СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом более 70% всего объема добычи скальных и полускальных пород на карьерах черной, цветной металлургии и карьерах строительных материалов производится с применением буровзрывных работ.

Выбор параметров буровзрывной подготовки производят с учетом конкретных горно-геологических и производственных условий разработки месторождения. При этом выбор осуществляют таким образом, чтобы параметры развала максимально соответствовали проектным значениям, которые в свою очередь выбираются таким образом, чтобы максимизировать производительность выемочно-погрузочного оборудования при минимизации совокупных затрат. Иными словами, рассматривают комплекс сопряженных процессов - буровзрывную подготовку пород к выемке и выемочно-погрузочные работы, и стремятся минимизировать суммарные затраты.

Одним из основных параметров буровзрывной подготовки, определяющих, насколько полно выемочно-погрузочное оборудование может использовать паспортную производительность, является крупность взорванной горной массы, которая характеризуется средним диаметром взорванного куска и коэффициентом разрыхления. То есть для каждого типа экскаваторов существует определенная рациональная величина взорванного куска породы для того, чтобы экскаватор мог работать с запроектированной производительностью. В этой связи стоит особо отметить, что при оценке производительности выемочно-погрузочной техники учитывается объем погруженной породы в твердом теле. Для этого используется коэффициент экскавации, равный отношению коэффициента наполнения ковша к коэффициенту разрыхления породы в ковше. Очевидно, что при неизменном объеме ковша экскаватора ковш может быть от цикла к циклу заполнен в разной степени и, что более важно, один и тот же объем разрыхленной породы может в твердом теле быть различным - это в свою очередь и определяет коэффициент разрыхления.

Одним из основных параметров, который оказывает существенное влияние на результат проведения буровзрывных работ, является удельный расход взрывчатых веществ (ВВ). Выбор рациональной величины удельного расхода ВВ во многом определяет качество буровзрывной подготовки. Под качеством буровзрывной подготовки авторы понимают степень соответствия параметров взорванной горной массы тем параметрам, при которых обеспечивается минимум затрат на выполнение двух процессов открытых горных работ: подготовки горной массы к выемке и выемочно-погрузочных работ. Поэтому задача управления качеством взрывной подготовки горной массы за счет определения рационального удельного расхода ВВ является актуальной.

Известен способ определения рационального удельного расхода ВВ (Методическое руководство по выбору схем ведения взрывных работ на угольных разрезах с учетом физико-технических свойств пород и использования средств механизации. Челябинск: 1981. - 97 с.), включающий аналитическое определение рационального удельного расхода в явном виде, при этом рациональный удельный расход является функцией следующих аргументов: диаметр средней естественной отдельности, высота уступа, диаметр скважинного заряда, коэффициент, учитывающий влияние угла наклона скважин.

Недостаток известной методики заключается в том, что, используя ее, невозможно обеспечить качественное дробление горной массы для всего диапазона горно-геологических и производственных условий, имеющихся на настоящий момент на горнодобывающих предприятиях. Это выражается в том, что при отработке горной массы, взорванной согласно известной методике, производительность экскаваторов большой единичной мощности (20 и более м³) в реальных производственных условиях оказывается меньше паспортной на 15-20%. Так, например, экскаватор Н&Р-2800 с емкостью ковша 33 м³, работая на Бачатском угольном разрезе, обеспечивает только 800 тыс. м³/мес вместо 1000 тыс. м³/мес, т.е. на 20% меньше.

Для того чтобы раскрыть природу описанного недостатка, необходимо коснуться одной из важнейших конструктивных характеристик экскаватора - удельной массы экскаватора на единицу объема ковша, и оценить ее изменение, а также степень влияния на работу экскаватора, его производительность. В 60-х годах прошлого столетия Н.Г. Домбровским было отмечено, что при некотором состоянии разрыхленного буровзрывными работами массива горной массы экскаватор работает в «стопорном режиме». Согласно определению, которое дает Н.Г. Домбровский, стопорный режим работы - это такой режим, при котором во время черпания ковш останавливается, и машинист должен принять решение - пытаться продолжить черпание и подвергнуть экскаватор риску серьезной поломки или прекратить черпание и выгрузить в транспортный сосуд не полностью заполненный ковш. Именно работой в стопорном режиме объясняется снижение фактической производительности мощных экскаваторов относительно паспортной, наблюдаемое в настоящее время на предприятиях, ведущих разработку полезных ископаемых открытым способом. Стоит отметить, что при разработке горной массы, подготовленной по известной методике, с использованием экскаваторов с объемом ковша менее 20 м³ подобной проблемы не возникает. Подобное различие обусловлено конструктивными различиями, которые заключаются в том, что удельный показатель массы на единицу вместимости ковша экскаваторов с емкостью ковша менее 20 м³ в два раза превосходит аналогичный показатель экскаваторов с емкостью ковша более 20 м³. Иными словами, с увеличением единичной мощности экскаватора темп прироста емкости ковша в два и более раза превосходит темп прироста массы экскаватора. В описанном выше кратном различии массы экскаватора, приходящейся на единицу вместимости ковша экскаватора, которое обусловлено присущими конструктивными особенностями экскаваторов с емкостью ковша менее 20 м³ и более 20 м³, заключается природа невозможности эффективно использовать известный способ расчета рационального удельного расхода.

Известен также способ определения рационального удельного расхода ВВ (Комплексная оценка эффективности буровзрывных работ при выемке взорванных пород экскаваторами типа ЭКГ / Ташкинов А.С., Сысоев А.А., Ташкинов И.А., Зорина Л.А. 2010. №2. С. 59 65), включающий производство массового взрыва, размещение экскаватора на блоке, определение рационального значения удельного расхода ВВ по формуле q_p=f·Δq, кг/м³, выполнение черпания и разгрузки горной массы в транспортный сосуд.

Недостатком этого известного способа является то, что параметр Δq определяют графически, причем используют единую зависимость для всего диапазона емкости ковша. То есть интервал вместимости объема ковша экскаваторов ЭКГ, ЭГО, ЭШ от 5 до 56 м³ рассматривается в известном способе как однородный, для которого справедлива единая зависимость, представленная графически в указанной выше статье. Кроме того, точность расчета рационального удельного расхода ВВ варьируется, в силу субъективных причин, таких как точность инструментов, которыми происходит снятие данных с известной зависимости, описывающей Δq, а также персональный навык пользователя графического материала. Таким образом, опираясь на раскрытые в описании принципиальные различия между экскаваторами с емкостью ковша больше 20 м³ и меньше 20 м³, очевидно, что использование известной общей зависимости для определения параметра Δq при расчете рационального удельного расхода ВВ не обеспечивает качественной подготовки горной массы к выемке. При этом дополнительным фактором, отрицательно сказывающимся на точности расчета и, соответственно, мультиплицирующим негативный эффект от применения зависимостей, неадекватно описывающих параметр Δq, является представление этих зависимостей графически.

Технический результат заявляемого изобретения - снижение суммарных затрат на буровзрывную подготовку горной массы к выемке и выемочно-погрузочные работы, улучшение качества буровзрывной подготовки горной массы к выемке за счет уточнения значения рационального удельного расхода ВВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения рационального удельного расхода ВВ, включающем определение рационального значения удельного расхода ВВ по формуле q_p=f·Δq, кг/м³, производство массового взрыва, размещение экскаватора на блоке, выполнение черпания и разгрузки горной массы в транспортный сосуд, согласно заявляемому изобретению перед определением рационального значения удельного расхода ВВ по формуле производят определение емкости ковша экскаватора, значение параметра Aq уточняют по формулам:

при

при

где q_p - рациональное значение удельного расхода ВВ;

Е - геометрическая емкость ковша экскаватора, м³;

f - коэффициент крепости пород по Протодьяконову;

Δq - шаг изменения q_p, приходящегося на единицу коэффициента крепости пород, кг/м³;

Э_вв - относительная эффективность удельного расхода ВВ;

d - диаметр куска взорванной горной массы, м,

и далее выполняют черпание и разгрузку горной массы в транспортный сосуд в нормальном режиме.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Перед определением рационального значения удельного расхода ВВ определяют геометрическую емкость ковша экскаватора, которым планируют отработать взорванную горную массу. Согласно полученному значению (для Е ≤20 м³ или Е >20 м³) выбирают формулу для расчета, в которую подставляют следующие значения: диаметр бурения, геометрическую емкость ковша экскаватора, относительную эффективность удельного расхода ВВ. Значение параметра Δq уточняют по формулам:

при

при

где q_p - рациональное значение удельного расхода ВВ;

Е - геометрическая емкость ковша экскаватора, м³;

f - коэффициент крепости пород по Протодьяконову;

Δq - шаг изменения q_p, приходящегося на единицу коэффициента крепости пород, кг/м³;

Э_вв - относительная эффективность удельного расхода ВВ;

d - диаметр куска взорванной горной массы, м,

и далее выполняют черпание и разгрузку горной массы в транспортный сосуд в нормальном режиме.

Затем определяют рациональное значение удельного расхода ВВ по формуле q_p=f·Δq, кг/м³.

Производят массовый взрыв. Размещают экскаватор на блоке. Выполняют черпание и разгрузку горной массы в транспортный сосуд в нормальном режиме.

Пример конкретного выполнения способа

Способ был испытан на филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Бачатский угольный разрез».

Срок испытаний 1 месяц: с апреля по май 2014 г. Отрабатывались песчаники крепостью 9 по шкале проф. Протодьяконова М.М. Диаметр бурения 0,216 м.

По истечении месяца работы экскаватор, работа которого анализировалась - РН-2800 ХРС, с емкостью ковша 33 м³ отработал 915,81 тыс. м³ породы, что на 134,06 тыс. м³ или на 17,15% больше по сравнению с базовым периодом (за базовый период был выбран 1 месяц работы: с марта по апрель 2014 г.). При этом увеличение производительности в апреле-мае повлекло за собой ожидаемое снижение удельных эксплуатационных затрат, которые составили 7,4 руб./м³, что на 1,3 руб./м³ меньше удельных эксплуатационных затрат в марте-апреле.

Для экскаватора РН-2800 ХРС базовый удельный расход, рассчитанный согласно известному способу, который ранее применялся на разрезе до испытания заявляемого способа, составляет 0,657 кг/м³. Удельный же расход, рассчитанный согласно заявляемому способу, который использовался при подготовке горной породы к отработке экскаватором РН-2800 ХРС, составил 0,688 кг/м³, что больше на 0,031 кг/м³. При средней цене 1 кг ВВ 14 руб./кг удорожание составило 0,434 руб./м³.

Итогом месяца работы стало результирующее снижение удельных эксплуатационных затрат по двум сопряженным процессам - БВР и выемочно-погрузочные работы - на 0,866 руб./м³, что в абсолютном выражении составляет 793091,46 руб. При годовой производительности рассматриваемого экскаватора 10 млн м³ эффект составит 8660000 руб./год.

Таким образом, заявляемый способ позволяет снизить суммарные затраты на буровзрывную подготовку горной массы к выемке и выемочно-погрузочные работы за счет повышения производительности экскаваторов с емкостью ковша более 20 м³, достигаемого посредством улучшения качества буровзрывной подготовки горной массы к выемке путем уточнения значения рационального удельного расхода ВВ, и снизить затраты на буровзрывную подготовку горной массы для ее последующей отработки экскаваторами с емкостью ковша менее 20 м³ путем уточнения значения рационального удельного расхода ВВ.