учетом потерь энергии ВВ при расширении продуктов взрыва заряда в объеме скважины, занимаемом зарядом, а также с учетом потерь, связанных с неполной детонацией конкретного ВВ в скважине конкретного диаметра. Эти потери определяют относительно работоспособности эталонного ВВ, вводя в расчетные выражения коэффициент относительной работоспособности применяемого ВВ:

где

V_{применяемого вв} - расчетный объем газов взрыва применяемого ВВ, дм ³/кг;

V_{эталонного вв} - расчетный объем газов взрыва эталонного ВВ, дм³/кг;

- фактическая теплота взрыва, Ккал/дм³;

- плотность применяемого или эталонного взрывчатого вещества, кг/дм³;

Q_{расчетная} - расчетная теплота взрыва эталонного или применяемого взрывчатого вещества; ккал/дм³;

K_dкр - показатель, отражающий отношение критического диаметра (в стальной оболочке) применяемого ВВ к диаметру заряда, который находится по формуле

Данный показатель выявляет относительный запас надежности и полноты процесса детонации вещества в условиях скважины конкретного диаметра. Область применения формулы - для диаметров заряда от 100 мм и более.

КПД - коэффициент полезного действия взрыва, отражающий потери энергии при расширении продуктов детонации до объема занимаемого зарядом ВВ в скважине, получаемый на основе зависимости между отношением объемов заряда и скважины и потерями энергии взрыва при расширении продуктов детонации от первоначального объема, занимаемого взрывчатым веществом в скважине, исключив его пористость, до объема скважины

Результаты расчета коэффициента относительной работоспособности и переводного коэффициента по предлагаемому способу приведены в табл.2.

Требуемый удельный расход ВВ (кг/м³) для обеспечения заданной степени дробления взрываемой горной массы (выход негабарита, %) определяется из выражения

где

Q - масса заряда в скважине, кг;

Н - высота уступа, м;

- содержание в массиве отдельностей с максимальным размером Г>0,15;

V_н.м. - расчетный минимальный выход негабарита, %;

V_н. - заданный выход негабарита, %;

Г>0,15 м - максимальный размер куска в пределах зоны дробления с радиусом R (кондиционный размер кусков);

- коэффициент относительной работоспособности применяемого ВВ по отношению к другому (эталонному) ВВ;

- среднее расстояние между трещинами в массиве, м;

d - диаметр скважинных зарядов, м;

- плотность заряжания скважин, кг/дм³;

- поправка, учитывающая относительную (в диаметрах) длину скважинных зарядов;

М - порядковый номер грунта по классификации СНиП.

При реализации предлагаемого способа взрывания с целью повышения уровня промышленной безопасности и эффективности БВР, при расчете параметров взрыва применен подход в оценке взрывчатых свойств ВВ, основанный на учете ряда определяющих их работоспособность факторов, таких как КПД взрывчатого вещества, его плотности (энергонасыщенности в единице объема), критического диаметра детонации применяемого вещества, влияющего на надежность детонации скважинных зарядов и высокую эффективность взрыва.

В результате подобного подхода получена обобщенная характеристика взрывчатых свойств применяемого ВВ, которая позволяет оценить их фактическую разрушающую способность, подтвержденную многолетней практикой применения, эмульсионных ВВ.

Для получения оптимальной массы ВВ на массовый взрыв вводится идентичный существующему переводной коэффициент , который рассчитывается по формуле

Результаты расчета фактической теплоты взрыва широко применяемых ВВ, коэффициентов относительной работоспособности этих ВВ по отношению к гранулотолу (эталонное ВВ), а также переводных коэффициентов получаемых по предлагаемой методике, приводятся в табл.2.

Требуемый удельный расход ВВ кг/м³, необходимый для обеспечения заданной степени дробления взорванной горной массы (выход негабарита, %), определяют с учетом потерь энергии ВВ при расширении продуктов взрыва в объеме, занимаемом зарядом в скважине, а также с учетом потерь, связанных со степенью полноты детонации конкретного ВВ в скважине определенного диаметра.

Описываемый способ ведения буровзрывных работ при применении эмульсионных ВВ позволяет снизить объем бурения взрывных скважин за счет оптимизации удельного расхода ВВ кг/м³ , необходимого для обеспечения заданной степени дробления взорванной горной массы.

Так, исходя из результатов расчетов по указанной методике (КузПИ) (результаты приведены в табл.1), при применении эмульсионного ВВ его необходимо затратить на 30% больше, чем гранулотола (принятого за эквивалент). Однако опыт промышленного применения показал, что указанные расчеты ведут к завышенному использованию применяемого эмульсионного ВВ. Проведенные промышленные испытания подтвердили справедливость предлагаемой методики расчета и показали, что на самом деле количество потребного ВВ значительно ниже (см. табл.2).

С целью определения эффективности применения предлагаемого способа ведения взрывных работ были проведены опытно-промышленные испытания на филиалах ОАО «Угольная компания Кузбассразрезуголь» в 2009 году с заменой «Гранулита УП-1» в сухих и слабообводненных скважинах с параметрами БВР, рассчитанными по существующему способу, на ЭВВ «Сибирит-1200» с параметрами БВР, рассчитанными по предлагаемому способу.

Согласно условиям эксперимента были обурены контрольные и экспериментальные участки блока с существующими параметрами БВР и определенными в соответствии с предлагаемым способом, по которым выход негабарита (выход размера куска более учитываемого) являлись расчетными величинами, определяемыми из характера энерговыделения ВВ по предлагаемому способу.

Сравнительные данные опытных участков на одном из блоков приведены в табл.3. Полученные данные показывают, что при применении предлагаемого способа достигается значительное снижение объема буровых работ при бурении взрывных скважин, что ведет к повышению производительности и снижению стоимости БВР.

Таблица 1
Результаты расчета тротиловых эквивалентов и переводных коэффициентов для применяемых ВВ по существующей методике расчета рациональных значений удельного расхода ВВ, применяемой на ряде крупных добычных предприятий Кузбасса, разработанной КузГТУ
№ п/п	Наименоване ВВ	Теплота взрыва	Плотность ВВ, кг/дм3	Тротиловый эквивалент	Переводной коэффициент
кДж/кг	Ккал/кг
1	Гранулотол*	3733	893	1000	1	1,0
2	ТНТ (чешуйчатый)	3386	810	920	0,90	1,11
3	Гранулит УП-1, УП-1А	3710	880	950	0,91	1,10
4	Сибирит1200	2585	617	1200	0,77	1,30
* Тротиловый эквивалент рассчитан по теплоте взрыва по отношению к тротилу в водонаполненном состоянии (Гранулотол).

Таблица 3
Сравнительная таблица параметров БВР по существующему (контрольный участок) и предлагаемому (экспериментальный участок)
Данные по взорванному блоку	Контрольный участок	Экспериментальный участок
Дата начала завоза	01.11.08
Дата взрыва	05.11.08
Горизонт	+255
Профильные линии	48-51	46-48
Геологическая характеристика вмещающих пород	Алевролит мелкозернистый 90%,
песчаник среднезернистый 10%
Крепость по шкале проф. Протодьяконова	11
Объем ВГМ всего, тыс. м3	131,5
Объем ВГМ, тыс. м3 на опытном участке блока	82,5	49,0
Глубина скважин, м	2-12м
Промежуточный детонатор	6ЖВ 6О мм,	ПТ-П500
ПТ-П500
Способ инициирования	СИНВ-С-500
Количество ВВ, т	56,7	38,0
Объем бурения, м пог.	2935	1360
Выход негабарита, %	1,93	1,74
Удельный расход ВВ, кг/м3	0,821	0,776