CC BY
63
© C.M. Федотен^, C.B. Гришин, C.B. KoraH, B.C. Федотен^, 2008
УДК 622.81
C.M. Федотенко, C.B. Гришин, C.B. Кокин,
B.C. Федотенко
ОПТИМИЗАЦИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПУТЕМ РАССРЕДОТОЧЕНИЯ ЗАРЯДА В СКВАЖИНАХ НА РАЗРЕЗАХ
Семинар № 16
Возросший за последнее десятилетие темп добычи угля выдвигает требования увеличения производительности и снижения затрат, которые, за счет замены технологии заряжания скважин со сплошного заряда на рассредоточение его по высоте воздушными промежутками и осушение скважин, могут быть частично решены. При этом ресурсы высвобождаются благодаря: уменьше-
нию количества взрывчатых веществ (ВВ) и в том числе водостойких, повышению качества фрагментации горных пород снижающих транспортные расходы.
Технология рассредоточения заряда ВВ по высоте скважин воздушными промежутками обсуждалась в сороковых годах советскими практиками и учеными. И только в 1958 г. коллектив ИГЛ им. А.А. Скочинского начал экспериментальные работы в области создания рациональной конструкции зарядов для взрывания горных пород. Эти работы показали, что при увеличении диаметра скважин целесообразно применять рассредоточенный заряд ВВ на две и более части. Причем, существенный эффект при разрушении горной массы давали промежутки между зарядами заполненные воздухом, а не штыбом.
Установлено, что такая конструкция заряда имеет существенно отличающиеся характеристики взрыва:
• низкое пиковое давление продуктов взрыва, благодаря чему удается уменьшить переизмельчение горной массы в ближней зоне заряда;
• большее время действия давления продуктов взрыва на горную массу из-за того, что газы верхних зарядов запирают продукты взрыва нижних зарядов;
• пространственная интерференция напряжений за счет ударной волны разделенного заряда, приводящая к механическим разрушениям на больших расстояниях от эпицентра взрыва и уменьшающая выход негабарита.
Все это совместно действуя, приводит к более равномерному дроблению горных пород. Причем, при дальнейшем увеличении диаметра скважин, появляются перспективы существенного снижения затрат на дробление горного массива.
Экспериментальные работы в ИГЛ им. А.А. Скочинского и опыт применения, на открытых разработках рудных и угольных месторождений, скважинных зарядов показали, что применение воздушных промежутков позволяет уменьшить разброс фракционного состава (по условному диа-
метру куска) раздробленной горной массы, исключает негабаритные куски, а также уменьшает крупность среднего раздробленного куска в развале без увеличения удельного расхода ВВ.
Изначально рассредоточение зарядов выполняли в виде сплошной колонки, чередуя заряд со штыбом. Этот метод активно применяют и в настоящее время на многих горнодобывающих предприятиях черной и цветной металлургии. Он позволяет получить экономический эффект 3-5 % от стоимости подготовленной горной массы. Но с другой стороны метод имеет низкую точность рассредоточения и высокую трудоемкость зарядки, которые «съедают» этот эффект. Хотя качество измельчения горной породы достаточно высоко, за счет чего улучшаются показатели работы транспортного подразделения в общей технологии добычи сырья.
Совершенствуя рассредоточение заряда, стали применять в 1972 г. шесты с набитыми на концах кружками. Однако, из-за отсутствия герметичности ВВ просыпалось в создаваемую воздушную полость, что приводит к низкому качеству измельчения горной массы. К этому способу достаточно часто возвращались, но всякий раз натыкались на две основные проблемы: высокая трудоемкость и сложность в герметизации воздушной полости.
Зная все эти научно-технические результаты, полученные большой группой ученых и практиков, работники ООО «Кузбассвзрывпроект» начали вести поиск и апробацию способов и методов рассредоточения зарядов.
Основные возможные способы и средства рассредоточения зарядов в скважине были разбиты на четыре основные группы:
1. Пневматические затворы, устанавливаемые в скважине на необходимой глубине.
2. Упругие затворы, доставляемые на необходимую глубину в специальном контейнере.
3. Упругие затворы, доставляемые на необходимую глубину в сжатом виде на веревке.
4. Затворы, доставляемые на необходимую глубину и удерживаемые на ней веревкой.
На сегодняшний день на первую, вторую и третью группы затворов получены патенты на изобретение, на четвертую группу подана заявка на изобретение.
Благодаря успешно проведенной работе на Моховском угольном разрезе ОАО УК «Кузбассразрезуголь» началось массовое применение метода рассредоточения заряда с помощью пневматической пробки.
В этом способе зарядки скважин воздушные промежутки создаются с помощью затвора в виде сферической резиновой камеры с ниппелем. Эту резиновую камеру (далее по тексту -затвор) опускают на заданную глубину, предварительно удалив из него воздух и соединив ее с длинным шлангом с помощью полой иглы. Причем между камерой и нижним зарядом оставляют необходимой высоты воздушный промежуток. По шлангу подают сжатый воздух в камеру, которая, наполняясь воздухом, плотно встает в скважине на заданной глубине с точностью до 10 см. Метод позволяет формировать точные геометрические размеры заряда скважины, что имеет весьма большое значение. Кроме того герметичность перекрытия затвором, отсекает воду идущую снизу, позволяет применять комбинированные ВВ, а именно в обводненной части скважины водостойкие ВВ в сухой обычные, что дает допол-
о 40
0
5 35
с
а
£ :зо
1 §325 3 &
І §20
| 2
5^ о!5 н
| 10
о
а
С 5 0
1 1 1 1
у
і гг і ^ , к
1 1 1 1 о *
1 1 1 1
*4» 1 и ^ її4 ** о - о
1 1 1 1 1 1 1 1 • □
1 1 1 1 1 1 1 * -л - —А
1 1 1 1
8
10 11 12 13
14
показатель прочности горных пород по шкале проф. М.М.Протодьяконова
О фактическое сокращение удельного расхода ВВ за период установки затворов.
- □ - Сокращение удельного расхода ВВ при рассредоточении на три и более частей (теоретическое значение)
“А - Сокращение удельного расхода ВВ при рассредоточении на две части (теоретическое значение)
Рис. 1. Влияние показателя прочности горных пород на уменьшение удельного расхода ВВ в зависимости от количества воздушных промежутков созданных при рассредоточении заряда
нительный экономический эффект при подготовке горной массы.
Используя практические результаты применения пневмозатворов, была показана экономическая целесообразность применения их на обводненных и сухих скважинах в зависимости от глубины скважины.
Следующим этапом работы было дополнительное внедрение затворов четвертой группы.
Рассредоточение заряда воздушными промежутками без увеличения удельного расхода ВВ уменьшает геометрические размеры среднестатистического куска разрушенной горной массы. Естественно ожидать, что для сохранения крупности дробления горной породы при рассредоточении
заряда воздушными промежутками количество ВВ потребуется меньше (выход горной массы не изменяется). Основываясь на этом положении было показано, что величина удельного расхода ВВ может быть снижена и ее значение определяется по формуле:
Япр.р~Япр*(\~^1р^вв) ч (1)
где 1вв - длина сплошного заряда ВВ в скважине без рассредоточения, 1Р -длина воздушного промежутка в заряде скважины, дпр - удельный расход ВВ в зарядах скважин без рассредоточения.
При этом качество фрагментации горных пород остается неизменным. Используя общеизвестную формулу
Таблица 1
Техническая характеристика установки для осушения скважин LEGRA.
MODEL 130/140 MODEL 150
Производительность насоса 250 л/м при 35 м 300 л/м при 55 м
Максимальная глубина насоса 37 м 65 м
Диаметр насоса 90 мм 130 мм
Диаметр шланга 65 мм 65 мм
Тип шланга Полиэстер армированный Полиэстер армированный
стальной проволокой стальной проволокой
Скорость ввода/всасывания 1-1,5 м/сек 1,2 м/сек
Требования к гидравлике 30 л/м 50 л/м
Функции гидравлики Поднятие/опускание, вы- Поднятие/опускание, вытя-
тягивание и стандарт на- гивание и стандарт насоса -
соса - дополнительный дополнительный поворот.
поворот.
Размеры - главная рама 1150 х 750 1220 мм 1450 х 850 х 1300 мм
Вес 450 кг 750 кг
для определения общей длины воздушных промежутков, имеющую вид:
Sip = Івв /(1+0,5*f) , (2)
где f - коэффициент крепости горных пород по шкале проф. М.М. Протодья-конова, получим выражение для оценки снижения удельного расхода BB при зарядке скважин с двумя, тремя и более воздушными промежутками:
qnP.P=qnP-(1- 1/(1+0,5*f )). (3)
Результаты расчета снижения удельного расхода BB и результаты полученные при применении в зависимости от крепости горных пород и количества воздушных промежутков показаны на рис. 1.
B результате трехлетней работы на угольных предприятиях Кузбасса ООО «Кузбассвзрывпроект» было установлено 78 085 шт. скважинных затворов.
Для оценки целесообразности применения скважинных затворов специалистами ООО «Кузбассвзрывпроект» и ООО «КРУ - Bзpывпpом» был произведен расчет экономического эффекта от применения скважинных затворов.
Оценка проводилась по двум направлениям:
1. Экономия от снижения удельного расхода относительно оптимального удельного расхода по методике КузГТУ, приятой в нормативно-техническом отделе Угольной Компании для обоснования нормативов расхода.
2. Экономия при условии заряжания в обводненных условиях от замены верхней части заряда с дорогого водоустойчивого эмульсионного ВВ на более дешевое неводоустойчивое гранулированное ВВ.
В результате расчетов экономия составила около 30 млн. рублей
Применение скважинных затворов за 2003-2006 гг. составило 6,1 % от всех взрываемых скважин, из них 43 % с понижением удельного расхода, 57% с заменой водоустойчивого эмульсионного ВВ на неводоустойчивое гранулированное.
Помимо рассредоточения зарядов ВВ в скважине специалисты ООО «КузбассВзрывПроект» занимаются разработкой технологии осушения скважин осушающими машинами Ьедга 130/140 и Ьедга 150.
Глубина скважин Количе- ство скважин Длина заряда Обводненность ср., м Вес ЭВВ без откачки Вес ЭВВ с откачкой Вес УП-1 при откачке Разница, руб
5 823 3,4 1,0 140,7 84,0 48,0 6,3
6 1513 4,0 1,3 168,8 97,9 60,0 35,7
7 2220 4,7 1,4 197,0 101,9 80,5 85,8
8 3231 5,4 1,8 225,1 116,5 91,9 113,8
9 5655 6,0 2,6 253,3 149,4 87,9 103,9
10 10951 6,7 3,0 281,4 167,7 96,2 124,4
11 6562 7,4 2,6 309,5 152,7 132,7 213,6
12 3165 8,0 5,6 337,7 275,8 52,4 17,1
13 1487 8,7 5,5 365,8 273,1 78,5 80,9
14 1451 9,4 5,8 394,0 285,1 92,1 114,4
15 1603 10,1 6,1 432,2 304,8 107,7 152,5
16 2327 10,7 6,0 461,0 301,4 135,1 219,3
17 1757 11,4 6,2 489,8 310,6 151,6 259,7
18 1248 12,1 6,5 518,6 320,9 167,2 298,0
19 693 12,7 6,2 547,4 309,3 201,4 381,7
20 1003 13,4 7,4 576,2 362,2 181,1 331,8
21 676 14,1 7,2 605,0 351,7 214,3 413,2
22 684 14,7 7,9 633,8 381,4 213,6 411,3
23 292 15,4 7,7 662,6 373,3 244,8 487,7
24 141 16,1 10,5 691,4 492,5 168,3 300,6
25 257 16,8 8,6 720,3 413,1 259,9 524,6
26 199 17,4 11,2 749,1 522,9 191,4 357,0
27 290 18,1 12,1 777,9 562,6 182,2 334,6
28 211 18,8 13,4 825,4 633,5 162,4 286,2
29 205 19,4 13,0 854,9 617,9 200,5 379,4
30 311 20,1 17,1 884,4 795,1 75,6 73,8
31 338 20,8 16,1 913,9 752,0 136,9 223,9
32 425 21,4 9,8 943,4 477,1 394,6 853,9
33 270 22,1 9,8 972,8 476,0 420,4 917,1
34 208 22,8 10,1 1002,3 489,6 433,8 949,9
35 223 23,5 10,7 1031,4 516,8 435,8 954,8
36 189 24,1 9,9 1061,3 479,8 492,0 1092,3
37 189 24,8 8,4 1090,8 412,6 573,8 1292,4
38 116 25,5 9,9 1120,2 478,7 542,9 1216,6
39 131 26,1 9,6 1149,7 467,5 577,2 1300,7
40 211 26,8 11,1 1179,2 534,0 545,9 1224,1
41 140 27,5 10,8 1236,2 531,9 595,9 1346,5
42 105 28,1 11,0 1266,3 539,1 615,3 1393,8
43 88 28,8 11,7 1296,5 571,2 613,7 1389,8
44 64 29,5 11,4 1326,6 557,6 650,7 1480,4
45 24 30,2 10,4 1356,8 513,8 713,3 1633,5
46 37 30,8 9,6 1386,9 475,1 771,5 1775,5
47 54 31,5 8,7 1417,1 436,4 829,8 1918,4
48 69 32,2 9,6 1447,2 477,4 820,6 1895,9
49 49 32,8 9,5 1477,4 473,3 849,6 1966,8
50 739 33,5 9,6 1507,5 478,2 871,0 2019,0
Всего 52624 32952,6
Осушающие машины ЬЕвНД предназначены для откачки воды из обводненных скважин перед заряжанием. Привод насоса осуществляется гидродвигателем, объединенным в один агрегат с насосом.
Специалисты компании ознакомились с работой осушающих машин на угольных предприятиях штата Кентукки (США) во время командировки в июле 2006 года.
Осушающие насосы Ьедга будут использованы для выполнения следующих работ на разрезах ОАО УК «Кузбассразрезуголь»:
1. Осушение скважин с малой обводненностью при последующем заряжении неводоустойчивых ВВ в день взрыва.
2. Осушение скважин любой обводненности с последующим заряжением неводоустойчивого ВВ в герметичный полиэтиленовый рукав в день взрыва.
3. Осушение скважин любой обводненности с последующим заряжанием ЭВВ до пьезометрического уровня грунтовых вод и заряжанием неводоустойчивого гранулированного ВВ.
При анализе обводненности скважин на большинстве участков «Кузбассразрезуголь - Взрывпром» принято предварительное решение о воз-
Рис. 2. Модуль осушающей машины Ьедга 150 в работе
можности применения осушающих машин ЬЕвНД для скважин глубиной от 5 до 50 метров с уровнем воды от 1 до 24 м (для скважин диаметром 216 мм) (табл. 2).
Минимальная производительность насоса Ьедга, согласно техническим условиям - 250 л/мин. Вместимость 1 п. м. скважины диаметром 216 мм - 37 литров. Из этого следует, что за 1 мин. Можно осушить до 6 м. воды. Таким образом, можно рассчитывать, что осушение одной скважины с учетом переездов машины и настраивания установки составит 2.5-3 мин.
Также стоит учитывать, что установка по осушению скважин должна работать параллельно со смесительно-зарядными установками и, следовательно, время непосредственного осушения скважин примерно приравнивается ко времени разгрузки зарядных машин. Приняв за основу расчет, отраженный в табл. 2, и исходя из производительности одной машины, можно утверждать, что экономия за счет замены ВВ с водоустойчивого на неводоустойчивое, при сегодняшнем соотношении цен составит 500-520 тыс. руб в месяц на одну машину.
Расчет экономической эффективности от замены водоустойчивого ВВ на неводоустойчивое при осушении скважин на предприятиях УК ОАО «Кузбассразрезуголь».
Все вышеперечисленные технологии оказывают влияние на снижение стоимости дробления горных пород, без снижения качества дробления, что
делает уголь, добытый в ОАО «Кузбассразрезуголь» более конкурентоспособным.
Подводя итог нашей трех летней работы в угольной компании мы можем утверждать, что:
1. получен экономический эффект за счет сокращения общего количества ВВ на 15 % в целом, так и за счет уменьшение дорогостоящих водостойких ВВ в среднем 3-4 % дополнительно;
2. удалось исключить при фрагментации горной массы негабаритные включения, что существенно снижает расходы угольной компании на следующей стадии -транспортной;
3. удалось повысить долю энергии взрыва ВВ для качественной проработки уступа взрываемого блока за счет снижения эффекта переизмель-чения горной породы в ближней зоне скважины, гггш
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------------------
Фeдoтeнкo C.M. - генеральный директор ООО «KузбассBзpывПpоект», кандидат технических наук,
Гришин C.B. - исполнительный директор, ООО «KРУ-Bзpывпpом»,
KornH C.B. - технический директор ООО «КРУ - Bзpывпpом»,
Фeдoтeнкo B.C. - студент КузГТУ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. B.C. Кузьмин.
---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РАН
ЗAБУРДЯEB Bиктоp Семенович Обоснование способов и параметров извлечения метана при высокоинтенсивной отработке газоносных угольных пластов 25.00.20 д. т.н.
