Расчет параметров буровзрывных работ. Составление паспорта БВР

Для 4 раздела курсовика ГД

Расчет параметров буровзрывных работ. Составление паспорта БВР

4.1 Общие сведения

Взрывчатые вещества (ВВ) – это индивидуальные химические соединения или смесь веществ, которые взрываются под действием внешних воздействий: удара, трения, взрыва другого заряда и т.д..

ВВ способны к быстрой химической реакции, при этом выделяется огромное количество тепла и образуются газы.

По степени устойчивости горения ВВ делятся на 3 группы:

- инициирующие;

- бризантные;

- метательные.

Инициирующие ВВ – это вещество с высокой чувствительностью к внешним воздействием. Их горение легко и быстро переходит в детонацию.

Детонация – процесс взрыва, превращение, вызываемое скачком давление, то есть, прохождение по веществу ударной волной, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью.

Горение бризантных - ВВ обычно устойчиво и может перейти в детонацию лишь при некоторых условиях: пористая структура, большая масса ВВ и т.д.

К ВВ, используемого в качестве бризантного, относятся нитросоединения: (тротил), нитроэфиры (нитроглицерин).

Еще большей устойчивостью отличается горение порохов. Однако химическое соединение редко используют в качестве промышленного ВВ, так как оно обладают высокой чувствительностью и высокой стоимостью. Любая смесь окислителя с горючим может быть взрывчатой.

Окислители - называются вещества, которые содержат избыточный кислород, и он расходуется при взрыве на окисление горючих элементов.

В качестве окислителя применяют аммиачную селитру, натриевую и кальциевую селитру.

Горючие добавки - это вещества, богатые водородом и углеродом: углеродная пыль, нефтепродукты и метан (AL, Mg…), которые легко окисляются при взрыве и выделяют большое количество тепла.

В настоящее время ассортимент ВВ предоставлен:

- сыпучие гранулированные ВВ;

- льющиеся водонаполненные ВВ;

- эмульсионные ВВ.

Кроме того по химическому составу ВВ бывают:

- простейшие;

- тротилосодержащие;

- нитросоединение.

Простейшие ВВ не содержат горючих ВВ, они более безопасны и дешевы, их изготовляют на местах потребления или на специальных заводах: гранулиты.

Гранулированные тротилосодержащие ВВ изготавливаются на заводах.

К водонаполненным ВВ (ВВВ), которые изготавливаются на местах потребления, относят тротилосодержащие, аммиачно-селитренные, корбонолы.

Простейшие безтротиловые ВВ. Это смесь гранулированной аммиачной селитры с дизельным топливом или с легкоплавкими нефтепродуктами.

Данные о составе и некоторых свойствах основных видов ВВ для открытых горных работ представлены в таблице:

№	Тип и название ВВ	Основные компоненты ВВ	Характеристики ВВ
Скорость детонации, км/с	Бризантность, мм	Работо-способность, см3	Плотность, г/см3	Кислородный баланс*
1. Бестротиловые гранулированные ВВ
1.1	Игданит	Гранулированная АС** + дизельное топливо	2,2 – 2,8	15 - 20	320 - 330	0,8 – 0,9	+
1.2	Гранулиты: АС-4; АС-4В; АС-8; АС-8В; АС-М; М	Гранулированная АС + соляровое масло + алюминиевая пудра или порошок	2,5 – 3,6	18 - 26	320 -420	0,8 – 0,92	+
2. Тротилосодержащие гранулированные ВВ
2.1	Граммониты: 79/21; (82/18); 50/50; 30/70	Гранулированная АС + гранулированный или чешуйчатый тротил	3,6 – 4,5	20 – 25	330 – 370	0,9 – 1,1	+(79/21) –(50/50 и 30/70)
2.2	Гранутол	Гранулированный тротил	5,5 – 5,6	32 - 34	285 - 295	0,9 – 1,0	-
3. Водосодержащие ВВ
3.1	Акватол Т-20 (горячельющееся ВВ)	Гранулированная АС + гранулированный тротил + горячий насыщенный раствор АС (to = 80 110 Со)	4,5 -5,0	24 – 26	Нет данных	1,35 – 1,4	-
3.2	Карбатолы (горячельющееся ВВ) ГЛ-10В; ГЛ-15Т; ФТ-10	Горячий расплав АС и карбамида + гранутол + АС + вода (to до 200о)	4,0 – 5,0	24 -30	320 - 470	1,5 – 1,65	-
4. Эмульсионные ВВ (эмулиты)
4.1	Порэмиты	Мельчайшие капли насыщенного раствора АС (или смеси АС и НС***), покрытые токой пленкой жидкого горючего + АС + сенсибилизатор	4,2 – 5,3	Нет данных	1,2 – 1,35	-
4.2	Сибириты	То же	4,9 – 5,1	Нет данных	1,25	-
*кислородный баланс (+) – положительный, (-) – отрицательный **АС – аммиачная селитра ***НС – натриевая селитра

Расчет параметров буровзрывных работ производится на основе учета технологических характеристик взрываемых горных пород и условий осуществления выемочно-погрузочных работ, к которым, прежде всего, относятся основные параметры выемочно-погрузочных машин, применяемых при выемке взорванных горных пород.

4.2 Оценка взрываемости горных пород. Выбор типа ВВ

Категория пород по взрываемости оценивается по величине эталонного удельного расхода ВВ (аммонит № 6ЖВ или граммонит 79/21) в соответствии с методологией В. В. Ржевского, базирующейся на учете легко определяемых объективных данных о свойствах горных пород определяется по формуле:

q_э = 0,2 ∙ [(σ_сж + σ_сдв + σ_раст) + 0,002 ∙ γ], г/м³;

где σ_сж , σ_сдв , σ_раст - пределы прочности пород при одноосном сжатии, сдвиге и растяжении, МПа; (По расчетным данным)

q_э - удельный эталонный расход ВВ, г/м³;

γ – плотность породы, кг/м³ (по исходным данным)

q_э = ………………………………, г/м³;

В соответствии с установленной величиной q_э по таблице показателей удельного эталонного

расхода ВВ и классификации пород по взрываемости, устанавливаем категорию (класс) породы по взрываемости.

Категория (класс) пород по взрываемости	Породы	k1∙ (σсж + σсдв + σраст), г/м3	k1∙ γ ∙ g, г/м3	qэ , г/м3
I	Легковзрываемые	1 - 12	3 - 8	4 - 20
II	Средней трудности взрывания	17 - 30	4 - 10	21 - 40
III	Трудновзрываемые	36 - 48	5 - 12	41 - 60
IV	Весьма трудновзрываемые	55 - 56	6 - 14	61 - 80
V	Исключительно трудновзрываемые	74 - 84	7 - 16	81 - 100

Устанавливаем, что данная порода относится к…… категории по взрываемости, ……. трудности взрывания.

С учетом свойств пород и степени их обводненности (устанавливается по исходным данным), выбираем тип ВВ по таблице:

Рекомендуемые области применения взрывчатых веществ

Условия применения	Категория пород по взрываемости
I и II	III	IV и V
Сухие скважины или сухая часть обводненных скважин	Гранулит М Игданит Граммонит 79/21 Акватолы Ифзаниты Карбатол 15Т Гранулит УП	Акватолы Ифзаниты Карбатол 15Т Граммонит 79/21 Гранулит АС-4 Игданит Гранулит УП	Акватолы Карбатол ГЛ-10В Граммонит 79/21 Гранулит АС-4
Обводненная часть скважин с непроточной водой	Граммониты 50/50 и 30/70 Ифзаниты Карбатол 15Т Порэмиты Сибириты	Акватолы Ифзаниты Карбатол 15Т Граммониты 50/50 и 30/70 Порэмиты Сибириты	Акватолы Ифзаниты Карбатол ГЛ-10В Граммониты 50/50 и 30/70 Гранулотол Алюмотол Порэмиты и сибириты металлизированные
Обводненная часть скважин с проточной водой	Акватолы Граммонит 30/70 Гранулотол Порэмиты Сибириты	Акватолы Алюмотол Гранулотол Граммонит 30/70 Порэмиты Сибириты	Акватолы Алюмотол Гранулотол Граммонит 30/70 Порэмиты и сибириты металлизированные

Так как по условиям применения скважины (сухие……….), для……категории пород по взрываемости выбираем тип ВВ ………..(по таблице).

Расчёт величины проектногоудельного расхода ВВ определяется по формуле:

q_n = q_э ∙ k_вв ∙ k_д ∙ k_сз ∙ k_тр ∙ k_оп ∙ k_ν, г/м³;

где q_n - проектный удельный расход ВВ, г/м³;

q_э - удельный эталонный расход ВВ, q_э, г/м³;

k_вв – переводный коэффициент от эталонного ВВ к принятому типу ВВ;

k_д – коэффициент, учитывающий требуемую степень дробления;

k_тр – коэффициент, учитывающий трещиноватость пород;

k_сз – коэффициент, учитывающий степень сосредоточенности заряда ВВ, зависит от диаметра скважины;

k_ν – коэффициент, учитывающий высоту уступа;

k_оп – коэффициент, учитывающий количество обнаженных поверхностей уступа взрываемого массива.

Величина переводного коэффициента k_вв, от эталонного ВВ принимается по таблице :

Поправочный коэффициент k_вв для некоторых типов ВВ

ВВ	kвв	ВВ	kвв	ВВ	kвв
Гранитол-1	1,15	Граммонит 30/70	1,14	Гранулит М	1,13
Гранитол-7А	0,86	Порэмиты	1,20	Акватол АВ	1,20
Карбатол ГЛ-10В	0,79	Аммонит 6ЖВ	1,00	Гранулатол	1,20
Гранулит С-6М	1,13	Граммонит 79/21	1,00	Ифзанит Т-20	1,20
Скальный аммонит	0,80	Ифзанит Т-80	1,80	Карбатол 15Т	1,42
Алюмотол	0,83	Акватол ГЛТ-20	1,20	Гранулит УП	1,13
Гранулит АС-8	0,89	Ифзанит Т-60	1,10	Сибирит	1,20

k_{вв =……..;}

Величина k_д возрастает при увеличении категории взрываемости (блочности массива) и принимается по таблице:

Категория (класс) пород по взрываемости	I	II	III	IV	V
kд	1 - 1,2	1,2 - 1,5	2 - 2,5	2,5 - 3,5	3,5 - 4

k_{д =……};

Величину k_сз – коэффициента, учитывающего степень сосредоточенности заряда ВВ принимают по таблице:

Категория (класс) пород по взрываемости	Величина kд
d1 = 100 мм	d1 = 200 мм	d1 = 300 мм
I и II	0,95 - 1,0	1,0	1,05 – 1,1
III	0,85 - 0,9	1,0	1,2 – 1,25
IV и V	0,67 - 0,8	1,0	1,35 – 1,4
Диаметр заряда d1 должен примерно соответствовать выбранному диаметру долота

k_сз =……;

Величину k_тр – коэффициента, учитывающего трещиноватость пород определяют по формуле:

к_тр = 1,2 ∙ + 0,2;

где – среднее расстояние между трещинами в массиве, м (исходные данные).

к_тр = ………….;

Величину k_оп – коэффициента, учитывающего количество обнаженных поверхностей уступа взрываемого массива определяют по таблице:

Количество обнаженных поверхностей
Величина kоп	5,5 - 6	4,5 - 5	3,5 - 4	2,5 - 3	1,5 - 2

Обычно взрывные работы на карьерах производятся при наличии двух обнаженных поверхностей – откос уступа и его верхняя площадка и редко – при трех.

k_оп = ……. ;

Коэффициент k_ν, учитывающий высоту уступа, определяется по формуле:

к_ν =

где Н_у – высота уступа, м.

к_ν = ;

Проектныйудельный расход ВВ составляет:

q_n = ………………………, г/м³;

3.3 Определение параметров взрывных скважин

Параметрами скважин являются их диаметр d_с, глубина L_с, перебур l_п и угол наклона b_с.

Диаметр скважин выбирается с учетом физико-механических свойств горных пород, требуемой степени их дробления и объемов горных работ.

На карьерах применяются скважины диаметром 100 – 320 мм. Скважины малого диаметра применяются в крепких трудновзрываемых породах, а скважины большого диаметра - в легко и средневзрываемых породах при использовании мощного погрузочного оборудования.

Глубина скважин зависит от высоты уступа Н_у. Перебур скважины необходим для хорошей проработки подошвы уступа при взрыве заряда ВВ с целью создания нормальных условий для работы погрузочного оборудования т перемещения транспортных коммуникаций на уступе. Глубина перебура устанавливается в зависимости от высоты уступа, линии сопротивления по подошве, диаметра скважин, свойств применяемого ВВ, физико-механических свойств пород и условий их залегания. В легковзрываемых породах необходимость в перебуре отпадает. Наибольшее применение на карьерах получили вертикальные скважины, при бурении которых обеспечивается наибольшая производительность буровых станков и хорошие условия для механизированного заряжания скважин. Наклонные скважины бурят под углом 60-85^о. Горизонтальные скважины применяют в комбинации с вертикальными скважинами при большой высоте уступов, когда в основании уступов залегают породы небольшой крепости.

Длина вертикальной скважины определяется по формуле:

, м

где - высота уступа, м (исходные данные)

- глубина перебура, м

Глубина перебура определяется по формуле:

, м;

где выбранный диаметр скважины (заряда), м. ( по диаметру долота)

, м;

, м

3.4 Расчет параметров расположения скважин на уступе и величины заряда ВВ в скважине

Максимально допустимая величина линии сопротивления по подошве уступа W зависит от категории пород по взрываемости (блочности) и определяется по формуле:

, м;

где коэффициент, зависящий от взрываемости пород;

выбранный диаметр скважины (заряда), м.

Коэффициент , зависящий от взрываемости пород, можно принимать по таблице:

Категория (класс) пород по взрываемости	I	II	III	IV	V
k	45 - 50	40 - 45	35 - 40	30 - 35	25 - 30

Для ……….категории горных пород по взрываемости принимаем

, м;

Расстояние между скважинами в ряду определяется по формуле:

а = m ∙ W_пр, м;

где m – коэффициент сближения скважин ( );

W_пр - линия сопротивления по подошве, м.

Величину m принимают в зависимости от угла между линией откоса уступа и указанным в исходных данных направлением максимальной скорости упругих волн в массиве породы . Это направление соответствует направлению, характеризующемуся минимальной частотой трещин, а значит – направлению большой зоны дробления породы вокруг заряда.

При ;

При ;

При .

Меньшему значению в указанном диапазоне соответствует большая величина .

а = ……………, м;

Расстояние между рядами скважин определяется по формуле:

Для наклонных скважин: b = W_пр, м

Для вертикальных скважин: b = W_пр, м

b = ………, м

Величина заряда ВВ в скважине определяется по формуле:

, кг;

где q_n - проектный удельный расход ВВ, г/м³;

объём части массива, взрываемого зарядом одной скважины, м³.

Объём части массива, взрываемого зарядом одной скважины, определяется по формуле:

, м³;

где Н_у – высота уступа, м;

W_пр - линия сопротивления по подошве, м;

а - расстояние между скважинами в ряду, м.

, м³;

, кг;

Проверка расчетной величины заряда по вместимости скважины выполняется по формуле:

Р = р ∙ l_зар, кг

Где р – вместимость 1 п.м скважины, кг/м;

l_зар – длина заряда ВВ в скважине, м.

Вместимость 1 п.м скважины определяется по формуле:

, кг/м;

выбранный диаметр скважины (заряда), м;

∆ - плотность принятого ВВ, кг/м³.

Значение ∆, кг/м³ зависит от выбранного ВВ и принимается по таблице:

№	Тип и название ВВ	Основные компоненты ВВ	Характеристики ВВ
Скорость детонации, км/с	Бризантность, мм	Работо-способность, см3	Плотность, г/см3	Кислородный баланс*
5. Бестротиловые гранулированные ВВ
1.1	Игданит	Гранулированная АС** + дизельное топливо	2,2 – 2,8	15 - 20	320 - 330	0,8 – 0,9	+
1.2	Гранулиты: АС-4; АС-4В; АС-8; АС-8В; АС-М; М	Гранулированная АС + соляровое масло + алюминиевая пудра или порошок	2,5 – 3,6	18 - 26	320 -420	0,8 – 0,92	+
6. Тротилосодержащие гранулированные ВВ
2.1	Граммониты: 79/21; (82/18); 50/50; 30/70	Гранулированная АС + гранулированный или чешуйчатый тротил	3,6 – 4,5	20 – 25	330 – 370	0,9 – 1,1	+(79/21) –(50/50 и 30/70)
2.2	Гранутол	Гранулированный тротил	5,5 – 5,6	32 - 34	285 - 295	0,9 – 1,0	-
7. Водосодержащие ВВ
3.1	Акватол Т-20 (горячельющееся ВВ)	Гранулированная АС + гранулированный тротил + горячий насыщенный раствор АС (to = 80 110 Со)	4,5 -5,0	24 – 26	Нет данных	1,35 – 1,4	-
3.2	Карбатолы (горячельющееся ВВ) ГЛ-10В; ГЛ-15Т; ФТ-10	Горячий расплав АС и карбамида + гранутол + АС + вода (to до 200о)	4,0 – 5,0	24 -30	320 - 470	1,5 – 1,65	-
8. Эмульсионные ВВ (эмулиты)
4.1	Порэмиты	Мельчайшие капли насыщенного раствора АС (или смеси АС и НС***), покрытые токой пленкой жидкого горючего + АС + сенсибилизатор	4,2 – 5,3	Нет данных	1,2 – 1,35	-
4.2	Сибириты	То же	4,9 – 5,1	Нет данных	1,25	-
*кислородный баланс (+) – положительный, (-) – отрицательный **АС – аммиачная селитра ***НС – натриевая селитра

, кг/м;

Длина заряда ВВ в скважине определяется по формуле:

, м;

где длина скважины, м;

длина забойки, м.

Длина забойки определяется по формуле:

, м;

выбранный диаметр скважины (заряда), м.

, м;

, м;

Р = …………….., кг

Вместимость скважины обеспечивает размещение заряда так как выполняется условие :

Q₁ = p ∙ l_зар ≥ Q _зар

3.4 Выбор формы сетки скважин

Проектное количество рядов скважин соответствует…….рядам (исходные данные).

Форма сетки скважин принимается в зависимости от анизотропности массива в соответствии с проектной величиной угла 𝛼_{ув =……}⁰ (исходные данные).

Форма сетки скважин выбирается шахматная при и или прямоугольная при .

Так как расчетная величина угла 𝛼_{ув =……}⁰ выбираем ………. форму сетки.

Выход горной массы с 1 м скважины определяется по формуле:

, м³/м;

где длина скважины, м;

объём части массива, взрываемого зарядом одной скважины, м³;

Н_у – высота уступа, м;

а – расстояние между скважинами в ряду, м;

, м³/м;

Объем взрываемого блока принимается равным значению среднемесячной производительности экскаватора:

, м³/мес.

Согласно проектных данных выбран экскаватор ….. , с о объемом ковша ….. м³ ; категория пород по взрываемости …….

м³/мес.

Среднемесячная производительность экскаватора принимается по таблице:

Категория (класс) пород по взрываемости	Среднемесячная производительность экскаватора (тыс.м3) при вместимости ковша
5 м3	8 м3	12,5 м3	20 м3
I	180,0	300,0	400,0	570,0
II	165,0	270,0	385,0	540,0
III	150,0	240,0	360,0	510,0
IV	130,0	215,0	330,0	490,0
V	115,0	195,0	320,0	475,0

Общий объем буровых работ для обуривания подготавливаемого к взрыву блока определяется по формуле:

, м;

где объем взрываемого блока, м³/мес.;

выход горной массы с 1 м скважины, м³/м.

, м

Количество скважин на блоке определяется по формуле:

, шт.;

общий объем буровых работ для обуривания подготавливаемого к взрыву блока, м;

длина скважины, м.

, шт.;

Общая масса заряда, необходимая для взрывания блока, определяется по формуле:

, кг или , кг;

общий объем буровых работ для обуривания подготавливаемого к взрыву блока, м;

q_n - проектный удельный расход ВВ, г/м³;

величина заряда ВВ в скважине, кг;

количество скважин на блоке, шт.

, кг;

3.5 Выбор схемы короткозамедленного взрывания КЗВ и определение времени замедления

Порядок взрывания – это установленная последовательность взрыва отдельных зарядов.

Существует мгновенный, замедленный и короткозамедленный способы взрывов.

При мгновенном способе взрывов - интервал между отдельными взрывами τ = 0

При замедленном способе взрывов - τ > 0,25 с

При короткозамедленном способе взрывов - τ = 0,015 0,25 с.

Замедленное взрывание по правилам техники безопасности на карьерах не допускается. Наиболее широко применяются на карьерах короткозамедленные взрывы (КЗВ) при многорядном взрывании.

Достоинства КЗВ:

- улучшает качество дробления;

- уменьшает выход негабарита;

- уменьшает количество массовых взрывов;

- создает объем взорванной породы для длительной работы выемочного оборудования.

Схема взрывания при однорядном способе взрывов следующая: через скважину волновые и последовательные с односторонними или двусторонними врубом.

При многорядном взрывании существует: порядковая, врубовая, диагональная схемы взрывания.

При легковзрываемых и средневзрываемых породах рекомендуется принимать порядную или диагональную схему КЗВ, а для трудновзрываемых пород – диагональную или врубовую (клиновую) схему.

Время замедления t_зам, мс должно определяться в соответствии со свойствами горных пород и параметрами расположения скважин по таблице:

Категория (класс) пород по взрываемости	I	II	III	IV	V
tзам, мс	55 - 70	45 - 55	35 - 45	25 - 35	20 - 25

Так как данная порода относится к ……. категории по взрываемости, принимаем значение t_{зам =} , мс

В соответствии с принятым t_зам выбираются средства короткозамедленного взрывания. Предпочтение при этом следует отдавать взрыванию с использованием неэлектрических систем инициирования зарядов (НСИ) типа НОНЕЛЬ или с помощью электронных электродетонаторов. Выбираем НСИ типа НОНЕЛЬ и даем характеристику.

Расстояние между рядами скважин при многорядном короткозамедленном взрывании (КЗВ) определяется по формуле:

b = 0,9 ∙ W, м

Для полезного ископаемого:

b = ………. м

Ширина взрывной заходки определяется по формуле:

B_з = W + (n - 1) ∙ b, м;

где n = 2 – число рядов скважин.

Для полезного ископаемого:

B_з = ………………. м

Высота развала при многорядовом КЗВ при 2-3 рядах скважин определяется по формуле:

H_p = (0,85…1) ∙ Н_у, м

Для полезного ископаемого:

H_p = …………….. м

Ширина развала от первого ряда скважин определяется по формуле:

, м

Для полезного ископаемого:

= 29,2 м

Объем взрывного блока из расчета подготовленности для экскаватора запаса взорванной горной массы на двухнедельный срок определяется по формуле:

, м³/сутки;

где - суточная эксплуатационная производительность экскаватора, м³/сутки (расчет параметров экскавации).

Для полезного ископаемого

м³

Длина взрывного блока определяется по формуле:

, м

Для полезного ископаемого

, м

Основные расчетные параметры буровзрывных работ представлены в таблице:

№	Параметры	Значения параметров
1.	Категория (класс) пород по взрываемости
2.	Проектный удельный расход ВВ, г/м3
3.	Тип ВВ
4.	Диаметр заряда, мм
5.	Масса заряда в скважине, кг
6.	Вместимость 1 п.м скважины, кг
7.	Объем взрываемого блока, м3
8.	Количество скважин на блоке, шт.
9.	Общая масса (вес) заряда, необходимая для взрывания блока, кг
10.	Ширина развала
11.	Высота развала
12.	Время замедления взрыва при КЗВ, мс
13.	Выход горной массы с 1 м скважины, м3/м

Для графической части