Задачей процесса подготовки скальных и полускальных горных пород к выемке является обеспечение:
необходимой степени дробления горных пород и полное разрушение массива взрываемого блока;
соответствие размеров и формы развала параметрам конкретному комплекту оборудования технологического потока;
объема горной массы в забое, достаточного для бесперебойной и производительной работы экскавационного оборудования;
экономичности и безопасности ведения горных работ.
Степень дробления для конкретного комплекта оборудования определяется исходя из высокопроизводительной работы и минимальных затрат по всему технологическому потоку.
Экспериментальные исследования по определению зависимости производительности машин по процессам технологического потока от состава горной массы по крупности с учетом свойств сыпучей среды показывают, что изменение производительности от минимума до максимума экскавационных машин с шириной ковша В находится в интервале В/3 dср В/11 при величине размера негабарита >В/3.
Минимальные затраты по всем технологическим процессам в технологическом потоке с одноковшовым экскаватором обеспечиваются при среднем диаметре габаритной горной массы dср= В/6,5.
Развал взорванной горной массы по длине от бровки уступа должен быть минимальным, по высоте - безопасным. По правилам безопасности он должна быть равна высоте черпания, а при высокой степени разрыхления допускается 1,5h.
Объем взорванной горной массы в забое определяется из условия максимальной производительности технологического потока с учётом остановки во время взрывных работ.
Разрушение массива горных пород под действием взрыва заряда взрывчатого вещества является сложным физическим процессом, который определяется свойствами массива, взрывчатого вещества и параметрами технологии взрывного воздействия.
Управление взрывного воздействия на массив и получение необходимого для экскавации взорванной горной массы базируется на энергетической связи результата разрушения с параметрами буровзрывных работ.
Учитывая монолитность и однородность по свойствам горной породы в блоке, необходимую степень его дробления, соотношение между пределом прочности материала на сжатие и растяжение необходимая энергия (Эдр.) для дробления определяется зависимостью
,
где σсж.- предел прочности породы на сжатие, Па;
kд- коэффициент динамичности напряжения (kд = Ед/Ест)
V=1 - разрушаемый объем, м3;
Е – модуль упругости породы, Па;
n – степень дробления (n = Dо.м./dср.)
Dо.м - средний размер отдельности массива, м;
ρ – плотность породы, кг/м3.
Энергия для получения требуемой по принятой технологии и технике степень разрыхления и формирования развала, допустимого по правилам безопасности определяется зависимостью
где - начальная скорость движения горной массы при взрыве ( по данным экспериментальных исследований ее можно принимать vо= 530 м/с). Большие значения принимаются при использовании мощных взрывчатых веществ и малой плотности горной породы.
- коэффициент разрыхления горной массы в забое, = 1,1 1,4;
- плотность горной породы, кг/м3;
- расстояние от центра тяжести заходки массива до центра тяжести развала горной массы, м.
При разрушении массива скважинными зарядами
,
где с - расстояние от верхней бровки уступа до первого ряда скважин (по правилам безопасности не менее 3 м);
h - высота уступа, м;
- угол откоса уступа, градус;
- высота развала горной массы в забое, м;
- высота черпания экскаватора, м.
Сумма представляет собой энергию в Дж/м3, которую необходимо затратить при подготовке горной массы с необходимой степенью дробления, разрыхления и параметров развала взорванной горной массы.
По энергетической характеристике используемого взрывчатого вещества определяется удельный его расход (кг/м3), необходимый для дробления 1 м3 массива в нужной степени, получения заданных коэффициента разрыхления и параметров развала взорванной горной массы
,
где - удельная потенциальная энергия взрывчатого вещества, которая именуется в характеристике полной идеальной работой взрыва, Дж/кг.
- коэффициент полезного использования энергии взрывчатого вещества, который, по многочисленным исследованиям, составляет 0,04—0,06.
В развернутом виде при V=1 эта зависимость имеет вид (кг/м3)
Анализируя эту зависимость, можно видеть, что удельный расход взрывчатого вещества увеличивается с увеличением прочностных свойств массива, степени дробления и величины развала горной массы после взрыва и уменьшается с увеличением энергии используемого взрывчатого вещества
и коэффициента ее использования для дробления массива и формирования развала, необходимых параметров по технологии выемочно-погрузочных работ.
С учётом параметров применяемого экскаваторного оборудования и достижения минимальных энергозатрат по всему технологическому потоку
2.3 Управление параметрами буровзрывных работ
В карьере в конкретных природных условиях достижение необходимых параметров взорванной горной массы для горнотранспортного оборудования технологического потока обеспечивается регулированием параметров буровзрывных работ на карьере.
Параметры буровзрывных работ делятся на две группы.
К первой относятся: удельный расход взрывчатого вещества (q), диаметр заряда (d), линия сопротивления по подошве (W), сетка скважин (а х b),
ко второй: вид взрывчатого вещества, конструкция заряда, последовательность взрывания и использование замедления, число рядов скважин, величина и материал забойки.
Изменение параметров первой группы позволяет регулировать в широком диапазоне степень дробления, параметров второй группы - получение необходимых по технологическим условиям размеров развала горной массы.
Управление параметрами буровзрывных работ заключается в использовании закономерностей воздействия каждого и всех вместе на результаты взрывного разрушения массива горных пород.
По экспериментальным исследованиям действие взрыва в массиве горных пород представляется в следующем виде. Детонационная волна, которая образуется при взрыве взрывчатого вещества на границе заряд — горная порода переходит в ударную волну, параметры которой определяются свойствами массива горных пород и взрывчатого вещества. По мере удаления ударной волны от границы раздела, скорость её уменьшается вследствие потерь энергии и в дальнейшем остается постоянной. В этой зоне равной от 1 до 6 диаметров заряда напряжение, возникающее в горной породе, вызывает пластические деформации, вследствие чего ее дробление. На большем от этой величины расстоянии в радиальном направлении возникают сжимающие напряжения, в тангенциальном — растягивающие. Величина этой зоны составляет 3540 радиусов заряда. Дальше напряжение в массиве становится меньше величины сопротивления породы разрушению, и горная порода этой зоны массива испытывает только колебательные движения. Когда волна напряжений достигнет обнаженной поверхности, образуется отраженная волна, к тому же после высвобождения газов, образующихся при взрыве взрывчатого вещества, по трещинам и через забойку сильно сжатая порода первой зоны смещается в сторону центра заряда. Отраженная волна формирует в массиве вторичное сжатие от мнимого центра, находящегося на таком же расстоянии от обнаженной поверхности, как и заряд, производя разрушения в глубь массива.
По теории В. К. Шехурдина, в основу которой положен принцип энергетического состояния горной породы в зависимости от ее свойств и положения относительно поверхности земли, величину зоны сильного дробления (смятия) или преобладания пластических деформаций можно определить по выражению, м
,
где p - масса заряда в 1 м скважины, кг;
Q - теплота взрыва, ккал/кг;
A - механический эквивалент тепла 4,19 Дж/кал;