Пути совершенствования методов добычи щебня для покрытия дорожного полотна

Пути совершенствования методов добычи щебня для покрытия дорожного полотна

Для возведения дорожного полотна при строительстве автомобильных и железных дорог используется щебень. Добыча щебня взрывным способом связана с проблемами ресурсосбережения и повышенной опасностью при ведении взрывных работ. Интенсификация процессов разрушения горных пород взрывом в значительной степени зависит от качества дробления горной массы, разброса отбиваемой горной породы и выхода негабаритов.

При взрыве сплошных скважинных зарядов горная порода дробится чрезвычайно неравномерно. Разделение колонки заряда на отдельные части и одновременное инициирование всех его частей способствует соударению продуктов детонации в местах расположения воздушных промежутков. Встречное соударение продуктов взрыва в воздушных промежутках осуществляется при скорости детонации заряда взрывных веществ (далее ВВ), которой недостаточно для резкого нагружения горного массива, создания интерференции взрывных волн и дробления горных пород в режиме требуемой кусковатости. Кроме этого, верхняя часть уступа, расположенная выше торца заряда, дробится преимущественно на крупные части. В условиях взрывного разрушения скальных пород затрудняется достижение требуемой кусковатости горной массы, а при отбойке блочно-трещиноватых пород выход негабарита резко увеличивается. В целях достижения качества разрушенной горной массы по кусковатости проводят вторичное взрывное разрушение негабаритных кусков и после этого используют дробильные установки, что приводит к увеличению энергоёмкости процесса подготовки.

Взрывное разрушение горных пород осуществляется силами на сжатие в режиме объёмного напряженного состояния. Аналитически это представляется как σ1 ≤ σ2 ≤ σ3 или σ1 ≥ σ2 ≥ σ3. Таким образом, раздробленная горная масса в результате взрыва и повторного разрушения взрывом не- габаритов, а также измельчения в дробилках приобретает высокую трещиноватость и теряет свою прочность. В процессе эксплуатации дороги постепенно щебень превращается в песок, так как она имеет низкую прочность. Но, несмотря на это, продолжается добыча щебня из слабых пород. Результат - низкое качество дорожного покрытия. Постепенное измельчение щебня дорожного полотна под действием динамических сил при торможении большегрузных машин приводит к превращению щебня в песок и снижению коэффициента сцепления дорожного покрытия. В результате чего асфальтное покрытие становится неустойчивым и при резких динамических нагрузках собирается в «стиральную доску». Езда по таким дорогам не безопасна и приводит к авариям.

При ведении взрывных работ на крепких горных породах не нашли применения методы разрушения горных пород сфокусированными импульсами в кумулятивных полостях, рассредоточенных в заряде ВВ, и создание на этой основе знакопеременной нагрузки. Аналитически это представляется как σ1 ≤ σ2 ≥ σ3 или σ1 ≥ σ2 ≤ σ3 . В то же время для разрушения горного массива усилиями на изгиб или растягивающими силами тратится энергии на порядок меньше, чем при сжатии. В этих условиях дальнейшее совершенствование процессов взрывной отбойки с целью достижения требуемой кусковатости и компактного навала отбиваемой горной массы приобретает крупное народнохозяйственное значение. Поэтому разработка ресурсосберегающих и безопасных технологий на основе управления взрывной отбойкой крепких горных пород путем применения ускорителей подтверждает актуальность проблемы. С целью повышения прочности щебня необходимо изменить технологию взрывного разрушения крепких горных пород. Наиболее приемлемым для этих целей является высокочастотная взрывная технология, разработанная Т.М. Игбаевым

При возбуждении взрыва скважинного заряда сверху взрывается вначале только её первая верхняя часть, а затем инициирование последующих разделённых частей производится через определённое время ступенчато каскадным методом, обеспечивая постепенное накопление энергии взрыва направленно сверху вниз по методу «домино». Сконцентрированная энергия взрыва из донной части уступа поднимает взорванную массу к устью скважины по принципу второго закона Ньютона, создавая дополнительное разрушение горной массы (см. рис.1).

Поставленная задача обеспечения высокой эффективности и безопасности взрывных работ решается созданием высокочастотного взрывания на основе одновременного действия многих факторов взрывного процесса. В результате почти одновременного действия во времени сконцентрированных взрывных импульсов, скачков энергий от взрыва больших масс заряда ВВ, продукты взрыва направляются перпендикулярно оси скважины. Суммированная энергия взрыва направляется от устья в донную часть уступа, и его пульсирующее действие продуктов взрыва в воздушных промежутках заряда создаёт высокочастотное волновое действие, (см. рис.2).

Рис.1. Разделённый воздушными Рис.2. Разрез скважинного заряда перегородками скважинный заряд с ускорителями и формирование принципа волнового действия

Кроме этого, сокращаются расходы на буровые работы за счёт раздвижения сетки скважин и уменьшения перебура. На автомобильных дорогах Республики Казахстан продолжает оставаться высоким возникновение дорожно-транспортных происшествий вследствие низкого качества дорожного покрытия. Повышение безопасности дорожного движения зависит от коэффициента сцепления между гранулами кусков щебня и его прочности. Новая взрывная технология повышает прочность кусков горной массы. Проведены промышленные испытания способа высокочастотного взрывания каскадным методом возбуждения скважинного заряда на карьере

«Шильбастау» пос. Горный Алматинской области. Эксперименты показали, что внедряя новую технологию взрывной отбойки, можно разрушать крепкие горные породы в режиме заданной кусковатости и снизить затраты на буровзрывные работы в 2 раза.

Продукты взрыва при интенсивной концентрации импульсных нагрузок в заряде пробивают внутреннюю пустоту ускорителя и из её внутренней части возбуждают взрыв заряда ВВ, находящихся вокруг объёмной полости. Масса заряда ВВ, подлежащая инициированию в единицу времени, может регулироваться в большую или меньшую сторону. Это зависит от продолжительности времени концентрации взрывного импульса и длины ускорителя. При взрыве заряда ВВ, находящегося вокруг ускорителя, создаётся концентрация волн напряжений за пределами заряда ВВ в разрушаемом массиве. Боковая поверхность ускорителя ввиду её вогнутости вовнутрь способствует формированию волн напряжений за пределами заряда.

При возбуждении взрыва скважинного заряда сверху взрывается вначале только ее первая верхняя часть, затем инициирование последующих ее разделенных частей производится через определенное время ступенчато каскадным методом, обеспечивая постепенное накопление энергии взрыва направленно сверху вниз по методу «домино». Этот метод рекомендуется для ведения взрыва в безразлётном режиме. Сконцентрированная энергия взрыва из донной части уступа поднимает взорванную массу к устью скважины, создавая дополнительное разрушение горной массы. В результате многократных волновых усилий при взрыве заряда ВВ по разрушению пород достигается требуемая кусковатость горной массы (рис. 3–4).

Рис.3. Взрыв скважинного заряда, слева по Рис.4. Разрушенный блок – в дальнем по новой, новой - белый, справа по старой технологии в ближнем плане по старой технологии красного цвета

Экспериментально установлено, что при пятикратном ускорении времени взрывного импульса, скорость продуктов взрыва выросла с 3402 до 25 000 м/c. Практически при скважинной отбойке с диаметром скважины 250 мм, скорость продуктов взрыва можно увеличить в 10 раз и более. Резкое увеличение скорости взрывного процесса и дифференцированное изменение направления действия продуктов взрыва позволяет вести взрывное разрушение крепких горных пород в режиме требуемой кусковатости без повторного взрывания и дополнительного дробления в дробильных установках.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Игбаев Т.М., Данияров Н.А. Патент №23622 Способ разрушения горных пород высокочастотным взрывом. РК. 2010.
  2. Игбаев Т.М. Жарылыс куатынын колданысы. Оку куралы 136 бет. КазУТУ. 2010.
  3. Игбаев Т.М., Данияров Н.А. О среднем диаметре кусков горной массы. Труды Международной научной конференции. Наука и образование-ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» (23-24 июня 2009.) Выпуск 2. Караганда.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...