Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор и постановка задачи исследования 10
1.1 Краткий обзор современных представлений о специфики взрывного разупрочнения горных пород 10
1.2 Анализ классического расчета технологических параметров паспорта буровзрывных работ, рекомендуемого нормами технологического проектирования
1.3 Оценка влияния особенностей строения выемочного блока на гранулометрический состав взорванной массы 28
1.3.1 Анализ влияния трещиноватости выемочного блока на гранулометрический состав взорванной массы 28
1.3.2 Анализ влияния положения заряда взрывчатого вещества относительно
естественной трещиноватости 34
1.3.3 Формализованная модель поведения взрыва в трещиноватой среде
породного массива 41
1.4 Постановка задач исследования 47
Выводы 48
Глава 2 Уточнение расчета технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации с учетом природных размеров отдельностей и геометрии выемочного блока 50
2.1 Параметры, характеризующие выемочный блок добычного уступа карбонатных пород 50
2.2 Подготовка исходных данных для проектирования паспорта буровзрывных работ 52
2.2.1 Мероприятия по подготовке фотоснимка 53
2.2.2 Оценка прочностных характеристик выемочного блока 54
2.2.3 Фоточисловой анализ при определении направления трещиноватости в выемочном блоке 56
2.2.4 Определение геометрических параметров отдельностей. Построение плоской модели поверхности откоса выемочного блока 57
2.3 Обработка данных плоской модели поверхности откоса выемочного 59
блока. Объемное моделирование выемочного блока 59
2.3.1 Предварительная оценка содержания негабаритных природных отдельностей в выемочном блоке 59
2.3.2 Объемное моделирование выемочного блока 62
2.4 Обработка данных объемной модели выемочного блока 67
2.4.1 Переход к координатному описанию геометрических параметров выемочного блока 67
2.5 Расчет конструкции и положения заряда взрывчатого вещества 72
2.5.1 Оценка трудности разрушения выемочного блока и удельного расхода взрывчатого вещества 72
2.5.2 Взаимосвязь внутренних геометрических параметров с технологическими параметрами положения заряда взрывчатого вещества в выемочном блоке
2.5.3 Расчет параметров конструкции скважинного заряда взрывчатого вещества с учетом волновой теории взрыва вещества
2.6 Вычисление радиусов для корректировки положения заряда взрывчатого
2.6.1 Расчет радиуса кривизны откоса выемочного блока
83 2.6.2 Расчет радиусов зон действия взрыва 87
вещества 2.7 Вычисление координат точек заложения зарядов взрывчатого вещества 88
2.7.1 Вычисление координаты x точки заложения зарядов взрывчатого
2.7.2 Вычисление координаты y точки заложения зарядов взрывчатого вещества 89
2.7.3 Вычисление координаты z точки заложения зарядов взрывчатого вещества 89
2.8 Подготовка обновленного паспорта буровзрывных работ 91
2.8.1 Экспорт данных из программы расчета 91
2.8.2 Импорт данных в графический редактор
2.8.3 Проектирование скважин под заряды взрывчатого вещества 91
2.8.4 Оформление конечного паспорта буровзрывных работ 92
Выводы 94
Глава 3 Экспериментальное исследование уточненного расчета технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации
3.1 Сведения об условиях проведения экспериментальных взрывов месторождения
3.1.1 Сведения о рельефе местности, геологии и гидрогеологии
3.1.2 Краткая геологическая характеристика разрабатываемых пород 97
3.1.3 Существующие условия ведения буровзрывных работ 98
3.1 Подготовка исходных данных для построения нового паспорта буровзрывных работ 100
3.1.1 Ввод геологических параметров взрываемого блока и технологических условий производства 100
3.1.2 Фоточисловой анализ поверхности откоса взрываемого блока. Оценка структурных особенностей выемочного блока 101
3.2 Анализ плоской модели поверхности откоса выемочного блока 106
3.2.1 Оценка содержания негабаритных отдельностей по площади открытой поверхности структурных элементов
3.2.2 Вычисление длины скрытой грани структурного элемента. Объемное моделирование выемочного блока 107
3.3 Обработка данных с объемной модели выемочного блока 108
3.4 Расчет конструкции и положения заряда взрывчатого вещества 1 106 106
3.5 Вычисление координат точек заложения зарядов взрывчатого вещества 113
3.6 Подготовка обновленного паспорта буровзрывных работ 114
3.7 Результаты экспериментальных взрывов 119
Выводы 121
Глава 4 Методические рекомендации по обоснованию координат заложения скважинных зарядов взрывчатого вещества в породном массиве выемочного блока 122
4.1 Архитектура автоматизированной методики подготовки паспорта буровзрывных работ 122
4.2 Состав автоматизированной методики 123
4.2.1 Программный модуль ввода исходных данных и подготовки расширенного набора данных о строении выемочного блока 124
4.2.2 Программный модуль плоского моделирования 126
4.2.3 Программный модуль объемного моделирования 128
4.2.4 Программный модуль расчета параметров заряда взрывчатого вещества 131
4.2.5 Программный модуль подготовки паспорта буровзрывных работ 132
4.2.6 Расчет параметров буровых работ 134
4.2.7 Окно результатов 134
Выводы 135
Заключение 136
Список используемой литературы 138
- Анализ классического расчета технологических параметров паспорта буровзрывных работ, рекомендуемого нормами технологического проектирования
- Подготовка исходных данных для проектирования паспорта буровзрывных работ
- Краткая геологическая характеристика разрабатываемых пород
- Программный модуль ввода исходных данных и подготовки расширенного набора данных о строении выемочного блока
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время подготовка выемочного блока известняков к экскавации путем разрушения породного массива энергией взрыва скважинных зарядов остается основным способом, обеспечивающим высокий показатель производительности карьера. Паспорт подготовки выемочного блока массива известняков к экскавации является звеном в цепи обоснования проектных решений по технологии отработки месторождений, который наряду с другими факторами определяет себестоимость процесса погрузки, транспортировки и переработки породной массы до конечной продукции карьера.
Проектные решения по буровзрывным работам в карьере
обосновываются расчетами технологических параметров по
формулам, рекомендуемым нормами технологического
проектирования. Однако эти формулы не включают параметры, учитывающие индивидуальные особенности массива известняков каждого выемочного блока. Выходные данные паспорта буровзрывных работ имеют обобщенный усредненный характер, а результаты взрывных работ носят вероятностный характер получения взрывным способом заданного гранулометрического состава пород из массива выемочного блока.
Поэтому обоснование технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации, зависящих от природных размеров отдельностей и геометрии выемочного блока, является актуальной задачей.
Цель работы. Уточнение закономерностей распределения природных отдельностей известняков для определения параметров и повышения эффективности взрывного способа подготовки породного массива к экскавации путем введения координат заложения зарядов взрывчатого вещества, зависящих от природных размеров отдельностей и геометрии выемочного блока.
Идея работы. Повышение эффективности подготовки к экскавации обеспечивается рациональным расположением скважинных зарядов на основании результатов фоточислового анализа, моделирования природного гранулометрического состава массива известняков и технологических параметров выемочного блока.
Методы исследования - комплексный метод, включающий обзор, обобщение и анализ предшествующих теоретических разработок и практического опыта по теме диссертации; дистанционный метод сбора исходной информации о выемочном блоке (фоточисловой анализ); плоское и объемное моделирование в графической среде программного обеспечения AutoCAD Civil 2015; экспериментальные работы в условиях горного предприятия; компьютерная обработка полученных данных.
Научные положения, выносимые на защиту:
для получения взрывом зарядов взрывчатого вещества породной массы с гранулометрическим составом, отвечающим требованиям технологии производства щебня из известняков, необходимо послойно оценивать природный гранулометрический состав для выбора места положения зарядов ВВ в выемочном блоке;
расчет параметров конструкций зарядов взрывчатого вещества и установление их положений в породном массиве необходимо выполнять с учетом геометрических параметров природных отдельностей по каждому слою и геометрии выемочного блока уступа;
фоточисловой анализ свободных поверхностей выемочного блока и координатная система позволяют включить в проектирование паспорта буровзрывных работ параметры, отражающие геометрию выемочного блока, размеры отдельностей по каждому слою толщи известняков и выборочное расположение зарядов, что обеспечивает взрывное дробление крупноблочных отдельностей и рыхление породного массива.
Научная новизна работы:
установлено, что послойная оценка массива известняков с помощью фоточислового анализа в координатной системе позволяет выявить в породном массиве слои с отдельностями, которые необходимо дробить, и слои, которые нужно только рыхлить;
установлено, что расчет параметров конструкций зарядов взрывчатого вещества и их положения в породном массиве необходимо выполнять с учетом геометрических параметров природных крупноблочных отдельностей по каждому слою и геометрии выемочного блока уступа;
установлено, что усовершенствованный расчет технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации с
учетом природных размеров отдельностей по каждому природному слою толщи известняков обеспечивает дробление крупноблочных отдельностей массива и рыхление остальной его части, что дает увеличение на 15 - 20 % выхода товарного щебня с объема выемочного блока за счет снижения переизмельченной взрывом части породного массива.
Достоверность научных положений выводов и рекомендаций диссертации подтверждается:
удовлетворительным совпадением расчетов с результатами экспериментальных исследований (отклонение не превысило 25 %);
корректностью применения плоского и объемного моделирования выемочного блока при вычислении координат заложения зарядов взрывчатого вещества;
положительным решением о выдаче патента на изобретение № 2517289.
Научное значение работы заключается в получении результатов,
позволяющих корректировать направление дальнейших
исследовательских работ по изучению управляемости поведением взрыва в трещиноватом породном массиве.
Практическое значение работы заключается в обосновании
технологических параметров взрывной подготовки массива
известняков к экскавации путем учета в расчетах геометрии
выемочного блока уступа и размеров отдельностей по каждому
природному слою толщи известняков; создании комплекса
программных средств, позволяющих автоматизировать процесс
проектирования паспортов буровзрывных работ с учетом геометрии
выемочного блока, размеров отдельностей по каждому слою толщи
известняков, что обеспечивает дробление крупноблочных
отдельностей и рыхление массива известняков при снижении удельного расхода ВВ на 10-15 % и выходе негабаритов менее 2,0 %.
Реализация работы. По результатам исследований разработана автоматизированная методика подготовки паспорта буровзрывных работ на карьерах по добычи известняков, которая позволяет организациям, производящих взрывные работы, вычислять координаты заложения зарядов взрывчатого вещества и проектировать паспорта буровзрывных работ в режимах реального времени, что позволяет получать требуемый гранулометрический состав взорванной массы. Методические рекомендации по учету
влияния геометрии выемочного блока и размеров отдельностей по каждому слою толщи известняков на результаты проектирования технологических параметров буровзрывных работ внедрены в учебный процесс на кафедре «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» Тульского государственного университета. Результаты научных исследований применяются в ООО «ГЕОТИМС» при выполнении проектной документации для разработки месторождений известняков.
Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований, обработке экспериментальных и расчетных данных, разработке и совершенствовании методов расчета с уточнением зависимостей и разработке методических рекомендаций, апробации работы, подготовке публикаций.
Апробация работы. Основные результаты работы в период выполнения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях, ежегодном научном симпозиуме, совещаниях и семинарах: на научных семинарах кафедры ГиСПС ТулГУ (г. Тула, 2013-2015 гг.), Международной конференции «Геомеханика и механика подземных сооружений» (г. Тула, 2014 г., ТулГУ), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка -2013» (г. Москва, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России» (г. Прокопьевск, 2014 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получен патент РФ № 2517289.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 145 страниц текста, 62 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 104 наименований.
Анализ классического расчета технологических параметров паспорта буровзрывных работ, рекомендуемого нормами технологического проектирования
Действие взрыва в горных породах исследуется учеными уже не одно столетие. Описание действия взрыва с физической точки зрения является весьма сложной задачей из-за многогранности его проявления в массивах горных пород из-за большого количества факторов, оказывающих влияние на поведение взрыва. Это обстоятельство привело к появлению многих гипотез, на базе которых пытались и пытаются описать поведение взрыва в горных породах. В настоящее время невозможно выделить ни одну из гипотез, которая бы в полной мере отвечала по допущениям фактическим результатам поведения взрыва в массивах горных пород.
При анализе научных работ, посвященных вопросу поведения взрыва в массиве горных пород, можно выделить пять перспективных направлений [45].
В основу работ первого направления заложены общие закономерности и эмпирические формулы, отражающие параметры взрыва. Основные положения данного направления изложены в работах [92, 93]. Одним из основателей данного направления являлся А.Ф. Суханов. Его работы констатируют, что при воздействии взрыва на горную породу происходит частичное разрушение массива по боковой плоскости воронки взрыва и преодоление силы тяжести взрываемой породы или инерции масс [92, 93]. Одновременно происходит первичное дробление породы. Взрыв развивается во всех плоскостях внутренней части воронки. Площадь боковой поверхности воронки пропорциональна относительно общей площади плоскостей внутренней части воронки. Ударная волна распространяется в породе на высоких скоростях, следствием чего придается мгновенное ускорение массы породы и с преодолением силы инерции. Описывая, таким образом, процесс разрушения, А.Ф. Суханов отмечает в своих работах, что описанные выше силы являются глав 11 ными в процессе разрушения горных пород взрывом, а использование универсальных гипотез процесса разрушения практически невозможно выделить ввиду трудности их практического применения [69].
В основу работ второго направления заложены закономерности и теоретические формулы расчетов параметров взрыва. Теоретические формулы данного направления, в основном, получены при упрощении схемы процесса разрушения с большим количеством допущений. К таким работам относятся труды О.Е. Власова [19, 20, 21, 22] и ряда других ученых. В своей теории он существенно упростил ряд особенностей воздействия взрыва на разрушаемый массив. Так, к примеру, О.Е. Власов считал, что энергия, выделенная при взрыве, передается в породу мгновенно в виде кинетической энергии, а саму породу рассматривал как несжимаемую среду. Параметры действия взрыва описываются системой дифференциальных уравнений. Однако данные упрощения и схематизация искажают реальную картину действия взрыва в горных породах [19, 22].
В большинстве работ третьего направления заложена теория поршневого воздействия продуктов взрыва. Процесс разрушения горных пород взрывом в работах данного направления описывается качественно, а не количественно.
В работах четвертого направления выделяется то, что разрушение пород взрывом происходит за счет воздействия волнового процесса. К работам этого направления относятся работы следующих ученых: В.В. Адушкина [1], В.Н. Родионова [82], Г.И. Покровского [74, 75]. При взрыве ВВ в породе на всю плоскость зарядной полости продукты детонации оказывают давление, значение которого измеряется тысячами кгс/см2. Около плоскости заряда порода подвергается раздавливанию и переходит в текучее состояние. Происходит смещение породы в радиальном направлении от центра заряда. Далее порода смещается вслед за фронтом деформационной волны. С определенного момента сопротивление породы раздавливанию становится меньше значения временного сопротивления породы раздавливанию, что приводит к изменению деформации разрушаемой среды. Из-за удаления распространяющейся деформационной волны от оси заряда происходит образование и распространение радиальных трещин в сторону движения волны. С момента, когда растягивающие тангенциальные напряжения становятся меньше временного сопротивления на разрыв, прекращается развитие новых трещин. После прохождения волны сжатия происходит падения давления в зарядной камере. Порода в ближней зоне разгружается и происходит расширение к центру зарядной полости. Результатом такого смещения являются образование кольцевых тангенциальных трещины в области распространения радиальных трещин.
При наличии свободной поверхности вблизи действия взрыва характер дробления пород меняется. Основными в процессе разрушения становятся отраженные волны сжатия. От свободной плоскости к оси заряда проходит волна разряжения, которая приводит к возникновению растягивающих напряжений. Величины напряжений в волне растяжения несколько меньше, чем в волне сжатия. Исходя из того, что сопротивление горных пород сжатию больше сопротивления на растяжение, то волна разряжения обеспечивает большее по объему разрушения, чем волна сжатия.
Н.В. Мельников так же рассматривает процесс разрушения с точки зрения волновой модели. В его работах механизм разрушения описывается в схематизированном виде: образовавшиеся газообразные продукты детонации мгновенно осуществляют удар на окружающую среду, обеспечивая зарождение и распространение волн сжатия и растяжения. После этого, среда, в которую преломляются волны, приобретает поступательное движение и смещается в сторону наименьшего сопротивления.
А.Н. Ханукаев разделяет взгляды Н.В. Мельникова, но в своих работах вводит классификацию горных пород по характеру разрушения, зависящего от свойств породы [98]. К первой категории относятся породы, разрушение которых происходит за счет запасенной кинетической энергии, которую среда приобретает в момент расширения газообразных продуктов детонации. Ко второй категории отнесены породы, разрушающиеся под действием волн напряжения. К третьей категории отнесены породы, которые разрушаются при совокупном воздействии газообразных продуктов взрыва и волновом воздействии. А.Н. Ханукаев связывает условия взрывания и параметры волн напряжений, описывая данную связь большим количеством эмпирических зависимостей [99].
К.П. Станюковичем, Ф.А. Баумом и другими учеными были развиты физико-математические расчеты, основанные на теоретических зависимостях, описывающих физическую сущность волновых процессов при воздействии взрыва на массив [9].
В работах Ф.А. Баума [8] процесс разрушения горных пород происходит за счет расширением газообразных продуктов взрыва, что приводит к образованию зон пластических деформаций и текучести, сжимающих и растягивающих напряжений. Далее, после прохождения ударной волны и образования радиальных трещин появляются растягивающие напряжения, что приводит к образованию новых систем трещин, вызванных воздействием отраженной волны. После двукратного отражения, волна гаснет и не может оказать разрушительное влияние на разрушаемую среду.
Пятое направление является совокупностью положений третьего и четвертого гипотетических направлений. Разрушение горных пород происходит за счет волнового и поршневого действия взрыва. Основные положения данного направления представлены в работах Г.П. Демидюка.
Подготовка исходных данных для проектирования паспорта буровзрывных работ
На практике определение гранулометрического состава взорванной массы или среднего линейного размера куска весьма трудоемко, поэтому для оценки качества взрыва обычно используют такие показатели как выход негабаритных кусков (по их объему), гранулометрический состав негабаритной фракции, а также число негабаритов на 1 м3 взорванной горной массы. Это объясняется тем, что от выхода крупных фракций зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, расходы и затраты времени на вторичное дробление [55].
Для решения методических вопросов, связанных с инженерно-геологической оценкой уровня продуктивности комплекса буровзрывных работ, рассмотрим особенности влияния на взрываемость основных показателей трещиноватости.
На взрываемость горных пород основное влияние оказывает фоновая мак-ротрещиноватость, обусловливающая делимость горных пород на элементарные структурные блоки (отдельности). Назовём такую трещиноватость блокообразую-щей. Она создается трещинами III порядка по В.В. Ржевскому и Г.Я. Новику [83]. Протяженность этих трещин – от дециметров до нескольких десятков метров, редко до 100 м, открытость (ширина между стенками трещин) – от 10-6 до 10 -1 м, расстояние между трещинами - от первых сантиметров до 1,5-2 м, редко более. Микротрещины длиной 0.01 мм-10 см, а также различные дефекты кристаллической решетки минералов влияют на сопротивление взрывному разрушению самих от-дельностей горных пород.
Влияние трещиноватости как главного фактора взрывного разрушения массива горных пород в разное время изучали А.Н. Ханукаев, Л.И. Барон и Г.П. Ли-чели, В.К. Рубцов, Д.М. Бронников, и Н.Ф. Замесов, Г.П. Демидюк, Б.Н. Кутузов, Ф.И. Кучерявый, Э.И. Ефремов, М.А. Кук и другие авторы. Результаты выполненных ими исследований показали, что в общем случае это влияние проявляется двояко. С одной стороны, трещиноватость облегчает разрушение массива горных пород за счет наличия в нем готовых плоскостей ослабления (трещин), по которым преимущественно происходит его дезинтеграция в процессе взрыва. По этой причине трещиноватость во многом предопределяет, особенно в зоне слабо регулируемого дробления, кусковатость и форму кусков взорванной горной массы.
Вместе с тем, трещиноватость существенно ослабляет воздействие взрыва на массив, так как энергия волн напряжения уменьшается за счет отражения от поверхности трещин, а давление продуктов детонации при проникновении их в раскрытые трещины быстро падает. Кроме того, естественные трещины искажают систему возникающих при взрыве радиальных трещин, отклоняют их от заданного направления и ограничивают их распространение. Наблюдениями в уступах карьеров и в распилах камнерезной машиной придонной части взрывной скважины установлено, что зона новообразованных при взрыве трещин нередко ограничивается ближайшей естественной трещиной [77].
Трещиноватость характеризуется несколькими показателями: интенсивностью (степенью) трещиноватости, ориентировкой систем трещин и густотой трещин каждой системы, шириной (раскрытостью), характером заполнителя, сцеплением между отдельностями.
Интенсивность (степень) трещиноватости – главный показатель, влияющий на сопротивление горной породы взрывному разрушению. Он входит практически во все формулы расчета удельного расхода ВВ, предложенные разными авторами [15, 36, 39, 67, 80, 84, 90]. Обычно степень трещиноватости характеризуется средним размером отдельности (блочностью массива), определяемой непосредственно измерениями по керну или в уступе карьера, подземной горной выработке.
На основе результатов исследований В.К. Рубцова Межведомственной комиссией по взрывному делу разработана единая классификация горных пород по степени трещиноватости горных пород для карьеров [81]. Она включает 5 категорий пород, различающихся средним диаметром отдельностей: I – до 0,1; II – 0,1-0,5; III – 0,5-1,0; IV – 1,0-1,5; V – больше 1,5 м.
Практика ведения буровзрывных работ на карьерах, разрабатывающих разнообразные полезные ископаемые, убедительно доказала, что с повышением категории трещиноватости (увеличением блочности) пород значимо увеличивается удельный расход ВВ при условии получения взорванной горной массы заданного качества по кусковатости. При одном и том же удельном расходе ВВ с повышением категории трещиноватости пород качество их взрывного дробления закономерно ухудшается [37, 29, 46, 66, 70]. Чем выше степень трещиноватости (меньше блоч-ность пород), тем больше объем зоны слабо регулируемого дробления (развала пород по естественным трещинам) относительно объема регулируемого дробления пород взрывом.
Ориентировка систем трещин и густота трещин каждой системы. В массивах слоистых пород, в том числе железистых кварцитов, преобладает системная трещиноватость, т.е. трещины по пространственной ориентировке группируются в несколько систем. При системной трещиноватости на результаты взрыва, кроме среднего размера естественной отдельности, существенное влияние оказывает пространственная ориентировка трещин и анизотропия массива, обусловленная различной густотой трещин разных систем. Этими же факторами определяются форма отдельности в массиве и кусков крупных фракций во взорванной массе.
Лабораторными исследованиями и опытными взрывами на карьерах установлено, что максимальное дробление пород и ровная поверхность откосов уступа достигаются в том случае, когда отбойка ведется перпендикулярно главной системе круто- и субвертикально падающих трещин (обычно послойных), т.е. перпендикулярно длинному ребру отдельности [31, 38, 40, 63, 59, 103]. Наиболее неблагоприятной является ситуация, когда отбойка ведется под углом 45о к основной системе таких трещин, при этом наряду с неудовлетворительным дроблением пород образуются заколы в тылу массива по трещинам. Также неблагоприятным с точки зрения качества взрывного разрушения массива является горизонтальное расположение трещин основной системы, перпендикулярно оси скважинных зарядов.
Краткая геологическая характеристика разрабатываемых пород
Внешние и внутренние геометрические параметры, выраженные через приращения координат, являются технологическими параметрами при производстве паспорта БВР, что позволяет более объективно учитывать строение выемочного блока в расчетах удельного расхода ВВ, по сравнению с вводом коэффициента тре-щиноватости, так как предусматривается в технологии «адресная» доставка заряда с помощью скважин. Адрес размещения заряда устанавливается в зависимости от мощности слоя и его расположения в координатной системе, и способствует взрывном дроблению только тех отдельностей, которые не соответствуют технологическим требованиям.
Завершающим этапом оценки объемной модели выемочного блока является вычисления максимальных размеров структурных элементов выемочного блока по следующей зависимости: Послойное описание в системе координат природных крупноблочных от-дельностей, слагающих блок, необходимо для установления зон, на которые требуется направить энергию взрыва.
Система координат позволяет получать распределения значений внутренних геометрических параметров отдельностей и их свойств в выемочном блоке, то есть послойно характеризовать породу по показателю относительной трудности ее разрушения породы. Данный показатель содержит в себе основные параметры, характеризующие свойства выемочного блока: Пр = 0,05[ктр{асжат+араст+асдв)+0-" -Pn-g\ где Ктр - коэффициент, учитывающий трещиноватость пород, который принимают на основании классификации значения коэффициента Ктр, учитывающий трещиноватость горных пород в массиве при определении показателя трудности разрушения породы Пр [95]; рп - плотность горной породы кг/м3; g - ускорение свободного падения м/с2. С учетом формул (2.2) и (2.28) представим показатель относительной трудности разрушения каждого слоя выемочного блока: рп - плотность горной породы кг/м3; g - ускорение свободного падения м/с2. Выражения (2.36) сведены к средневзвешенному показателю трудности разрушения выемочного блока уступа Прсв(2.37):
Послойное описание показателя трудности разрушения выемочного блока на породные отдельности позволяет установить наиболее трудно разрушаемые слои и обосновать схему расположения скважинных зарядов в массиве известняков.
Удельный расход ВВ рассчитывается по формуле: Pr, где de - средний размер естественной отдельности, м; / - коэффициент крепости породы; рп - плотность горной породы кг/м3; dн - принятый размер негабаритного куска, м; е - коэффициент работоспособности принятого ВВ. Параметр de есть средний размер естественной отдельности, который можно выразить через расстояние между трещинами. Параметр dн заменен на d - размер негабаритной отдельности слоя: где lyс р - средний размер естественной отдельности п-го слоя, м; / - коэффициент крепости породы; рп - плотность горной п-го слоя породы, кг/м3; dнn - принятый размер негабаритного куска п-го слоя, м; е - коэффициент работоспособности принятого ВВ.
На основании (2.37) по среднему размеру куска устанавливается средневзвешенный удельный расход взрывчатого вещества (2.38):
Взаимосвязь внутренних геометрических параметров с технологическими параметрами положения заряда взрывчатого вещества в выемочном блоке Один из весомых параметров паспорта буровзрывных работ – линия сопротивления по подошве (ЛСП), которая рассчитывается по следующему выражению: где Ктр - коэффициент, учитывающий трещиноватость пород, который принимают на основании классификации значения коэффициента Ктр, учитывающий трещиноватость горных пород в массиве при определении показателя трудности разрушения породы Пр [95];
Параметр линия сопротивления по подошве значительно влияет как на положение скважинного заряда в пространстве выемочного блока, так и на его конструкцию [91].
В расчет ЛСП входит коэффициент, учитывающий трещиноватость породы. Учитывая выражение (2.25) ЛСП будет рассчитана послойно следующим образом: тр n где птр - среднее количество трещин на единицу длины в п-м слое, шт.; 1ед - единичный промежуток длины, м; dскв - диаметр скважины, м; Рзар – плотность заряжания взрывчатого вещества в скважине, кг/дм3; рп - плотность горной породы в п-м слое кг/м3. Если рассматривать показатель трещиноватости послойно, то расстояние между трещинами Ifр каждого слоя отличается и, следовательно, не являются выдержанными показателями относительно рассматриваемого выемочного блока. Увеличение трещиноватости слоя приводит к увеличению ЛСП слоя, а следовательно, для получения наиболее положительного эффекта взрыва относительно каждого слоя и выемочного блока в целом, в расчете координат положения заряда следует учитывать показатель ЛСП послойно На основании линии сопротивления по подошве вычисляются расстояния между скважинными зарядами - а и их рядами - Ъ: [48] я = (0,8Н2)Г, где W - линия сопротивления по подошве, м. а = Ь. Если расположение структурных отдельностей в выемочном блоке считать выдержанным, то значение ЛСП слоя применимо для вычисления расстояния между скважинными зарядами - а и их рядами - Ъ:
Программный модуль ввода исходных данных и подготовки расширенного набора данных о строении выемочного блока
На основании положений, представленных в главах 2 и 3 разработана автоматизированная методика подготовки паспорта буровзрывных работ на карьерах по добычи известняков, включающая ввод исходной информации; дистанционный сбор расширенных исходных данных; формирование базы данных структурных особенностей выемочных блоков на участке отработки; плоское и объемное моделирование; расчет параметров конструкции, и координат заложения зарядов взрывчатого вещества; расчет радиуса эффективного экранирования взрывной волны; формирование базы данных параметров заряда взрывчатого вещества; подготовку паспорта буровзрывных работ; формирование базы данных паспортов буровзрывных работ (Рисунок 4.1).
Автоматизированная методика подготовки паспорта буровзрывных работ на карьерах по добычи известняков представляет собой комплекс программ, обеспечивающих компьютерную обработку данных в соответствии с уточненными зависимостями, позволяющими вычислять координаты заложения заряда взрывчатого вещества для получения требуемого гранулометрического состава взорванной массы.
Автоматизированная методика подготовки паспорта буровзрывных работ на карьерах по добычи известняков создана путем синтеза решений отдельных задач, формирующих в целом проблему получения требуемого гранулометрического состава взорванной массы.
Интерфейс вводного меню автоматизированной методики подготовки паспорта буровзрывных работ (рисунок 4.2) содержит перечень используемых программных модулей. Рассмотрим подробно каждый программный модуль.
Ввод исходных данных. Подготовка расширенного набора данных о строении выемочного Программный модуль ввода исходных данных и подготовки расширенного набора данных о строении выемочного блока
Программный модуль ввода исходных данных представляет собой набор операций, которые в итоге формируют базу данных структурных особенностей выемочного блока (рисунок 4.3).
В первой вкладе предлагается ввести исходные параметры, по которым будет осуществлять дальнейший расчет. Источниками информации для данного окна являются геологические отчеты о месторождении и справочные данные, заложенные непосредственно в программный модуль, для доступа к которым предусмотрена кнопка выбора значений.
Вторая вкладка посвящена фоточисловому анализу поверхности откоса выемочного блока и содержит в себе ссылку на руководство по практической части фоточислового анализа и поле ввода размеров природных отдельностей, формирующих выемочный блок. После ввода значений, программа рассчитывает коэффициент трещиноватости для каждого слоя и длину выемочного блока. Последнее делается для проверки правильности внесенных значений размеров природных отдельностей, которые в сумме должны составлять длину выемочного блока. Если значение длины выемочного блока по каждому слою совпадает с исходным, то все значения внесены верно. При нажатии кнопки «Далее» (см. рисунок 4.5) происходит переход к следующему программному модулю.
В программном модуле плоского моделирования (рисунок 4.6), на основании введенных ранее данных, осуществляется предварительная оценка содержания негабаритных отдельностей и рассчитывается средняя величина скрытой грани природной отдельности. Интерфейс программного модуля плоского моделирования (рисунок 4.7) включает в себя две вкладки: предварительная оценка содержания негабарита (рисунок 4.7) и вычисление среднего размера скрытой грани природной отдельности (рисунок 4.8).
Предварительная оценка содержания негабаритных отдельностей выполняется на основании значения площади открытой грани отдельности. Расчет площадей открытых граней природных отдельностей осуществляется на основе значений, введённых на стадии фоточислового анализа. Для получения предварительного процентного содержания негабаритных отдельностей в выемочном блоке необходимо задать предельное значение площади грани кондиционного куска, после чего программный модуль выполнит расчет и построит диаграмму предварительной оценки содержания негабаритных отдельностей по каждому слою.