Министерство угольной промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

Междуведомственная комиссия по взрывному делу

ВРЕМЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ ПОРОД НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ

Москва

1970

Министерство угольной промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

Междуведомственная комиссия по взрывному делу

ВРЕМЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ ПОРОД НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ

Москва

197G

I	2	3	4	5	6	7	8	9	10	II	12
Круп- но-	Диа метр	140-145	I5I-I6I	I6I-I72	172-190	172-190	190-214	214-243	214-243	243-269	269-295
ные	хин,мы Удель ный ST	0,45-	0,45-	0,4-	0,4-	0.4-	0,4	0,4-	0,35-	0,35-	0,35-
		-0,5	-0,5	-0,45	-0,45	-0,45	-0,45	-0,45	-0,4	-0.4	-0.4
Весь-	Дна-
круп но-	метр оква-	132-140	I45-I6I	I45-I6I	I6I-I72	I6I-I72	I72-190	190-214	130-214	214-243	243-269
блоч ные	хин,мы Удель ный расход Sv	0,55-	0,55-	0,5-	0,5-	0,45-	0,45-	0,45-	0,4-	0,4-	0,4-
		-0,6	-0,6	-0,55	-0,55	-0,5	-0.5	-0,5	-0,45	-0,45	-0,45
Иск-	Диа-
дачи— телъ-	метр	II2-II8	II8-I32	132-140	I45-I5I	I45-151	I5I-I6I	I6I-I72	172-190	190-214	214-242
но	хин,мм
круп но	Удцль-	0,6-	0,6-	0,55-	0,55-	0,5-	0.5-	0,5-	0,45-	0,45-	0,45-
ные	расход	-0,65	-0,65	-0,6	-0,6	-0,55	I -0.55	-0,55	-0,5	-0.5	-0,5
	Sv						1

зотропии массива соотношением вица

Кф=0.5(Ка-1),    (I)

где К* - коэффициент формы зоны дробления;

К_а - коэффициент анизотропии массива.

При известном коэффициенте анизотропии,пользуясь соотношением (I), легко установить значение коэффициента формы зоны дробления.

Для достижения максимально равномерного и интенсивного дробления пород взрывные скважины следует располагать с учетом формы зоны дробления и ориентировки ее экстремальных размеров относительно линии откоса уступа. Найвугоднейшее в этом смысле соотношение между параметрами сетки скважин при многорядном их распо -ложении устанавливается по выражению:

а    ^2К*

— -. (2)

ь VHl+O^-l) eln'Cl]

где а - расстояние между скважинами в ряду, м; b - расстояние между рядами скважин, м; cL - угол между направлением большой оси зоны дробления (направлением максимальной скорости упругой волны) и линией откоса уступа, град.

При расстоянии между рядами скважин, равном линии сопротивления по подошве, что является обычным при многорядном короткоза -медленным взрывании особенно при наклонных скважинах, отношение "Ь представляет собой коэффициент сближения скважин ( m ).

Как следует из выражения (2), оптимальное значение m в од -них и тех же породах зависит от коэффициента формы и ориентировки зоны дробления относительно линии откоса уступа.

Из рис.1, на котором показаны различные варианты ориентировки зоны дробления по отношению к линии откоса уступа видно, что если большая ось зоны дробления расположена параллельно линии от-.соса уступа (CL = 0°), то оптимальное значение m будет больше единицы. При СС= 90° наивыгоднейшим является коэффициент сбли -жения скважин, меньший единицы, а при угле об , близком к 45°, оптимальный коэффициент сближения будет равен единице. Одновре -менно с изменением угла сL изменяется рациональная форма сетки скважин. При 0°4d^ 30° или 60° 4 с*. 4 90° наиболее равно -мерное насыщение массива зонами дробления достигается при шах -матном расположении скважин. Если же 30° < а. 4 60°, то наилуч -

12

a

m '    (6)

Величину линии сопротивления по подошве ( W ) следует принимать равной расстоянию между рядами скважин, но предельное ее значение не должно превышать следующих соотношений:

-    породы    I    категории    W

-    породы    П    категории    W

-    породы    Ш    категории    W

-    породы    1У категории    W

-    породы    У    категории    W

Величину перебура следует принимать равной:

-    для пород I категории П = (5-8) d_c,

-    для пород П и Ш категории П = (8-ID) d_с,

-    для пород 1У и У категории П = (ID-15) d_c. Верхний предел указанных соотношений следует принимать при

вертикальных, нижний - при наклонных скважинах.

3. Определение веса заряда в скважине

Расчетная величина заряда в скважине определяется по выражению

Q = q.g.b.H, кг

Полученная величина заряда проверяется на вместимость скважин.

4. Выбор параметров короткозамедленного взрывания

Время замедления при короткозамедленном взрывании следует выбирать в соответствии со свойствами пород и параметрами расположения скважин. Качество дробления мелкоблочных пород мало изменяется с изменением времени замедления. Тем не менее оно предпочтительнее при больших замедлениях порядка 70-80 мсек,, которые и рекомендуются для этих пород.

При подготовке пород средней блочности и крупноблочных рациональное время замедления составляет 40-50 мсек., а в весьма крупноблочных и исключительно крупноблочных породах - 30-35 мсек.

В мелкоблочных породах целесообразно применить простую по-

УДК 622.236.4 : 622.271.32

Проект "Временной методики расчета параметров взрывной отбойки пород на угольных разрезах" был широко разослан Междуве -домственной комиссией научно-исследовательским институтам, горным предприятиям и отдельным специалистам. На него поступило около 27 отзывов.

Авторы методики с учетом полученных замечаний и отзывов доработали текст методики, а созданная при Междуведомственной комиссии рабочая комиссия проанализировала материалы обсуждения, внесла необходимые поправки и отредактировала настоящую методику.

Рабочая комиссия признала целесообразным считать настоящую методику расчета параметров взрывной отбойки дэрод на угольных разрезах временной. По мере же накопления опыта методика должна быть уточнена и издана в качестве Единой методики.

Междуведомственная комиссия по взрывному делу выражает признательность всем организациям и отдельным специалистам, приславшим свои отзывы и принявшим участие в обсуждении, корректи -ровке и редактировании настоящей методики. Комисоия с благодарностью примет также пожелания, которые целесообразно учесть при окончательной доработке и подготовке к изданию этой методики в качестве Единой.

ВВЕДЕНИЕ

При открытой разработке угольных месторождений производительность экскаваторного и транспортного оборудования на выемке скальных вскрышных пород определяющим образом завиоит от качества их взрывной подготовки. Качество дробления пород, которое наиболее часто характеризуется диаметром среднего куска взорванной горной массы, в свою очередь, зависит от большого количества природных и технологических факторов, среди которых превалирующее значение имеют структура породного массива, удельный расход ВВ, диаметр скважинных зарядов и параметры их размещения в массиве. Существенное влияние на качество подготовки пород оказывает также высота уступа.

Определение параметров взрывной отбойки производится в нас -тоящее время без достаточного учета влияния указанных факторов на степень дробления пород. В частности, при раочетах совершенно не учитывается анизотропия свойств породного массива, связанная с анизотропией его трещиноватости; удельный расход ВВ принимается без достаточного учета конкретных условий производства взрывных работ и требуемого качества дробления пород и вд. В то же время, например, обеспечение наиболее равномерного на -сыщения массива объемами образующихся вокруг зарядов зон проб -ления, а, следовательно, достижение наиболее равномерного и интенсивного дробления пород возможно лишь на основе учета размеров и формы зоны дробления одиночного заряда, которые прямо связаны с анизотропией свойств массива.

В результате буровзрывные работы в целом ряде случаев не дают желаемого эффекта, что оказывает крайне отрицательное влияние на показатели работы основного горнотранспортного оборудования

3

и на технико-экономическую эффективность вскрышных работ в целом. Следует при этом иметь в виду» что как показывают исоле -цования, в условиях увеличивающейся мощности экскаваторного и транспортного оборудования сохраняются высокие требования к качеству дробления пород.

При существующих методах расчета параметров буровзрывных работ обычно не ставится задача обеспечения заданной кусковатос-ти взорванной горной массы, а это исключает возможность прогнозирования показателей выемочно-погрузочных работ и обосно -ванного их планирования.

В основу данной методики расчета параметров взрывной отбойки вскрышных пород на угольных разрезах положены результаты широких исследований свойств пород разрезов, влияния свойств пород и главнейших технологических факторов на эффективность взрывных работ, а также влияния качества подготовки на показатели работы горнотранспортного оборудования. "Методика" пред -назначена для определения оптимальных параметров буровзрывных работ, обеспечивающих требуемую степень дробления пород при минимальных размерах приведенных затрат на вскрышные работы. Степень дробления пород может быть задана также, исходя из требуемой (планируемой) производительности экскаватора, или определена в соответствии с допустимыми размерами кусков по другим технологическим процессам. В этом случае "Методика" позволяет установить параметры буровзрывных работ, обеспечивающие наилучшие технико-экономические показатели при заданном качестве дробления.

Параметры буровзрывных работ устанавливаются как для наклонного расположения скважин, обеспечивающего повышение полезного использования энергии заряда, более равномерное размеще -ние ВВ в массиве и улучшение качества дробления пород, так и для вертикального их расположения.

"Методика" разработана под руководством проф.докт. техн.наук Н.Я.Репина группой авторов в составе кандидатов технических наук И.А.Паначева, А.В.Бирюкова, А.С.Ташкинова и предназначена для работников угольных разрезов и проектных организаций. Она может быть использована также студентами горных специальностей вузов.

4

I. КЛАССИФИКАЦИЯ ВСКРЫШЫХ ПОРОД УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ

Вскрышные породы угольных разрезов относятся к породам осадочного происхождения и представлены почти исключительно песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Они имеют, как правило, сравнительно невысокую крепость, не превышающую f= 9-10 по шкале проф. М,М,Протодьяконова, в связи с чем бурение взрывных скважин в этих породах не представляет затруднений. Однако по взрываемости, определяющей качество подготовки пород взрывом и эффективность последующих технологических процессов, породы разрезов изменяются в широких пределах - от легковзрываемых до исключительно трудно поддающихся взрывному дроблению.

Важнейшей технологической характеристикой породного массива, оказывающей наибольшее влияние на качество дробления пород, является блочность массива, которая обуславливается интенсивно -стью его трещиноватости. Интенсивность трещиноватости массива осадочных пород находится в определенной связи с мощностью напластований, а также с прочностными, акустическими и упругими характеристиками слагающих массив пород. Трещиноватость массива является основной причиной его анизотропности, имеющей исключительно важное значение при выборе параметров буровзрывных работ.

В соответствии о классификацией пород по трещиноватости Междуведомственной комиссии по взрывному делу на основе исслецо -ваннй структурных и физико-механических свойств вскрышных пород угольных разрезов разработана их классификация по блочнос-ти (табл.1). Породы разрезов разделены на пять категорий, каждая из которых характеризуется определенными свойствами массива и слагающих массив пород, оказывающими превалирующее влия -ние на их дробимость при взрывных работах. К таким свойствам относятся блочность массива, его упругие и акустические свойства, анизотропия массива, а также прочность на одноосное ежа -тие и объемный вес слагающих массив пород.

П. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НГР0ВЗЙ1ВНЫХ РАБОТ

I. Определение удельного расхода ВВ и диаметра скважин

Качество взрывной подготовки вскрышных пород характеризует-

5

ся кусковатостью взорванной горной массы, а также коэффициентом ее разрыхления в развале. Опыт показывает, что при взрывании на подобранный борт коэффициент разрыхления породы в развале составляет обычно 1,35-1,4, то есть находится в пределах, когда дальнейшее его увеличение уже не отражается на эффективности процесса черпания экскаватора. В этих условиях основным показателем качества подготовки пород будет кусковатость взорванной горной массы или степень дробления пород, которая оценивается диаметром среднего (по объему) куска ( dcp ).

Качество подготовки пород предопределяет технико-зкономиче -ские показатели всех последующих технологических процессов. В связи с этим устанавливаемые по данной "Методике" параметры буровзрывных работ и соответствующая им степень дробления пород определяются на основе минимизации приведенных затрат на вскрышные работы по всему технологическому циклу.

На основе исследований влияния качества дробления пород на эффективность работы основного горно-транспортного оборудования на угольных разрезах установлены количественные зависимости технико-экономических показателей последующих технологических процессов от качества дробления и разработана экономико-математическая модель приведенных затрат на вскрышные работы. С использованием этой модели установлены оптимальные значения основных параметров буровзрывных работ - удельного расхода ВВ и диаметра скважин - применительно к конкретным горно-техническим условиям вскрышных работ (табл.2).

Указанные параметры определены при условии применения шнекового (в породах j ^ 4+5) и шарошечного (в породах f >5) бурения скважин и использования в породах первых трех категорий (табл.

I) в качестве основного ВВ гранулита АС-4 или близкого ему по мощности ВВ, а в породах последних двух категорий - ВВ типа зерногранулита 79/21. В обводненных породах следует принимать комбинированные заряды из названных ВВ и зерногранулита 50/50В. При этом соотношение водоустойчивых и неводоуотойчивых ВВ в заряде должно определяться степенью обводненности скважин.

По табл.2 в соответствии со свойствами пород, типом экскаватора и высотой уступа, применяются оптимальные значения диаметра скважин и удельного расхода ВВ, которые являются основой для определения других параметров буровзрывных работ. При использовании ВВ иной мощности величина удельного расхода корректирует-

о

Таблица I

Кате гория Блочность пород Структурные свойства массива Физико-механические свойства пород массива Упругие и акустические свойства массива Коэф- пород ческая характеристика Диаметр средней отдельности в массит ве, м Содержание в массиве фракции Объем ный вес, т/м3 Временное сопротив ление Модуль упру гости. Акусти ческая жест- ент анизо- сжатие, кг/см2 В-105 кг/см2 кость, г/см- см/сек- 105 тропки I -2- 3 _ _5_ _&_ - ? 8 9 I МвДЮ$Д2ЧНЦ£ Алевролиты, алевро-лнтовые песчаники серого и теыио-серо-го цвета, выветрелые песчаники. Цемент базальный поровый, по составу глинистый с примесью угля. До 0,7 ДО 40 2,3-2,45 до 350 до 0,2 до 0,3 1,1-1,25 0 СгешалФчицр Крупнозернистые песчаники на глинистом цементе, окраска серая, серовато-иелтая. Крупноблочные алевролиты. 0,7-1,1 40-55 2,4-2,5 350-550 3.2-0.35 0,3-3,5 1,25-1,3!

Продолжение те<3ляиы I

I 2 _ з 4 5 6 7 8 9 ш Песчаники серые и темно-серые, крупнозернистые на карбонатноцементном гидро-олютотом цементе порою го типа. Перемежаемость песчаников со слоями алевролитов. I.I-I.6 55-00 2,43-2,52 550-800 0,35-0,5 3,5-4 1,35-1,6 и Весьма .крупноблочные Средне- и мелкозернистые пеочанихи на кроынисто-глинистом цементе. Сжде-ритизнрованный алевролит высокой прочности. 1,6-2,0 80-90 2,45-2.55 800-1000 0,5-0,65 4-4,5 I,6-1.8 У Песчаники серые средне- и мелкозернистые. Цемент карбонатный и кремнисто-гта-рослвдиотый порового типа. Базальный конгломераят. Конгломератовидный песчаник. Гравелиты. более 2.0 более 90 2,5-2,6 более 1000 более 0,65 более 4,5 I.S-I.9

оя в соответствия с коэффициентом их работоспособности.

2. Расчет параметров сетки скважин

Породный массив характеризуется анизотропностью упругих свойств (табл.1)_# являющейся следствием анизотропности трещиноватости. Это свойство массива необходимо непременно учитывать при определении параметров сетки скважин.

Наиболее приемлемым методом оценки анизотропии массива является метод сейсмического зондирования, который позволяет учесть не только частоту, но и состояние трещин (их зияние, качество заполнителя и т.п.). Сейсмическое зондирование массива в производственных условиях легко осуществить с помощью переносной сейсмической установки типа ОСУ-1 или ее модификации.

В осадочных породах максимальная скорость упругих волн соответствует направлению, характеризувдемуся минимальной частотой трещин. И наоборот. Количественным показателем анизотропии может служить отношение максимального и минимального значений скорости упругих волн в массиве или соответствующее отношение экстремальных значений модуля упругости массива, которое называется коэФ -

Фчцитдм аш9и»1ид.,ма9<:и9я ( к_а).

Если сейсмическое зондирование массива осуществить по тем или иным причинам невозможно, величину коэффициента анизотропии следует принимать в соответствии с классификацией (табл.1).

При этом надо иметь в виду, что для наклонных и крутопадающих месторождений направление характеризующееся максимальной частотой трещин, ориентировано вкрест простиранию.

В связи с анизотропией массива зона дробления в сечении,.перпендикулярном оси скважинного заряда, имеет не круглую, а близ -кую к эллиптической форму. Большая ось эллипса зоны дробления совпадает с направлением минимальной частоты трещин или макси -мальной скорости упругих волн в массиве, в связи с чем для наклонных и крутопадающих месторождений она оказывается обычно ориентированной по простиранию.

Форма зоны дробления характеризуется коэффициентом Формы (Кф), представляющим собой отношение большой и малой осей эллипса зо -ны дробления. Таким образом, если абсолютные размеры зоны дроб -ления зависят от диаметра заряда, свойств пород и ВВ, то ее форма определяется анизотропностью массива.

Коэффициент формы зоны дробления связан с коэффициентом ани -

9