Особенности отбойки руды в зажиме

Как приведено выше (см. рис. 4.5) отбойка руды как скважинными, так и минными зарядами может производиться на открытое пространство или в зажиме. В России теоретическое обоснование метода отбойки в зажиме дано в трудах М.Д. Фугзана [1964] и В.Р. Именитова [1984].

Сущность этого способа состоит в следующем. Дробление пород взрывом происходит под воздействием ударной волны напряжений и основное разрушение вызывает волны растяжения, отраженные от поверхности массива. Под давлением расширяющихся газов, возникает дробящий эффект с отбросом взорванной массы.

При отбойке в зажатой среде поверхность отбиваемого массива контактирует с преградой в виде обрушенных налегающих пород. Энергия прямой волны от взрыва первого ряда скважин поглощается преградой. По некоторым оценкам в нормально разрыхленном зажимающем материале (коэффициент разрыхления К_р = 1, 3-1, 4) доля отраженной энергии составляет 75%, что достаточно для дробления массива. При уплотненных породах (К _р = 1, 15) доля энергии отраженной волны уменьшается до 10-50% от энергии прямой волны, что обеспечивает лишь отрыв руды от массива. За счет волны напряжений отбитый слой руды расчленяется микротрещинами.

Руда перемещается в стесненных условиях, происходит дополнительное дробление ее и зажимающего материала за счет энергии, которая при отбойке на открытое пространство израсходовалось бы на отброс взорванной массы. Обрушенные породы преграды при этом уплотняются и смещаются.

Смещение зажимающего материала при отбойке первого ряда скважин достигает 2, 0-2, 5 м и при взрывании 4-5 рядов – до 3 м.

Экспериментально установлено, что при отбойке в зажатой среде у вновь образованного забоя создается просвет. Ширина просвета после взрыва первого ряда скважин составляет до 1 м. Очевидно, просвет на короткое время образуется после взрыва каждого последующего ряда скважин. Благодаря просвету, куски руды с огромной скоростью (50-100 м/с и более) – ударяются о жесткую преграду и происходит их дополнительное дробление.

По мере увеличения числа рядов взрываемых скважин, просвет у забоя постепенно исчезает. Зажимающий материал уплотняется почти до предела (К _р = 1, 0-1, 1). При этом поглощается почти вся энергия взрывной волны и отрыва руды не происходит.

На основе экспериментальных работ [М.М. Ахметов, 1975] установлено, что с уменьшением К _р от 1, 5 до 1, 05 скорость взрывной волны возрастает более чем в 13 раз, но способность жесткой преграды поглощать энергию удара увеличивается до 95-99%. В практике рудников максимальная толщина одновременно отбиваемого слоя руды в зажиме не превышает 15-18 м.

Эффект разрушающегося воздействия удара отбитой руды в зажиме может быть оценен через напряжения (σ), возникающие в кусках при столкновении с преградой. Исходя из условия равенства количества движения импульсу силы, можно записать:

, (4.4)

где m – масса отбиваемого слоя руды, кг;

u – скорость движения руды в момент удара, м/с;

F – сила удара ее о преграду, кгс;

t – продолжительность действия удара, с.

В свою очередь:

, (4.5)

где W – линия наименьшего сопротивления (толщина слоя), м;

S – общая площадь взрываемого слоя руды, м²;

γ – плотность руды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

С другой стороны напряжения (σ) в слое руды в момент удара можно записать:

, (4.6)

где k – коэффициент плотности контакта, учитывающий относительную площадь соприкосновения отбитого слоя руды с кусками зажимающего материала (д.ед).

Из приведенных формул (4.4-4.6) следует

, (4.7)

В примере, приведенном В.Р. Именитовым [1984], показан расчет σ при W = 3 м, γ = 2, 8 т/м³, u = 20-50 м/с, t = 0, 01 с и к = 0, 02-0, 05. В принятых параметрах, достаточно типичных для отбойки руд в зажиме, значение σ достигает 10-20 тыс. МПа, что существенно превышает предел прочности пород.

Преимущества отбойки руды в зажиме:

· более полное использование энергии взрыва и снижение в известных пределах выхода негабарита, что способствует росту интенсивности и производительности процесса выпуска и доставки руды;

· отсутствие затрат на проходку отрезного восстающего и отрезной выработки для создания компенсационного пространства в камере;

· позволяет производить торцовый выпуск из буровых штреков (ортов), что исключает проходку выпускных выработок (воронок, дучек) в основании блока и сокращает изрезанность массива.

Недостатки:

· усложнение выпуска первых доз уплотненной руды после взрыва с возможными ее зависаниями;

· возрастает вероятность нарушения скважин последующего слоя в массиве с дополнительными затратами на их восстановление;

· выброс части руды в буровые выработки. При использовании погрузочно-доставочных самоходных машин, последний недостаток не оказывает существенного влияния на интенсивность выпуска руды.