Оптимизация формы поперечного сечения взрывных скважин Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

м снизились и удельный расход на 10-15 %, и объем бурения на 2030 %. Вследствие улучшения качества дробления и хорошей проработки подошвы уступа производительность экскаваторов выросла на 12 %.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Крысин Р.С. - Национальный горный университет, Украина,

Куприн В.П. - Украинский государственный химико-техноло-гический университет.

А_________

------------------------- © Г.Г. Каркашадзе, А.С. Трофимов

Г.Г. Каркашадзе, А. С. Трофимов

ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН

Ж^звестно, что термический способ расширения взрывных мм. скважин обеспечивает формирование зарядов различной конфигурации, что является весомым фактором повышения эффективности взрывного дробления горной массы. Однако это преимущество на практике используется не в полной мере, что объясняется отсутствием средств точного измерения объема и конфигурации котловых полостей, образованных при термическом расширении. В настоящее время комбинированная технология шарошечного бурения и термического расширения взрывных скважин наиболее полно применяется на карьере Михайловского ГОКа (МГОК). При производстве взрывных работ (ВР) на МГОКе, начиная с внедрения комбинированной технологии в 80-х годах, использовали преиму-

щественно заряды с одной котловой полостью (однокотловые) и лишь в последнее время, с 2003 г., в практике взрывных работ на карьере нашли применение заряды с двумя котловыми полостями диаметром 430-470 мм и одним нерасширяемым промежутком диаметром 250-270 мм между ними. Двухкотловые заряды обеспечивают экономию ВВ на 10-12 % при лучшем качестве взрывного дробления. Приоритет данной технической разработки принадлежит МГГУ и подтверждается патентом РФ №2000432 на "Способ создания заряда взрывного дробления" (авторы: Гончаров С.А., Григорян И.Р., Морит Р.Е., Васин В.В., Каркашадзе Г.Г. и Вяткин

Н.Л.)

Однако возможности совершенствования конструкции котловых зарядов далеко не исчерпаны. Открытым остается вопрос о рациональном поперечном сечении скважинного заряда. Правомерно предположить, что круговое сечение заряда не является оптимальным и существует более оптимальное поперечное сечение, например, эллиптическое, которое при том же удельном расходе ВВ обеспечит лучшее качество взрывного дробления. Физическим обоснованием данного подхода служит кумулятивный эффект зарядов ВВ, широко применяемый на практике и обеспечивающий более рациональное перераспределение энергии взрыва в геометрическом пространстве породного массива.

При реализации данной технической разработки необходимо доказать практическую возможность термического расширения скважин эллиптического поперечного сечения, обеспечить надежное измерение формы поперечного сечения и продольной конфигурации заряда, обосновать расположение эллиптических зарядов в массиве и оптимальное направление коммутации взрывной сети.

В МГГУ на кафедре "Физика горных пород и процессов" разработано "Устройство для определения профиля скважин", защищенное патентом РФ №2204713 (авторы: Каркашадзе Г.Г., Негурица Л.П. и Вигдорчик М.Д.), обеспечивающее решение задачи точного определения размеров котловых полостей. Принцип работы устройства заключается в использовании скважинной видеоаппаратуры, фиксирующей поперечное сечение скважины. В устройстве предусмотрено вращение направленного источника света (луч лазера) строго в горизонтальной плоскости, при этом видеоаппаратура фиксирует изображение скважины с траекторией источника света на ее стенках. По мере перемеще-

ния измерительного устройства вдоль оси скважины видеоинформация передается на видеомонитор и записывается на магнитный носитель. Затем геометрический образ сечения обрабатывается путем непосредственных замеров координат на фотографии или с помощью специальной программы на ЭВМ с построением точного профиля скважин и размеров горизонтального сечения.

Разработанное устройство для измерения профиля и размеров поперечного сечения апробировано в сентябре 2003 г. на карьере МГОКа. Впервые получены видеоизображения поперечного сечения котловых полостей после термического расширения скважин. Стало очевидным, что применяемые на практике базовые технические средства рычажного типа для измерения объема котловых полостей имеют высокую погрешность - примерно ±9 %. По этой причине при производстве взрывных работ зачастую имеет место как неоправданный

перерасход ВВ, так и понижение качества дробления. В то же время, испытанное новое устройство принципиально решает задачу точного измерения объема котловых полостей и формы поперечного сечения скважин.

На рис. 1 в качестве примера представлена измеренная форма сечения скважины, пробуренной шарошечным станком (диаметр скважины 250 мм). На рис. 2 представлено неравномерное сечение. Одно направление больше другого, что свидетельствует о проявлении эллиптичности: отношение размеров составляет 470/420 =1,12. Таким образом, полученные фотографии позволили впервые определить фактические размеры сечения скважины, что представляется весьма важным при проектировании БВР.

Имея инструмент для точного определения сечения котловых полостей, следует определиться с оптимальной ориентацией эллиптических зарядов в породном массиве. Так, например, проявление кумулятивного эффекта должно быть обосновано с позиций рационального перераспределения энергии взрывной волны в направлении, в котором наиболее высока вероятность появления негабаритов.

Поскольку при последовательном инициировании скважинных зарядов результирующие напряжения определяются взаимодействием двух ближайших источников динамических напряжений, находящихся в одном ряду коммутации, то из общих соображений правомерно утверждать, что наибольшая степень энергонасыщения разрушаемого массива реализуется именно в этой области зарядами. По этой причине в области между последовательно инициируемыми скважинными зарядами не имеет практического смысла увеличивать энергию взрывных волн, поскольку в той области негабариты не появляются.

С другой стороны, наихудшие условия для суперпозиции динамических напряжений реализуются в области, расположенной перпендикулярно линии коммутации скважинных зарядов. В этой области сжимающие напряжения от одного заряда компенсируются растягивающими напряжениями от следующего заряда, что приводит к уменьшению результирующего значения энергонасыщенности массива, а на практике - к появлению негабаритов. Чтобы исключить этот недостаток, эллиптические заряды надо ориентировать так, чтобы их большая полуось была направлена в направлении, перпендикулярном направлению коммутации зарядов. Кумулятивный эффект эллиптических зарядов обеспечит поступление дополнительного количества энергии взрыва в зону наиболее вероятного образования негабаритов.

Вывод о целесообразности ориентации скважинных зарядов так, чтобы большая полуось эллипсов была перпендикулярна линии коммутации, получен из общих соображений. Однако он имеет более строгое аналитическое обоснование.

Выводы

1. В МГГУ разработано новое устройство для измерения профиля, объема и формы поперечного сечения скважин сложной конфигурации. Устройство испытано в производственных условиях Михайловского ГОКа.

2. Впервые получены изображения формы поперечного сечения скважин, образованных в процессе термического расширения, и произведены точные измерения их контурных размеров.

3. Доказана возможность формирования термическим способом скважин эллиптического поперечного сечения, что открывает возможности управления качеством взрывного дробления горных пород на карьерах с применением комбинированной технологии бурения и расширения скважин.

4. Ожидается повышение качества взрывного дробления при ориентации зарядов эллиптического поперечного сечения в направлении, перпендикулярном линии коммутации скважинных зарядов.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каркашадзе Г.Г. Расчетная модель оптимизации параметров взрывной отбойки горных пород скважинными зарядами на карьерах. Взрывное дело. Сб.

№93/50. "Результаты научных исследований и практического опыта в области взрывного дела". - М.: 2001, с.84-98.

— Коротко об авторах -----------------------------------------

Каркашадзе Г.Г., Трофимов А.С. - Московский государственный горный университет.

------------------------------ © Э.И. Ефремов, А.В. Пономарёв,

В.В. Баранник

Э.И. Ефремов, А.В. Пономарёв, В.В. Баранник

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ И ОТБОЙКИ ОБВОДНЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

У^азвитие открытого способа добычи полезных ископаемых сопровождается не только увеличением глубины карьеров, но и ростом объёмов извлечения крепких и обводнённых горных пород. Если в 70-е годы степень обводнённости горных массивов на железорудных карьерах Кривбасса составляла не более 40-45 % (ЮГОК - 35 %, ИнГОК - 45 %), то в 80-е годы этот показатель, соответственно, возрос до 50 и 65 %, а в 2002 г. степень обводнённости горных пород, например, на СевГОКе достигла 90-92 %, на ИнГО-Ке - 86 %.

Обводнённость горных пород, разрабатываемых на карьерах нерудной промышленности, не превышает 30-40 %, что, наряду с меньшей крепостью пород, предопределяет и ассортимент приме-