Обоснование параметров буровзрывных работ при использовании способа отбойки руды Vcr на рудниках Норильской горной компании Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.П. Воронин, И.И. Айнбинлер,

Н.Н. Казаков, В.В. Аршавский, 2003

УАК 614.83

В.П. Воронин, И.И. Айнбинлер, H.H. Казаков,

В.В. Аршавский

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПОСОБА ОТБОЙКИ РУАЫ VCR НА РУАНИКАХ НОРИЛЬСКОЙ ГОРНОЙ КОМПАНИИ

В практике подземной разработки рудных месторождений способ отбойки руды VCR применяется на рудниках Канады, США, Испании, Перу, Китая и др.

Свое название он получил по первым буквам английских слов: Vertical - вертикальный, Crater - кратер, воронка, Retreat - отступающий. Сущность его заключается в секционной отбойке руды скважинными зарядами большого диаметра в направлении снизу вверх в параллельных вертикальных или слабо наклонных скважинах, пробуренных с верхнего бурового горизонта на нижнюю подсечку камер.

Способ имеет определенные преимущества, но практическая его реализация требует тщательного ведения буровых работ, не допускающего существенного отклонения скважин от проектного их направления. При неточном бурении возникают большие трудности в установке пробок в нижних концах скважин, возможны прострелы зарядов, а также запрессовка скважин. Не во всех горных породах способ VCR может быть успешно применен. Он неэффективен при взрывании пластичных горных пород. В каждом конкретном случае для проверки применимости способа следует проводить полигон -ные испытания с целью определения необходимых параметров и конструкций зарядов.

В бывшем СССР на рудниках Горной Шории, Криворожского бассейна, Лениногорского полиметаллического комбината успешно развивался способ проходки восстающих и отрезных щелей глубокими скважинами с секционным взрыванием зарядов и подвиганием забоя снизу вверх. Это практически тот же способ VCR, используемый не для отбойки руды, а для проведения вертикальных выработок ограниченного сечения.

Наибольшее распространение способ VCR получил в практике разработки глубоких рудников Канады. Впервые он был использован на руднике Levack, где был применен при выемке целика между заложенными камерами [1]. Преимущество новой технологии заключается в использовании скважины большого диаметра при подземной отработке. Сква-

Рис. 1. Кратерный тест: 1 - отброс; 2 - хорошее дробление;

3- крупная отбитая руда; 4 - вспучивание; 5- заряд неглубокий; 6 - заряд слишком заглублен. V - объем кратера; О

- вес заряда; L - глубина скважины, в которой происходит разрушение породы; Ш - глубина центра заряда; □ - дельта оптимум (максимальное разрушение зарядом

жины диаметром до 165 мм бурили с верхней подсечки камер вниз до выхода на нижнюю подсечную выработку. Взрывание проводилось секционно, обратным ходом снизу вверх. Результаты отбойки получились положительными.

При испытаниях на руднике Levack выявлены важные факторы, которые следует учитывать при применении способа VCR.

1. Результаты VCR зависят от разрушающих характеристик именно сферического заряда.

2. Способ VCR эффективен не во всех породах. Каждая программа VCR должна пройти тест в производственных условиях, по результатам которого может быть принято решение о применимости способа.

3. Кратерные характеристики (размеры воронки выброса) характерны для каждой горной породы.

4. Способ VCR не нарушает вмещающие боковые породы. На руднике Levack при отработке целиков повреждения закладочного массива не наблюдались.

При полигонных испытаниях на руднике Levack бурились десять скважин диаметром 102 мм и глубиной от 1,2 до 3 м (горизонтально в борту выработки по руде). Каждая скважина была заряжена 4,5 кг ВВ Hydromex M210LL с патроном-боевиком Procor весом 0,3 кг каждый. Заряды были взорваны, кратеры (воронки) замерены и результаты расчетов вынесены на график (рис. 1). Как видно из рисунка глубина заложения заряда определяет результаты взрыва и имеет свое оптимальное значение. При заглублении заряда меньше оптимального происходит отброс породы, при заглублении большем - руда плохо дробится или дробления не происходит вообще.

Результаты были пересчитаны к масштабу, соответствующему предполагаемому весу заряда в скважине диаметром 165 мм, который оказался равным

34 кг. В этом случае оптимальное заложение центра заряда от свободной поверхности (или конца скважины) составляет 1,75 м.

Опытными работами определена допустимая скорость смещения при сейсмическом действии взрыва, которая оказалась равной 12,7 см/с.

2

. /: X 3 , /,

/[\

.. 5

1 і і і-., i » i

Эта скорость смещения возникает при взрыве зарядов весом 159 кг, т.е. максимально допустимый вес заряда в скважинах при VCR не должен превышать 159 кг.

На руднике Centennial (Канада) способ VCR является основным при отбойке руды [1]. Подземным рудником Centennial отрабатывается месторождение полиметаллических руд. Прочность сульфидных руд изменяется в широких пределах и составляет в среднем 49 МПа. Рудное тело находится в 400 м от берега под озером и продолжается с глубиной до отметки 480 м. Длина по простиранию составляет 150 м, мощность изменяется от 3 до 18 м, составляя в среднем 6 м, угол падения 75-800.

Способы ведения горных работ под озером должны исключить сдвижение пород, поэтому для отработки месторождения принята камерно-целиковая система разработки с гидравлической закладкой. Длина камер по простиранию составляет 35 м, высота - 50 м. Длина целиков - 45 м. Бурение производили карьерным станком R0C306 с пневмоударником СОР6 и пылеулавливающим коллектором. Нисходящие наклонные параллельные скважины диаметром 165 мм бурили по сетке 3х3 м. Все скважины вышли в нижнюю подсечку. При бурении и взрывании с такими параметрами отбитая руда была хорошо раздроблена и требовался небольшой объем вторичного дробления.

В каждую скважину заряжали ВВ массой около

35 кг. Заряды располагались в 1,75 м от свободной поверхности. Сначала в скважину на полиэтиленовом тросе опускали деревянную пробку размером 125х127 мм и удерживали ее на расстоянии около 1,2 м от конца скважины или от свободной поверхности. Затем на пробку засыпали небольшой слой породной забойки, поверх которого размещали па-тронированное ВВ с капсюлем-детонатором и детонирующим шнуром. Сверху заряд накрывали двумя полиэтиленовыми мешками с водой, общей высотой около 0,8 м.

Опытные работы показали, что стоимость бурения и взрывания зарядов скважин диаметром 51 мм на всю глубину и диаметром 165 мм по способу VCR примерно одинаковы и составили 1,5 долл./т, но снижение затрат на вторичное дробление сделало способ VCR экономически выгодным. Удельный расход ВВ был равен 0,342 кг на тонну отбитой руды.

Преимущество способа VCR заключается, кроме того, в следующем:

• отсутствие людей и механизмов в очистном пространстве, по сравнению с системой разработки горизонтальными слоями с закладкой, обеспечивает более безопасные условия ведения горных работ;

• снижается разубоживание руды, так как камера остается открытой на всю высоту на гораздо меньший период, по сравнению с прежней технологией;

• снижение объема подготовительных работ.

По этим причинам отбойка способом VCR стала

основной на рудниках никелевой компании НВМ.

В отечественной практике на Первомайском РУ (Кривой Рог) проведены промышленные испытания отбойки массива пучками скважинных зарядов ВВ, перпендикулярными плоскости обнажения (способ

VCR) [2]. Испытания показали, что этот способ позволяет снизить расход ВВ на 30-32% по сравнению с отбойкой зарядами, параллельными плоскости обнажения, и на 60-80% - веерами скважинных зарядов. Повышается безопасность работ, так как уменьшается трудоемкость самой опасной операции очистной выемки - вторичного дробления руды взрывным способом. Стоимость отбойки руды на 7-8% ниже стоимости отбойки параллельными скважинами и на 60-65% -веерами скважинных зарядов. В настоящее время способ VCR предполагается использовать при отработке вкрапленных руд северо-восточной части Талнахского месторождения (рудник «Комсомольский» ЗФ ОАО "ГМК "Норильский никель"). В этих условиях особое значение имеет правильный выбор параметров буровзрывных работ.

Методика расчета зарядов для VCR включает в себя определение массы заряда, расстояния между зарядами в ряду и рядами сосредоточенного заряда выброса, обеспечение сейсмической безопасности работ.

По известной формуле М.М. Борескова определяют необходимую массу заряда в скважине

Q = qP • W3 • f(n), (i)

где Q - масса заряда, кг; qp - расчетный удельный расход ВВ, кг/м3 ; W- линия наименьшего сопротивления (глубина заложения заряда), м; (n) - функция показателя действия взрыва.

Показатель действия взрыва Г

n = —, (2)

W

где r - радиус действия взрыва, м.

Поскольку цилиндрический заряд в скважине представляется как сосредоточенный (сферический), то, должно соблюдаться условие:

L < 6dCKB , (3)

где L - длина заряда в скважине, м; с1скв - диаметр скважины, м.

Объем скважины, занятой ВВ V = SL , (4)

где S - площадь поперечного сечения скважины, дм

Масса заряда в секции скважины Q=V-p, (5)

где р - плотность заряжания, кг/дм3.

Расчетный удельный расход ВВ qp = q3-e к№ (6)

где q3 - эталонный расход ВВ для аммонита № 6 ЖВ (табл.1.5) [3]; e - коэффициент учитывающий энергию типа ВВ (табл.65) [4]; кд - коэффициент, учитывающий размер кондиционного куска [5].

Для сосредоточенного заряда функция показателя действия взрыва равна

f(n) = 0,4+0,6.n3, (7)

Из формулы (1) следует, что

W =

J

Q

(8)

Расстояние между зарядами в ряду и рядами сосредоточенных зарядов выброса а = 0,5Щп+1) , (9)

Сейсмическая безопасность при взрывах обеспечивается при соблюдении условия - V < Укр, где Укр -

максимальная критическая скорость смещения частиц, при превышении которой происходит разрушение охраняемых объектов.

Гс

(10)

здесь К - коэффициент сейсмичности взрыва, который характеризует влияние факторов, непосредственно не относящиеся к массе заряда и расстоянию; у -показатель степени затухания сейсмических колебаний. Сейсмобезопасные расстояния гс и допустимую массу зарядов Од, определяют по допустимым скоро -стям смещения для подземных выработок, камер, меж-дукамерных целиков и т.п. по методике ВНИМИ [6]:

гс =

К • сова

\V~TnГ

(11)

где гс - расстояние от объекта до условного центра взрыва, м; пс - число ступеней взрывания (при порядном взрывании - число рядов); Од - масса заряда ВВ, кг; а - угол падения сейсмовзрывной волны на открытую поверхность, градус; Vкр - критическая скорость смещения, см/с (определяется по таблицам [5]), К- коэффициент сейсмического действия (при распространении волн через рудный массив К = 450, через вмещающие породы К = 400, через камеру в направлении к междукамерному целику К = 350) [6].

Величина критической скорости зависит от характера и назначения горных выработок, камер, целиков и срока их службы. Допустимую массу заряда можно подсчитать по формуле:

& *

Кр •сова

1кЖ

(12)

Если объекты подвергается многократной взрывной нагрузке, то допустимая масса заряда снижается в соответствии с коэффициентом Км [7].

Число взрывов в год 10 50 100 250 500

Км 0,98 0,9 0,72 0,64 0,56

Предложенная методика была использована для расчета параметров буровзрывных работ на руднике «Комсомольский».

Исходные данные:

1. Свойства вкрапленных руд:

• пикритовые габбро - долериты: 5сж = 140

МПа, трещиноватость средняя до сильной, много ослабленных минералов, по категории трещиноватости, принятой для Тал нахского месторождения, относятся к II и III категории.

Рис. 2. Расположение взрывных скважин и последовательность отбойки камерных запасов (проект): 1 - закладка; 2-верхняя подсечка; 3 - верхний разрезной штрек; 4 - скважины; 5, 9- заезд; 6- отбиваемые слои; 7- подсечка промежуточного горизонта; 8 - буровой штрек; 10 - нижняя подсечка; 11- разрезной штрек

• такситовые габбро-долериты: 5сж = 125 МПа, трещиноватость средняя, ослабляющие минералы редки, категория трещиноватости - II.

По классификации массивов скальных пород по степени трещиноватости, разработанной Межведомственной комиссией по взрывному делу, вкрапленные пикритовые руды относятся к II и III категории, такситовые - к III категории (менее трещиноватые).

Общие для обоих типов руд: объемная масса -3т/м3, модуль упругости - 10-50 ГПа, коэффициент Пуассона - 0,17ч0,26, скорость продольной волны -5200ч5300 м/с.

1. Диаметр скважин - 155 мм.

2. Тип ВВ - гранулит АС-8

3. Допустимый размер кондиционного куска -250 мм.

4. Длина скважин в верхней части блока - 28 м.

5. Критическая скорость смещения Vкр для рудного массива - 35-40 см/с; для бетонного массива -20-25 см/с (определена опытным путем).

г

3

г

Предполагается, что при отработке вкрапленных руд способом VCR будет отбиваться 6 слоев руды, высотой 3 м каждый (рис. 2). При этом камера будет иметь следующие размеры: длина и ширина 12 м, высота до 60 м. Промежуточным горизонтом камера по высоте разделяется на два подэтажа. В камерах разделываются подсечки. Длина и ширина подсечек 12 м. Высота подсечки в днище камеры - 5 м, высота подсечек на уровне промежуточного горизонта и в кровле камеры - 3,5 м. Обуривание камерных запасов вертикальными параллельными скважинами диаметром 155 мм производится из подсечек промежуточного и верхнего горизонтов. Сетка скважин 2,5х2,5 м. Расстояние от крайних скважин до боковых границ камер - 1,0 м (рис. 2).

Очистная выемка в камере начинается с отбойки потолочины между нижней подсечкой и подсечкой промежуточного горизонта. Высота нижней потолочины определяется расчетом с учетом необходимости обеспечения устойчивости подсечки промежуточного горизонта и устойчивости самой потолочины и составляет 8-10 м. Расчетная высота верхней потолочины - 10 м. Выше подсечки промежуточного горизонта камерные запасы отбиваются горизонтальными слоями (секциями) высотой 3 м способом VCR. После приближения забоя к верхней подсечке на 10 м отбойка руды прекращается. Запасы верхней потолочины отбиваются одним взрывом.

1. Длина скважинного заряда

I О 6-0,155 = 0,93 м.

Принимаем I = 1м.

2. Объем скважины, занятый ВВ

V =

3,14 • 1,552 4

• 10 = 18,9дм3

3. Масса заряда в секции скважины при плотности заряжания гранулитом АС-8, равной 0,9 кг/дм3 (3 = 0,9-18,9 = 17 кг.

4. Удельный расход аммонита № 6 ЖВ для заряда выброса в скальных породах типа гранитов, базальтов, диабазов и габбро с коэффициентом крепости f = 6-18 изменяется от 1,7 до 2,2 кг/м3.

В нашем случае для габбро-долеритов с f = 12-14 эталонный удельный расход составит 1,9 кг/м3.

5. Величина кд. Для обеспечения производительной работы ПДМ размер кондиционного куска принят равным 250 мм, кд = 1,3.

Расчетный удельный расход гранулита АС-8 ЯР = 1,9-0,89-1,3 = 2,2 кг/м3

6. Показатель действия взрыва п принимаем равным 1, при котором V = г. В этом случае происходит взрыв нормального действия, который образует в массиве нормальную воронку выброса с углом при вершине, равным 90°. Объем горной породы, отбиваемой одним зарядом V = V.

Линия наименьшего сопротивления (глубина заложения заряда) V является расстоянием от центра заряда в скважине до свободной поверхности

W = :

17

]др • /(п) \2,2 • 1

принимаем №= 2 м.

= 1,98м,

Расчет глубины заложения заряда по формуле С. Ливингстона дает значение V равное

13ЖП 1з• 314 • 0 9

Ь = W = 10й? • 0,5 • 5 = 10 • 0,155 • 0,5 • 1,53 ’ ’ = 1,9 м

2 V 2

что близко к значению V, вычисленному по формуле (8).

6. Так как верхняя граница ВВ в скважине находится на расстоянии 2,5 м от свободной поверхности, можно предположить, что зона действия скважного цилиндрического заряда начинается именно с этой глубины. Поэтому принимаем значение а (расстояние между зарядами и рядами зарядов) равным 2,5 м.

Тогда коэффициент сближения зарядов будет равен:

а

2,5

т = — = — = 1,25 W 2

8. Конструкция заряда. На основании опыта секционного взрывания скважинных зарядов при проведении восстающих на рудниках Горной Шории величину нижней песчано-глинистой забойки принимаем равной 0,5 м. Высота верхней забойки также определена на основании предыдущего опыта. В случае применения песчано-глинистой забойки ее высота не должна превышать 0,5 м. Если в качестве верхней забойке используется вода (что наиболее желательно), то для снижения сейсмического эффекта взрыва ее высота принимается равной 1 -2 м.

Предварительно, для исключения проникновения воды в заряд, на его верхней поверхности необходимо образовать глиняную пробку высотой 0,2 м.

Рекомендуемая конструкция заряда показана на рис. 3.

Длина отбиваемой секции должна составлять 2,5 м. Таким образом, способом VCR отбивается 7 секций, глубина заложения зарядов последней 7-ой секции равна 11 м от почвы выработки верхней подсечки.

9. Сейсмобезопасные расстояния и допустимый вес заряда.

Охраняемые объекты: почва и кровля выработки верхней подсечки, рудный и закладочный массивы, целики.

Серьезным осложнением, возникающим при проведении восстающих секционным взыванием скважных зарядов и при использовании способа VCR, является возможность нарушения почвы верхней подсечки, где производиться бурение и неоднократное заряжание скважин. Это происходит за счет использования веса ВВ сверх допустимого. По этой причине скорость смещения пород почвы выработки оказывается выше критической и выработки попадают в сейсмически опасную зону.

Вес заряда ВВ для отбойки слоя будет составлять = 425 кг - произведению веса заряда в скважине на количество скважин (17-25 = 425 кг). При отбойке первого снизу слоя расстояние от центра зарядов до почвы выработки верхней подсечки равно 26 м. Сейсмобезопасное расстояние определяется по формуле (12):

а) при одновременном взрывании:

Рис. 3. Рекомендуемая конструкция заряда: 1 - верхняя забойка-вода; 2- глиняная пробка; 3 - ВВ; 4- ЭД; 5- нижняя забойка; 6- пробка; 7- распорная планка

с = ІІ50 . ^425 = 25м

с V 40

б) при взрывании с замедлением зарядов оконту-ривающих скважин:

Г =

450

• V425 = 21м

40 • >/2 Допустимый вес заряда

а) При одновременном взрывании:

( V

Qd *

26

450

40

= 467кг

б) При взрывании с замедлением:

( Л3

26

450

= 502кг

[40 • 42

Таким образом, условие ^ ^ ^ соблюдается.

По мере отбойки слоев место заложения зарядов приближается к охраняемому объему и величина допустимого веса заряда закономерно уменьшается. Так, допустимый вес заряда при отбойке последнего слоя без замедления (высота потолочины 10 м)

Од . = 35 кг.

10. Для отбойки всего слоя (вес ВВ 425 кг в 25 скважинах) необходимо инициировать заряды с количеством замедлений, обеспечивающим сейсмобе-зопасное расстояние для почвы выработок верхней подсечки.

В настоящее время современной и наиболее безопасной является система инициирования заря-

дов «Нонель», которая может обеспечить 60 интервалов замедлений.

Таким образом, представленная методика позволяет производить расчеты параметров буровзрывных работ при подземной разработке месторождений с применением способа VCR, определять конструкцию заряда и условия эффективного применения способа в конкретных горно-геологических условиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Crocker C.S. Vertical Crater Retreat Mining at the Centennial Mine. Метод VCR на руднике Центенниел. Mining congress journal, number 6, June, 1979.

2. Григорьев А.П., Яценко Е.И., Григорец Н.Г. и др. Промышленные испытания технологии отбойки скважинными зарядами ВВ, перпендикулярными плоскости обнажения.

- Металлургическая и горная промышленность, 1990, №1.

3. Кутузов Б.Н., Скоробогатов В.М. Ерофеев И.Е. и др. Справочник взрывника. - М.: Недра, 1988.

4. Проектирование взрывных работ. - М.: Недра, 1974.

5. Трубецкой КН., Потапов М. Т., Винницкий К.К. и др. Открытые гор-

ные работы. Справочник. - М.: Горное бюро, 1994.

6. Баранов А.О. Проектирование технологических схем и процессов подземной добычи руд. Справочное пособие. - М.: Недра, 1993.

7. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных пород. - М.: Недра, 1982.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Воронин В.П. - кандидат технических наук, ИПКОН РАН.

Айнбиндер И.И. - доктор технических наук, ИПКОН РАН.

Казаков Н.Н. - доктор технических наук, ИПКОН РАН.

АршавскийВ.В. - кандидат технических наук, ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Файл: ВОРОНИН

Каталог: GA^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB9_03

Шаблон:

C:Шsers\Таня\AppData\RoammgYMlcmsoftYШаблоны\

Normal.dotm Заголовок: В

Содержание:

Автор: George

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 14.07.2003 11:36:00

Число сохранений: 5

Дата сохранения: 14.07.2003 12:14:00 Сохранил: Гитис Л.Х.

Полное время правки: 13 мин.

Дата печати: 09.11.2008 1:16:00

При последней печати страниц: 5

слов: 2 997 (прибл.)

знаков: 17 089 (прибл.)