Современные методики расчета буровзрывных работ для открытых горных работ

ВВЕДЕНИЕ
Нет единой методики определения параметров расчета буровзрывных работ.
Все существующие на данный момент методики расчёта параметров буровзрывных работ
можно разделить на две большие группы: основанные на первоочередном определении
удельного расхода взрывчатого вещества; базирующиеся на первоочередном определении
зон разрушения породного массива вокруг взрываемого заряда.
Методики расчёта параметров БВР первой группы зачастую представляют собой
вычисление по сложным эмпирическим формулам. В этом случае удельный расход ВВ
определяют по данным практики, рассчитывают по эмпирическим формулам или
принимают по табличным данным, приведённым в справочниках. Принципиально
отличаются от них методики второй группы, расчёт которых основан на определении
параметров зон разрушения породного массива. Расчёт, проведённый по таким
методикам, позволяет определить места расположения шпуров в забое с учётом
физических характеристик разрушаемого массива и применяемого ВВ.
https://cyberleninka.ru/article/n/metod-rascheta-parametrov-burovzryvnyh-rabot-na-zadannyy-
granudometricheskiy-sostav-vzorvannoy-gornoy-massy
Метод расчета параметров БВР, обеспечивающих заданный гранулометрический
состав взорванной горной массы.
В основе такого метода расчета параметров БВР положены инварианты, т.е. уравнения,
законы, константы и т.д. не меняющиеся в зависимости от свойств массива горных пород,
времени нагружения и масштабности.
Первый инвариант процесса дробления: блочность массива горных пород, совокупность
кусков взорванной и раздробленной механическим способом горной массы подчиняются
логарифмически-нормальному закону распределения, а логарифмическая дисперсия этого
закона является структурным инвариантом.
Второй инвариант процесса дробления связан с перераспределением энергии взрыва по
формам работы и формулируется так: энергопоглощающая способность взрываемого
участка массива горных пород является переменной величиной, зависящей от
соотношения удельных энергозатрат и линии наименьшего сопротивления.
Третий инвариант относится к диаметру заряда. Коэффициент полезного действия взрыва
(энергия, идущая на дробление) определяется через удельную поверхность контакта
заряда с массивом горных пород (поверхность заряда ВВ, отнесенная к его массе).
Предлагаемый метод расчета параметров БВР на заданный гранулометрический состав
взорванной горной массы основывается на выше указанных инвариантах и представляет
собой решение следующей системы уравнений:

https://www.dissercat.com/content/obosnovanie-parametrov-burovzryvnykh-rabot-pri-
stroitelstve-podzemnykh-gorizontalnykh-i-nakl/read
На основе положений методики, включающей в себя большое количество
горногеологических и горнотехнических факторов рассмотрим усовершенствованную
модель расчета буровзрывных работ.

Анализ приведённых зависимостей показывает, что радиусы зон смятия и
трещинообразования в большей мере зависят от крепости горной породы и диаметра
заряда. В результате исследований детонационной способности промышленных ВВ было
установлено, что их детонационные характеристики связаны с диаметром заряжаемого
шпура и плотностью ВВ.
Таким образом, расчёт скорости детонации аммиачно-селитряных ВВ с учётом влияния
диаметра заряда и плотности ВВ производится по уточнённой формуле:

снижение объёма бурения и расхода взрывчатых материалов при строительстве
горизонтальных и наклонных горных выработок достигается использованием в расчётах
паспортов буровзрывных работ методики, базирующейся на первоочередном определении
размеров зон регулируемого дробления.
Наиболее ответственным элементом взрывного разрушения пород при строительстве
горных выработок является формирование врубовой полости, качественное оформление
которой во многом предопределяет эффективность взрыва в целом.
В настоящее время тип взрывного вруба определяют в зависимости от площади
поперечного сечения горной выработки, её ширины, а также особенностей применяемого
бурового оборудования и условий залегания
горных пород. Наиболее часто используемые типы врубов: 1) веерный; 2) клиновой; 3)
параллельный с увеличенным диаметром скважины; 4) прямой.
В свою очередь данные типы взрывных врубов объединены в две более крупные группы:
− наклонные врубы, образуемые шпурами, пробуренными под острым углом к забою; −
прямые врубы, образуемые шпурами, пробуренными параллельно друг другу под прямым
углом к забою (шпуры параллельны друг другу)
Предлагаемый метод расчёта конструкции прямого призматического взрывного вруба
учитывает основные факторы взрывания и состоит из нескольких операций, выполняемых
в определённой последовательности:
1. В зависимости от условий отбойки вруб располагают по центру или смещают от оси
выработки (вправо или влево). Затем производят расчёт параметров взрывного вруба и его
построение. Поскольку разрушаемый массив до начала момента взрыва имеет лишь одну
открытую поверхность, то в первую очередь определяется число компенсационных

шпуров (скважин) во врубе для создания дополнительной свободной поверхности и
частичного перемещения энергии взрыва на эту свободную зону. Оптимальное число
компенсационных шпуров (скважин) может определяться по следующей зависимости:

При отклонении шпуров от проектного положения возможна некорректная работа
взрывного вруба, вследствие чего может наблюдаться недостаточное разрушение и
выброс плохо проработанной горной массы, и уменьшение КИШ, а в случае
значительного сближения происходит запрессовка соседних шпуров или повреждение
зарядов, взрываемых с замедлением.
Таким образом, для этого типа взрывного вруба ключевым фактором, определяющим его
работоспособность, становится выбор оптимального расстояния между заряжаемыми и
компенсационными шпурами (скважинами).
Расстояние между холостыми шпурами вруба необходимо определять по выражению:

3. наиболее качественная проработка забоя взрывом достигается при отношении площади
поперечного сечения горной выработки к площади взрывного вруба, равного 3-6 %,
однако максимально возможный КИШ при этом достигается при 4%.
Общее число заряжаемых врубовых шпуров, размещённых на плоскости забоя,
рассчитывают по выражению:

4. Так как вязкость в основном зависит от пластических свойств горной породы с
участием сдвиговых усилий, коэффициент, учитывающий вязкость горной породы, можно
выразить через следующую зависимость:

Формирование прямого призматического вруба при проходке горизонтальных и
наклонных горных выработок необходимо производить, учитывая вязкость горных пород
и размер зоны смятия.
Зная расчётные значения формул 1-8, можно выполнить графическое построение
фронтальной проекции паспорта БВР, начинающееся с расстановки оконтуривающих
шпуров. Для этого на расстоянии RСМ от контура выработки определяют точку
расположения первого шпура
После этого на расстоянии RСМ от проектного контура по всему периметру выработки
располагают оконтуривающие шпуры. Расстояние между оконтуривающими шпурами
определяется величиной зоны трещинообразования RТР. Если забой заряжается разными
ВВ, зону RТР определяют для каждого типа заряда отдельно.

Расстояние между оконтуривающими и первым рядом вспомогательных шпуров
определяется величиной ЛНС. Расстояние между вспомогательными шпурами по
горизонтали равно величине зоны трещинообразования.
Если число шпуров при их расстановке оказывается не целым, то его округляют в
большую сторону до ближайшего целого числа шпуров, а расстояния между шпурами
пересчитывают так, чтобы между оконтуривающими шпурами, работающими в
одинаковых условиях, они были равными.
С учётом этих параметров определяют расположение оконтуривающих и
вспомогательных шпуров по сечению выработки. Далее производят расчёт и построение
взрывного вруба.
Если одного ряда вспомогательных шпуров недостаточно и имеются участки, которые
могут быть не проработаны, на расстоянии W располагают второй ряд вспомогательных
шпуров. В случае малого сечения выработки вспомогательные шпуры могут полностью
отсутствовать.
Результаты расчетов могут быть использованы на предприятиях горнодобывающей
промышленности при строительстве горизонтальных и наклонных горных выработок. Это
позволит значительно повысить эффективность БВР за счёт уменьшения количества
используемого ВМ и снижения объёмов бурения при надлежащем качестве
оконтуривания выработок.

Разрушение горного массива методом скважинных зарядов:

Метод решения. В качестве целевой функции принимается максимальный выход
определенных фракций при заданных ограничениях. Задается пространство исходной
информации, включающее неуправляемые и управляемые переменные, учитывая, что
исходная информация относится к области с определенными физико-механическими
свойствами пород и горно- геологическими условиями. Одним из основных показателей,
используемых при подготовке и разделении массива данных является крепость пород по
Протодъяконову.
Пространство неуправляемых переменных Z представляется в виде следующих
параметров: x1 – масса скважинного заряда; x2 – длина перебура; x3 – длина за бойки; x4
– диаметр скважины.
Пространство управляемых переменных U состоит из расстояний между рядами x5 и
между скважинами x6. Выполненные исследования показали, что переменные
пространства Z имеют ограничения, которые не влияют на выход определенной фракции
продуктов взрывного дробления.
Пространство U ограничено технологическими параметрами и . Для
построения модели «выход фракции» в зависимости от переменных пространств Z и U
были проведены соответствующие эксперименты. Моделирование основано и
осуществлено на достоверном экспериментальном материале.
Выборка оказалась малой по переменным Z и U, поэтому при построении математической
модели применен метод собственных векторов, обуславливающий построение линейной
зависимости целевой функции в произвольной степени от переменных:

(1)

Идея метода заключается в построении матрицы Грамма для векторов xi , нахождении
собственных чисел и собственных векторов и восстановлении коэффициентов линейной
формы.

Моделирование в соответствии с зависимостью (1) для пород крепостью f равной 20 бал,
привело к зависимости вида
для пород крепостью 16−18 бал:
для пород крепостью 14−16 бал:
Учитывая вид модели, задачу оптимизации сводят к решению линейного уравнения. Так
как количество управляющих воздействий равно двум, и они эквивалентны, то
принимается положение о введении соответствия между x5 и x6 в виде:
(2)
В дальнейшем для построения квадратной сетки при k = 1 для x5 получают:

Решение системы уравнений (3)−(5) позволило определить квадратную сетку скважин при
взрывании зарядов, в которых обеспечивается необходимый выход кондиционных
фракций в зависимости от параметров буровзрывных работ. Вполне возможно также, что
при решении одного из уравнений (3)–(5) может быть получено x5, которое не
удовлетворяет положенному ограничению. В этом случае следует выбрать грань
величины x, ближайшую к расчетному значению.
Задача сводится к перебору различных вариантов по x1, x5, x6 при заданной высоте уступа
и категории по бурению. Блок-схема решения задачи основана на следующих блоках
реализации:

Оптимальным считается вариант, обеспечивающий минимум затрат на отбойку 1 м3
горной массы при получении требуемой степени дробления:

Задача решается методом пошагового поиска с циклическим перебором координат.
Результаты расчета представлены в виде таблицы диспозиции массового взрыва (табл. 1),
которые используются при планировании и проведении массовых взрывов на открытых
горных работах.