CC BY
82
УДК 622.235 Ш.А. Камолов
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВАНИЯ РАЗНОПРОЧНЫХ МАССИВОВ В УСЛОВИЯХ ФОСФОРИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УЗБЕКИСТАНА
Проведен анализ эффективности взрывания разнопрочных массивов в условиях фосфоритовых месторождений Узбекистана. Показано, что традиционные схемы взрывания малоэффективны при сложной геологической структуре массивов и большом разбросе пород по прочностным свойствам.
Ключевые слова: разнопрочные породы, оптимизация, забои разных типов, камуфлет-
ная полость, взрыв.
S.A. Kamolov
THE ANALYSIS OF THE EFFECTIVE BLASTING OF THE ROCK ASS OF DIFFERENT RIGIDITY IN THE CONDITIONS OF PHOSPHATE DEPOSITS OF UZBEKISTAN
The article gives an analysis of the effectiveness of exploding massives within Uzbekistan’s phosphorite deposits. The results reveal that traditional explosion schemes are of little effectiveness given the complex geological structure of the massives and a big variation of rock with regards to its strength property.
Т^орно-геологические условия меГ сторождения Джарой-Сардара
представлены разнопрочными породами, которые перекрывают два пологих фосфопласта малой мощности и предъявляют особые требования к буровзрывным работам.
Вскрышные породы месторождения представлены сверху вниз супесями и суглинками, галечником и конгломератами, бентонитовыми глинами, глинистым мергелем. Они условно разделены на внешнюю (первый уступ) и внутреннюю (второй уступ) вскрышу (рис. 1). Породы внешней вскрыши - комплекс пород расположенный над первым фос-
Семинар № 5
фопластом, а в краевых частях месторождения над вторым. К внутренней вскрыше отнесены породы между первым и вторым фосфопластами (междупластье). Мощность внешней вскрыши в зависимости от рельефа и падения фосфопластов колеблется от 3 до 30 м, в основном 1220 м. Мощность междупластья колеблется от 8 до 12 м и в основном составляет 10 м [1].
Опытно-промышленными работами по безвзрывной экскаваторной разработке первого и второго вскрышных уступов установлено: нижняя часть обоих уступов (сложенная незагипсованными, некарбонатизированными глинами) легко поддается прямой экскавации; верхняя - сложена более крепкими породами и ее непосредственная экскавация весьма затруднительна, а зачастую для гидравлического экскаватора и фронтального погрузчика вообще невозможна.
Практикой ведения буровзрывных работ по разнопрочным породам было установлено, что после взрыва на поверхности взрываемых блоков, образовывались участки вспучивания с
трещинами и заколами без «шапки» из взорванной горной массы, а последующая отработка блоков показала низкое качество рыхления с наличием в нижней части уступа камуфлетных полостей, которые представлены на рис. 2. В связи с этим можно сделать вывод, что основная часть энергии взрыва затрачивается на уплотнение мягких глин в нижней части уступа, и лишь незначительная часть энергии расходуется непосредственно на рыхление крепкой верхней части уступа.
Компоненты вскрышных пород отличаются друг от друга по физикомеханическим свойствам и акустической жесткости в несколько раз (табл. 1), что затрудняет эффективное использование в этих условиях традиционных методов управления энергией взрыва.
При оценке необходимости применения взрывного рыхления целесообразно разделить породы месторождения на пять условных групп по степени влияния на параметры БВР (табл. 2):
Для имеющихся в настоящее время горно-геологических условий выделено четыре типовых забоя требующих рыхления (рис. 3):
Сплошной глинистый;
Сплошной гравелит;
Разнопрочный массив из гравелита и глин внешней вскрыши;
Разнопрочный массив из гравелита и глин внутренней вскрыши.
Рис. 1. Схематический разрез карьера: 1 - внешняя вскрыша (мощность 3- 30 м, в среднем 1220 м); 2 - твердые пропластки; 3 -известковый мергель (средняя мощность 3 м); 4 - первый фос-фопласт 5 - внутренняя вскрыша; 6 - второй фосфопласт; 7 - внутренний отвал; 8, 9 - взрывные скважины
С целью оптимизации раметров БВР для каждого типа забоя были проведены опытнопромышленные взрывы блоков с личными конструкциями заряда, рами сеток и диаметрами взрывных скважин, типами и удельными ми ВВ, в ходе которых оценивалось чество проработки пород 2-4 групп. [1-
3].
1. Забои 1 типа (Сплошной глинистый).
Трудностей с качеством рыхления не возникает. Могут применяться любые типы ВВ.
2. Забои 2 типа (Сплошной гравелит)
Проведенные опытно-промышленные работы показали, что применение на данных участках в качестве ВВ игда-нита характеризуется низким качеством проработки массива. Кроме того, заряжание данных блоков зарядными машинами МЗ-4 весьма затруднительно из-за несоответствия ёмкости дозатора машины (100 кг) и зарядов в скважинах, а также габаритов машины и расстояния между рядами скважин. Задача зарядки данных блоков и качественного рыхления массива решается путем применения на данных участках Нобелана 2080 и смесительно-зарядных машин «Скания».
Сложности при взрывном рыхлении массива 2 типа возникают в краевых частях месторождения при мощности вскрыши до 7 м.
Рис. 2. Поверхность развала и забой блока разнопрочных пород, взорванного на всю высоту по традиционной технологии: а - непроработанная часть; б - камуфлетная полость в пластичных глинах
Рис. 3. Типовые забои при разработке Джерой-Сардаринского месторождения:
1 - фосфопласт; 2 и 2' - бентонитовая глина (пластичная); 3 - загипсованная глина (плотная); 4 и 4'
— гравелиты (конгломераты); 5 - глинистый мергель; 6 - известковый мергель (полускальный); Ну
— высота уступа вскрыши
Таблица 1
Выделенные группы геологических разностей пород Джерой- Сардаринского месторождения по степе ни влияния на параметры БВР
Показатель Песок эоловый, супеси, суглинки, дресва Гравелиты, за-гипсован-ные на известковис-том цементе Глина плотная, известковистая, загипсованная Мергель глинистый Фосфориты, крепко сцементиро-ванные
Мощность слоя, 0,5-4,0 0,8-9,0 0-25 8-15 0,35-1,05
м 1Д 3,2 10,2 10,2 0,63
Объемная мас- 1,36-1,96 2,0 1,61-2,09 1,64-2,0 2,17-2,37
£ а, с 1,78 1,85 1,86 2,27
Влажность, % 2,8 3,2 15,6 6,6 2,24
Пористость, % 2,8 - 31,0 31,9 13,9
Предел прочно- РТ7Т т ТО РМЛОТТ/Г^ 0,006-1,42 до 50 1,4-22,1 38,9-49,4
сти на сжатие, МПа 0,42 11 45,7
Сцепление, 1,6-8,0 3,6-10,2
МПа 4,7 6,4
Коэффициент
крепости по 0,2-1,4 4-5 2 2-4 3-5
Протодьяконову
Коэффициент разрыхления 1,2 - 1,29 1,28-1,36 1,42
При большей мощности, в связи с относительной однородностью массива, сложностей не возникает и необходимая степень дробления достигается большим количеством комбинаций диаметра, сетки взрывных скважин и типа применяемого ВВ.
3. Забои 3 типа (Разнопрочный массив из гравелита и глин внешней вскрыши).
Самым сложным по обеспечению необходимого качества проработки массива является данный тип забоев, представленный сверху гравелитами (конгломератами), ниже загипсованными глинами переходящие в вязкую и пластичную глину. При этом основной проблемой является выявление загипсованных и сцементированных участков в данных породах.
Важным фактором эффективного взрывного рыхления разнопрочного массива, является выбор параметров
взрывных работ, обеспечивающий выполнение установленных зависимостей между сеткой взрывных скважин и конструкцией заряда, которые зависят от конкретных горно-геологи-ческих условий участка.
Опытно-промышленные работы в забоях данного типа включали оценку области применения трех схем БВР (рис.
4):
Первая - рассредоточение скважинного заряда и размещение его нижней части в твердых глинах, верхней части -в гравелитах. Вторая - дополнительные заряды в коротких скважинах пробуренных до контакта гравелита и твердых глин. Данная конструкция предназначена для массива сложенного в верхней части сцементированными гравелитами и конгломератами. Третья - разрежение сетки или уменьшение диаметра взрывных скважин для сохранности
144
Таблица 2
Выделенные группы геологических разностей пород Джерой-Сардаринского месторождения по степени влияния на параметры БВР
Условная группа Г еологические разности пород, слагающие уступы Мощность, м Крепость f по шкале Протодьяконова, ед, при 0 Степень влияния на параметры БВР
Рыхлые отложения Супеси и суглинки. Покрывают всю поверхность месторождения, имеют относительно выдержанную мощность. В основном рыхлые и пористые, иногда в подошве загипсованные с галькой коренных пород 0,5-2 <2 при <20 МПа Оказывают влияние на устойчивость устьев взрывных скважин, создают затруднения при передвижениях буровых станков и зарядных машин. Предварительно удаляются без БВР
Крепкие включения Гравелиты и конгломераты. Залегают на глинах, не выдержаны по простиранию и мощности, местами полностью или частично эродированы. На поверхности выветренные и рыхлые, ниже — плотные и сцементированные 0--9 2-5 при 40-50 МПа Разработка без взрывного рыхления невозможна, оказывают максимальное влияние на параметры БВР
Известковистый (полускальный) мергель. Подстилает первый фосфопласт, с глуби-нойпереходит в пластичную глину 0,5—1 2-5 при > 50 МПа
Твердые глины Загипсованные и карбонатизированные участки глин повышенной крепости, с глубиной их пластичность и вязкость повышаются. Распространены во внешней вскрыше 2-4 3-4 при 30-40 МПа Требуют взрывного рыхления для повышения эффективности работы выемочнопогрузочного оборудования
Глинистый мергель, переслаивающийся с известковистой глиной. Подстилает полускальный мергель междупластья 6-7,5 3-4 при 20-40 МПа
Пластич-ные глины Бентонитовая глина, имеет повышенную влажность и пластичность. Распространена в нижней части вскрышных уступов 0-20 2-4 при <20 МПа Не требуют взрывного рыхления. Снижают эффективность БВР
Рудный пласт Фосфоритные пласты, имеющие промышленное значение (первый и второй), отрабатываемые фрезерными комбайнами 0,5-1 2-5 при 30-90 МПа Требуют предохранения от взрывного воздействия для сохранения геологической цело-
Рис. 4. Конструкция скважинных зарядов для типовых забоев. (ЫУ):
I, II, III a, IV- сплошной заряд; III- б и - в - комбинированный и рассредоточенный соответственно; III, г - основной и вспомогательный; q - удельный расход ВВ, кг/м3; I- 0.6 (игданит); II - 0.65 (но-белан 2080); III, a - 0.7-0.8 (игданит); III, б-г - 0.65 (игданит/нобелан); IV- 0.65 (игданит) 1скв, Lзар, Lзаб - длина (глубина) соответственно скважины, колонки заряда ВВ, забоечной части скважины, м; I- Lза6= 0,3Lскв; II- 2.5 -3.0 м; III, IV- 0.2 Lскв.
удельного расхода ВВ при увеличения длины колонки заряда. Данная конструкция предназначена при взрывании уступа сложенного в верхней части плотными гравелитами.
Взрывание блоков по первой схеме производилось с применением неэлектрической системы инициирования EXEL. Схема монтажа взрывной сети - “квадратная” с началом в центре.
В результате визуальных осмотров экспериментальных блоков со сплошной конструкцией заряда на поверхности взорванного блока выявлены трещины и заколы без образования «шапки» из взорванной горной массы, а с рассредоточенными зарядами - равномерный подъем с «шапкой» взрыва.
Необходимо отметить, что применение первой схемы БВР отличается большой трудоемкостью процесса заряжания и трудностью применения механизированного заряжания, большей продолжительностью по времени и возможно только при малых объемах взрывания.
Для оценки эффективности проведения взрывов в разнопрочных породах с диаметрами скважин 215 и 250мм были обурены и взорваны экспериментальные блока с различными сеткой бурения и
удельными расходами ВВ. Критериями для оценки эффективности взрыва опытного блока явились: качество развала и фракционный состав взорванной массы.
Взрывание экспериментального блока № 7 производилось с применением неэлектрической системы инициирования СИНВ. Рассредоточение заряда не производилось в связи с трудоемкостью заряжания скважин, поэтому было принято решение об увеличении удельного расхода ВВ. В результате визуального осмотра блока после взрыва на его поверхности образовались участки вспучивания с трещинами и заколами без «шапки» из взорванной горной массы, а последующая отработка данного блока показала низкое качество рыхления, с проявлением в нижней части уступа ка-муфлетных полостей, в связи с чем можно сделать вывод о том, что основная часть энергии взрыва затрачивается на уплотнение мягких глин в нижней части уступа, и лишь незначительная часть энергии расходуется непосредственно на рыхление крепкой верхней части уступа.
На экспериментальных блоках №11 и №55 были произведены взрывы с рассредоточенными зарядами. В результате визуального осмотра после взрыва установ-
лено, что «шапка» из разрыхленной горной массы составила 2,5-3 м и имеется развал до 4-5 м. В апреле произведена отработка данных блоков экскаватором ЭКГ № 47, в ходе которого выявлено следующее: вся часть забоя прорабатывается практически полностью, негабаритная фракция отсутствует, угол откоса уступа удовлетворяет требованиям безопасности.
Последующие взрывы проведены при мощности слоя гравелитов 6-7 м. Скважины бурили станком СБШ-250 с диаметром 250мм в количестве 30 шт с сеткой 7х7м. В качестве взрывчатого вещества на опытном блоке использовали игданит и нобелан 2080. В каждой скважине было установлено по 2 промежуточных детонатора нобелит 2167 диаметром 70 мм и массой 2 кг - в верхней и нижней части заряда, которые в дальнейшем взрывались одновременно с осуществлением встречного инициирования. Удельный расход ВВ для игданита составил 0,75 кг/м3, а для нобелана 2080 -0,65 кг/м3. Выход горной массы с одного погонного метра - 49 м3/м. Объем блока составил 8,1 тыс. м3.
После взрывов в процессе отгрузки проанализирован гранулометрический состав горной массы. Среднее значение максимального размера куска при встречном инициировании составило 51 см, тогда как при одностороннем составляло 86,9 см. При максимальной линейной фракции 1200 мм содержание фракций при встречном инициировании составило 5,5 %. [2].
Анализ показал эффективность указанного способа, однако при этом имеет место высокая трудоемкость заряжания скважин в связи с технологический сложностью конструкции заряда. Также завышен удельный расход ВВ, что экономический нецелесообразно.
4. Забои 4 типа (Разнопрочный массив из гравелита и глин внутренней вскрыши)
Особенностью данного типа забоев является то, что находясь между первым и вторым рудными пластами (между-пластье) они имеют выдержанную мощность и требуют взрывного рыхления на высоту 7- 8 м. Взрываемый уступ меж-дупластья представлен крепким пропла-стком полускального мергеля мощностью 0,8-1,2 м сверху, ниже - более мягкими прослойками мергелей и глин мощностью 7-7,5 м. В результате взрыва верхняя крепкая часть уступа прорабатывается неудовлетворительно, что подтверждается качеством дробления массива блоков № 42 и № 50
Для определения влияния конструкции заряда на качество проработки меж-дупластья были обурены и взорваны экспериментальные блоки с различными сетками и диаметрами скважин, типами и удельными расходами ВВ.
В ходе опытно-промышленных работ установлено, что скорость бурения скважин долотом диаметром 215 мм (в комплекте со штангой диаметром 180 мм) в условиях глинистого массива выше, чем при бурении долотом 250 мм (в комплекте со штангой диаметром 203 мм) на 25-30 %, за счет уменьшения за-трубного пространства и повышения эффективности очистки забоя скважины. Кроме того, увеличение длины колонки заряда повышает качество рыхления массива. Для этого приходится разряжать сетку скважин или уменьшать диаметр взрывных скважин чтобы обеспечить сохранение удельного расхода ВВ. При этом, при применении сетки скважин 7 х 7 м диаметром 215 мм проработка верхней части забоя лучше, чем у скважин диаметром 250 мм.
При разрежении сетки скважин до 8 х 8 м с диаметрами скважин 215 и 250
а) б)
Рис. 5. Результаты опытно-промышленных взрывов:
а) образование негабаритов, б) образование камуфлетных полостей
выявлено следующее: часть блока №26, взорванная зарядом игданита при диаметре взрывных скважин 250 мм, имеет качественную проработку нижней части блока, однако имеет место увеличение выхода негабаритов из верхней части забоя; на части блока №26, взорванной зарядом нобелана, по качеству образовавшейся шапки взорванной массы имеются различные участки. На части блока №26, обуренной скважинами диаметром 250 мм, взорванная горная масса имеет более крупную кусковатость, по сравнению с частью, обуренной скважинами диаметром 215 мм.
Таким образом, наибольшая эффективность рыхления массива достигается при длине колонки заряда, обеспечивающей максимальное приближение ВВ к верхнему крепкому слою гравелита за счет уменьшения длины забойки.
Для оценки возможности поднятия заряда в верхнюю часть уступа без увеличения удельного расхода ВВ была оценена глубина и степень проработки твердых глин ниже дна скважины. Для этого при проведении опытно -промышленных работ в забоях 3 типа ряд участков взрывался с разным недо-буром до контакта твердых и пластичных глин (блоки №46, №54 и №26/46 - 5
м, блок № 11 - 3 м, блок №55 - 2 м). Отработка этих участков выявила, что блоки с недобуром 2-3 м экскаваируются по твердым глинам без особых затруднений. При недобуре 5 м экскавация затруднена.
За 10 месяцев 2007 г. произведено 69 взрывов, из них некачественными можно считать 21 взрыва. Таким образом, около 30,5% всех взрывов на карьере, можно считать некачественными. В верхней части образуются негабариты, как за счет прострелов по скважинам, так и за счет того, что основная энергия взрыва идет на образование камуфлет-ных полостей и вспучивание глин (рис.
5). В некоторых случаях выемка затруднена из-за наличия плотных мергелевых глин, проработка взрывом, которых оказывается недостаточной для работы выемочнопогрузочного оборудования. Это может быть обусловлено тем, что основной заряд ВВ, располагается в глинах. После взрыва происходит частичное уплотнение мергелевых глин в момент образования камуфлетных полостей.
Таким образом качественное дробление массивов в условиях фосфоритовых месторождений Узбекистана требует разработки новых оптимальных спосо-
бов взрывания, учитывающих разно-прочность массива, определяющей сложную структуру зоны радиальных трещин, а также пористость пород, от-
1. Рубцов С.К., Котенко ЕА. «Буровзрывная подготовка разнопрочных пород с крепкими пропласт-ками для поточной технологии разработки на карьерах пластовых месторождений».
2. Отчет НГГИ На тему «Совершенствование взрывной технологии разработки фосфоритовых руд на месторождении Джерой-Сардара». Навои 2007.,60 с.
3. Бибик И.П., Рахманов Р.А., Ивановский Д.С. «Повышение эффективности
ветственную за образование камуфлет-ных полостей и снижение давления продуктов детонации ВВ.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
взрывного рыхления разнопрочных массивов при разработке месторождения фосфоритов Джерой-Сардара». Горный Вестник 2007, №4.
4. Бибик И.П., Рахманов Р.А., Ивановский Д.С. «Повышение эффективности взрывного рыхления разнопрочных массивов при разработке Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов». Горный журнал.2008 №8.
ЕШ
— Коротко об авторе
Камолов Ш. - аспирант кафедры «Разрушение горных пород взрывом» Московского государственного горного университета, [email protected]
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УХТИНСКИЙ Г ОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕ Т
КУЛЕШОВ
Владислав
Евгеньевич
Развитие методов интегрированного анализа гравиметрических данных на основе эволюционно-динамичес-ких принципов
к.т.н
