Методика проведения опытных массовых взрывов на карьерах

Общий экспериментальный материал по исследованию и совершенствованию параметров взрывания с целью достижения требуемой интенсивности дробления пород на карьерах часто трудно использовать, так как отсутствуют необходимые исходные данные по оценке условий проведения и нет полных данных об Экспериментах для объективного сравнения результатов взрывов, полученных вразличных условиях.

Различная оценка взрываемых массивов приводит к тому, что иногда породы, одинаковые по трудности разрушения, рассматриваются в одних условиях как трудновзрываемые, а в других — как средне - и даже легковзрываемые. Существующие на карьерах местные классификации пород по взрываемости построены на различных исходных принципах.

Различными способами оценивается результат взрыва: по выходу негабарита, среднему размеру куска взорванной горной массы, выходу какой-то фракции, производительности экскаватора, дробилки и т. д. Различный размер кондиционного куска, различная мощность применяемого оборудования и производительность карьера — все это в значительной мере затрудняет получение сопоставимой оценки результатов массовых взрывов, проводимых на карьерах по добыче черных и цветных металлов, строительных и химических материалов и в других отраслях промышленности.

Методика предназначена для стандартизации оценки свойств взрываемых массивов и методов фиксации результатов при проведении экспериментальных массовых взрывов на карьерах с целью получения сопоставимых результатов опытных взрывов, проводимых в различных условиях.

Методика рекомендуется для использования на механизированных карьерах с годовой производственной мощностью по горной массе более 1 млн. м³ в год.

Методика разработана кафедрой Разрушение горных пород взрывом МГИ и одобрена научно-техническим совещанием Межведомственной комиссии по взрывному делу.

Общие положения. Опытный взрыв производится с целью выявления зависимости результата взрыва от удельного расхода данных ВВ, диаметра скважин, конструкции зарядов и т. д. Проведение серии взрывов на одном или нескольких карьерах при фиксированных параметрах и известных породах позволит использовать полученные результаты для прогнозирования результатов на других карьерах.

Во всех случаях сравнение должно проводиться не с отчетными данными предприятий, а с проводимыми в сравниваемых (одинаковых) породах взрывами по применяемым и экспериментальным параметрам с фиксацией результатов по настоящей методике.

Эффективность новых параметров оценивается сравнением качества дробления, проработки подошвы уступа, развала взорванной породы и производительности экскаватора. При наличии статистического учета и анализа производственных взрывов или при использовании известных методов многофакторного планирования и анализа взрывов данная методика позволит вскрыть, в дополнение к статистической, физическую сущность влияния исследуемых параметров взрыва на результат дробления. Опытный взрыв, как и обычный массовый, производится взрывным участком предприятий в соответствии с требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах и Временной инструкции по организации и ведению массовых взрывов скважинных зарядов на открытых горных работах.

Сотрудники научно-исследовательских институтов и лабораторий комбинатов, при участии которых проводится опытный массовый взрыв, перед обуриванием блока составляют техническое задание на проведение опытного взрыва, где указывают цель опытного взрыва и требуемые параметры взрывания. Техническое задание на проведение опытного взрыва согласуется с начальником взрывных работ, утверждается главным инженером предприятия и передается к исполнению. Копия технического задания включается в технический паспорт или проект взрыва. Сотрудники исследовательских организаций контролируют правильность определения категории взрываемости и степени однородности пород, составления проекта на обуривание и расчета массового взрыва. Перед массовым взрывом они совместно с маркшейдером контролируют правильность выполнения проекта на обуривание блока, заряжание скважин, а также монтаж взрывной сети. Все вопросы по корректировке расчетов и схем решаются только с начальником взрывных работ и маркшейдером. Работники институтов и лабораторий, осуществляющие контроль за проведением опытного взрыва, могут по разрешению главного инженера предприятия находиться на блоке до окончания монтажа взрывной сети зарядов. После этого они должны удалиться за пределы опасной зоны.

Пункты киносъемки взрыва, установка замерных станций и посты наблюдений до взрыва согласуются с начальником взрывных работ и утверждаются главным инженером предприятия.

После отбоя вместе с мастером или начальником взрывных работ сотрудники институтов или лабораторий могут прибыть на место проведения взрыва для предварительной визуальной его оценки. К измерениям результатов взрыва можно приступить только после осмотра места взрыва взрывниками и соответствующего разрешения горного мастера или вышестоящего должностного лица.

Сведения о свойствах взрываемых массивов горных пород. Все взрывные массивы на карьерах, как правило, разделены трещинами на отдельности различных размеров. Степень дробления массива при массовых взрывах в наибольшей степени зависит от трещиноватости массива и прочности отдельностей.

Для опытного взрыва необходимо выбрать участок массива с равномерной степенью трещиноватости и прочностью пород. Если это сделать невозможно, то на плане и на разрезах по опытному блоку необходимо указать участки пород с различной трещиноватостью и прочностью отдельностей, приведя название пород. Оценку результатов взрыва необходимо проводить с учетом различной степени трещиноватости и прочности отдельностей, слагающих массив, на различных участках опытного блока.

Определение прочности характеристик отдельностей, слагающих массив. Для оценки прочности отдельностей рекомендуется применять коэффициент крепости пород / по шкале проф. М. М. Протодьяконова. В полевых условиях коэффициент f следует определять методом толчения на приборе ПОК-3 (см. приложение 3), плотность взрываемых пород—взвешиванием (приложение 4). При углублении знаний о свойствах пород целесообразно пользоваться критерием трудности разрушения В. В. Ржевского.

Определение трещиноватости взрываемых пород. Оценка трещиноватости (определение категории трещиноватости) взрываемых массивов производится фотопланиметрическим методом или планиметрическим по откосу уступов. Поскольку нижняя часть уступа, как правило, закрыта осыпавшейся породой, более удобен и объективен метод фотографирования уступа с применением масштабной сетки, которая монтируется на фотоаппарате, что исключает необходимость применения масштабных лент, реек и т. п. (см. подраздел 1.1).

Для получения предварительных результатов по степени трещиноватости относительно однородных пород достаточно одной фотографии размером в натуре 10Х 10 м на каждом участке по длине уступа 40 м. В случае применения взрывания в зажиме можно использовать метод определения трещиноватости по кернам и сейсмоакустический метод измерений.

Породы I и II категорий по трещиноватости (см. раздел 1) рекомендуется объединять в одну категорию.

До взрыва определяется и наносится на план и поперечные профили блока направление господствующей системы трещин по отношению к фронту забоя, дается визуальная оценка трещин (сомкнутые, шириной до 10 см, зияющие или заполненные цементом, породой). На основе данных геолого-маркшейдерской службы уточняется представительность откоса уступа опытного блока для оценки свойств взрываемого массива в глубину. Целесообразно кроме оценки категории трещиноватости пород определить средний размер отдельности (d₀) и по' строить графики распределения отдельностей, слагающих массив по крупности, на основе обработки фотопланограмм по откосу уступа. Размеры фракции принимать в соответствии с табл. 2П-2. Наибольший интерес представляет содержание крупных фракций d₀ > 50 см.

Проектирование и проведение опытных массовых взрывов. По каждому опытному взрыву составляется его проект.

На плане блока указываются сетка скважин, заколы от предыдущего взрыва, отметки нижней и верхней бровок уступа, величина СПП для первого ряда скважин. На плане также приводятся три-пять поперечных разрезов, отражающих характерные участки взрываемого блока. К плану прилагается таблица (табл. 2П-1) с фактическими параметрами сетки скважин, величинами и конструкцией зарядов ВВ.

До взрыва на блоке выставляют два ряда вешек на расстоянии 20—30 м от последнего ряда скважин для определения действия взрыва в глубь массива и выброса породы на верхнюю бровку. Вешки или другие отличительные знаки выставляют также для оценки действия крайних скважин и определения ширины развала.

При взрывании в зажиме (на подпорную стенку) фиксируются параметры подпорной стенки (ширина, высота, коэффициент разрыхления).

На плане расположения скважин приводятся схема взрывной сети с указанием интервалов замедлений, конструкции заряда в каждой скважине, применяемого ВВ, величины промежутков между Частями зарядов, количества бос-

Таблица 2П-1

Дата___________Горизонт Наименование ВВ: для сухих скважин____________________________________________

Серия взрыва---------------------- — для обводненных скважин________________

Глубина от земной поверхности__________________ Диаметр скважин _________мм

Номер блока _______________________________ Угол наклона скважин, градус __________________________________________________

Номер скважины

Высота уступа по скважине, м

Глубина скважины, м

Перебур, м

Высота столба воды в скважине, м

Сопротивление по подошве (для первого ряда), м

Расстояние между скважинами (а), м

Расстояние между рядами, (b), м

Коэффициент сближения т = a/W

Применяемые ВВ

Масса заряда в скважине, в том числе водоустойчивого ВВ, кг

Высота заряда, в том числе водоустойчивого ВВ, м

Величина рассредоточения, м

Длина забойки, м

Угол между направлением отбойки и системой господствующей трещиноватости

Наименование и краткое описание пород и РУД

Категория пород по трещиноватости

* Коэффициент крепости я по шкале М. М. Прото- дьяконова

Плотность пород, г/см³

Категория взрывае-мости массивов пород (шкала местная общая)

⁵

виков и их расположения. На плане дается оценка нарушенности массива предыдущими взрывами, указывается господствующая система трещин.

Число опытных взрывов для исследования влияния различных факторов на степень дробления горной массы определяется в зависимости от коэффициента вариации определяемого признака, допустимой погрешности и заданной надежности по формуле

ss = 2о_х/s,

где а_х — среднее квадратическое отклонение; е_ж — заданная погрешность.

Среднее квадратическое отклонение допускается из расчета, чтобы коэффициент вариации k_вар, определяемый по формуле

Авар =-5-1.00%,/

был в пределах 15—20 %.

В однородных по трещиноватости и петрографическому составу породах на крупных карьерах для получения достаточно надежных результатов с учетом усреднения влияния различных факторов достаточно проведения трех-четырех взрывов 20—30 тыс. м³ при использовании скважин диаметром 243 мм. Число рядов скважин три-четыре. Изменение диаметра долот требует изменения объема опытных взрывов пропорционально отношению квадратов диаметров, а изменение объема взрыва при постоянном диаметре — изменения числа опытов пропорционально квадратному корню из отношения объемов.

При проведении опытных взрывов следует придерживаться следующих максимально допустимых отклонений основных параметров взрывных работ и свойств пород, чтобы получаемые результаты по сравниваемым участкам были представлены для последующего анализа:

Трещиноватость (средний размер отдельности) ...... ±10 %

Коэффициент крепости пород /..................................... ±2

Расчетный удельный расход ВВ.................................... ±5%

Высота уступа ............................................................. ±1 м

Перебур............................................................................. ±0,5 м

Длина забойки.................................................................. ±0,5 м

Величина СПП по первому ряду, расстояние между скважинами и

рядами............................................................................... ±0,5 м

Уровень воды в скважинах (обводненность) ....... . ... ±1 и

Прежде чем оценивать эффективность факторов, которые изучаются проведением опытных взрывов, необходимо оценить применяемые на предприятии параметры взрывания, поскольку последние могут отличаться от оптимальных для конкретных горно-геологических условий.

Фактические параметры должны отличаться от расчетных не больше указанных величин. Ориентировочно расчетный расход ВВ рекомендуется определять по классификации массивов пород по взрываемости (см. подраздел 1.2).

Для ориентировочного определения расчетного удельного расхода ВВ (кг/м³) в зависимости от свойств пород (трещиноватости и крепости) и при изменении диаметра скважин можно пользоваться следующей формулой:

где d₀ — размер средней отдельности, м; d_K — размер кондиционного куска, м; q* — удельный эталонный расход ВВ, определенный при взрывании отдельностей:

g* = 0,13_pn_√f‾

р_п — плотность пород, г/см³.

Величина линии СПП (м) при высоте уступа 10—15 м определяется по формуле

_r -I / 0,56p^a + 4mqpHl_CKB - 0,75p
У 2mqH

или

где p — вместимость 1 м скважин, кг; q—расчетный удельный расход ВВ, кг/м³; Н — высота уступа, м; /_скв — глубина скважин, м; т — относительное расстояние между скважинами. Величина забойки l_3аб = 0,7W; величина перебура lпер = 0,5qW; расстояние между скважинами a=mW; расстояние между рядами b= W/m, где т обычно составляет 0,8—1,4.

В легко - и средневзрываемых породах необходимо применять рассредоточение зарядов воздушными промежутками, согласно рекомендациям акад. АН СССР Н. В. Мельникова и д-ра техн. наук Л. Н. Марченко.

Интеграл замедления т = A W, где А — коэффициент, для крепких крупноблочных пород А = 3; для слабых (по крепости), трещиноватых пород А = 6.

При значительном расхождении расчетных и применяемых на карьере параметров необходимо оценить их эффективность проведением опытных взрывов по сравнительным взрывам и выбрать лучший вариант для оценки исследуемого фактора.

Рекомендуемые расчетные параметры должны давать оптимальные результаты по дроблению.

Фиксация результатов взрыва. После взрыва измеряются и наносятся на план блока параметры развала: общая конфигурация развала в плане, его характерные профили, выброс на верхнюю бровку, заколы и т. д.

Степень дробления массива характеризуется:

полным фракционным составом и средним диаметром куска;

выходом крупной (негабаритной) фракции и мелочи, идущей в отходы.

Для измерения гранулометрического состава можно пользоваться различными методами.

При линейном способе измерений линии замеров в зависимости от однородности кусковатости взорванной массы прокладываются на расстоянии 5—.10 м одна от другой. Измерениями охватывается вся поверхность развала.

При планиметрическом способе площадь развала разбивается на несколько лент шириной не менее 2 м по всей ширине развала. Число лент определяется однородностью развала, расстояние между ними изменяется в пределах 20—30 м. Предпочтительным методом является метод непосредственных измерений или фотографирование развала с масштабной рамкой. По возможности необходимо фиксировать гранулометрический состав горной массы по мере уборки породы, т. е. по различным заходкам экскаватора. При этом фотографировать необходимо те же участки и с тем же интервалом, как и до взрыва.

В настоящее время разработаны методы фиксирования крупности взорванной массы (Александровский филиал Днепропетровского горного института) и качества проработки подошвы уступа (МГИ) с помощью автоматической аппаратуры на экскаваторе типа ЭКГ. Необходимо использовать эти методы измерений, не требующие привлечения большого числа людей для натуральных измерений.

Крупные куски рекомендуется измерять поштучно в процессе работы экскаватора. На поверхности развала определенной площади можно подсчитать

куски требуемой крупности и определить их число на 1 м³ породы по формуле

N=n√`n/S√`s

где п — число зафиксированных крупных кусков на площади S.

Таблица 2П-2

Фракция, см	Выход кусков 50 см, %	Выход кусков 100 см, %	Размер среднего куска, м	Размер кондиционного куска, м	Выход негабарита, %
0—20	21—30	31—40	41—50	51—60	61—80	81 — 120	121 — 150	Свыше 150

Таблица 2П-3

Дата---- Горизонт-- Номер блока-

	Категории пород по взрываемости в блоке
	I	II	III	IV—V
Объем взорванной горной массы, м⁸ • Общий объем бурения, м Выход горной массы с 1м, м^?Общая величина зарядов, кг Удельный расход ВВ, кг/м³: расчетный фактический Ширина развала, м Завышение подошвы, м Размер среднего куска, м Выход фракции крупнее 100 см, % Выход мелочи, % Выход негабарита (%) и его размер, м Масса зарядов на вторичное дробление, кг Вместимость ковша экскаватора, м³Сменная производительность экскаватора, м⁸ * Техническая производительность экскаватора, м³/ч * Использование экскаватора во времени * Вместимость транспортного сосуда, м³Время загрузки одного транспортного сосуда, мин				-

* Для достоверной оценки работы экскаватора необходим анализ данных, приведенных в табл. 2П-4.

Переход к относительному объему фракции производится по формуле

V = NV_с_p,

где V_Cp — объем средних кусков, данной фракции, м³. Площадь замера должен» быть 50—1000 м^а.

Результаты измерений гранулометрического состава взорванной породы заносятся в табл. 2П-2. Шаг фракции может быть укрупнен, но должен иметь отмеченные граничные интервалы.

Таблица 2П-4

	Экскаваторные заходки

Категория пород по взрываемости Выход негабарита, % Размер среднего куска, см Средняя высота развала, м Ширина развала, м Время (мин), затраченное на: черпание откидывание негабарита разборку подошвы оборку откоса уступа подготовку забоя погрузку транспортного сосуда вместимостью (м³)

Если взрыв выполнен в разных породах, результаты для каждой категории по трещиноватости или взрываемости фиксируются отдельно. Производится отдельный учет по рядам скважин или заходкам экскаватора. Средний размер куска взорванной массы определяется по формуле

^dср=∑di gi / 100 ,

где d-t — середина интервала соответствующей фракции, см; Yi — выход кусков этой фракции, %.

В качестве критериев оценки гранулометрического состава взорванной горной массы следует использовать следующие показатели: средний размер куска, выход фракции крупнее 50 и крупнее 100 см, выход негабарита и его размер, выход некондиционной мелочи.

Технико-экономическая оценка результатов взрывов. Для оценки результатов массовых взрывов определяются по маркшейдерским данным фактический объем взорванной массы, общий метраж бурения, расход ВВ и СИ.

Данные по сравниваемым производственному и опытному взрывам фиксируются в виде таблицы (табл. 2П-3).

Для более детального анализа при погрузке взорванной породы необходимо указывать тип экскаватора, вместимость ковша и продолжительность погрузки по 1, 2 и 3-й и т. д. заходкам.

Полученные данные после усреднения результатов заносятся в табл. 2П-4 для сравнения производственного и опытного взрыва.

По полученным в таблицах 2П-2 и 2П-3 данным вычисляются: себестоимость первичного бурения и взрывания, вторичного дробления, погрузки породы, транспорта, убытки от выхода некондиционной мелочи.

Технологическое совершенство производственного (П) и опытного (О) взрывов оценивается основными показателями, приведенными в табл. 2П-5.

Технико-экономическая эффективность опытного взрыва по сравнению с производственным оценивается по показателям, приведенным в табл. 211

Для обобщения и анализа данных по экскавации горной массы рекомендуем использовать формы учета работы экскаваторов и выхода негабарита согласно приложениям 5, 6, разработанным отраслевой лабораторией МГИ coiimi с горной лабораторией Ковдорского ГОКа.

При необходимости в результатах взрыва фиксируются друпизанные в методике специфические особенности, характерные для данного карьера.

Таблица 2П-5

Показатели	П	О	±
Время подготовки ВВ к заряжанию блока, ч Трудоемкость подготовки ВВ, чел-смен Время заряжания одной скважины, мин Трудоемкость заряжания одной скважины, чел-смен Время монтажа сети для (условных) 100 скважин, чел-смен Механизация работ по заряжанию, % Продолжительность остановки работ в карьере на взрыв, ч Чистое время подготовки к взрыву на 1000 м³ горной массы, ч

Таблица 2П-6

Показатели	П	О	±
Выход пород с 1 м скважины, м³Удельный расход ВВ, кг/м³ Объемная концентрация энергии ВВ для взрыва, кДж/м³Выход негабарита, % Выход мелочи (отходов), % Наличие порогов (процент по площади или по числу полных и неполных циклов экскаваторов) Себестоимость оборудования горной массы, коп/м³Себестоимость первичного взрывания, коп/м³Себестоимость вторичного дробления, коп/м³Производительность заряжания, т/ч в том числе: по ВВ по СИ Производительность погрузки, м³/ч Себестоимость погрузки, коп/м³Себестоимость транспортирования, коп/м³Себестоимость первичного механического дробления, коп/м³

Итого затраты на 1 м³ горной массы, коп.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Определение крепости пород методомтолчения на прибореПОК.-3 (по М. М. Протодьяконову)

Кусочки породы размером ребра 2—4 см общей массой 40—90 г помещаются в металлический стакан и дробятся ударами гири массой 2,4 кг, падающей в вертикальной трубе с высоты 60 см. Поочередно дробится пять групп таких навесок и определяется выход фракций (—0,5 мм) просеиванием через сито и замером в мерном цилиндре. Коэффициент крепости ориентировочно вычисляется по формуле

f = 20n/l,

где п — число ударов; / — высота столба фракции (менее 0,5 мм) вмерном цилиндре диаметром 23 мм.

Выполняется трехкратное определение показателя крепости и вычисляется среднее значение.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4