Способ прогнозирования грансостава взрываемой горной породы Советский патент 1993 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам прогнозирования грансостава, и может быть использовано при проектировании взрывных работ.

Целью изобретения является повышение достоверности прогнозирования гран- состава взорванной породы.

На чертеже изображены расчетная и фактическая вероятности выхода кусков различных классов крупности для условий Ковдорского ГОКа.

Экспериментальные оценки позволяют утверждать, что преимущественные размеры кусков взорванной породы квантуются.

т.е.. каждый последующий размер куска больше предыдущего в Ј раз, а это значит, что ряд предпочтительных размеров кусков имеет .вид

. di,diЈ,diЈ2..... dif(1) Поскольку члены ряда образуют геометрическую прогрессию со знаменателем Ј, расчетное число членов ряда можно увеличить за счёт введения промежуточных средних геометрических значений

di,dir/2.diЈd,f/2...diЈ1/2 (, 1,2,,.,2n)(2) С учетом физики взрывного разрушения и требований практики наиболее целесо00

О

ю

00

ел о

CJ

образно первый член этой прогрессии принять равным среднему размеру куска в зоне множественного (бризантного) разрушения породы, т.е.

,17dcK/3/.

где d - средний размер куска породы в зоне множественного разрушения, радиус которой R(1.5-3,5)dcK, где d« - диаметр скважинного заряда.

Размер куска, соответствующий верхней границе () диапазона изменения размера кусков можно определить из условия d | n dm, откуда п lg(dm/d)/lg Ј, где dm - максимальный размер естественной .отдельности породы в массиве. Рас- счетное значение п округляют до величины кратной 1/2. Обычно 2,5 П 4 (верхний предел соответствует трудновзрываёмым, ё нижний легковзрываемым породам). Очевидно, что во взорванной породе вероятность PI выхода кусков, размер которых равен 1, т.е. Pi()1. где di - размер куска, соответствующий ряду (3), как известно, P(d di)F(d), где F(d)- интегральная функция распределения кусков по крупности.

Если установлен вид этой функции, зависящий от размера кусков, то значит определен закон распределения кусков по крупности.

В ряду предпочтительных размеров кусков (2) d служит своеобразной масштабной единицей при оценке крупности дробления, а отношение di/d - приведенный размер куска. Можно предположить, что вероятность того, что во взорванной породе выход кусков, больших чем Ј ), обратно пропорциональна приведенному размеру куска, т.е.

АО

(di

.а

P()-l/(|1/2)i Следовательно:

P(d di-2n) 1 - P(d di-2n) 1-1 /(Ј1/2) Аналогично

P(d dWn-lHl-1/ 1/2))2n-1 - .,

В общем случае при значениях от

Р Рн-1-1/(Ј1/2) (3) Для кусков, размер (диаметр) которых

, характер функции распределения F(d)должен измениться последующим

причинам. Куски размерами d, d Ј 2, d Ј можно отнести к нижним классам крупности, поскольку они существенно меньше dcp - среднего диаметра куска разрушенной взрывом породы. Квантование радиусов зон разрушения и размеров кусков преДполага0

5

0

5

0

5

0

ет равенство средних градиентов дробления, т.е.

R. откуда dcp d Ј3/2 Таким образом, средний размер куска

взорванной породы f3 и, очевидно, что он значительно превосходит отнесенные к нижним классам куски размеров d,

,d.Ј

Известно также, что нижние классы крупности образующиеся в непосредственно близости от заряда, пополняются продуктами разрушения из верхних классов

(di d I3 ) в результате взаимодействия крупных кусков между собой; При этом так называемые просыпи из верхних классов в основном представлены рядом предпочтительных размеров кусков, характерных для

нижних классов, т.е. d, d.Ј ,. d Ј.

В связи с этим можно полагать, что вероятности выхода кусков, размеры которых меньше среднего диаметра куска взорванной породы, пропорциональны размерам этих кусков. Так.

P(),1/2

Р (d )d, В общем случае, при , , получим

Pi Pi+l/f1/2(4) Для установления входящего в зависимости (1)...(4) показателя квантования Ј не-, обходимо, по сравнению с прототипом дополнительное определение скорости распространения продольных волн в образце разрушаемой породы,, предела прочности этой породы на сдвиг и максимального размера естественной отдельности породы в массиве. При этом в соответствии с (3)

Ј (ДввЛшГьу2т;/А ,

(5)

где Ј- показатель квантования размера кусков;

Дев плотность заряжения ВВ, кг/м3; qn - предельный удельный расход ВВ, кг/м3 (4)

qn.(A..e,.

(6)

где А - акустический показатель трещинова- тости пород в массиве, равный (С/С0)2;

С - скорость распространения продольных волн в массиве горных пород, м/с;

Со - скорость распространения продольных волн в образцах породы, м/с;

f- коэффициент крепости породы по М. М. Протодьяконову;

безразмерный параметр, учитывающий направление инициирования заряда и свойства ВВ;

д - коэффициент, учитывающий форму сетки взрывных скважин;

Кд(5,5/А)15 - поправка, учитывающая относительную вязкость пород;

А 6,5-0,5 (-- -3) - показатель относится

тельной вязкости пород;

Осж - предел прочности породы на ежа- тие, МПа;

Тер. предел прочности породы на сдвиг, МПА;

е - коэффициент относительной работоспособности ВВ; (принимается по таблице) г - приведенный коэффициент формы сетки скважин, равный 28,6 и 26,6 соответственно для квадратной и шахматной сеток расположения взрывных скважин;

Таким образом способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций:

- измеряют скорость распространения продольных волн в массиве С и скорость ультразвуковых волн в образцах породы С0;

- определяют пределы прочности пород Осж и тсд соответственно на сжатие и сдвиг;

- определяют максимальный размер естественной отдельности породы во взрываемом массиве, dm;

-определяют плотность заряжания В В, Авв;

- вычисляют А, Д Кди далее по формуле (6) рассчитывают величину предельного удельного расхода В В;

- вычисляют по формуле (5) показатель квантования размера кусков;

- вычисляют для принятого диаметра скважины первый член ряда предпочтительных размеров кусков .17dCK

0

5

0

5

0

5

0

- вычисляют наибольший (di-2n) размер

куска во взорванной породе di-2n d Ј где п lg(dm/d)/lg Ј

- вычисляют в соответствии с зависимостью (3) вероятности выхода кусков размеры которых меньше заданного d при условии,

что di d I37 2

- вычисляют в соответствии с (4) вероятности выхода кусков размеры которых di d Ј di d Ј1/2; di d.

Пример.

Сравнение прогнозной оценки г рансо- става взорванной породы и фактических данных выполнено применительно к взрывному дроблению кальцит-магнетитовых с апатитом и форстеритом руд (JV категория взрываемое™ по местной классификации) Ковдорского ГОКа

- скорость распространения продольных волн в рудном массиве ,94 10 м/с, а скорость распространения ультразвуковых волн в образцах руды ,43 103м/с;

- пределы прочности руд на сжатие Осж 87 МПА и сдвиг гсд 13 МПа;

- максимальный размер естественной отдельности руд в массиве ,7 м

- плотность заряжания скважин грану- лотолом Двв 1 f/м3;

-вычисляем А,А,/3, К

А (С/Со)2 (2,57/4,43)2 0,44.

А 6,5-0,5( - 3) 6,5-0,5 (Щ-3)

к:дIJ

4,65

К (5,5/А)15 (5,5/4,65)1-5 1,29 При двухстороннем инициировании скважинных зарядов гранулотола ft (ftnp + + )/2 где /3Пр и /Зоб- значения параметра соответственно при прямом (от устья скважины) и обратном иницировании (4):

Использование: взрывные работы в горной п ром ыщл енн ости и строительстве. Сущность изобретения: предварительно определяют скорость распространения продольных волн в образце разрушаемой породы, предел прочности этой породы на сдвиг и максимальный размер естественной отдельности породы в массиве, а интервал изменения крупности кусков разбивают на промежутки, кратные показателю квантования Ј так, что размер куска di. Ограничивающий каждый промежуток сверху, составляет Ј1/2, м (, .1. 2, 3, ...2п) где ,17 d« - размер куска, соответствующий нижней границе диапазона изменения крупности кусков, м; do - диаметр скважины, м, п lg(dm/d igЈ , (п) кратно 0,5) dm - максимальный размер естественной отдельности породы в массиве, м, причем вероятности Рь выхода кусков с размерами меньше di.O начиная с до устанавливают соотноше; ние Pi PI+I - 1/(Ј1/2)i, а при , 1, О PI Pi+i/ 1/2. 1ил. fe

.06 Я V(A -f)° 25K

л±.

Q06 465 Чо. 8J)025 1.29 м7

V/д . Л0.25

1 + С/О -0.03 A V(A f)0- КД е1 + 2|4 о.оз . 4,65 V(0i44 Sj)025 1.29 1.2

/5об

- 0.35

0.06А У(А-00-25КЛе

.Об 4.65 v(Q№ 8,7)° 25 1.29 1,2

0.06

1 + 0.43 С/О - 0.03 A V(A . f)0,25 к д. & + „ ю . QM . Q -0.25 . 1-29 . u

- n V f

Среднее расчетное значение ftПо формуле (6) вычисляем величину пре/J (0,275 + 0,350)/2 0,312дельного удельного расхода:

где 103 м/с - скорость детонации45 ,2б1 +0,5 -0,312 . 00 10

гранулотола; : .(0,44 «,/) 5,88 0,312 1l29.. 2

,2 - коэффициент относительной pa- 1,39 кг/м

ботоспособности гранулотола (определяет-Вычисляем по формуле (5) показатель

ся по таблице). квантования размеров кусков

Q06 465 Чо. 8J)025 1.29 м7

- 0,275

.Об 4.65 v(Q№ 8,7)° 25 1.29 1,2

0.06

Ј (1/1,39)° 25 V§ 28,6/4,65 3,2

Для скважин диаметром мм вычисляем первый член ряда предпочтительных размеров кусков:

,,17 0,25 0,0425м Вычисляем наибольший размер куска во взорванной породе

di 2п d | 0,0425 3,2П, где n fg(1,7/0,0425)/lg 3,2 3,17 принимаем , тогда

di 2п 0,0425 -3,23 1,42 м Вычисляем в соответствии с зависимостью (3) вероятности выхода кусков, размеры которых меньше di при ,..

PH2n(d d Г 1.42 м) 1-1/(3,21/2)6 0,97

2п-1

Pwn-1 (d d | 2 0,78м) 0,97 -1/(3,21/2)5 0,92

2п-2

Pi - 2n-2 (d d Ј .2 0,44 м) 0,92- - 1/(3,21/2)4 0,82

Pi-3 (d 0.243 м) 0,82-1 /(3,21/2f 0,64

В соответствии с соотношением (4) получим:

Рк Р|-з/Ј1/2 0,64/3,21/2 0,36: di 0,136м

Pi-1 Ркг/Ј1/2 0.36/3,,20; d) d Ј1/2 0,076 м

Рм Рм/Ј1/2 0,20/3,21/2 0,11

di d 0,0425м

Таким образом вариационный ряд предпочтительных размеров кусков в рассмотренном примере имеет следующий вид:

di, м 0,0425 0,076 0.136 0,243 0,44 OJ8 0,42 1,7

,11 0,20 0,36 0,64 0,82 0,92 0,97 1

В результате взрывов получены следующие данные по распределению крупности кусков

di.M 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5

Выход кусков, размеры которых меньше di, % 75,7 85,6 91,3 94,4 97,2 99

Сопоставление прогнозных оценок (кривая 1) с фактическими данными (кривая 2) представлено на чертеже и свидетельствует об их хорошей сходимости.

Предварительное определение С0 позволяют оценить А. а по нему блочность

массива 4, определение гсд позволяет количественно оценить относительную вязкость и через нее взрываемость пород. Тем- самым мы производим более полный учет

влияния свойств ВВ и породы на ее взрываемость, оцениваемую величиной предельного удельного расхода ВВ. При этом выполнение вышеуказанных операций с использованием показателя квантования размеров кусков позволяет с исчерпывающей полнотой учесть особенности и современные представления о физике взрывного разрушения горных пород, их физико-технические характеристики, свойства применяемых ВВ и технологию взрывных работ. Все это дает возможность существенно, по сравнению с прототипом, повысить достоверность прогнозирования грансостава взрываемых пород, чтаимеет важное значение при проектировании карьеров и др. гор- .ных работ.

Формула изобретения Способ прогнозирования -грансостава взрываемой горной породы, включающий

определение физико-технических свойств разрушаемых пород, характеристик ВВ нижней и верхней границ диапазона крупности кусков с разбивкой на промежутки и установление вероятностей выхода кусков

каждого промежутка, о т л и ч а и с я тем, что, с целью повышения достоверности прогнозирования, предварительно определяют скорость распространения продольных волн в образце разрушаемой породы,

предел прочности этой породы на сдвиг и максимальный размер естественной отдельности породы в массиве, а интервал изменения крупности кусков разбивают на промежутки, кратные показателю йвантования Ј так, что размер куска di, ограничивающий каждый промежуток сверху,

составляет , м (, 1. 2, З...2п) где ,17dcK - размер куска, соответству

ющий нижней границе диапазона изменения крупности кусков, м; dc - диаметр скважины, м;

Ig )dm/d) .;/n . n a ;- - , (n кратно 0,5),

as

dm - максимальный размер естественной отдельности породы в массиве, м . причем вероятности Pi выхода кусков с раз- мерами меньше di, начиная с до , устанавливают соотношением Pi PI-M -1/Ј1/2f

, 1,0 Pi- Pi+i/Ј1/2.