Экспериментальными исследованиями и практикой доказано, что увеличение степени дробления массива пропорционально увеличению полезного использования энергии взрыва. С этой целью применяют взрывание зарядов в зажатой среде путем использования “подпорной стенки”, мгновенного взрывания многорядного блока без замедления и специальных запирающих зарядов в забойке скважины.
Технология взрывания массива при наличии подпорной стенки заключается в оставлении части взорванной горной массы от предыдущего взрыва у откоса взрываемого блока, объем которой создает дополнительную нагрузку на массив и выполняет роль своеобразной забойки для трещин, образующихся в массиве от предыдущего взрыва на глубину около 100d (рис. 6).
Рис.6 Способы увеличения степени дробления массива:
а - взрыванием при подпорной стенке; б - взрыванием под оставленным слоем взорванной горной массы; в - мгновенным многорядным взрыванием; г - путем применения дополнительного заряда взрывчатого вещества в забойке; 1 - направления взрывной волны; 2 - зоны интерференции волн; 3 - основной заряд; 4 - дополнительный заряд; 5 - забойка; а - расстояние между скважинами; W – линия сопротивления по подошве; h – высота уступа; В - ширина подпорной стенки.
Ширину подпорной стенки (м) рассчитывают по формуле
,
где - коэффициент разрыхления породы;
- линия наименьшего сопротивления, м:
=0,20,4 - коэффициент, учитывающий использование энергии взрыва на дробление и перемещение горной массы;
q - удельный расход взрывчатого вещества, кг/м3;
- удельная энергия взрыва взрывчатого вещества, Дж/м3 или Дж/кг;
Е - модуль продольной упругости пород, Па;
- предел прочности породы при одноосном сжатии, Па.
Взрывание массива при наличии подпорной стенки уменьшает ширину развала горной массы и может использоваться как средство для формирования развала на рабочей площадке.
Эффект от использования оставляемой в массиве уступа части развала привел к идее применения взрывания под оставленным слоем горной массы от вышележащего уступа.
Эффект от применения многорядного мгновенного взрывания заключается в том, что заряды второго и следующих рядов находятся в зоне массива, ненарушенного трещинами от предыдущих взрывов, вследствие чего уменьшаются потери энергии взрывчатого вещества. Вместе с этим действие взрыва заряда каждого ряда для соседнего является своеобразным средством зажима из-за противоположной направленности взрывной волны. Все это способствует увеличению действия взрыва на массив и образованию интерференции взрывных волн.
Однако при использовании этого метода при равном расстоянии между рядами и линией сопротивления по подошве, заряды скважин каждого последующего после первого ряда по сравнению с предыдущим увеличиваются на 1015%, что приводит к увеличенному расходу взрывчатого вещества.
Сущность применения запирающих зарядов (самозаклинивающейся или активной забойки) заключается в помещении малого заряда взрывчатого вещества среди инертной забойки в скважине. При инициировании этого заряда одновременно с основным в скважине вследствие разнонаправленности взрывов создается дополнительное сопротивление основному заряду. Этим увеличивается действие взрыва основного заряда, повышается использование энергии взрыва в массиве, направленной на дробление породы. Масса запирающего заряда в забойке принимается приблизительно равной 1% от массы основного заряда.
Описанные способы увеличения действия взрыва в массиве могут применяться одновременно для получения интенсивного дробления.
Диаметр заряда. С учетом минимальных затрат по всему технологическому потоку величина эффективного диаметра скважин равна диаметру заряда взрывчатого вещества.
При постоянном удельном расходе взрывчатого вещества равномерное распределение в массиве взрывчатого вещества способствует увеличению степени дробления.
Экспериментальные исследования показывают, что уменьшение диаметра скважин снижает среднюю крупность горных пород после взрыва (dср), прямо пропорционально линейному масштабу изменения диаметра заряда взрывчатого вещества d.
Линия сопротивления по подошве. По энергетической теории расчета параметров взрывных работ линия сопротивления по подошве линейно связана с диаметром заряда.
С учетом явления трещинообразования массива при взрыве заряда взрывчатого вещества линия сопротивления по подошве должна быть равна величине радиуса трещинообразования. Практически минимальное значение линии сопротивления по подошве определяется из геометрических параметров уступа, м:
W=hCtg+c,
где h - высота уступа, м;
- угол откоса уступа;
с - расстояние оси вертикальной скважины от верхней бровки уступа, м.
Оптимальной величиной линии сопротивления по подошве принято считать:
Wопт. = 35 dскв..
В зависимости от линии сопротивления по подошве рассчитывается расстояние между скважинами и рядами и масса зарядов.
Физический смысл этой величины заключается в том, что по направлению линии наименьшего сопротивления радиальные трещины, образующиеся в результате взрыва заряда, достигают в первую очередь откоса уступа. Следовательно, этот параметр определяет зону дробящего действия заряда.
Для скважинных вертикальных зарядов на уступе с наклонным откосом линия наименьшего сопротивления находится ближе к верхней части заряда. Она меньше линии сопротивления по подошве. Для разрушения уступа на полную высоту увеличивают расход взрывчатого вещества, принимая в расчетных выражениях радиус разрушения массива радиальными трещинами, равными величине линии сопротивления по подошве W.
Следовательно, энергия скважинного заряда, рассчитанная по величине наименьшего сопротивления, недостаточна для разрушения массива, а энергия, рассчитанная по линии сопротивления по подошве, не полностью расходуется на дробление в верхней части уступа.
Уменьшение потерь энергии или полное исключение их возможно:
1) при использовании двухкомпонентного заряда в скважине;
2) при применении комбинированного заряда из котлового в нижней части и колонкового в верхней части скважины;
3) при применении наклонных скважин;
4) путем создания вертикального откоса.
Первый способ применяется на карьерах в нашей стране и за рубежом и достаточно полно освещен в специальной литературе. Он основан на различии свойств взрывчатых веществ. В нижней части заряда взрывчатое вещество с более высокой мощностью типа аммонитов, а в верхней части — взрывчатое вещество с меньшей мощностью типа гранулитов. Это позволяет при одновременном инициировании верхней и нижней частей заряда иметь разные радиусы зон разрушения массива для нижней и верхней частей уступа (рис.7).
Рис.7 Схемы однородного заряда (а), комбинированного из разных типов взрывчатого вещества (Б), котлового и колонкового заряда (в):
1 – заряд одного взрывчатого вещества; 2 – заряд другого взрывчатого вещества; 3 – забойка.
Второй способ в настоящее время находит распространение в связи с применением на карьерах буровых станков огневого бурения, с помощью которых можно бурить скважины с различными диаметрами по глубине. Заряд для нижней части уступа рассчитывают как котловой - по линии наименьшего сопротивления, для верхней — как колонковый дополнительный.
Применение наклонных скважин позволяет уменьшать линию сопротивления по подошве до линии наименьшего сопротивления, если их бурят параллельно откосу уступа, повысить эффективность использования энергии взрывчатого вещества вследствие уменьшения величины перебура скважины, обеспечения расчетного угла откоса уступа после взрыва и уменьшения величины развала горной массы.