В статье рассмотрена проблема взрывного вторичного дробления и решения путём метода безвзрывного вторичного дробления с использованием расширяющихся веществ.
Ключевые слова: вторичное дробление, шпур, расширяющееся вещество, негабарит, взрывная отбойка
Вторичное дробление заключается в дополнительном измельчении чрезмерно крупных кусков руды после взрывной отбойки ее. Вторичному дроблению подвергаются так называемые негабаритные куски, размер которых превышает кондиционный. Размер кондиционного куска руды устанавливается при проектировании рудника, исходя из свободной (без застревания) проходимости рудной массы по всей технологической цепочке добычи (системам рудопотоков) от забоя до поверхности в соответствии с сечениями горных выработок, по которым перепускается руда, и параметрами применяемого погрузочно-доставочного, транспортного и подъемного оборудования. Объем работ по вторичному дроблению зависит от выхода негабарита.
В настоящее время на подземных горных работах выход негабарита при больших размерах кондиционного куска руды составляет 5–12 %,а при меньших размерах доходит до 25–30 %. При большом выходе негабарита доля затрат на вторичное дробление достигает 20— 25 % от общих затрат на очистную выемку. А на рудных карьерах при правильном выборе параметров взрыва выход негабарита, требующий вторичного дробления, составляет 3–5 % от объёма взорванной горной массы.
Основным способом вторичного дробления негабаритных кусков является взрывной: преимущественно накладными и лишь изредка шпуровыми зарядами. Удельный расход ВВ на дробление негабарита накладными зарядами составляет 1,5–2 кг/м3, шпуровыми зарядами —0,4— 0,8 кг/м2. Большой расход ВВ вызывает длительную загазованность выработок и значительный разлет осколков. При взрывном методе шпуровыми зарядами радиус разлёта кусков составляет 200 метров, а при накладных зарядах около 400 метров.
Взрывное вторичное дробление негабарита и ликвидация зависаний требуют перерывов в процессе доставки для установки зарядов ВВ, их взрывания и проветривания, дополнительному сейсмическому воздействию выработок, а также разлёта и переизмельчение кусков ведёт к потерям полезного ископаемого, что существенно снижает производительность доставки и ухудшает технико-экономические показатели производства.
Поэтому постоянно предпринимаются попытки создать безвзрывные способы вторичного дробления, вызывающих раскалывания негабаритных кусков. Предложенный нами безвзрывной способ заключается в использовании расширяющихся веществ. Сухая специальная расширяющаяся смесь тонкого помола с содержанием комплекса добавок. При затворении водой образует реопластичный, текучий и нерасслаивающийся состав. В процессе гидратации материала происходит его объёмное расширение с развитием давления, позволяющего в ограниченном пространстве разрушаемого объекта создавать напряжения, способствующих формированию трещин и их дальнейшему развитию во времени.
В настоящее время опубликованы данные об условиях получения нескольких десятков видов расширяющихся и напрягающих цементов, расширение которых вызывают гидросульфоалюминаты кальция, а также оксиды магния и кальция низкотемпературного обжига. Эти цементы получают на основе портландцемента, глиноземистого цемента и их сочетания. При этом используют специальные расширяющиеся компоненты и некоторые добавки. Расширяющимися цементами (РЦ) называют вяжущие вещества, твердеющие в воде и на воздухе, в отличие от обычных цементов, обеспечивающие при твердении в воде и в воздушно-влажных условиях увеличение объема, уплотнение, а при ограничении их расширения — самонапряжение цементного камня.
Подавляющее большинство выпускающихся и предлагаемых к выпуску «расширяющих добавок» в основном состоит из сульфоалюмината кальция, свободного окиси кальция, или содержит совместно эти два компонента. Расширяющимися составляющими цемента являются гипс, свободная известь, не связанная в силикаты и алюминаты кальция, и свободная магнезия, получаемая главным образом из доломита, содержащегося в некоторых известняках.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, предложенный И. В. Кравченко, является быстротвердеющим гидравлическим вяжущим, получаемым совместным тонким измельчением высокоглиноземистых шлаков (70 %) и природного двуводного гипса (30 %). В этом случае образование гидросульфоалюмината кальция протекает в результате взаимодействия с сульфатом кальция гидроалюминатов кальция, образующихся при гидратации глиноземистого цемента. При твердении гипсоглиноземистого расширяющегося цемента на воздухе необходимо увлажнять изготовленные из него растворы и бетоны в течение первых трех дней после затворения водой. Согласно СНиП начало схватывания гипсоглиноземистого цемента должно наступать не ранее 20 мин, а конец не позднее 4 ч после затворения, остаток на сите № 008 — не более 10 %. Марки гипсоглиноземистого цемента: 300, 400 и 500 (предел,прочности при сжатии через 3 суток образцов жесткой консистенции из раствора 1:3). Через сутки прочность составляет соответственно 250, 350 и 450. Величина относительного линейною расширения твердеющих образцов цементного теста из гипсоглиноземистого цемента должна составлять не менее 0,15 и 0,1 % соответственно через 1 и 28 суток комбинированного водно-воздушного твердения и не менее 0,15 % через сутки при погружении в воду (через 1 ч после конца схватывания), а также не менее 0,3 % и не более 1 % через 28 суток такого же водного режима твердения. Водонепроницаемый расширяющийся цемент и гипсоглиноземистый расширяющийся цемент не рекомендуется применять для производства строительных работ при температуре ниже 0 С без обогрева, а также при эксплуатации конструкций в условиях температуры выше +80 С.
Французский ученый Лосье предложил получать расширяющийся, а также безусадочный цемент из трех компонентов:
‒ цемента, составляющего основу этого цемента;
‒ сульфоалюминатного цемента, являющегося расширяющейся добавкой;
‒ стабилизатора в виде шлака, вступающего в реакцию через определенный период твердения и приостанавливающего расширение цемента путем поглощения одного из компонентов расширяющейся добавки — сульфата кальция.
Расширение РЦ основано на образовании гидросульфоалюмината кальция. В первый период твердения обычного цемента образуется такое количество гидросульфоалюмината кальция, которое не может обеспечить его расширение. Добавка высокоглиноземистых шлаков (глиноземистого цемента) и гипса способствует увеличению количества возникающего гидросульфоалюмината. Гидравлическая добавка понижает концентрацию СаО в жидкой фазе, обеспечивая более быстрое растворение алюминатов кальция и образование гидросульфоалюмината путем кристаллизации из раствора в первый период твердения.
Гидросульфоалюминат кальция образуется с большей скоростью при 60–80 С, поэтому пропаривание при этих температурах значительно ускоряет твердение РЦ.
Используемый в производстве РЦ цементный клинкер должен содержать не менее 7 % алюминатов кальция и не менее 45 % С3S. Высокоглиноземистые шлаки (глиноземистый цемент) могут быть заменен бокситом.
Начало схватывания РЦ не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч. Марки — 400, 500 и 600 (при испытании на прочность при сжатии через 28 суток образцов из раствора жесткой консистенции). Величина относительного линейного расширения образцов из цементного теста должна составлять не менее 0,15 и 0,1 % соответственно через 1 и 28 суток комбинированного водно-воздушного твердения и не менее 0,15 % через 1 сутки водного твердения; через 28 суток хранения в воде она должна составлять 0,3–1 %. Образцы из бетонной смеси, должны обнаруживать полную водонепроницаемость при рабочем давлении 1 атм.
Напрягающий цемент (НЦ), предложенный В. В. Михайловым и его сотрудниками, представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения смеси, состоящей из 65 % цемента, 20 % шлака глиноземистого цемента и 15 % гипса. Он предназначен для железобетонных конструкций, арматура которых должна быть напряжена в нескольких направлениях (двухосное и трехосное напряженное армирование). Такое напряжение арматуры механическим путем связано с большими затруднениями.
Нами предлагаемая смесь -это готовая к применению сухая смесь, предназначенная для разрушения горных пород. Порошок белого или серого цвета, пылящий, негорючий, взрывобезопасный, рН>12. При смешивании с водой образуется суспензия, которая, будучи залита в шпур, твердеет и увеличивается в объеме. Водотвердое соотношение 0,3–0,35. Увеличение объема сопровождается развитием давления от 50 до 150 МПа. В теле разрушаемого объекта развиваются напряжения, превышающие предельную прочность при растяжении, что и приводит к разрушению объекта. Эффект разрушения выражается в образовании в теле объекта трещин с их развитием во времени. Образование трещин происходит от 4 часов. Температура воды для затворения летом от 10–20° С, зимой от 20 до +50° С.
Разрушаемый обьект должен иметь параллельно оси шпуров хотя бы две открытые поверхности. Расстояние между шпурами 200–250 мм. Характеристики разрушаемого объекта: предел прочности при разрыве. Расстояние от шпуров до открытой поверхности должна быть не более расстояния между шпурами. Шпуры следует располагать в одну линию параллельно открытой поверхности. Чем больше глубина шпура и его диаметр, тем больше развиваемое давление расширения. Глубина шпуров должна составлять 90…95 % от глубины разрушаемого объекта. Диаметр шпура 32–40 мм (если диаметр более 40 мм возрастает вероятность самопроизвольного выброса материала).
Расход материала на 1 м шпура диаметром 32 мм — 1,5 кг, 40 мм — 2 кг. Удельный расход материала8,0–17кг/м3 объекта. Шпуры заливаются рабочей смесью до устья. Рекомендуется после появления даже волосяных трещин, полить разрушаемый объект водой. Распыление воды на поверхность объекта в зоне трещин увеличивает их ширину.
Основными характеристиками разрушаемого объекта, учитываемыми при разработке схемы бурения шпуров, являются: предел прочности при разрыве материала объекта. Расстояние между шпурами ориентировочно можно определить, пользуясь следующей формулой: L=1000 D/g, где D — диаметр шпура в (см), g — предел прочности при разрыве материала объекта, кгс/см кв. Основным принципом при проектировании схемы бурения шпуров, обеспечивающим наибольшую эффективность работ, является стремление выполнить, возможно, меньший объем буровых работ применительно к конкретному объекту.
Основные преимущества предлагаемой технологии является отсутствие шума и вибраций при разрушении, экологическая безопасность до и после применения, отсутствие пыли и выбросов после разрушения, низкая водопотребность, трещинообразование от 4 часов, высокая текучесть и способность самоуплотняться, высокая степень расширения и применение в стесненных условиях.
Литература:
- А. В. Волженский, Ю. С. Буров, В. С. Колоколников «Минеральные вяжущие вещества» М:Стройиздат 1973г. 454 ст.
- Б. Н. Кутузов «Взрывные работы» М: Недра 1980г. 326 ст.
- Водонепроницаемый расширяющийся цемент и его применение в строительстве, М., 1951 (совм. с др.);
- Будников, П. П. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках / П. П. Будников, Л. Б. Хорошавин. — М.: Металлургия, 1971. — 192 с., ил.
- Будников, П. П. Реакция в смесях твёрдых веществ / П. П. Будников, А. М. Гинстлинг. — М.: Стройиздат, 1971. — 488 с. — Библиогр.: с. 442–468
- И. В. Кравченко, Испытание на прочность бетона в образцах, изделиях и сооружениях. М., 1964; и др.
