В этом случае
.
В реальных условиях карьера применение наклонных скважин затруднено из-за сложности контроля их параллельности в ряду и не параллельности по отношению к откосу уступа. Вследствие сложной конфигурации линии верхней бровки уступа ориентация по контуру бровки в районе бурения одной или нескольких скважин может привести к существенным отклонениям от расчетного расстояния между скважинами в нижней части, что вызывает ухудшение дробления горной массы и “проработки подошвы”.
Ориентацию направления наклонных скважин необходимо проводить по направляющему тросу, который протягивают вдоль ряда буровых скважин с помощью маркшейдерских инструментов.
Вертикальный откос может быть создан способом предварительного щелеобразования (рис.8). Он заключается в том, что во взрывном блоке параллельно последнему ряду скважин бурят контурные скважины малого диаметра на расстоянии 0,50,9 м друг от друга. Эти скважины заряжают гирляндами из патронов аммонита № 6ЖВ, привязанных к детонирующему шнуру. Пространство между зарядами и стенками скважин заполняют мелкой забойкой или песком на полную глубину.
Длину забойки между верхним патроном и устьем скважины принимают равной 24 м. Для уменьшения трещинообразования в глубине массива заряд прижимают к стенке скважины, обращенной в сторону взрываемого блока. Заряд для щелеобразования можно взрывать заблаговременно, до бурения основных скважин для дробления массива, или вместе с основным зарядом, который инициируется с замедлением.
Физическая сущность этого способа заключается в том, что в результате предварительного взрывания зарядов в контурных скважинах образуется микрощель, оконтурнвающая взрываемый блок. Взрывные волны от основных зарядов дробления массива экранируются плоскостью этой щели и не позволяют трещинам проникать в глубь массива. Разрушения массива от контурных зарядов практически не происходит вследствие малой массы заряда и демпфирования забойкой по всей глубине скважины.
После выемки взорванной горной массы откос уступа остается практически вертикальным.
Вертикальный откос при исключении проникновения трещин в глубь массива позволяет с наибольшей эффективностью использовать энергию взрыва взрывчатого вещества на дробление массива и обеспечивать надежность получения необходимого состава горной массы по крупности взрывом скважинных зарядов.
Большим недостатком этого способа является увеличение объема буровых работ, однако общие затраты компенсируются за счет уменьшения расхода взрывчатого вещества на дробление массива.
Рис.8 Способы увеличения эффективности использования энергии путём применения, наклонных скважин (а) и путём взрывания вертикальных зарядов с предварительным щелеобразованием (б): 1 - направляющий трос; 2 - скважины взрывного рыхления месива; 3 - контурная скважина; 4 -патрон аммонита; 5 - детонирующий шнур.
Технологически этот способ хорошо отработан. Он применяется для заоткоски бортов карьера, широко используется при строительстве котлованов, в транспортном и гидротехническом строительстве, при котором скважины для заоткоски поверхности уступа бурят под необходимым углом для обеспечения устойчивости борта карьера или котлована.
Перебур скважины. С линией сопротивления по подошве W связан параметр буровых работ — глубина перебура скважины.
Перебур осуществляют с целью проработки подошвы. Он основан на действии заряда в массиве, в результате которого образуется воронка взрыва с углом раствора (рис. 9).
Рис.9 Схема к определению глубины перебура
В данном случае линия наименьшего сопротивления принимается как радиус воронки взрыва, а глубина перебура — как глубина заложения заряда. Угол раствора воронки в нормальных условиях зависит от свойств массива и массы заряда. Однако фактически образование воронки разрушения в зоне перебура гораздо сложнее.
Величина забойки. Исходя из явления действия взрыва взрывчатого вещества в массиве и задачи получения необходимого состава горной массы в забое для экскавации величина забойки, в которой образуется зона нерегулируемого дробления, не должна превышать размера негабаритного куска. С другой стороны, при разработке нижележащего горизонта верхняя его часть представляет собой разрушенную зарядами в перебурах скважин вышележащего горизонта зону. Следовательно, величина забойки скважин на этом горизонте должна быть не менее величины перебура.
Повышение эффекта выполнения функции “запирания” заряда достигается применением самозаклинивающейся забойки в виде трех небольших зарядов взрывчатого вещества, расположенных в материале забойки на расстоянии трех диаметров скважины друг от друга и взрываемых одновременно с основным зарядом.
Наилучшим материалом забойки являются пластичные быстротвердеющие материалы типа гипсовых растворов или растворов из быстросхватывающегося цемента. Эффективна забойка из сыпучих материалов с большим удельным весом - песка, щебня из плотных горных пород. Хорошие результаты дает использование водяной забойки в полиэтиленовых оболочках, которая помимо своих функций позволяет уменьшить запыленность воздуха после взрыва.
Сетка скважин. Согласно теории взрыва при одновременном взрывании двух соседних зарядов, расположенных на расстоянии, возникают большие по величине по сравнению с одиночным взрыванием растягивающие напряжения, что увеличивает действие взрыва на отрыв горной массы по линии скважин.
Расчет расстояния между скважинами базируется на предположении, что распространение трещин от взрыва заряда взрывчатого вещества заканчивается на расстоянии а = 2W, где энергия ударной волны становится равной удельной энергии поля в этой зоне (Рис.10).
Рис.10 Схема к расчёту параметров сетки скважин:
а – два заряда на расстоянии максимального радиуса образования трещин;
б – тоже на расстоянии с учётом остаточной энергии заряда;
в – тоже при многорядном шахматным расположении зарядов.
При взрыве двух зарядов разрушение в массиве в направлении друг друга заканчивается в точке максимального радиуса образования трещин. Остаточная энергия каждого заряда по В. К. Шехурднну складывается при условии, что сумма ее будет достаточна для образования трещины еще на некоторую величину. Если принять, что остаточная энергия каждого заряда при наложении составляет половину первоначальной затраченной на трещинообразование, то радиус распространения трещин от одного заряда в сторону другого составляет . Тогда расстояние между зарядами будет
.
Расстояние между рядами при шахматном расположении скважин и одновременном их взрывании из этих же соображений составляет
При квадратной сетке и короткозамедленном взрывании между рядами
.
Взрывчатые вещества. При выборе взрывчатого вещества учитывают в целом экономичность подготовки горных пород к выемке. Чем крепче порода и больше затраты на бурение, тем целесообразнее применение более мощных, хотя и более дорогих взрывчатых веществ.
Многие простейшие взрывчатые вещества хотя и не обладают высокими качественными показателями, но дешевые, легко поддаются механизированному заряжанию и поэтому наиболее предпочтительны при массовом производстве взрывных работ.
В случае, если по характеру действия для достижения определенных результатов в конкретных условиях подходят несколько типов взрывчатых веществ, то окончательный выбор производят исходя из экономической эффективности с учетом стоимости взрывчатого вещества, затрат на доставку его в карьер, бурение и заряжание и расходов на дробление негабаритов.