Практикой установлено, что для каждой категории пород существует линейная зависимость вида W= кd3, угол наклона которой определяется крепостью и блочностью пород (рис. 10.8). Однако эта зависимость в предположении постоянного удельного расхода ВВ допускает, что с увеличением диаметра заряда выход крупных фракций при взрыве увеличивается. Это происходит потому, что с увеличением W все больший процент отдельностей, слагающих массив, при взрыве попадает в зону практически нерегулируемого дробления. Уменьшив диаметр заряда, можно достигнуть положения, при котором все отдельности попадают в зону регулируемого дробления. Поэтому диаметр заряда относится к одному из наиболее мощных параметров регулирования степени дробления. При меньших диаметрах зарядов, кроме того, уменьшаются заколы за линию зарядов в глубь массива, уменьшается относительный объем переизмельчения породы вокруг заряда и происходит распространение энергии по массиву с меньшим затуханием. Однако на некоторых предприятиях при уменьшении диаметра заряда с 200 до 100 мм (например, крупноблочные породы Первоуральского титаномагне-
титового карьера) не было обеспечено существенного снижения выхода негабарита. Это объясняется тем, что в настоящее время себестоимость обуривания массива скважинами уменьшенного диаметра значительно выше. Поэтому на практике имеется тенденция расширить сетку скважин при меньшем диаметре, т. е. увеличить отношение W/d3, что ведет в крупноблочных породах к ухудшению дробления.
Работами, выполненными трестом Союзвзрывпром, показано, что увеличением коэффициента сближения скважин т = а/W от 0.6 до 1 при среднем удельном расходе ВВ дробление пород не ухудшается, а в ряде случаев даже улучшается вследствие более полного заполнения скважины ВВ и уменьшения длины забойки. Поэтому при однорядном взрывании применяют т = 0,8: 1. При многорядном расположении зарядов по квадратной сетке (рис. 10.9) благодаря диагональной схеме коммутации тф = аф/Wф увеличивается до двух по сравнению с исходным т = а/W, а заряды взрываются в шахматном порядку
Улучшение дробления достигается за счет снижения фактического значения W, а также за счет соударения разлетающихся масс разрушенной породы.
Себестоимость отбойки целесообразно снижать в первую очередь за счет наиболее высоких статей затрат. С увеличением крепости пород f от 6 до 18 затраты на бурение растут быстрее (~ в 10 раз), чем затраты на взрывание (~ в2 раза). При этом в породах ниже средней крепости расходы на взрывные работы составляют 70 % общих расходов на отбойку, а в крепких, наоборот, затраты на буровые являются основными в себестоимости отбойки (рис. 10.10). Поэтому в породах ниже средней крепости f< 7 основное внимание следует уделять снижению расходов на взрывание (применение дешевых ВВ), в крепких породах (f > 14: 16) — снижению себестоимости буровых работ (применение более производительных способов бурения, большого диаметра скважин, инструмента лучшего качества и т. д.).
Рис. 10.10. Изменения относительных затрат С на бурение (1) и взрывание (2) в зависимости от коэффициента крепости пород f.
Замена в крепких породах дешевых ВВ на более мощные с высокой объемной концентрацией энергии, но и более дорогие может быть вполне целесообразна, если вследствие этого можно обеспечить большее снижение себестоимости обуривания массива и отбойки породы. При таком подходе снижение себестоимости отбойки происходит более интенсивно при сохранении хорошего качества взрыва.
Современное состояние изученности вопроса не позволяет дать теоретическое решение и обосновать выбор диаметра заряда. Поэтому следует пользоваться данными практического опыта применительно к конкретным задачам. В частности:
1) в породах I—II категории трещиноватости (см. табл. 1.1) диаметр заряда следует выбирать возможно большим (250—350 мм) и ограничивать лишь технологическими задачами предприятия. Например, на железорудных карьерах КМА, Кривого Рога, разрабатывающих мелкоблочные железистые кварциты высокой прочности и абразивности, целесообразно бурить скважины диаметром не менее 250 мм, а лучше 320 мм, так как более тяжелые шарошечные станки СБШ-320М работают более устойчиво на крепчайших породах. С целью снижения расходов на бурение целесообразно скважины расширять огневым способом до диаметра 400— 500 мм, а сетку скважин расширять с 5,5x5,5 до 9x9м и более.
В то же время на вскрышных уступах крупных угольных разрезов, разрабатывающих породы низкой и средней крепости средне- и мелкоблочные, применение взрывных скважин более 300 мм оказывается неэффективным, так как при большом (400 мм и более) диаметре скважин происходят большие разрушения в глубь массива, увеличиваются заколы за линию скважин, ухудшается устойчивость откосов уступов;
2) в породах II категории, а также в однородных породах III категории при многорядном короткозамедленном взрывании предпочтительнее диаметры 200-250 мм.
Это наиболее типичные условия разработки месторождений минерального сырья различных отраслей, где применяются для бурения скважин главным образом шарошечные станки СБШ-250МНА, СБШ-250МН и 2СБШ-200Н;
3) в породах крупноблочных IV категории, а также неоднородных и часто перемежающихся породах V категории диаметр скважин следует уменьшать до 100—150 мм. Карьеров с такими породами в стране относительно небольшое число. Это карьеры
Первоуральского рудоуправления, Орловского ГОКа, алунитовый карьер (Азербайджан), Шарташский гранитный, Саткинский магнетитовый. При выборе диаметра скважин, кроме взрываемости пород, необходимо учитывать и годовую производительность предприятия, с увеличением которой при любых породах надо применять высокопроизводительную буровую технику и диаметры скважин не менее 200 (215) мм.
С увеличением глубины карьеров существенно усложняются условия взрывания: на многих месторождениях породы становятся более крупноблочными и трудновзрываемыми; увеличивается обводненность скважин; уменьшается ширина рабочих площадок уступа; ухудшается устойчивость бортов карьеров и, следовательно, увеличивается опасность сейсмического воздействия взрывов.
Поэтому в перспективе неизбежен переход от многорядного взрывания вертикальных скважин большого диаметра к взрыванию наклонных скважин среднего (200 мм) и уменьшенного (150 мм) диаметра; переход от маломощных неводоустойчивых ВВ к более мощным водоустойчивым ВВ с высокой объемной концентрацией энергии; замена тяжелых станков для скважин диаметром 250— 320 мм высокопроизводительными станками для бурения наклонных скважин 150—200 мм со сменной производительностью 120— 150 м в породах средней крепости. Эти станки должны обеспечивать эффективное бурение и крепчайших пород.
Однако при этом необходимо решить сложные задачи заряжания и монтажа сети большого числа скважин, а также их сохранности до заряжания. В связи с этим перспективен переход к заряжанию и забойке наклонных скважин сразу после их бурении и к взрыванию блока по мере его готовности. Это дает большой экономический эффект за счет уменьшения потерь скважин. Особенно перспективно применение высокопроизводительных станков для бурения скважин диаметром 100—150 мм на карьерах небольшой годовой производительности (до 500 тыс. м3 горной массы в год), на глубоких горизонтах крупных карьеров, где ведется, как правило, взрывание крупноблочных трудновзрываемых горных пород, при использовании контурного взрывания в процессе выхода бортов карьеров на их проектное положение.
Установлено, что нарушение взрывом захватывает в основном район первого ряда зарядов. Поэтому возможности регулирования степени дробления при однорядном взрывании более ограничены. При многорядном расположении зарядов степень дробления горной массы улучшается в результате того, что заряды второго и последующих рядов работают в менее нарушенном массиве. Чем больше рядов зарядов, тем меньше объем породы первого ряда, отнесенный ко всему объему взрыва, и тем меньше средний выход негабарита. Отсюда можно ориентировочно рассчитать выход негабарита при многорядном взрывании.
Приняв сетку расположения скважин и массу зарядов по рядам одинаковыми, можно определить средний выход негабарита при взрыве п рядом зарядов:
Vn=V1+V2(n-1)/n=V0*1+V2/V1(n-1)/n
где V1 — выход негабарита по первому ряду скважин,%; V2 —
выход негабарита по второму ряду скважин и последующим рядам при тех же параметрах взрывания, %; Vп — средний выход негабарита при взрывании п рядов зарядов, %.
Зная отношение V2/V1 по результатам однорядного взрывания, можно найти выход негабарита при переходе на многорядное расположение зарядов; для обычных условий V2/V1 = 0,25:0,3. Поэтому окончательно расчетная формула имеет вид
Vn=V1*1+0.3(n+1)/n