CC BY
41
© А.А. Добрынин, И.А. Добрынин, 2011
УДК 622.235
А.А. Добрынин, И.А. Добрынин
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ В КАРЬЕРАХ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗВЕСТНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯХ
Рассмотрены вопросы, связанные с геофизическим контролем состояния подземных сооружений. На примере эксплуатируемых в течение 45 лет выработок Верхне-Туломской ГЭС подземного размещения, подверженных воздействию постоянных вибронагрузок, установлено ослабление трещинных контактов пород массива по границам структурных блоков. Рекомендован режимный контроль состояния приконтурного массива подземных сооружений.
Ключевые слова: горный массив, окружающая среда, трещиноватость пород, сейсмотомограмма, нарушенность пород.
Удельный расход энергии на дробление руды составляет от 2 до 5 кВт-ч/т, на измельчение стандартными способами — от 20 до 40 кВт-ч/т, а на тонкое измельчение материалов (мельче 40 мкм) требуется уже 100—150 кВт-ч/т и более. Поэтому подготовку к селективному разъединению минералов следует начинать на стадии взрывной отбойки, при которой в кусках руды должна закладываться разветвлённая сеть зародышевых трещин и обеспечиваться разупрочнение минеральных агрегатов по плоскостям срастания минералов [1]. Для того, чтобы это обеспечить необходимо наиболее полно использовать энергию взрыва, т.к. никакие последующие операции горного производства, выполняемые вплоть до обогатительной фабрики, не оказывают существенного физического воздействия на раздробленную взрывом горную массу.
Вместе с тем при взрывании промышленных блоков горных пород на дробление и перемещение породы расходуется только часть энергии ВВ, остальная часть энергии, и весьма значительная, уходит в массив не отбиваемой
породы. В зависимости от величины энергии поступающей в массив в породе могут образовываться, так называемые, «волосяные трещины», после чего куски из такого массива будут легче дробиться на всех стадиях горно-обогатительного производства. Согласно [2] взрыв каждого отдельного скважинного заряда создаёт сжимающую нагрузку в объёме массива, вдвое превышающем объём отбиваемой породы. Не смотря на постоянное хаотичное взрывание отдельных блоков, ещё не отбитая взрывом от массива порода испытывает воздействие взрывных волн, в результате чего, как показал практический опыт, её прочность постепенно снижается.
Существующие системы разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых [3—6] к сожалению, не ориентированы, на то, чтобы каким-либо образом перехватывать энергию уходящую в не отбиваемый массив горных пород. В этом случае энергия не только понапрасну теряется, но и часто расходуется в ущерб окружающей среде, при этом взрывные волны постепенно разрушают здания, сооружения, коммуни-
кации, оборудование и пр. самого горного предприятия. Одним из главных условий строительства и дальнейшей эксплуатации карьеров является условие устойчивости его бортов, в то — же время воздействие сейсмических волн от каждого массового взрыва снижает эту устойчивость.
Однако использовать энергию взрывов в карьере можно более эффективно и без ущерба, если максимально ограничить область её действия и направить в нужном направлении. Это достигается, например, оконтуриванием разрабатываемого горизонта, одного или нескольких сразу, что эффективнее, траншеями. В этом случае взрывные волны, дойдя до открытой поверхности, будут отражаться от неё и, вернувшись в оконтуренный массив, продолжать его разупрочнение. Кстати в этом случае лучше сохраняется внешняя боковая стенка траншеи, которая, например, может быть расположена по окончательному контуру (периметру) карьера.
Кроме того, дополнительный эффект от взрывов можно получить, используя на практике известное физическое явление — интерференцию волн.
Реализовать это можно, взрывая, два или более блоков, при условии, что взрывные волны после взрывов будут пересекаться в разрушаемом массиве (отбиваемом и/или не отбиваемом), желательно оконтуренном. Располагать взрываемые блоки можно так, как это показано на рисунке, где фронт отработки отдельных горизонтов месторождения имеет форму симметричного клина, вершина которого направлена в сторону противоположную направлению отработки (движению фронта) горизонта. Известно [7, 8], что в результате интерференции
Клиновидная система разработки месторождения: 1 — вскрышные траншеи; 2, 3, 4, 7 — взрываемые блоки; 5, 6 — верхний и нижний горизонты (соответственно); 8 — оконтури-вающая траншея; 9 — угол (условный) клина
взрывных волн их амплитуда и энергия в отдельных зонах оконтуренного массива будут повышаться, в результате чего возникнут дополнительные растягивающие и сжимающие напряжения, что приведёт к разупрочнению породы.
Рекомендуется, чтобы величина угла (условного) клина (рис.) была не более 90 градусов, т.к. в этом случае вероятность пересечения взрывных волн от двух симметрично расположенных и одновременно взорванных блоков (7) будет выше.
Последовательность выполнения операций предлагаемой системы разработки (рисунок) представлена ниже:
• по внешнему контуру карьера (разреза) или профильной выемки, в
случае строительства, осуществляется проходка траншей 1, вскрывающих один или несколько горизонтов 5, 6;
• забуриваются и взрываются одновременно первые блоки треугольной формы 2, отбойку которых следует делать в сторону свободной боковой поверхности, т.е. в сторону вскрышных траншей, по которым будет вывозиться раздробленная взрывом порода;
• забуриваются и взрываются симметрично расположенные блоки 2-го ряда или «заходки» 3 и так далее до формирования фронта отработки горизонта в виде симметричного клина, вершиной которого является взрывной блок промышленного размера 4;
• после формирования клина принцип взрывания блоков остаётся прежним, и только блок, расположенный непосредственно в вершине клина 4 следует взрывать совместно с парой симметрично расположенных блоков 7 недалеко от него.
При отработке месторождения несколькими слоями, на каждом новом горизонте 5, 6 последовательность
указанных технологических операций повторяется. При этом, опережение фронта верхнего горизонта 5 над нижним 6 определяется требованиями правил безопасности и техникоэкономической целесообразностью.
В условиях некоторых типов месторождений эффективность действия взрывных волн при разупрочнении породных массивов может быть больше. Например, в случае, залегания под взрываемым горизонтом породы (руды), физические (акустические) свойства которой значительно отличаются от свойств пород отрабатываемого горизонта. Такая ситуация, наиболее характерна для месторождений осадочного происхождения, например, для угольных.
Создать экранирующий слой непосредственно под взрываемым блоком, на заданной глубине, можно на любом горном предприятии или строительном объекте, где необходимо осуществлять водоотлив, т.е. понизить уровень обводнённости пород в массиве до требуемого.
Контроль уровня «грунтовых вод» или водопонижения можно осуществлять, ориентируясь на высоту столба воды в скважинах или др. зарядных выработках, а также на уровень воды в траншеях, при их наличии.
Глубина расположения экрана определяется в каждом случае конкретно, например: требуемой глубиной отбойки горных пород или требуемой глубиной их разработки, длиной взрывных скважин или высотой уступа.
Создание в массиве горных пород слоёв с разными физическими свойствами позволит сократить потери энергии взрыва, т.к. часть энергии будет возвращаться в разрушаемый породный блок или массив вместе с отражёнными от искусственно созданного экрана волнами. Известно, что взрывные волны, впрочем, как и невзрывные отражаются на границе сред, имеющих разные физические свойства. При этом, чем сильнее различаются характеристики сред или горных пород, тем величина энергии в отражённой волне будет выше [7, 8].
Поэтому наибольший эффект от применения предлагаемого способа может быть получен при взрывании пористых и карстовых горных пород.
По способу, предусматривающему использование искусственного экрана, была подана заявка на изобретение № 2008127196/03 в РОСПАТЕНТ, специалисты которого 21.10.2009 г. приняли решение о выда-
че патента на изобретение «Способ вом». разрушения блока горных пород взры-
-------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вайсберг Л.А., Баранов В.Ф., Биленко Л.Ф., Дьячкова Т.Ф. Современное состояние и перспективы развития процессов дробления и измельчения минерального сырья. Материалы 4 Международной научной школы молодых учёных и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» 6-9 ноября 2007. — М.: ИПКОН РАН, 2007, С. 259—269.
2. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. — М.: Недра, 1980. — 453 с.
3. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. — М.: Недра, 1982.
— 414 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------
Добрынин Александр Артурович - директор,
Добрынин Иван Александрович — горный инженер, Научно-техническая фирма «Рудвзрыв», тел. (495) 3485857
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ШУЛЬГА Валентина Валерьевна Мигматиты Ольхонского кристаллического комплекса и их минерагени-ческое значение 25.00.04 к.г-м.н.
4. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1978, — 541 с.
5. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е. и др. Справочник. Открытые горные работы. — М.: Горное бюро, 1994. — 590 с.
6. Авдеев Ф.А., Барон В.Л., Блейман И.Л. Производство массовых взрывов. М.: Недра, 1977, — 312 с.
7. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко.
— Изд. 3-е, испр. — В 2 т. Т.1. — М.: Физмат-лит, 2004. — 832 с.
8. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. Издание шестое.
— М.: Наука, 1974. — 256 с.ЕШ
