6.5. Баланс энергии вв при взрыве

Превращение потенциальной энергии взрываQ_vв полезные формы механической работы происходит со значительными потерями. Большой интерес представляет схема использования энергии взрывчатых веществ при производстве взрывных работ в горных породах, которую А.Ф. Беляев представил в виде диаграммы работы взрыва (рис. 6.4). На ней четко показаны полезные формы использования энергии ВВ и бесполезные формы ее расходования. Как видно из рис. 6.4, потенциальная энергия ВВ за исключением химических потерь составляет полную фактическую тепловую энергию взрыва равную 0,72...0,80Q_v , а за вычетом тепловых потерь – полная фактическая работа взрыва составляет примерно 0,5Q_v.

Химические потери связаны с неполнотой превращения ВВ в результате частичного разброса вещества в зоне реакции.

К тепловым относятся потери, обусловленные тем, что продукты взрыва выбрасываются в атмосферу еще достаточно нагретыми, а также тем, что часть теплоты идет на нагревание окружающего горного массива (путем теплообмена и внутреннего трения при пластических деформациях среды).

Действие взрыва заряда ВВ в породном массиве проявляется в полезных формах, для которых выполняется взрыв, и бесполезных, представляющих собой потери, а также вредных воздействий на законтурный массив (разброс породы, переизмельчение прилегающей к заряду части массива). В зависимости от условий взрыва и его цели полезные формы работы будут существенно меняться. Применительно к взрывным работам в скальных породах наибольшее значение имеет работа дробления и перемещения пород, а в рыхлых – простреливание (образование полостей) и выброс на определенную высоту и расстояние.

Долю потенциальной энергии взрыва, приходящуюся на полезные формы механической работы А_ВР, называюткоэффициентом полезного действия взрыва

КПД_ВР= (А_ВР/Q_V)· 100%. (6.12)

Коэффициент весьма мал. Например, только 3...8% потенциальной энергии взрыва затрачивается на фактическую работу разрушения и выброса; при взрывах на рыхление КПД_ВРможет доходить до 13...30%.

Глава 7

Шпуровой метод взрывных работ

При проведении горных выработок и добыче полезного ископаемого в угольных шахтах в основном используется шпуровой метод ведения взрывных работ, скважинный метод играет второстепенную роль.

Принцип шпурового метода заключается в том, что в подлежащем разрушению массиве по забою бурят шпуры, в каждый из которых помещают заряд ВВ и забойку с последующим взрыванием зарядов с заданной очередностью.

7.1. Основные параметры шпурового метода

Шпуромназывается цилиндрической формы полость диаметром до 75 мм и длиной до 5 м, пробуренная в породе и предназначенная для размещения заряда ВВ. Полости больших размеров называютсяскважинами. Начало шпура называетсяустьем, а конец (торцевая часть) –забоемилидном шпура, боковая поверхность шпура –стенками. Основные параметры шпуров: диаметрd_ш, длинаl´_ши глубинаl_ш(рис. 7.1).

Шпуры не имеют строгую цилиндрическую форму, так как на их стенках неизбежны выступы (до 0,5 … 1 мм) и пр. На патронах ВВ также есть неровности. Поэтому, если диаметр шпура равен диаметру патронаd_п, то патроны в лучшем случае не войдут в шпур, а в худшем – дойдут до какого-либо резкого выступа и заклинятся, что приведет к отказу. В то же время, чем больше радиальный зазор, тем меньше начальное давление при взрыве и его полезное действие.

Стандартный диаметр резцов и коронок, а следовательно, и шпуров в угольных шахтах принят равным 41…43 мм для патронов ВВ диаметром 36 и 32 мм и 51…53 мм – для патронов ВВ диаметром 45 мм.

Длина шпура – это расстояние от дна шпура до его устья, измеренное по оси. Глубина шпура – это расстояние от дна шпура до забоя выработки, измеренное по ее продольной оси, т.е. глубина заложения шпура в горном массиве. Глубину определяют как проекцию его длины на продольную ось выработки:

, (7.1)

где – угол между забоем выработки и осью шпура.

Например, глубина шпура, пробуренного под углом 62º к забою выработки на длину 2,07 м, l_ш = 2,07 ^. 0,883 = 1,83 м.

Выбор рациональной длины шпуров играет значительную роль, поскольку чем глубже заложены шпуры, тем больше подвигание забоя выработки после каждого взрыва. Применение более глубоких шпуров уменьшает количество проходческих циклов на определенную длину выработки, снижает относительное время, затрачиваемое на заряжание, взрывание и проветривание после взрыва, а также увеличивает производительность уборочных машин. Однако, при прохождении подземных выработок длина шпуров не только не может быть беспредельной, но даже не должна иметь большие числовые значения из-за работы заряда в сильном зажиме.

В практике ведения взрывных работ в забоях с одной открытой поверхностью длина шпуров бывает 1,5…3 м (в стволах – 4…4,5 м), но чаще – 1,5…1,8 м в крепких породах, 1,8…2,2 м – в породах средней прочности и 2,2…2,5 м – в слабых. При взрывных работах в забоях с двумя открытыми поверхностями длина шпуров составляет 1,8…5 м, но чаще применяют шпуры длиной 2,2…3 м. При взрывании по углю и породе длина шпуров должна быть не менее 0,6 м.