Прогнозирование гранулометрического состава горной массы при изменении типа ВВ

Вопрос о влиянии типа ВВ на результаты дробления является в настоящее время особенно актуальным в связи с расширени­ем номенклатуры отечественных ВВ. Формулы прогнозирования гранулометрического состава позволяют оценить влияние этого фактора двумя способами:учетом изменения объемной концентрации энергии ВВ в формуле (45) и скорости детонации ВВ в формуле (46).

В первом случае корень шестой степени из массы заряда (или из объемной концентрации энергии) можно рассматривать как результат совокупного влияния изменения сетки скважин и КПД взрыва нового ВВ. Фактически объемная концентрация энергии зарядов ВВ увеличивается в 2-2,5 раза. При равном удельном расходе различных типов ВВ расчетный средний размер куска даже в самом экстремальном случае изменится только на 9 %. Ошибки в определении среднего размера куска не позволят заметить такого изменения гранулометрического состава. Таким образом, результаты расчета по этой формуле показывают, что изменение объемной концентрации энергии ВВ практически не меняет гранулометрического состава горной массы.

Формула (46) учитывает влияние объемной концентрации ВВ дополнительным множителем, фиксирующем изменение скорости деформации. Для большинства промышленных ВВ нормальной рецептуры энергия пропорциональна квадрату скорости детонации.

В таком случае при равных удельных расходах ВВ (равных удельных энергозатратах) средний размер куска горной массы уменьшается при увеличении объемной концентрации энергии для крупноблочных пород примерно пропорционально корню квадратному из объемной концентрации энергии ВВ.

В формуле (47) при изменении объемной концентрации энергии ВВ при равных удельных энергозатратах на отбойку расширяется или сужается сетка взрывных скважин. В этом случае, согласно зависимости (47), КПД взрывного дробления меняется пропорциональ­но корню кубическому из объемной концентрации энергии ВВ, а результаты дробления зависят от физико-механических свойств массива пород и способов ведения взрывных работ при эталонном взрыве. Несомненно, что с увеличением объемной концентрации энергии ВВ при неизменных удельных энергозатратах на отбойку средний размер куска горной массы снижается при крепости пород f =14-16 примерно пропорционально соотношению объемных концентраций энергии опытного и эталонного ВВ в степени 2/3.

Детальные исследования работы ВВ с увеличенной объемной концентрацией энергии, проведенные М.Куком, установили увеличение эффективности действия ВВ с большей объемной концентрацией пропорционально выражению (здесь w объемная концентрация энергии ВВ), что близко к значениям, подсчитанным по формулам (45) и (47). Эффективность действий определялась увеличением зоны разрушения при равной энергии зарядов.

Необходимо, тем не менее, отметить большее, чём в первом случае, расхождение результатов прогноза, объясняющееся прежде всего тем, что отечественный опыт промышленного использования новых типов ВВ недостаточно изучен. До сих пор оценка эффективности ВВ устанавливалась по тротиловому эквиваленту, т.е. заряды различных ВВ сравнивались только по энергии. Это положение легло в основу определения экономической эффективности применения различных типов ВВ в работе Л.В. Дубнова «Промышленные ВВ» (М., Недра, 1976).

3.4. Прогнозирование гранулометрического состава горной массы при изменении диаметра взрывных скважин

Наиболее остро проблема выбора диаметра взрывных скважин стоит на открытых горных работах, что связано с особенностями работы взрыва на карьерах. Вместе с тем Современное состояние открытых горных работ характеризуется однообразием способа бурения взрывных скважин (30 % скальной горной массы обуревается станками шарошечного бурения) й малой номенклатурой диа­метров (80 % бурится долотом диаметром 243 мм, и остальные объемы примерно поровну долотами диаметрами 214 и 269 мм), В отечественной практике уже несколько лет ведется опытная эксплуатация станков с диаметром бурения 320 мм и работы по проектированию станка с диаметром 380 мм.

Таким образом, можно надеяться на расширение номенклатуры отечественных станков.

Опыт работы отечественных и зарубежных станков шарошечного бурения свидетельствует о том, что с увеличением диаметров долот повышается их стойкость, надежность, увеличивается механическая скорость бурения, растет выход горной массы с метра скважины, в результате чего снижается стоимость кубометра горной массы по буровым работам, несмотря на абсолютное удорожание стоимости долот большого диаметра и мощных шарошечных станков. Эти факторы стимулируют разработку и создание станков с увеличенным диаметром долот.

Выбор диаметра взрывных скважин даже на крупных карьерах, где могут успешно использоваться мощные буровые станки, определяется не только минимальной стоимостью бурения, но предполагает также отработку оптимальных параметров сетки скважин и уровня удельною расхода, чтобы обеспечить снижение стоимости добычи горной массы по всему технологическому циклу, включая погрузку, транспорт и первичное дробление.

Вопрос увеличения диаметра взрывных скважин можно
считать•наиболее дискуссионным. Достаточно сказать, что качественное толкование этого влияния неоднозначно: одни исследователи считают, что увеличение диаметра укрупняет размер куска, другие - что оно не влияет на кусковатость, третьи - что для некоторых пород увеличение диаметра связано с уменьшением среднего размера куска.

Моделирование работы одиночного сосредоточенного заряда ВВ (отношение диаметра в высоте меньше 1:4) предусматривает эаглубление его на глубину hi - так, что

(48)

где h₁ и h₂ - глубина заложения зарядов, м; Q1 и Q₂ - массы зарядов с диаметром d1 и d2.

Система цилиндрических зарядов ВВ одинаковой массы и разного диаметра, что обеспечивается сохранением удельного расхода ВВ, имеет сетку, для которой W/d=const (здесь W- параметр сетки; d - диаметр заряда).

Модельное соотношение (48), определенное для самых различных условий взрывания, устанавливает пропорциональную зави­симость между массой заряда и массой отбитой гордой массы, из которой получают соотношение, выраженное в относительных радиусах заряда.

Условия подобия работы системы цилиндрических зарядов равных диаметров при равных удельных расходах RB предполагает увеличение объемов отбитой горной массы, приходящейся на один заряд, пропорционально квадрату диаметра и одинаковые затраты энергии взрыва на разрушение породы.

Можно предположить, что изменение масштаба разрушения должно сказываться на результатах дробления отбитого объема. Поэтому в первую очередь следует рассмотреть работу зарядов ВВ различных диаметров при равенстве удельных расходов.

При равных удельных расходах ВВ отношение средних размеров кусков горной массы будет пропорциональной корню шестой степени из соотношения массы зарядов;

(49)

где x₁ , х₂ - средние размеры кусков горной массы при диаметрах зарядов соответственно d₁ и d₂.

При существующей номенклатуре диаметров долот (243 и 214 мм) это соотношение означает изменение средних размеров куска на 4 %, которое невозможно определить методом фотопланиметрического анализа. Таким образом, формула (49) устанавливает практическую независимость результатов дробления от диаметра заряда. Этот результат, полученный на основании общих теоретических соображений, закономерен и выражает подобие распределения энергии взрыва. Равное количество энергии, затраченной на разрушение, предопределяет равные результаты разрушения горных пород. Однако обобщение производственного опыта применения различных диаметров скважин не подтверждает этого вывода. Большинство исследователей считает, что при постоянном уровне удельного расхода ВВ на отбойку с уменьшением диаметра скважин снижаются выход крупнокусковатой руды и средний размер куска горной массы. Различная интерпретация производственных результатов носит качественно иллюстра­тивный характер и не раскрывает физических причин данного масштабного эффекта.

Количественно связь между дроблением и диаметром заряда выражается зависимостью

(50)

где Vн - выход негабарита; k и n - эмпирические коэффициенты.

В различных горнотехничерких условиях и в широком диапазо­не диаметров зарядов n= 1 но может увеличиваться до п - 1,3.

Существование широко распространенной линейной зависимости между средним размером куска горной массы и диаметром заряда ставит под сомнение правомерность использования упрощающих положений теории на основе, которой построены формулы (45) и (49).

Опытные данные свидетельствуют, что в модельных условиях работы системы цилиндрических зарядов ВВ разных диаметров при одинаковых энергозатратах на отбойку большее количество энергии затрачивается на дробление.

Обработка экспериментального материала по отбойке горных пород зарядами различных диаметров в диапазоне от 110 до 350 мм на открытых горных работах на основе зависимости (49) установила, что соотношение

при различных диаметрах взрывных скважин и q =const. Отсюда

Модельные условия работы системы цилиндрических зарядов ВВ различных диаметров обеспечивают изменение среднего размера, куска взорванной горной массы пропорционально масштабу взрыва (ДНС) и диаметру заряда.

Технологические требования к кусковатости горной массы заставляли исследователей в первую очередь решать вопрос о том, каким образом компенсировать ухудшение качества дробления при увеличении диаметра взрывных скважин. Поэтому наибольшее внимание уделялось установлению зависимостей между диаметром заряда и удельным расходом ВВ, причем указывалось, что увеличение диа­метра требует соответствующего увеличения удельного расхода ВВ.

Анализ влияния диаметра заряда на результаты взрывного дробления свидетельствует, что для вычисления соотношения между диаметром заряда и средним размером куска можно пользоваться формулами (42), (43), (45) и (47).