CC BY
71
экспортирован в формате йХР с последующим редактированием рисунка в Автокаде, или сразу отправлен в Автокад. Табличные результаты экспортируются в формат ХЬБ. Осуществляется вывод документов на печать.
|— Коротко об авторах------------------------------------------
Козырев С.А. - Горный институт Кольского научного центра, Фаттахов Э.И. - ОАО “АПАТИТ”.
---------------------------------------- © В.А. Белин, А.А. Трусов,
А. Цэдэнбат, 2007
В.А. Белин, А.А. Трусов, А. Цэдэнбат
ОСОБЕННОСТИ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ МОНГОЛИИ
Угольная промышленность Монголии играет важную роль в экономическом развитии страны. В настоящее время почти вся энергетика страны опирается на уголь, поскольку другие традиционные энергоресурсы, такие, как природный газ и нефть, пока в стране не обнаружены в количествах, достаточных для промышленной добычи.
Основная часть добычи угля осуществляется открытым способом разработки. Однако эффективность добычи сдерживается суровыми климатическими условиями. Площадь, занятая многолетнемерзлыми породами и грунтами, составляет около 63 % территории Монголии, а сезонное промерзание грунтов наблюдается почти повсеместно, за исключением районов юга.
Наиболее крупным и перспективным является Баганур-ское месторождение бурого угля, расположенное на территории Центрального аймака в 120 км от столицы Монголии г. Улан-Батора.
Район месторождения принадлежит к юго-восточным отрогам Хэнтэйской горной системы. Отметки поверхности из-
меняются на площади месторождения от 1333 до 1376 м. Гидрографическая сеть района представлена р. Керулен, протекающей на 8-15 км восточнее месторождения, и ее притоками Хуцагин-Гол и Хучжуруин-Гол, которые протекают непосредственно через район месторождения.
Климат района резко континентальный. Мощность слоя се-зонного промерзания достигает 4 м. Относительно широко распространена многолетняя мерзлота долинного типа, имею-щая островной характер. Породы вскрыши представлены ар-гилитами, алевролитами, песчаниками и песчаногравийными смесями. Крепость основной массы вскрышных пород не пре-вышает 6 по шкале профессора М.М. Прото-дьяконова, катего-рия трещиноватости по классификации МКВД - II.IV. Гравийно-галечные отложения имеют повышенную крепость до 1012. Для многолетнемерзлых отложений характерна повышенная влажность, достигающая 21 %. Температура этих отложений составляет минус 0,5-3,5 °С, мощность - 5-30 м, площадь -0,8 км2.
Участки с линзообразными включениями вечной мерзлоты разрабатываются с 2002 г. при добыче 500-600 тыс. т/год.
При бурении скважин применяются в основном станки вращательного бурения СВБ-2М и СБР-160А-24, также используются станки шарошечного бурения СБШ-250МН. На вскрышных работах используются экскаваторы ЭШ 10/70, ЭКГ-8И с автосамосвалами САТ 777й, на добыче угля - ЭКГ-5А с автосамосвалами БелАЗ 548.
Выход негабарита при взрывании участков с линзообразными включениями вечной мерзлоты достигает 30-40 % при предельном размере кондиционного куска 1 м. Средний размер куска 0,65 м.
Повышенный выход негабарита отрицательно сказывается на производительности горно-транспортного оборудования и эффективности буровзрывных работ в целом. Вместе с тем, вопросы взрывания пород с включениями вечной мерзлоты внутри разрушаемого массива недостаточно изучены теоретически и экспериментально, а подавляющее большинство известных работ относится к взрыванию пород с верх-
ним сезонно-мерзлым слоем или к взрыванию собственно мерзлоты.
Поэтому был выполнен анализ современного
состояния вопроса взрывной отбойки массивов с включениями мерзло-ты и проведены лабораторные исследования взрывного дробления модельных образцов горной породы, часть из которых была заморожена, с целью использования результатов этих исследований для выдачи практических рекомендаций при взрывании пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты.
В качестве модельного материала был применен силикатный кирпич, поскольку его характеристики близки к характеристикам вмещающих пород угольных разрезов и он может впитывать до 10 % воды, что является обязательным условием для имитации взрывания вечномерзлой породы.
В качестве ВВ использовали специальные составы с теплотой взрыва от 1200 до 600 ккал/кг. Скважины имитировали шпуры диаметром 3 мм. Инициирование зарядов осуществляли
специальным волноводом с наружным диаметром 2 мм и скоростью передачи импульса 2000 м/с.
Эффективность дробления оценивалась гранулометрическим составом взорванной массы, который определялся методом ситового анализа. В качестве основных показателей для сравнения был принят выход крупной фракции >40 мм и средний диаметр (размер) куска.
Взрывали кубические образцы в естественном состоянии (сухие) и водонасыщенные замороженные образцы размером 60x60x60 мм с помощью единичного заряда, расположенного по центру образца. Глубина шпуров равнялась 45 мм, масса зарядов - 100, 150, 200 и 250 мг.
Получены зависимости среднего диаметра куска и выхода фракций >40 мм от удельного расхода ВВ, из анализа которых следует, что для получения той же степени дробления для замороженных образцов необходимо увеличение удельного расхода ВВ до 20 % и несколько более, что согласуется с ранее выполненными исследованиями по взрыванию собственно мерзлоты.
Кроме того, взрывали одиночные сухие и замороженные образцы размером 125x60x60 мм с двумя и тремя шпурами, а также сборные блоки с такими же замороженными и сухими образцами одновременно с расположенными вокруг них сухими образцами размером 60x60x60 мм.
Указанные опыты показали целесообразность применения дополнительных скважин при взрывании пород с включениями мерзлоты внутри разрушаемого массива, как это достаточно часто имеет место при взрывании пород с верхним сезонно-мерзлым слоем.
Поэтому была проведена имитация массовых взрывов. Шпуры бурили на половине целого кирпича при размерах взрываемых блоков 125x125x60 мм, взрывали сухие и за-мороженные образцы. Поскольку имитация линзообразных включений технически очень сложна, заморозке подверга-ли верхний слой толщиной 30 мм. Основные шпуры глубиной 45 мм бурили по сеткам 25x37, 37x25, 31x44 и 44x31 мм, что в масштабе 1:160 соответствовало сеткам 4x6, 6x4, 5x7, 7x5 м. Кроме того, бурили дополнительные шпуры глубиной 30 мм, которые располагали между основными шпурами в шахматном порядке. Массы зарядов
составляли 250 мг для основных и 170 мг для дополнительных шпуров.
Эти условия существенно отличаются от взрывания пород на карьерах с верхним сезонно-мерзлым слоем, когда глубина дополнительных шпуров или скважин в несколько раз меньше глубины основных скважин, а в ряде случаев совпадают со взрыванием пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты. Производили короткозамедленное взрывание с интервалом замедления 15 мкс и инициированием с короткого торца кирпича. Мгновенно взрывали основные шпуры одного ряда и соседние с ним дополнительные шпуры.
В результате опытов установлено, что для замороженных образцов выход фракций >40 мм и средний диаметр куска увеличиваются при прочих равных условиях до 26 %.
Полученные результаты сравнивали со взрыванием таких же замороженных блоков, в которых бурили только
основные шпуры. Установлено, что применение дополнительных шпуров позволяет уменьшить выход фракций >40 мм и средний диа-метр куска на 25-50 %. В реальных условиях эти цифры (осо-бенно выход негабарита) должны быть еще более сущест-венными.
На основании проведенного анализа литературных ис-точ-ников, теоретических и лабораторных исследований разработан новый способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты на открытых горных работах, включающий бурение нисходящих основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ, заключающийся в том, что в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты определяют их контур в плане и отметки кровли и почвы этих включений по глубине скважин, дополнительные скважины бурят внутри контура с пересе-чением указанных включений, но не глубже основных скважин, при этом определяют отметки кровли и почвы включений по глубине дополнительных скважин, а при заряжании дополни-тельных скважин заряды ВВ размещают внутри пересекаемых линзообразных включений вечной мерзлоты.
Определение в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты, их контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений в глубине скважин позволяет установить параметры залегания этих включений внутри разрушаемого массива, в том числе их мощность по глубине конкретных скважин, а также скорректировать конструкцию и параметры зарядов ВВ в основных скважинах для регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород. Расположение дополнительных скважин внутри контура в плане линзообразных включений вечной мерзлоты гарантирует пересечение каждой дополнительной скважиной данных включений по всей их площади в пределах взрываемого блока. Бурение дополнительных скважин до пересечения указанных включений, но не глубже основных скважин, обеспечивает определение положения и мощности включений по глубине каждой дополнительной скважины на всю высоту разрушаемого объема по-
род. Указанные выше признаки позволяют зарядить дополнительные скважины зарядами ВВ, которые равномерно размещены внутри пересекаемых этими скважинами линзообразных включений вечной мерзлоты по всей их площади и объему. Это увеличивает энергонасыщенность массива внутри линзообразных включений, повышает эффективность их дробления.
При этом желательно производить забойку донной части дополнительных скважин на высоту от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы линзообразных включений вечной мерзлоты, а заряжать эти скважины зарядами ВВ, высота которых на 2-5 диаметров скважин ниже кровли включений, что исключает направленность действия взрыва в сторону вмещающих пород, имеющих меньшую сопротивляемость взрыванию. Поэтому, несмотря на уменьшение массы зарядов внутри включений, это дополнительно повышает эффективность их дробления. То есть торцы зарядов ВВ в дополнительных скважинах должны отстоять от почвы и кровли включений на расстояние от 2 до 5 диаметров скважин. При меньших расстояниях возможно направленное действие взрыва в сторону вмещающих пород, а при больших - существенное уменьшение массы зарядов внутри включений, что в обоих случаях приведет к снижению эффективности дробления включений. Меньшие значения этих расстояний соответствуют большим диаметрам скважин и меньшей мощности включений, а большие значения - меньшим диаметрам скважин и большей мощности включений.
Наличие, контур в плане, отметки кровли и почвы и мощность линзообразных включений вечной мерзлоты по глубине каждой скважины определяют в процессе бурения основных скважин по изменению скорости бурения, цвета и состояния выдаваемых на поверхность продуктов разрушения.
Способ выполнен на уровне изобретения и защищен патентами Российской Федерации (патент № 2263877, класс Р 42 й 3/04, опубликован 10.11.2005 Бюл. №31) и Монголии.
В августе 2005 г. проведены промышленные испытания способа на угольном разрезе Баганур, которые подтвердили его целесообразность и экономическую эффективность. Дос-
тигнуто снижение выхода негабарита до 5-10 % против 15-20 % при существующей технологии.
|— Коротко об авторах---------------------------------------
Белин В.А., Трусов А.А., Цэдэнбат А. - Московский государственный горный университет.
