Спосіб вибухового дроблення негабаритних кусків породи

Спосіб вибухового дроблення негабаритних кусків породи, що включає буріння шпуру по центру негабаритного куска породи на глибину, рівну 2/3 діаметра куска, що руйнують, розміщення в його донній частини патрона-бойовика, заряджання шпуру вибуховою речовиною, заповнення гирлової частини шпуру на протязі 1/3 його довжини набійкою з інертного матеріалу і ініціювання вибухової речовини патрономбойовиком, який відрізняється тим, що заряджання шпуру роблять зарядом вибухової речовини, що попередньо формують із грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві, ЗОВНІШНІЙ діаметр якого визначають по формулі d p = d-0,002 де dp - ЗОВНІШНІЙ діаметр рукава з грамонітом 79/21, м, d - діаметр шпуру, який пробурюють в негабаритному куску породи, м, довжину заряду грамоніта 79/21 у рукаві визначають по формулі Винахід відноситься до гірничодобувної промисловості і може бути використаний при розробці родовищ корисних копалин відкритим і підземним способами Відомий спосіб вибухового дроблення негабаритних кусків породи з використанням ЗОВНІШНІХ зарядів вибухової речовини (ВР) На негабаритний кусок породи укладають заряд ВР L3=0,88R-(Ln6+5,72dp), де І_з - довжина заряду грамоніта 79/21 у рукаві, м, R - радіус негабаритного куска породи, м, І_пб - довжина частини шпуру, яку заповнюють патроном-бойовиком, м, у шпур між зарядом вибухової речовини і інертною набійкою поміщають конічну спіраль з алюмінієвого дроту, що орієнтують основою до заряду вибухової речовини, ЗОВНІШНІЙ діаметр основи спіралі приймають з умови d c = dp, де d c - ЗОВНІШНІЙ діаметр основи конічної спіралі, м, довжину конічної спіралі визначають по формулі U=5,72dc, де Ц - довжина конічної спіралі, м, число витків конічної спіралі визначають по формулі п=-7,8-10 _5 R 2 f(L c -0,88R) + 1,9-mn6 +1,48• Р г р L 3 d 2 де n - число витків конічної спіралі, f - коефіцієнт МІЦНОСТІ негабаритного куска породи, Шиб - маса патрона-бойовика, кг, Рф -насипна ЩІЛЬНІСТЬ грамоніта 79/21, кг/м3, 00 d f l P - діаметр дроту, з якого виготовляють конічну спіраль, м о ю поверх якого розміщають пдроек-рзн у вигляді поліетиленового пакета з водою Заряд ВР ІНІЦІЮЮТЬ і сумарною енергією прямих і відбитих від пдроекрана ударних хвняь дроблять негабаритний кусок порода (Вторичное дробление // Горная энциклопедия - М Советская энциклопедия, 1984 - Т 1 - С 447-448, мал 3) До недоліків даного способу відносяться 54078 - розміщення заряду ВР на периферичній ДІЛЯНЦІ негабаритного куска породи приводить до нерівномірного розвитку системи вибухових тріщин у його об'ємі і низькій якості дроблення, - значна частина енергії вибуху зовнішнього заряду витрачається на теплові втрати і марну форму роботи - генерацію ударних повітряних хвиль Найбільш близьким технічним рішенням з відомих є спосіб вибухового дроблення негабаритних кусків породи, що включає буріння шпуру по центру негабаритного куска породи на глибину, рівну '213 діаметра куска, що руйнується, розміщення в його донній частини патронабойовика, заряджання шпуру вибуховою речовиною, заповнення гирлової частини шпуру протягом 1/3 його довжини набійкою з інертного матеріалу і ініціювання вибухової речовини патроном-бойовиком (Разрушение негабаритных кусков горных пород / в Ф Вызов, М И Великий, А И Черконос, С З Вайман - К Техніка 1986 С13-14, мал 2,6) До недоліків даного способу відносяться - інертний матеріал набійки не вступає у вторинну хімічну реакцію з розпеченими газоподібними продуктами детонації (ПЦ), що приводить до неповного реагування компонентів ВР і втраті внаслідок цього частини його потенційної енергії, зі збільшенням МІЦНОСТІ і розмірів негабаритного куска породи, енергії заряду в шпурі недостатньо для його якісного дроблення Зниження МІЦНОСТІ і розмірів негабариту приводять до надлишку енергії вибуху і, як наслідок, до розльоту осколків порода на небезпечні відстані і перевитраті ВР, - використання патронованих ВР не дозволяє здійснювати точне дозування вибухової речовини при заряджанні шпуру і формувати заряд з масою, яка оптимально відповідає МІЦНОСТІ І розмірам негабаритною куска породи - заповнення устя шпуру набійкою з інертного матеріалу не забезпечує надійного запирання газоподібних ПД у зарядній порожнині, що знижує ефективність квазістатичної дії вибуху і повноту трансформації енергії вибухової речовини в роботу руйнування Метою даного винаходу є удосконалення способу вибухового дроблення негабаритних кусків порода за рахунок забезпечення повноти хімічної реакції компонентів ВР, регулювання рівня виділюваної при вибуху заряду ВР енергії і більш надійного запираннягазоподібних продуктів детонації в зарядній порожнині, що забезпечить оптимальну ВІДПОВІДНІСТЬ енергетичних характеристик заряду ВР геометричним розмірам і МІЦНОСТІ негабаритних кусків порода при одночасному зниженні витрати ВР Поставлена мета досягається тим, що при способі вибухового дроблення негабаритних кусків порода, що включає бурінні шпуру по центру негабаритного куска породи на глибину, рівну 2/3 діаметра куска, що руйнують, розміщення в його донній частини патрона-бойовика заряджання шнуру вибуховою речовиною, заповнення гирлової частини шпуру протягом 1/3 його довжини набійкою з інертного матеріалу і ініціювання вибухової речовини патроном-бойовиком ВІДПОВІДНО до винаходу заряджання шпуру роблять зарядом ВР, що попередньо формують із грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві, ЗОВНІШНІЙ діаметр якого визначають по формулі dp=d-0,002, (1) де dp - ЗОВНІШНІЙ діаметр рукава з грамонітом 79/21, м, d- діаметр шпуру, який пробурюють в негабаритному куску порода, м, довжину заряду грамоніта 79/21 у рукаві визначають по формулі L3=0,88R-(l_n6+5,72dp) (2) де І_з - довжина заряду грамоніта 79/21 у рукаві м, R - радіус негабаритного куска порода, м, І_пб - довжина частини шпуру, яку заповнюють патроном-бойовиком, м, у шпур між зарядом ВР і інертною набійкою поміщають конічну спіраль з алюмінієвого дроту, що орієнтують основою до заряду ВР, ЗОВНІШНІЙ діаметр основи спіралі приймають з умови dc=dp (3) де d c - ЗОВНІШНІЙ діаметр основи конічної спіралі, м, довжину конічної спіралі визначають по формулі Lc=5,72dc (4) де Ц - довжина конічної спіралі, м, число витків конічної спіралі визначають по формулі п = -7 8x10" 5 (5) R2f (Lc-°.88R)+1.9mn6+1,48prpL3d2 де п - число витків конічної спіралі, f - коефіцієнт МІЦНОСТІ негабаритного куска породи, мПб - маса патрона-бойовика кг, рГр - насипна ЩІЛЬНІСТЬ грамоніта 79/21, кг/м3, d f l P - діаметр дроту з якого виготовляють конічну спіраль, м Таким чином, оптимальну ВІДПОВІДНІСТЬ енергетичних характеристик заряду ВР геометричним розмірам і МІЦНОСТІ негабаритних кусків породи при одночасному зниженні витрати ВР забезпечують шляхом регулювання рівня виділюваної Ігри вибуху заряду ВР енергії, створення умов дня найбільш повної хімічної реакції компонентів ВР І більш надійного запирання газоподібних продуктів детонації в зарядній порожнині Сутність пропонованого способу пояснюється фіг 1,2 на фіг 1 представлена схема здійснення способу вибухового дроблення негабаритних кусків породи на стадії заповнення зарядної порожнини патроном-бойовиком зарядом грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві конічною спіраллю і набійкою з інертного матеріалу, на фіг2 - схема здійснення способу вибухового дроблення негабаритних кусків породи на стадії квазістатичної дії продуктів детонації ВР Спосіб вибухового дроблення здійснюють таким чином По центру негабаритного куска породи 1 на 54078 глибину, рівну 2/3 ного діаметра пробурюють шпур 1 У донної частини шпуру розміщають патронбойовик 3 Поліетиленовий рукав 4 із ЗОВНІШНІМ діаметром dp заповнюють грамонітом 79/21 5 на довжину І_3, щільно обв'язують його торці шпагатом 6 і направляють у шпур до зіткнення з торцем патрона-бойовика 3 алюмінієвого дроту діаметром d f l P виготовляють конічну спіраль 7, що має довжину Ц, діаметр основи d c і число вилов п Спіраль розмішають у шпурі, попередньо зорієнтувавши и основою до поліетиленового рукава з грамонітом 79-/21, упритул до нього Гирлову частину шпуру протягом 1/3 його довжини заповнюють набійкою з інертного матеріалу 8 Патрон-бойовик 3 ІНІЦІЮЮТЬ Розпечені гази вибуху 9 входять у зіткнення з витками конічної спіралі 7, вступають у вторинну хімічну реакцію з алюмінієм з якого вони виготовлені, і виділяють додаткову теплову енергію При цьому в КОНІЧНІЙ спіралі 7 створюють вихрові потоки газів 10 за рахунок чого знижують швидкість їхнього переміщення убік устя шпуру і тиск на набійку з інертною матеріалу 8 Завдяки цьому більш надійно локалізують гази вибуху 9 в просторі шпуру 2 до моменту розвитку в негабаритному куску породи магістральних тріщин 11, збільшують інтенсивність квазістатичної дії газів І тим самим забезпечують більш повну трансформацію енергії вибухової речовини в роботу руйнування Діаметри поліетиленового рукава із грамонітом 79/21 d p і основи конічної спіралі d c , що заявляються у формулах (1) і (3), визначають з умови забезпечення зазору в 0,001м між ними і стінками шпуру, що дозволяє безперешкодно поміщати рукав із грамонітом 79/21 і конічну спіраль у простір зарядної порожнини Довжину заряду грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві І_3 визначають як різницю глибини шпуру, відповідної розміру конкретного негабаритного куска породи, і його частини, заповнюваної патроном-бойовиком, набійкою з інертного матеріалу і конічною спіраллю Ц=І-Ш-Цб-(І_пб+І-с) (6) де І_з - довжина заряду грамоніта 79/21 у рукаві м, І_ш - глибина шпуру, м Дорівнює 2/3 діаметра негабаритного куска породи чи 4/3R, І_зб - довжина частини шпуру, заповнена набійкою з інертного матеріалу, м Дорівнює 1/ЗІ_Ш, Іпб - довжина частини шпуру, заповнена патроном-бойовиком, м, Ц - довжина конічної спіралі, м Значення Ц визначають на підставі обробки даних експериментальних вибухів, проведених у лабораторних умовах на моделях з оргскла В результаті надшвидкісної кінозйомки процесу поширення газоподібних продуктів детонації в циліндричних зарядних порожнинах установлено, що фронтальна частина потоку розпечених газів Ідо спрямовується до устя шпуру, має конусоподібну форму Це є наслідком тертя ПД об стінки зарядної порожнини Кут нахилу утворюючої конусоподібної фронтальної частини потоку газів відносно подовжньої осі зарядної порожнини складає 5° Виходячи з цього, з метою забезпечення безударного входження продуктів детонації у внутрішній простір конічної спіралі й одночасного початку вторинної хімічної реакції розпечених газів з усіма и витками, кут нахилу утворюючої конічної спіралі щодо її подовжньої осі а також приймають рівним 5° При відомому значенні діаметра основи конічної спіралі, її довжина складе o l_c=0,5tg(90-a)dc=0,5tg85 dc=5,72dc(7) де a - кут нахилу утворюючої конічної спіралі щодо її подовжньої осі, град , d c - ЗОВНІШНІЙ діаметр основи конічної спіралі, м Отримане вираження (7) відповідає формулі (4), що заявляється Після підстановки у формулу (6) значень вхідних у неї членів, у результаті нескладних перетворень одержують формулу (2) Число витків алюмінієвої конічної спіралі, що заявляється, ВІДПОВІДНО ДО формули (5) визначають з умови забезпечення при вибуху сумарної енергії, достатньої для дроблення негабариту, що має радіус R Вона складається з енергії вибуху патрона-бойовика, заряду грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві довжиною І_3 і додаткової енергії, що виділяється при вторинній реакції продуктів детонації з матеріалом конічної спіралі При цьому також враховують підвищений рівень трансформації енергії ВР у роботу руйнування, обумовлений посиленою внаслідок завихрення ПД в КОНІЧНІЙ спіралі квазістатичною дією вибуху Виходячи з цього, КІЛЬКІСТЬ витків конічної спіралі складає Е-(Епб+Е3) п= (8) де Е - енергія погрібна для руйнування негабаритного куска породи з урахуванням його розмірів і фізико-механічних властивостей, Дж, ЕПб - енергія виділювана при вибуху патронабойовика, Дж, Е3 - енергія, виділювана при вибуху заряду грамоніта 79/21, що має довжину І_3, Дж, Ею - енергія, виділювана при вторинній реакції розпечених газів вибуху з одним витком алюмінієвої конічної спіралі, Дж Величину енергії, потрібної для руйнування негабаритного вуска породи з урахуванням його розмірів і фізико-механічних властивостей Е визначають по формулі v L U O U !- / _ 4кі;(1 + ц) ф) де к - коефіцієнт, що враховує величину ХІМІЧНИХ і теплових утрат при вибуху, к=0,5 % - показник, що характеризує КІЛЬКІСТЬ енергії вибуху, яка трансформується безпосередньо в роботу руйнування негабаритного куска породи Визначається на підставі експериментальних вибухів Для зарядів з конічною спіраллю і набійкою з інертного матеріалу ^=0,57, ц - коефіцієнт Пуассона породи Для скельних порід м-=0,22 Величину енергії, виділюваної при вибуху патрона-бойовика ЕПб визначають ВІДПОВІДНО ДО умови E Е П б=О.пбт П б ( Ю ) де Опб - питома теплота вибуху ВР, що 54078 використовують для виготовлення патронабойовика, Дж/кт МПб - маса патрона-бойовика, кг В разі використання для виготовлення патрона-бойовика найбільш поширеного амоніта 6ЖВ, а пб =4305 103Дж/кг Енергію, виділювану при вибуху заряду грамоніта 79/21, що має довжину І_3, визначають по формулі E 3 =0,25p rp Q r pUd 2 (11) де ргр - насипна ЩІЛЬНІСТЬ грамоніта 79/21 кг/м Qrp - питома теплота вибуху грамоніта 79/21, ОГр=4285 103Дж/кг Енергію, виділювану при вторинній реакції розпечених газів вибуху з одним витком алюмінієвої конічної спіралі визначають з вираження Elc=Q2mlc=0,125Q2pAid2flp7i2dc (12) де Q2 - питома теплота вторинної хімічної реакції розпечених газів вибуху з алюмінієм конічної спіралі, Дж/жг, тю - середня маса одного витка конічної спіралі, кг, РАІ - ЩІЛЬНІСТЬ алюмінію, рдр2700кг/м3, d f l P - діаметр дроту з якого виготовлена конічна, спіраль, м Питому теплоту вторинної реакції розпечених газів вибуху з алюмінієм конічної спіралі Q2 визначають на основі рівнянь ХІМІЧНИХ реакцій вибуху При вибуху заряду грамоніта 79/21, первинна хімічна реакція описується рівнянням C7H5(NO2)2+10,5NH4NO2^23'?5H2O+7CO2+12N 2(13) При вторинній реакції алюміній окисляється за рахунок розпеченої водяної пари Реакція протікає по рівнянню 2АІ+Н 2 О^АІ 2 О 2+ ЗН 2 (14) Стосовно до формули (13) рівняння реакції окислювання алюмінію (14) перетворюється до виду 15,67АІ+23,5Н2О^7 83АІ2О3+11 75Н2 (15) Питому теплоту вторинної реакції Q2 визначають по формулі Q2=1000/M2(mA|2o3qAi2O3-mH2oqH2o) (16) де М 2 - молекулярна маса компонентів, що вступають у вторинну реакцію ВІДПОВІДНО ДО формули (15), ГПАІ2ОЗ, гпн2о - КІЛЬКІСТЬ граммолекул окису алюмінію і вод ВІДПОВІДНО до формули (15), qAi2O3, qH2o - питома теплота утворення окису алюмінію і води 10 Дж/моль, qH2O=2416 qAi2O3=1664 10 Дж/моль ВІДПОВІДНО ДО формули (16) питома теплота вторинної реакції окислювання складає Q2=1000/23,5 18+15,67 27(7,83 1664-23,5 241,6)103=8677,7 103Дж/кг Після підстановки у формулу (8) виражень (9)(12) is зазначеними вище числовими значеннями 8 вхідних у них членів, в результаті нескладних математичних перетворень одержують вираження (5) для визначених КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ КОНІЧНОЇ спіралі, що заявляється При здійсненні способу вибухового дроблення, для конкретних умов кар'єрів Кривбаса характерні наступні ВИХІДНІ дат - радіус негабаритного куска породи R=0,55M, - коефіцієнт МІЦНОСТІ негабаритного куска породи 1=12, діаметр шпуру, пробуреного в негабаритному куску породи d=0,04M, - для виготовлення бойовиків використовують патрони амоніта 6ЖВ, що мають довжину 0,2м і діаметр 0,032м У цьому випадку довжина частини шпуру, заповнена патроном-бойовиком Ьпб^О.ІЗм, - маса патрона-бойовика тПб-0,2кг, насипна ЩІЛЬНІСТЬ грамоніта 79/21 рГр=850кг/м3 діаметр алюмінієвого дроту для виготовлення спіралі dflP=0,007M Згідно (1), заряд ВР попередньо формують Із грамоніта 79/21 у поліетиленовому рукаві ЗОВНІШНІЙ діаметр якого складе dp=d-0,002=0,04-0,002=0,038M Довжина заряду грамоніта 79/21 у рукаві згідно (2) складе L3=0,88R-(l_n6+5,72dp)=0,88 0,55-(0,13+5,72 0,38)=0,136м ЗОВНІШНІЙ діаметр основи конічної спіралі з алюмінієвого дроту згідно з (5) складе dc=dp=0,038M Довжина конічної спіралі ВІДПОВІДНО ДО формули (4) складе l_c=5,72dc=5,72 0,038=0,217м Число витків конічної спіралі ВІДПОВІДНО ДО вираження (5) буде , 0,55212(0,217 -0,88x0,55)+ 1,9x0,2 + 1,48х850х0,136х0,042 = 13,2 п = -7,80,007^0,038x10° Річний економічний ефект від впровадження в виробництво способу вибухового дроблення негабаритних кусків породи, що заявляється, визначають по формулі Ер=(Ві-В2)Ар де Ві і В2 - витрати на вибухове дроблення 1м негабаритних кусків породи по базовому варіанту і способу, що заявляється, грн/м3, Ар - річний обсяг вибухового дроблення негабариту, м3, Витрати на буріння шпурів, придбання засобів ініціювання і патронів ВР для виготовлення бойовиків, на підготовку інертного матеріалу для набійки за способом, що заявляється, дорівнюють витратам базового варіанта і виключаються з подальших розрахунків У способі, що заявляється додатково до вартості ВР враховуються витрати на придбання алюмінієвого дроту, поліетиленового рукава і шпагату для обв'язування торців заряду 10 54078 Таблиця Порівнювані витрати на здійснення способу вибухового руйнування негабаритних кусків породи Стаття витрат Вартість одиниці, грн 4,78 2,96 0,24 5,31 3,58 Амоніт 6ЖВ (032мм) Грамоніт 79/21 Рукав поліетиленовий Дріт алюмінієвий (б/у) Шпагат Усього витрат Варіанти способу той що заявляється Питомі витрати, Витрати, витрати на Ві грн В>2 ГРН 3 1м породи 1,37 0,18кг 0,53 0,25м 0,06 0,06кг 0,31 0,008кг 0 02 1,37 0,92 базовий Питомі витрати на 1м 3 породи 0,29 вт Підставивши з таблиці у формулу (17) величини витрат по базовому варіанту і способу вибухового дроблення негабаритних кусків породи що заявляться, одержимо очікуваний річний економічний ефект Е р =(1,13-092)850000«382,5тис грн ФІГ.1 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24