Введение
Взрывные работы — это важнейшая операция в горнодобывающей промышленности, разработке карьеров и строительстве, которая включает в себя контролируемый подрыв взрывчатых веществ для разрушения горных пород на фрагменты, поддающиеся контролю. Основной принцип взрывных работ заключается в понимании взаимодействия энергии взрывчатого вещества и механики горных пород, в частности, распространения ударных волн и последующего образования трещин.
Теория ударных волн при взрывах
Теория ударных волн обеспечивает основу для понимания того, как энергия взрыва преобразуется в механическую работу, разрушая горную породу. Как отмечал Хино (1956), при детонации взрывного заряда генерируется интенсивная ударная волна, сопровождающаяся быстрым высвобождением газа и энергии.
Эта энергия производит два основных эффекта:
1. Образование зоны дробления:
Вблизи взрывного заряда порода подвергается сильному сжимающему напряжению, превышающему её предел прочности на сжатие. Это создаёт зону дробления — область, где порода измельчается на мелкие фрагменты. Однако, поскольку породы, как правило, обладают высокой прочностью на сжатие, эта зона дробления ограничена непосредственной близостью заряда.
Рисунок 1) Шадаб Фар и др., 2019 г.)
2. Распространение ударной волны:
За пределами зоны разрушения распространяется ударная волна высокого давления в виде волны сжатия. Эта волна не вызывает немедленного разрушения породы, но передает энергию через горную массу.
На первой свободной грани (границе без внешних ограничений, например, поверхности уступа или стенки туннеля) волна сжатия отражается как волна растяжения. В механике горных пород этот переход имеет решающее значение, поскольку породы значительно слабее под действием растягивающего напряжения, чем под действием сжимающего напряжения. По мере взаимодействия волны растяжения с породой образуются трещины, когда эффективное натяжение — разница между отраженной волной растяжения и любым остаточным сжатием — превышает предел прочности породы на растяжение (Himanshu et al., 2024).
Толщина первой плиты и степень фрагментации
Первоначальное разрушение, вызванное волной растяжения, происходит на расстоянии от свободной поверхности, известном как толщина первой плиты (Хино, 1956). Это расстояние имеет решающее значение, потому что:
- Это определяет размер исходного фрагмента.
- Размеры других фрагментов, как правило, пропорциональны этой толщине.
Если оставшаяся волна сжатия сохраняет достаточную энергию после отрыва первой плиты, она продолжает распространяться наружу (см. рис. 2). Этот процесс повторяется на вновь образованных свободных поверхностях, создавая последовательные слои трещин и измельчая породу на более мелкие фрагменты. Цикл продолжается до тех пор, пока энергия волны сжатия не уменьшится ниже предела прочности породы на растяжение.
Взаимодействие этих явлений: распространение ударной волны, рассеивание энергии и прочность породы, определяет процесс дробления. Понимание этих принципов позволяет инженерам-взрывникам оптимизировать конструкции взрывных работ для достижения желаемых размеров фрагментов, минимизировать проблемы, вызванные взрывом, такие как вибрация грунта, разлет обломков породы, перебор породы, и обеспечить эффективную дальнейшую работу.
Факторы, влияющие на распространение и фрагментацию ударных волн.
На эффективность взрыва и последующее разрушение влияют несколько факторов:
1. Взрывчатые свойства
- Энергетическая ценность, скорость детонации и степень удержания взрывчатых веществ существенно влияют на интенсивность и длительность ударной волны.
2. Свойства горных пород
- Изменения прочности, плотности и структуры горных пород (например, трещины, разломы и плоскости напластования) влияют на распространение ударных и растягивающих волн.
3. Параметры проектирования взрывных работ:
- Диаметр отверстий, расстояние между ними, нагрузка и расположение зарядов определяют распределение энергии и, как следствие, фрагментацию.
4. Свободная ориентация лицевой стороны:
- Наличие и ориентация свободных поверхностей играют ключевую роль в обеспечении отражения растягивающих волн и инициировании разрушения.
5. Распределение энергии:
- Правильное распределение энергии взрыва обеспечивает равномерное разрушение и сводит к минимуму образование крупных валунов или мелких частиц.
Значение фрагментации в горнодобывающих операциях
Эффективное измельчение породы имеет важное значение для эффективности и экономичности горных работ. Хорошо измельченная порода способствует:
- Снижение затрат на погрузку и транспортировку.
- Повышена производительность и эффективность дробильного оборудования.
- Снижение энергопотребления на последующих этапах обработки.
- Повышение безопасности за счет минимизации количества опасных крупногабаритных валунов.
Важность оценки эффективности и результатов взрыва.
WipFrag, передовое программное обеспечение для анализа изображений, совершает революцию в оценке эффективности взрывных работ и степени фрагментации породы. Анализируя изображения фрагментированной породы, WipFrag предоставляет точную и полезную информацию о качестве взрыва. Вот как WipFrag повышает эффективность взрывных работ:
1. Анализ распределения частиц по размерам (РРЗ):
- WipFrag генерирует кривые распределения размеров частиц (PSD), которые количественно определяют диапазон размеров фрагментов горных пород, позволяя операторам оценить, соответствует ли степень фрагментации техническим требованиям.
2. Оценка технических характеристик.
- Программное обеспечение позволяет пользователям задавать диапазоны параметров для дробления, совместимого с дробилками. Отклонения от этих диапазонов указывают на области, требующие улучшения в проектировании взрывных работ.
3. Идентификация и подсчет валунов:
- Усовершенствованные алгоритмы WipFrag обнаруживают и подсчитывают крупногабаритные валуны, предоставляя важные данные для оптимизации размещения взрывчатых веществ и их загрузки.
4. Слияние изображений и ортомозаичная интеграция:
- Возможность объединения нескольких изображений обеспечивает всесторонний анализ больших отложений. Интеграция с ортомозаиками, полученными с помощью дронов, позволяет проводить оценку результатов взрывных работ на обширных территориях.
5. Непрерывное совершенствование:
- Сравнивая результаты дробления при различных взрывах, WipFrag способствует постоянному совершенствованию методов взрывных работ, снижению затрат и повышению эффективности.
6. Анализ в реальном времени:
- Интеграция с такими системами, как Solo 6 и Reflex 6, облегчает мониторинг и анализ в режиме реального времени, обеспечивая немедленную обратную связь для принятия решений.
Рисунок 3
Рисунок 3 В статье представлены результаты, полученные с помощью программного обеспечения WipFrag, демонстрирующие его возможности в анализе фрагментации.
- Рисунок 3а Представлена интегрированная в ГИС оценка фрагментации на месте проведения работ. Эта функция, встроенная в WipFrag, позволяет пользователям визуализировать результаты взрывных работ в пространственном отношении. Красные участки карты ГИС выделяют области с неудовлетворительными результатами взрывных работ, тогда как более светлые цвета, такие как синий и зеленый, обозначают зоны с благоприятной фрагментацией.
- Рисунок 3с На графике показаны кривые распределения размеров частиц (РРЧ), сравнивающие три разных взрыва. Желтая область отображает производственные характеристики рассматриваемого рудника, служащие эталоном. WipFrag позволяет каждому руднику определять размеры ключевых показателей эффективности (КПИ) и использовать их для текущих оценок. Это облегчает оценку улучшений, достигнутых в результате взрывных работ, в ходе последовательных циклов.
- Кроме того, кривые распределения размеров частиц содержат классификации по размерам и отмечают конкретные размеры, отклоняющиеся от требований к добыче на руднике, что обеспечивает точный мониторинг и соответствие оперативным целям.
Этот всесторонний анализ, предоставляемый WipFrag, помогает выявлять области для улучшения, оптимизировать стратегии взрывных работ и повышать общую эффективность добычи полезных ископаемых.
Заключение
Взрывные работы и дробление — сложные процессы, обусловленные взаимодействием энергии взрывчатого вещества, механики горных пород и параметров конструкции взрыва. Понимание этих основ имеет важное значение для оптимизации операций и достижения желаемых результатов. Программное обеспечение WipFrag играет ключевую роль в этой оптимизации, предоставляя подробный и точный анализ дробления, позволяя операторам оценивать производительность, выявлять области для улучшения и внедрять стратегии, основанные на данных, для постоянного совершенствования. С помощью таких инструментов, как WipFrag, горнодобывающая промышленность может добиться более безопасных, эффективных и экономически выгодных взрывных работ (скачать программное обеспечение можно здесь). https://wipware.com/get-wipfrag/).
Ссылки
Хино, К. (1956). Фрагментация горных пород при взрывных работах и теория взрывных работ на основе ударных волн. В Симпозиум ARMA США по механике горных пород/геомеханике (стр. ARMA-56). ARMA.
Химаншу, В.К., Бхагат, НК, Вишвакарма, АК, и Мишра, АК (2024). Принципы и практика взрывных работ при добыче горных пород. CRC Press.
Шадаб Фар, М., Ван, Ю., и Далло, Я.А. (2019). Анализ надежности повреждений, вызванных односкважинным взрывом горных пород. Georisk: Оценка и управление рисками для инженерных систем и геологических опасностей, 13(1), 82-98.
WipWare