Расчет параметров скважинной отбойки на уступе

Метод скважинных зарядов при взрывании на карьерах является основным и наиболее распространенным. Для разрушения массива горных пород заряды ВВ размещаются в вертикальных или наклонных скважинах диаметром 100—400 и глубиной 5—20 и более м.

Расположение скважин на уступах карьера характеризуется следующими параметрами: диаметр заряда d₃, сопротивление по подошве W; расстояние между рядами Ь; глубина скважины L; величина перебура l_пер; длина забойки l_3аб; длина заряда 1₃; величина воздушных (инертных) промежутков /г_пр; угол наклона скважин |3; число рядов скважин N_скв; общее число скважин на взры­ваемом блоке N_общ.

Диаметр скважинного заряда выбирается с учетом категории пород по трещиноватости и ограничивается лишь технологическими соображениями: произ­водственной мощностью карьера, производительностью и техническими харак­теристиками буровых станков, устойчивостью пород на уступе. Для пород I— II категорий рекомендуется диаметры 250—320 мм, для IV—V категорий — 150—200 мм и меньше.

Значение требуемого диаметра скважин, обеспечивающего нормальную проработку подошвы уступа при заданной высоте Н и угле откоса а, определяют по формуле

^{d3 = H ctg a+C} /26,5 (3,2 - m) kт√pkВВ/D,

где С>3м — безопасное расстояние от верхней бровки уступа до центра сква­жин первого ряда; р— плотность породы, г/м³; D — плотность заряжания ВВ, кг/м³; kвв — коэффициент работоспособности ВВ; k — коэффициент, учиты­вающий трещиноватость массива (k_T = 1,1 для IIIкатегории и &_т = 1,2 для пород I—II категории трещиноватости); т = a/W— коэффициент сближения скважин (для вертикальных скважин т = 0,8-=-1,2, для наклонных т = 0,9-=-1,3). По полученному значению d₃ выбирают типоразмер бурового инструмента (долота) и рассчитывают диаметр скважинного заряда с учетом ее разбуривания:

d₃ = dд k_р ,

где d_д — диаметр долота; k_р — коэффициент разбуривания (для станков шаро­шечного и ударно-вращательного бурения k_p = 1,05-5-1,08).

Выбор рациональных параметров БВР является технико-экономической задачей, в которой учитываются затраты по основным технологическим процес­сам добычи полезного ископаемого: бурение, взрывание, экскавация, транспор­тирование, дробление негабарита и затраты на первой стадии крупного дроб­ления.

Рациональной степени дробления горных пород соответствует минимум
приведенных на 1 м³ горной массы эксплуатационных и капитальных затрат по
процессам, т. е. I

N т

∑Ci +E∑iKi ® min;
i=1 i=1

Ci>0, K_t>0,

где Ci — приведенные эксплуатационные затраты по процессам на 1 м³ гордой массы, руб.;ki— приведенные капитальные затраты по процессам на 1 м³, руб; E=0,15—нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

В основе расчета суммарных приведенных затрат используются функцио­нальные зависимости для основных процессов горного производства, получен­ные обобщением значительного количества экспериментальных данных и содер-

жащих ряд эмпирических соотношений, которые в полном объеме приведены в «Методике определения оптимальной степени дробления скальных пород и руд на карьерах МЧМ СССР» (Свердловск, 1971 г.). Удельный расход ВВ

q = 0,13 √ f(0.6 + 3,3d_{3 do} ) (50/dн)^2/5 pk³_ВВ ]/dн / 4 d ср ,

где f — коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова; d₀ — средний размер отдельности в массиве до взрыва, м; d_H — предельный размер кондиционного куска взорванной горной массы, м; d₃ — диаметр скважинного заряда, м; р — удельный вес породы, кг/м³; k_вв — коэффициент рабо­тоспособности ВВ; d_cp — размер (диаметр) среднего куска взорванной горной массы, м.

Выход негабаритной фракции

Vn = Ve[1-(dн / 4dср )Á// £ ]

где Ve — процентное содержание негабаритной фракции в массиве до взрыва,%;

Vn — процентное содержание негабаритной фракции во взорванной горной массе,%.

При расчетах принимается, что при d_cp <d_HVn=— 0.

Приведенные эксплуатационные затраты на бурение

С1=Cм 1,27/ d3ªD(1-lзаб /H+lпер)

где /_Заб⁼ (20-f-30) d₃ — величина забойки, м; /_пер = (10-f-15) d₃ — величина пере­бура, м; d₃ — диаметр заряда, м; С_м— стоимость бурения одного метра сква­жины, руб/м.

Стоимость бурения определяется из соотношения

Смс

См= Псм + Сд / Sд

где С_vc — стоимость машино-смены станка, руб; С_д— стоимость инструмента (долота), руб.; S_A — стойкость инструмента, м; n_CM=T_cvc—сменная про­изводительность станка, м; Т_см— продолжительность смены, ч; vq — скорость бурения, м/ч; k_D = 0,3-н0,5 — коэффициент использования станка в смену. Приведенные эксплуатационные затраты на взрывание

С₂= 1,15Ц_BB q ,

где 1,15—коэффициент, учитывающий заработную плату, стоимость материа­лов (без ВВ), прочие расходы, амортизацию; Двв — стоимость 1 кг ВВ, руб. Приведенные эксплуатационные затраты на дробление негабарита

с₃ = с_р.н.Vн / 100 ,

где Ср._н = 0,5-г-1,25 руб. — себестоимость разделки 1 м³ негабарита.

Результаты расчета сводятся в табл. 7П-1, по данным которой строятся графики зависимостей С₁₍ С₂, С₃ от d_ch и определяется оптимальная сте­пень дробления породы rf' , соответствующая минимуму приведенных эксплуата­ционных затрат по буровзрывным работам.

По d'ср определяется рациональный удельный расход ВВ q, соответству­ющий минимуму приведенных затрат.

Таблица 7П-1

Результаты расчета приведенных эксплуатационных затрат

dc, CM	q, кг/м3	V %	С1 руб/м»	С2руб/м3	С3 руб/м»	∑Сi руб/м»
10

Программа расчета параметров взрывных работ на микрокалькуляторах БЗ-21 или МК-46

Определяем затраты на бурение C_t.

Подставив выражение для q в С_1г получим

С1= См 1,27*0,13f^1/4 (0.6+3.3d0d3 )*(50/dн) ^2/5 dD(1-lзаб/Н+lпер)

1 Таким образом, C1 = a1d ^-.

Определяем затраты на основное взрывание С₂.

Подставив q в С₂, получим С₂ = а₂dср^1/3. Определяем затраты на разделку негабарита С

Подставляем V_H в С₃, С = а₃ — а₄ d_cp,

С₌ Ср.н.*0,01*V_e [1-(dн/4dср)^1/3]

Здесь a₁ а₂, a3, а₄ — численные коэффициенты. Определяем сумму затрат:

n

∑Ci= a₁ d _cр^{-1/ 3} +a₂ d _cр^{-1/ 3} + (a₃ –a₄ d _cр^{-1/ 3} ).
i=1

Выражение (а₃ — a₄ d _cр^{-1/ 3}) записывается отдельно, так как при определен­ных значениях d_cp оно может стать отрицательным, т. е. выполняется принятое

обозначение, что при d ср < 1/4 d_нV+ = 0.

Таким образом, необходимо найти минимум функции

. ∑Ci⁼ (а₁+ a₂) d _cр^{-1/ 3} + (а₃ — a₄ d _cр^{-1/ 3})

В качестве отаравной точки расчета выбираем какое-то начальное значе­ние d_cр, обозначив его d₁ (например, d1 — 20 см). Выбираем первоначальный шаг вычислений h (например, h = 10 см) и делитель шага п в интервале от 2 до 9 (например, п — 2). Шаг вычислений будет автоматически сокращаться в ходе выполнения программы до достижения заданной точности вычислений.

Вычисляем значение . ∑Ciв одной точке при d_cp = d₁

Выполнив все указанные предварительные вычисления, переходим к вводу программы вычислений в микрокалькулятор. Программа расчета:

F7

п

/

/-- /

F4

­

F7

+

РА

F1/х

/-/

xy

ху

­

F3

X

Р2

ху

­

F6

X

­

F5

-

рр x³0

­

F2

+

­

F8

ху

Р8

—

х<0

­

F7 С/П БП

РО

БП

,

Примечание. В программе вместо n (делитель шага) ставится его значение, выбранное ранее.

Инструкция по работе с программой

1. Ввод программы осуществляется нажатием клавиш «В/О», «Р», «ПГР» споследующим нажатием клавиш операций, которые указаны в тексте программы. Необходимо контролировать показания счетчика адреса команд по индикатору.

2. После ввода программы переводим в режим работы «Р», «АВТ».

3. Ввод данных в память осуществляется набором требуемого числа и затем нажатием клавиш «Р», «М>, т. е. «Р», «2»; «Р», «3» ... и т. п.

В память вводятся следующие исходные данные: d1 = Р4; (—пh) = Р7;

. ∑Ci ^{(при dср= d1) = Р8; (а1} + ^а2) ^{= Р}3^; а₃ = Р5; о₄ = Р6.

4. Пуск программы осуществляется нажатием клавиш «В/О», «С/П».

5. После остановки вычислений значение d_cp хранится в 4-й ячейке памяти, а значение . ∑Ci в 8-й ячейке, для их вызова на индикатор нажимаем клавиши соответственно «Р», «4» и «Р», «8».

6. Для вычисления следующего шага нажимаем клавишу ««С/П», после остановки вычислений получаем очередные значения d_cp и . ∑Ci и вновь из. па­мяти нажатием «Р», «4» и «р», «8» считываем очередное значение d_cp и . ∑Ci.

Затем нажимаем клавишу «С/П и т: д.

В ходе вычислений получаемые значения d_op будут постепенно приближаться коптимальному значению, при достижении необходимой точности вычисления прекращаем (достаточная точность вычислений 1—2 см).

7. В случае непрерывного увеличения с каждым последующим шагом вели­ чины d_cp до значений сравнимых с размером естественной отдельности в массиве (d_H) вычисления прекращаем, так как у данной функции отсутствует минимум в этом интервале.

8 данной ситуации необходимо уменьшить затраты на бурение (С_пм) и ос­
новное взрывание (Ц) и (или) увеличить затраты на дробление негабарита (С_{р н}, Ун), чтобы получить перегиб на графике функции . ∑Ci = f (d_cp). Все промежуточные значения d_chp и. ∑Ci служат для построения графической зависимости.