CC BY
20
© Е.Л. Бельченко, В.О. Соловьев, И.М. Шведов, 2014
УДК 622.236.4
Е.Л. Бельченко, В.О. Соловьев, И.М. Шведов
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРЕНОСНЫХ ВЗРЫВОРЕАКТИВНЫХ КОМПЛЕКСОВ В РАЗРАБОТКЕ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА
Направление на интенсивное развитие Дальневосточного региона - одно из приоритетных и стратегических государственных задач сегодняшнего времени. Наряду с развитием транспортной инфраструктуры, немаловажными являются задачи, связанные с совершенствованием горнодобывающей отрасли региона. Суровые климатические и сложные горно-геологические условия местности требуют внедрения инновационных методов и технологий ведения горных работ. В частности, это касается и золотодобывающей отрасли - 50% добычи золота в РФ приходится на этот регион. Использование переносных взрывореактивных комплексов (ПВРК) представляется перспективным в подготовке участка для горных работ в сложных горно-геологических и климатических условиях Дальневосточного региона. Отличительной особенностью таких комплексов является высокая транспортабельность, способность образовывать скважины в мерзлых грунтах и скальных породах крепостью по шкале М.М. Протодьяконова до { = 20 и диаметром от 1 м до 0,2 м (в зависимости от крепости пород) с автономным удалением разрушаемых на забое пород и выносом шламов до 30-60 м (возможно формирование дорожной насыпи), высокая надежность эксплуатации при температурах ±50 °С.
Ключевые слова: Дальневосточный регион, золоторудные месторождения, сложные горно-геологические условия, горные работы, переносные взрывореактивные комплексы.
В настоящее время одним из приоритетных направлений реализации государственной программы социально-экономического развития Российской Федерации является развитие Дальневосточного региона [1]. Расположенный в стратегически важном и экономически интенсивно развивающимся регионе мира - Азиатско-Тихоокеанском (АТР), ВВП которого составляет более двух третей мирового, Дальний Восток имеет все шансы занять лидирующие позиции в сфере международного бизнеса.
Дальневосточный федеральный округ, занимая порядка 36% площади всей территории Российской Федерации, обладает огромными природными ресурсами, из которых золото со-
ставляет значительную долю в общероссийской добыче.
Порядка 95,2% запасов золота Дальневосточного региона сосредоточено в пяти основных золотодобывающих округах: Магаданская область - 33%, Республика Саха (Якутия) - 22,8%, Амурская область -17,8%, Чукотский АО - 10,7% и Хабаровский край - 10,3%. Балансовые запасы рудного золота на территории этих округов составляют 99,5%, россыпного - 97,7%. В разработке в настоящее время находятся 65% общих запасов, 30% - подготавливаются к освоению, 4% - на стадии геологоразведки. Из разрабатываемых месторождений 70% распределенного фонда недр составляет рудное золото
и 55% россыпное. По данным экспертов потенциал роста добычи золота на Дальнем Востоке существенно сдерживается неразвитостью инфраструктуры региона и природными факторами - сложными горно-геологическими условиями, наличием районов вечной мерзлоты [2].
Граница вечной мерзлоты на Дальнем Востоке проходит по подножию гор левобережья Амура к его устью. Мерзлота отсутствует на Сахалине и в прибрежных районах южной половины Камчатки. Участки мерзлоты островного типа встречаются южнее границы ее распространения в горах Сихотэ-Алиня в Приморском крае. Фактически большая часть Дальневосточных золотоносных месторождений, а это, по данным «Дальнедра» 3652 месторождения с запасами 4787,385 т расположены в сложных климатических условиях. Для сравнения, по данным департамента природных ресурсов США, в 2013 г. 300 шахт золотых приисков Аляски, в похожих климатических условиях произвели приблизительно 100 000 унций золота [3].
Россыпные месторождения золота, как правило, неглубокие (до 30 м) и отрабатываются на Дальнем Востоке открытым способом, осложняются в плане подготовке участка для ведения работ наличие вечной мерзлотой, сложным горно-геологическим рельефом. Подготовка участка к добыче представляет комплекс открытых геологоразведочных и горно-подготовительных работ, включающих вырубку и корчевание леса в пределах участка, устройство подъездных дорог, проходка осушительных канав, ведение вскрышных работ, отвалообразова-ние. Как правило, при выполнении таких работ используются средние и легкие бульдозеры. Чаще всего это машины отечественного производства марок Четра (Т-15.01) и ЧТЗ (Т-130),
а в ряде случаев - в районах вечной мерзлоты мощные бульдозеры, с навесным оборудованием для предварительного рыхления японского (Komatsu) и американского (Caterpillar) производства [4].
В ряде случаев, например, при выемочных работах для снижения энергоемкости процесса подготовки породного массива к экскавации применяется предварительное рыхление пород с применением буровзрывных работ, проведение которых традиционными способами заметно осложняется рельефом местности, сезонным фактором, горно-геологическими особенностями, отсутствием подъездных дорог и т.п.
Практика показывает, что существующие технологические схемы ведения БВР, конструкции скважин-ных зарядов не снижает актуальность задачи совершенствования ведения взрывных работ с учетом физико -технических свойств породного массива, горно-геологических особенностей района ведения работ. Направление совершенствования работ находит потенциал в использовании вариантов конструкции скважинных зарядов, способов инициирования взрыва, системы последовательности взрывания с учетом структурных особенностей и состояния массива [5, 6]. А подготовительные операции как проходка канав и траншей из-за сложного рельефа местности приходится иногда осуществлять вручную.
Экономически целесообразным в таких случаях может оказаться буровзрывной способ проходки с использование нетрадиционных способов и средств ведения буровзрывных работ на выброс. Такой способ, обладая высокой производительностью, менее затратный, практически пригоден в любых горно-геологических условиях, в сравнении с использованием землеройной техники на участках с небольшими годовыми объемами проходки.
Однако традиционный способ ведения БВР не лишен недостатков, например, необходимость ручной доработки канавы после взрыва с целью удаления слоя пород, деформированного взрывом, а также существенные затруднения, связанные с засыпкой выработки и рекультивацией почвенного слоя, снижают эффективность его использования.
В этом случае перспективным в подготовке участка для горных работ в сложных горно-геологических и кли-
Рис. 1. Устройство и принцип работы ВУ: а) одной кассеты; б) при проходке скважины; 1 - блок электрического инициирования (БЭИ); 2 - переходник с присоеденитель-ными электрическими проводами; 3 - набор безоткатных, последовательно разрушаемых кассет с отражателями; 4 -присоеденительные электрические провода, подводимые к специальным электрическим детонаторам (СЭД); 5 - СЭД; 6 - гаргрот; 7 - реактивные (прижимные) заряды ВВ, размещенные в отражателях кассет; 8 - забойные заряды ВВ, размещенные в отражателях кассет; 9 - ПВ реактивных заряда ВВ, истекающих направленным потоком из отражателей; 10 - ПВ забойного заряда ВВ, истекающих направленным потоком из отражателей; 11 - полость, образуемая в породе при работе одной кассеты; 12 - образуемая скважина; 13 - зона повышенного уплотнения или трещинова-тости породы; 14 - выброс разрушенной породы (шлама) и газов из скважины
матических условиях Дальневосточного региона представляется использование переносных взрывореактивных комплексов (ПВРК) [7].
При создании этих комплексов к ним было выдвинуто ряд основных требований, в том числе:
1. Способность образовывать скважины в мерзлых грунтах и скальных породах крепостью по шкале М.М. Про-тодьяконова до / = 20 и диаметром от 1 до 0,2 м (в зависимости от крепости пород) с автономным удалением разрушаемых на забое пород и выносом шламов до 30-60 м (возможно формирование дорожной насыпи).
2. Изменение количества рабочих модулей конструкции, оснащенных зарядами твердого взрывчатого вещества (ВВ), в зависимости от прочностных свойств разрушаемых пород и глубин выработки.
3. Доставка их к месту работ ручным способом, для чего комплекс должен иметь максимальную массу не более 45 кг, а массу разъемных модулей и приборов не более 10 кг.
4. Работать в диапазоне температур ±50 °С со временем подготовки и производством работ одним комплексом не более 5 минут.
ПВРК включает в себя: взрывореактивную установку (ВУ), пусковое устройство (ПУ), магистральный электрический кабель, автономный источник питания (АИП) и дистанционный пульт управления (ДПУ).
Взрывореактивные установки и созданные на их основе комплексы (ВРК) представляют собой без-
откатные изделия, способные серией управляемых взрывов образовывать скважины в горных породах, в том числе и в обводненных условиях.
На рис. 1 (а, б) приведены схемы переносных взрывореактивных установок и показан принцип их работы [8].
Установка ВУ включает в себя блок электрического инициирования (БЭИ) - 1 и рабочий орган (РО), состоящий от одного до трех рабочих модулей (РМ) - 4, каждый из которых укомплектован семью безоткатными разрушаемыми кассетами - 3. Разрушаемые кассеты - 3 оснащены забойными - 8 и реактивными (прижимными) - 7 сосредоточенными или кольцевыми кумулятивными зарядами ВВ, а также специально разработанными электрическими детонаторами мгновенного действия (СЭД) - 5. Каждый СЭД - 5 соединен с БЭИ - 1 при помощи электрических проводов - 4, протянутых от БЭИ - 1 через переходник - 2 и корпуса кассет - 3. СЭД - 5 установлены в кассете таким образом, чтобы через заряд размещенный в гар-гроте - 6 или напрямую инициировать первоначально реактивный (прижимной) - 7, а затем забойный - 8 заряды ВВ, которыми оснащены отражатели кассет - 3. Для прижатия ВУ к забою скважины - 11 , истечение продуктов взрыва (ПВ) от реактивного заряда -9 по времени перекрывает истечение ПВ забойного заряда - 10. Синхронно-перекрывающая работа реактивного заряда ВВ - 7 достигается за счет разной длины, плотности и скорости детонации реактивного - 7 и забойного - 8 зарядов ВВ. При этом ПВ от реактивного заряда ВВ - 9, воздействующие на боковые стенки образуемой скважины - 12 расширяют их, а ПВ от забойного заряда ВВ - 10 разрушают породу на забое - 11 , образуя первоначальную полость меньшего диаметра. Отражатели и кассета - 3 претерпевают пластическую деформацию в
процессе аккумулирования ПВ в направленный поток - 9 и 10, который воздействует на породу. После завершения процесса аккумулирования ПВ - 9 и 10 рабочая кассета - 3 разрушается по проточкам и концентраторам напряжения на ее поверхности, а ее осколки вместе с разрушенной породой выбрасываются из скважины расширяющимися ПВ.
Инициирование кассет - 3 осуществляется последовательно снизу-вверх с частотой от 100 до 1000 Гц.
Внешний вид взрывореактивной установки и образованная скважина одним комплексом ПВРК показаны на рис. 2 и 3.
Эффективность ПВРК обеспечивается за счет:
• использования БЭИ, которые в процессе работы не зависят от внешних источников питания и обеспечивают управляемый режим иницииро-
Рис. 3. Результат инициирования одного комплекса ПВРК
вания СЭД с частотой до 1000 Гц, обладающих высокой степенью безопасности и надежностью для многоразового применения, заряжающихся от малогабаритных источников энергии;
• использования специальных электрических детонаторов мгновенного действия [9], обладающих высокой безопасностью при их эксплуатации и инициировании от БЭИ, их дублирование может осуществляться специальными капсюлями-детонаторами [10];
• использования одноразовых кассет, оснащенных разрушаемыми отражателями, обеспечивающими высокоэффективное аккумулирование энергии продуктов взрыва на разрушаемую породу и позволяющих увеличить частоту подачи очередной кассеты ВУ на забой с частотой до 50 кГц;
• реактивно-безоткатной работы кассет ВУ, работающих как «забойка», что обеспечивает достаточное время удержания продуктов взрыва, воздействующих на разрушаемую породу, и минимизирует временной интервал подачи очередной кассеты ВУ на забой;
• самопроизвольного выброса шлама на дневную поверхность продуктами взрыва;
1. Государственная программа Российской Федерации «Социально-экономическое развитие Дальнего Востока и Байкальского региона». Утверждена распоряжением Правительства РФ от 29 марта 2013 г., № 466-р.
2. Дальневосточный капитал. - 2013. - № 6.
3. Alaska's Mining Industry. Alaska Department of Natural Resources. http://www.akrdc. org/issues/mining/overview.html
4. Бизнес-справочник «Недра. Твердые полезные ископаемые-2013».
5. Сафронов В.П., Сафронов В.В., Макаров Р. В. Основные подходы повышения эффективности подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом // Известия ТГУ, Естественные науки. - 2010. -Вып. 2. - С. 328-333.
6. Дугарцыренов А.В., Бельченко Е.Л. Ресурсосбережение при бульдозерной разработке россыпных месторождений. (Освое-
• автономности и возможности доставки, в т.ч. и вручную или гужевым способом в труднодоступные для транспорта районы;
• высокоскоростного разрушения пород различной крепости в форме скважины, что существенно сокращает временные и технологические затраты при разработке пород.
• высокой надежности эксплуатации при температуре ±50 °С, а также после длительного хранения изделий в сложных климатических условиях.
Преимущества применения ПВРК в разработке золоторудных месторождений Дальнего Востока очевидны, это: малые сроки доставки комплексов к рабочему участку; сокращение времени производственных операций; экономия расходных материалов и сокращение численности обслуживающего персонала; способность проводить БВР в любых горно-геологических (со сложной гипсометрией пластов) и климатических условиях; уменьшение и сокращение сроков инженерно-восстановительных работ; экологическая безопасность ведения работ и их надежность.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ние северных территорий). - М.: Изд. «Горная книга», МГГУ, 2010. - 211 с.
7. Соловьев В.О., Шведов И.М. Актуальность использования переносных взрыворе-активных комплексов при освоении Дальнего Востока // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2013. - № 3. - С. 139-144.
8. Соловьев В.О., Кельнер М.С., Коров-кин Ю.В. Малогабаритные системы электрического инициирования для управляемого взрывного бурения горных пород в сложных условиях // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2013. - № 1. - С. 110119.
9. Соловьев В.О., Думенко В.И. Электродетонатор и электровоспламенитель для него / МКИ: 6 Р 42 В 3/13, Патент № 2056034, РФ, приоритет от 30.03.1992 г. Опубл. в Официальном бюллетене «Изобретения. Полезные модели» № 7 от 10.03.1996 г.
10. Соловьев В.О. Капсюль-детонатор / Официальном бюллетене «Изобретения. По-МКИ: 6 F 42 В 3/10, Патент № 2070708, лезные модели» № 35 от 20.12.1996 г. [¡233 РФ, приоритет от 17.08.1994 г. Опубл. в
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Бельченко Евгений Леонидович - кандидат технических наук, e-mail: primorzoloto@mail.ru,
генеральный директор ЗАО «Приморзолото»,
Соловьев Виктор Олегович - кандидат технических наук,
заведующий отделом, e-mail: solovievvo@yandex.ru,
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН,
Шведов Игорь Михайлович - кандидат технических наук, доцент, e-mail: svirell@mail.ru, МГИ НИТУ «МИСиС».
UDC 622.236.4
PROSPECTS OF USE OF PORTABLE EXPLOSIVE REACTIVE COMPLEXES IN DEVELOPMENT OF GOLD DEPOSITIS OF THE FAR EAST REGION
Bel'chenko E.L., Candidate of Technical Sciences, e-mail: primorzoloto@mail.ru,
General Director ZAO «Primorzoloto»,
Solov'ev V.O., Candidate of Technical Sciences,
Head of Department, e-mail: solovievvo@yandex.ru,
A.A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute of RAS,
Shvedov I.M., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: svirell@mail.ru,
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».
Direction to the intensive development of the Far East region is one of the priority and strategic state problems of our time. Along with the development of transport infrastructure, important are the problems connected with the improvement of the mining industry of the region. The severe climate and difficult mining and geological conditions require the implementation of innovative methods and technologies of mining operations. In particular, this applies to gold-mining industry - 50% of gold mining in Russia falls on the region. The use of portable explosive reactive complexes (PERC) seems promising in the site preparation for mining in difficult geological and climatic conditions of the far Eastern region. A distinctive feature of such systems is the high portability, the ability to form the wells in frozen soils and rocks a fortress on a scale M.M Protodiakonov up to f=20 diameter from 1 m to 0,2 m (depending on the strength of rock) with Autonomous remove the destroyed at the bottom of the rocks and the removal of sludge and 30 - 60 m (with the possible formation of road embankment), high reliability in operation at temperatures ±50 °C.
Key words: The Far East region, gold deposits, complex mountain-geological conditions, mining, portable explosive reactive complexes.
REFERENCES
1. Gosudarstvennaya programma Rossiiskoi Federatsii «Sotsialno-ekonomicheskoe razvitie Dal'nego Vostoka i Baikalskogo regiona». Utverzhdena rasporyazheniem Pravitel'stva RF ot 29 marta 2013 g., № 466-r (The state program of the Russian Federation «Socio-economic development of the Far East and the Baikal region». Approved by the order of RF Government dated March 29, 2013, № 466-p).
2. Dalnevostochnyi kapital, 2013, no 6.
3. Alaska's Mining Industry. Alaska Department of Natural Resources. http://www.akrdc.org/issues/ mining/overview.html
4. Biznes-spravochnik «Nedra. Tverdye poleznye iskopaemye-2013» («Business directory "NEDRA. Solid minerals-2013»).
5. Safronov V.P., Safronov V.V., Makarov R.V. Izvestiya TGU, Estestvennye nauki, 2010, issue 2, pp. 328-333.
6. Dugartsyrenov A.V., Bel'chenko E.L. Resursosberezhenie pri bul'dozernoi razrabotke rossypnykh mestorozhdenii. (Osvoenie severnykh territorii) (Resource saving when the bulldozer development of alluvial deposits. (Development of Northern territories), Moscow, Izd. «Gornaya kniga», MGGU, 2010, 211 p.
7. Solov'ev V.O., Shvedov I.M. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii. 2013, no 3, pp. 139-144.
8. Solov'ev V.O., Kel'ner M.S., Korovkin Yu.V. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii, 2013, no 1, pp. 110-119.
9. Solov'ev V.O., Dumenko V.I. Patent RU2056034, 10.03.1996.
10. Solov'ev V.O. Patent RU2070708, 20.12.1996.
