Способы и схемы ведения взрывных работ

Взрывание пород каждого уступа высотой H_у производят отдельными блоками шириной Ш_б и длиной L_б. Объем (м³) одновременно взрываемого блока

Vб = HуШбLб.

3.19

Величина V_б устанавливается в строгом соответствии с принятой технологией открытых горных работ, размерами рабочих и нерабочих площадок, взаимным расположением уступов, условиями безопасности и зависит от масштаба и организации работ и др.

Расположение скважин в пределах взрываемого блока может быть однорядным и многорядным.

Параметрами серии взрываемых зарядов являются:

• при их однорядном расположении:
• расстояние между скважинами в ряду a;
• при многорядном расположении:
• расстояние между скважинами в ряду a;
• расстояние между рядами скважин b;
• число рядов n.

Горизонтальное расстояние от оси скважины до нижней бровки уступа W называется сопротивлением по подошве уступа. Отношение m = a/W называют коэффициентом сближения скважин. Для второго и последующих рядов скважин m’ = a/b.
Величины a и b должны обеспечивать равномерное распределение зарядов во взрываемом блоке. Они зависят от:

• взрываемости пород;
• анизотропии массива;
• требуемой кусковатости;
• высоты уступа;
• диаметра скважины;
• схемы взрывания.

Выбор одно- или многорядного расположения скважин на уступе определяется технологическими ограничениями (см. ниже) и зависит от порядка взрывания - последовательности взрыва отдельных зарядов ВВ во времени.

Порядок взрывания влияет на:

• качество дробления;
• проработку подошвы уступа;
• форму развала взорванной породы.

Порядок взрывания может быть:

• мгновенным - все заряды взрываются одновременно;
• замедленным - интервалы между взрывами τ > 0.25 c;
• короткозамедленным - τ = 0.015...0.250 (от 15 до 250 миллисекунд).

По правилам безопасности замедленное взрывание на карьерах не допускается из-за опасности подбоя соседних скважин.

При мгновенном многорядном взрывании основное действие зарядов первого ряда направлено в сторону откоса уступа, а зарядов следующих рядов - вверх, и поэтому подошва уступа прорабатывается плохо. Сближение рядов скважин и увеличение расхода ВВ ведут к:

• повышенному разлету кусков;
• выбросу породы на верхнюю площадку уступа;
• большим заколам массива;
• широким развалам;
• сильному сейсмическому действию.

Поэтому в большинстве случаев мгновенное многорядное взрывание является неэффективным и его применение ограничено.

При короткозамедленном взрывании (КЗВ) увеличивается время действия волн напряжений на массив и создаются дополнительные открытые поверхности для смежных зарядов. В этом случае взрывание даже одного ряда скважинных зарядов улучшают показатели взрывных работ по сравнению с мгновенным взрыванием:

• повышается равномерность дробления;
• уменьшается нарушенность массива от предыдущего взрыва;
• снижается выход негабарита;
• уменьшается расход ВВ (10-15%);
• уменьшается ширина развала в 1.2-1.3 раза.

Однако однорядное КЗВ не может обеспечить существенное уменьшение выхода негабарита и большой объем взрыва. Поэтому оно применяется при небольшом объеме работ, узких рабочих площадках уступов, недопустимости переизмельчения полезного ископаемого.

Многорядное КЗВ по сравнению с однорядным:

· существенно улучшает качество взрыва за счет сооударений отдельных кусков и резкого сокращения относительного объема зоны нерегулируемого дробления;

· позволяет сократить число массовых взрывов и создать большой запас взорванной породы;

· способствует повышению производительности экскаваторов (до 30%) и буровых станков (15-20%);

· позволяет легче разделить во времени буровые, взрывные и выемочно-погрузочные работы и сконцентрировать их в пространстве.

Число рядов скважин ограничивается шириной площадки и допустимой высотой развала. Перебур скважин второго и последующих рядов уменьшается на 0.5-1.5 м или оставляется равным перебуру скважин первого ряда. Длина забойки при этом не изменяется.

При КЗВ важно правильно определить интервалы замедления. При его увеличении уменьшается ширина развала, но может произойти подбой смежных скважин. Ориентировочно интервал замедления (мс) при однорядном взрывании

τ = KW,

3.20

где K - коэффициент, зависящий от взрываемости породы, мс/м (для труднозврываемых пород K = 1.5..2.5, для средневзрываемых K = 3..4, для легковзрываемых K = 5..6).

При многорядном взрывании интервал замедления увеличивается на 25%.

Порядок КЗВ в пространстве реализуется выбором схем взрывания.

При однорядном КЗВ основными схемами коммутации зарядов являются:

• взрывание через скважину - эффективна в мелкотрещиноватых легковзрываемых породах, обеспечивает минимальный разброс (рис.3.17, а);
• с односторонним врубом - при взрывании монолитных трудновзрываемых пород (рис.3.17, б);
• с двухсторонним врубом - при взрывании монолитных трудновзрываемых пород (рис.3.17, в);
• последовательная - используются при средневзрываемых породах (рис.3.17, г).

Рисунок 3.17 - Схемы коммутации зарядов при однорядном короткозамедленном взрывании
КД - капсюль-детонатор; 1, 2, 3,... - очередность взрывания зарядов; - замедлитель.

Основные схемы многорядного КЗВ - порядные и врубовые.

Порядные схемы (рис. 3.18) имеют интервалы замедления между смежными рядами скважин τ = 25...75 с. При τ < 25 мс затрудняется проработка подошвы и возможны выбросы породы на верхнюю площадку уступа. Схемы просты и целесообразны при взрывании пород хрупких (известняки, доломиты), мелкотрещиноватых, слабых (аргиллиты, алевролиты), при завышенных величинах W и b, а также взрывании полезного ископаемого без переизмельчения.

Рисунок 3.18 - Порядная схема короткозамедленного взрывания

Врубовые схемы более совершенны, так как ведут к образованию дополнительных открытых поверхностей, в ряде случаев - к дополнительному соударению кусков и направленному формированию развала породы.

Схемы с продольным врубом (рис. 3.19, а) широко применяются при проведении траншей, а также на уступах для уменьшения ширины развала, что достигается удалением врубового ряда от верхней бровки. Перебур скважин врубового ряда на 1-2 м больше. Схема обеспечивает качественное дробление Недостатки:

• выброс породы в сторону массива;
• недостаточная проработка подошвы;
• увеличение сейсмического воздействия взрыва.

Рисунок 3.19 - Врубовые схемы короткозамедленного взрывания
а - продольный вруб; б - поперечный (торцевой) вруб

Схемы с поперечным (торцовым) врубом обеспечивают сокращение ширины развала на 20-30% за счет направления действия взрыва в сторону торца уступа (прямой торцовый вруб, рис. 3.19, б).

Клиновые (рис. 3.20, а) и трапециевидные схемы обеспечивают встречное движение и соударение породных кусков при взрыве. Эти схемы применяют при взрыве трудно- и весьма трудновзрываемых пород.

Рисунок 3.20 - Схемы коммутации зарядов ВВ при многорядном короткозамедленном взрывании
а - клиновая схема; б - диагональная схема; 1, 2,... - порядок взрывания зарядов

Диагональные схемы (рис. 3.20, б), особенно пологие, позволяют резко уменьшить фактическую величину линии наименьшего сопротивления зарядов смежных рядов скважин и соответственно улучшить дробление.

Для улучшения дробления породы может применяться также взрывание с внутрискважинным замедлением путем последовательного инициирования рассредоточенных частей скважинного заряда, начиная снизу или сверху (рис. 3.21). Разделение общего заряда на верхнюю и нижнюю части целесообразно в отношении. Длина промежутка между ними, заполненного забойкой, составляет 0.6...0.8 длины нижней части заряда. Рисунок 3.21 - Схема взрывания рассредоточенного заряда ВВ с внутрискваженным замедлением 1 - боевик; 2 - КЗДШ (пиротехнический замедлитель детонирующего шнура); 3 - защитный шланг; 4 - части рассредоточенного заряда ВВ; 5 - детонирующий шнур; 6 - забойка.

Основой расчета скважинного заряда ВВ является правильное определение величин эталонного и проектного расхода ВВ (q_э и q_п) и объема породы V_з взрываемого зарядом.

Предельное значение сопротивления по подошве (с.п.п.) для одиночной скважины W_од, (м) диаметром d_с (м) определяется по формуле:

,

3.21

где К_Т - коэффициент трещиноватости, равный для пород монолитных - 1; трещиноватых - 1.1; сильно трещиноватых - 1.2;
Δ - плотность заряда ВВ, кг/м³;
γ - плотность пород, кг/м³;
К_BB - коэффициент работоспособности ВВ (по отношению к граммониту 79/21).

Предельная величина с.п.п. с учетом взаимодействия соседних зарядов W_пр при m >= 1.2

.

3.22

Величина с.п.п. при вертикальных скважинных зарядах проверяется из условия безопасного ведения буровых работ

Wб = Hу ctg α + C,

3.23

где H_у - высота уступа, м;
α - угол откоса уступа, градус;
C - минимально допустимое расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа, м; C = 3 м.

Опыт и исследования показывают, что W_пр находится в функциональной зависимости от d_с. Для одинаковых типов ВВ, плотности заряжания и коэффициента сближения зарядов можно определять значение W_пр для разных диаметров скважин по формуле

Wпр = К dс,

3.24

где К - коэффициент, равный для пород: легковзрываемых - 40..45; средней взрываемости - 35..40; трудновзрываемых - 25..35.

Величина W является основой дальнейших расчетов сетки скважин с учетом коэффициента их сближения m. По условию дробления значения m для пород: легковзрываемых - 1.1...1.2; средней взрываемости - 1.0...1.1; трудновзрываемых - 0.85..1.0.

Следует отличать приведенные показатели m, характеризующие положение скважинных зарядов относительно откоса уступа, от расстояний между одновременно взрываемыми зарядами (с одним интервалом замедления) при различных схемах КЗВ. Эти схемы позволяют при квадратной схеме расположения скважин производить взрывание с фактическим m = 2...4 и более, чем достигается существенно лучшее дробление трудновзрываемых пород.

При пологих откосах уступов, когда фактическая величина с.п.п. для вертикальных скважин больше предельной величины с.п.п., а коэффициент их сближения уменьшается (до m >= 0.6), применяют наклонные скважины. К мероприятиям по преодолению завышенной величины с.п.п. относятся также:

• применение более мощных ВВ;
• увеличение диаметра зарядов ВВ;
• применение котловых зарядов;
• применение парносближенных скважин в первом ряду.

Для изотропных пород a = m W, при квадратной сетке b = a, при шахматной сетке b = 0.85 a.