CC BY
59
А__________
---------------------------- © С.А. Козырев, Е.А. Власова,
А.В. Соколов, А.Л. Михайлов, Ф.Л. Носыко, 2007
С.А. Козырев, Е.А. Власова, А.В. Соколов,
А.Л. Михайлов, Ф.Л. Носыко
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СКВАЖИННОЙ ОТБОЙКИ НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ ХИБИН ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВВ МЕСТНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
^Гальнейшее развитие горнодобывающей промышлен-|^4ности Хибин в условиях рыночной экономики будет происходить на базе подземного и открытого способов добычи с применением энергосберегающих технологий, а подготовка скальных горных пород к выемке с использованием энергии взрыва на обозримую перспективу останется единственным универсальным, высокопроизводительным и относительно безопасным методом.
Следует отметить, что в течение многих лет на ОАО «Апатит» преобладал открытый способ отработки месторождений. В 1986 г. на него приходилось около 70 % всей добычи руды, в то время как количество балансовых запасов, пригодных для открытой и подземной добычи, составляло 25 и 75 % соответственно. По состоянию на начало 2005 г. таких запасов осталось только 10 %. Таким образом, динамика запасов за последнее двадцатилетие характеризовалась рез-
ким выбытием доли запасов, пригодных для открытой отработки [1].
Технологическая стратегия вывода и поддержания мощностей на уровне 8,5-9,0 млн т апатитового концентрата в год основывается на интенсивном развитии подземных рудников - Кировского и Расвумчоррского, с целью достижения их максимальной производительности для компенсации выбывающих объемов Центрального рудника и Ньоркпахского карьера Восточного рудника, на долю которых в 2005 г. приходится 50 % от общей добычи, а к 2015 г. она составит до 75 %.
На протяжение последних 30-35 лет на всех подземных рудниках Хибин для отбойки горной массы применялся грам-монит 79/21, сенсибилизированный чешуйчатым тротилом, который по своей эффективности, при отработанных для каждых горно-геологическвих условий параметрах БВР, полностью удовлетворял производство по условиям дробления. В связи с тем, что тротил является токсичным и канцерогенным веществом, а также небезопасным при заряжании скважин, и невозможностью его совмещения при зарядке скважин с комбинированными зарядами, особенно с алюмосодержащими ВВ, Ростехнадзор России запретил его использование на подземных горных работах.
Для удовлетворения собственных потребностей в ВВ для подземных горных работ на ОАО «Апатит» построили и в августе 2004 г. ввели в эксплуатацию стационарный подземный пункт по производству бестротиловых гранулированных ВВ. В настоящее время на подземном пункте производится гра-нулит А6, который применяется в основном при подэтажной системе разработки с отбойкой руды глубокими скважинами и торцевым выпуском и при проведении горных выработок.
При переходе на гранулит А6 при отбойке руды глубокими скважинами выявлен ряд недостатков его применения - в ряде случаев не достигнуто требуемое качество дробления руды при скважинной отбойке; ухудшились показатели выпуска; увеличились потери и разубоживание; в процессе заряжания зафиксированы случаи превышения ПДК по концентрации паров нефтепродуктов.
Так как основным условием достижения качественного дробления массива горных пород взрывом является соответствие параметров взрывного нагружения физикомеханическим свойствам и состоянию массива взрываемых пород, то повышение эффективности скважинной отбойки можно достичь только при правильном выборе типа взрывчатого вещества (ВВ), параметров БВР, схем взрывания и др. для пород с различной трещиноватостью и определенными физикомеханическими свойствами, и при оперативном управлении этими параметрами по мере изменения свойств пород.
Для решения этих задач необходимо в первую очередь совершенствовать составы ВВ для подземных горных работ с отработкой параметров отбойки и технологии заряжания.
Опыт применения алюминизированных гранулитов в различных горно-геологических условиях показал, что фактическая работоспособность ВВ не соответствует расчетной теплоте взрыва [2], а эффективность взрыва в значительной степени зависит от дисперсности частиц алюминия и его содержания в смеси.
Для повышения эффективности скважинной отбойки Горным институтом КНЦ РАН вместе со специалистами ОАО «Апатит» выполнен комплекс исследований: в полигонных условиях определены взрывчатые характеристики и газовая вредность гранулитов, содержащих различные марки аммиачной селитры (АС), дизельное топливо (ДТ) и 6 % алюминиевого порошка различной крупности, с целью получения составов ВВ с наилучшими взрывчатыми характеристиками и в производственных условиях определены их детонационные характеристики; установлены взаимосвязи степени дробления с величинами ЛНС и недозаряда; отработаны режимы заряжания с использованием различных насадок и центраторов с целью формирования колонки заряда с оптимальной плотностью; отработана технологии отбойки руды на подземных горных работах при применении различных типов ВВ, схем и средств взрывания.
Для приготовления гранулитов использовали порошки алюминия: ПА-2 - крупностью 125-280 мкм и алюминиевый порошок вторичный АПВ, крупностью 500-1000 мкм. В каче-
стве окислителя использовали микропористую АС марки МП (МПАС) и смесь 40 % микропористой и 60 % гранулированной АС. Скорость детонации определяли оптоволоконным методом. Бризантное действие взрыва оценивали по методике, разработанной авторами - по расширению стального кольца диаметром 150 мм, расположенного на трубе с испытуемым зарядом ВВ диаметром 45 мм. Взрывание производили на подземном испытательном полигоне Кировского рудника. Заряжание труб производили зарядчиком РПЗ-0.6. Общий вид установки представлен на рис. 1.
Усредненные результаты испытаний представлены на рис. 2 и 3.
Анализ результатов полигонных испытаний алюмосодержащих гранулитов показал, что наибольшая скорость детонации при средней плотности заряжания 1,0 г/см3 (3800 м/с) достигнута в составах, содержащих микропористую АС и АПВ. Несколько меньшие значения скорости детонации наблюдались в составах с алюминиевым порошком ПА-2 - в среднем 3500 м/с.
Труба с ВВ
Электродетонатор
Стальное кольцо
(. :чшЕк^рі£
Стальная плита------------1 / . ’
■ ''К " /АіР ЕГ;/Я ..
Ш
Оптоволоконной каоель д_9я измерения скорости детонации.
Рис. 1. Общий вид установки в сборе перед взрывом
I
□ скорость детонации
(относительная работоспособность
Рис. 2. Скорость детонации испытуемых смесей и их относительная работоспособность: 1 - аммонит 6ЖВ; 2 - микропористая АС и АПВ; 3- смесь АС и АПВ; 4 - микропористая АС и ПА-2; 5 - смесь АС и ПА-2
4000
3500
3000
Использование смеси селитр и тех же алюминиевых порошков, обеспечило еще меньшую скорость детонации, соответственно, 3200 и 3300 м/с, хотя при этом достигалась большая плотность заряжания - до 1,1 г/см3.
По результатам экспериментов установлено, что наибольшей работоспособностью, условно принятой за 1, обладает аммонит 6ЖВ. Из гранулитов на первом месте стоит состав, приготовленный на микропористой АС и ПА-2, на втором месте - на микропористой АС и АПВ. Составы, содержащие смесь селитры имеют меньшую работоспособность - соответственно 0,86 и 0,83 по сравнению с аммонитом 6ЖВ. Исходя из полученных данных, было рекомендовано использовать состав, приготовленный на микропористой АС и порошке алюминия ПА-2.
В ходе проведения экспериментов также оценивалось влияние плотности заряжания алюмосодержащих гранули-тов на их взрывные характеристики и установлено, что при
плотности выше 1,15 г/см3 скорость детонации резко падает и уменьшается работоспособность составов. При плотности выше 1,25 г/см3 в некоторых случаях происходили отказы детонации, а оптимальной оказалась плотность 1,1 г/см3.
Анализ компонентного состава ВВ после пневмозаряжания показал, что при неправильном расположении зарядного шланга относительно колонки заряда алюминиевый порошок и ДТ частично удаляются с поверхности гранул АС, часть горючего концентрируется в межгранульном пространстве селитры, а остальное выносится из скважины, в результате чего снижаются взрывчатые характеристики ВВ. При этом потери алюминиевого порошка достигают 10-20 %, ДТ - до 15 %. В целях устранения этого недостатка нами разработан специальный центратор (рис. 4, а), использование которого позволило уменьшить потери горючих компонентов до 5 %.
Для выбранного состава гранулита в натурных условиях определены детонационные характеристики и установлена взаимосвязь степени дробления с величинами ЛНС. Для этих целей под углом к выработке обуривалась скважина для обеспечения ЛНС от 2,0 до 3,5 м. Схема эксперимента представлена на рис. 4, б.
а)
Боевик 20 м
ОВВ = 160 кг Я = 8.65 кг/п.м р = 1.1г /см3
1 база 6.0 м- Д 4510 м/сек
2 база 14.0 - Д =4645 м/сек
б)
3.5 м
Рис. 4. Заряжание скважины с помощью центратора (а) и схема эксперимента по оценке скорости детонации и работоспособности гранулита, содержащего МПАС и ПА-2, в скважине 102 мм (б)
Скорость детонации также измерялась оптоволоконным методом, и на расстояниях 6 и 14 м от боевика состави-
ла, соответственно, 4510 и 4645 м/с, что значительно выше, чем
Веер 1 Веер 2
150 тБ 125 тБ 100 тБ 100 тБ 125 те 150 те 250 тБ 225 тБ 200 тБ 200 те 225 те 250 тБ
Рис. 5. Схема бурения скважин в веерах и монтажа взрывной сети
в зарядах диаметром 45 мм, т.е. процесс детонации в скважине протекает со значительно меньшими химическими потерями. После взрыва оценивался гранулометрический состав отбитой горной массы, установлено, что приемлемое качество дробления достигается при величине ЛНС, равной 2,7 м для руд бедной зоны и 2,5 м - для богатой зоны.
Дальнейшие исследования по отработке технологии отбойки руды на подземных горных работах включали в себя выбор схем взрывания. По результатам проведенных экспериментов установлено, что наилучшие показатели отбойки в системах с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды достигаются при раздельном взрывании скважин внутри каждого веера с использованием неэлектрических систем инициирования СИНВ-Ш с замедлением в 25 мс. Типовая схема монтажа взрывной сети приведена на рис. 5.
При использовании указанных схем особое внимание необходимо уделять выбору величины недозаряда в скважинах. В целях исключения выхода негабарита из прикон-турной части выработки наиболее предпочтительна схема 2.
Выбранные параметры и технология отбойки были приняты за основу при проектировании буровзрывных работ на подземных рудниках ОАО «Апатит». Их использование позволило значительно снизить выход негабарита, ин-тенси-фицировать процесс выпуска руды и повысить технико-экономические показатели добычи руды.
-------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свинин В.С., Листопад Г.Г. Стратегическое планирование - основа технической политики ОАО «Апатит» » // Горный журнал. - 2004. №9. С. 11-16.
2. Викторов С.Д. Разработка и применение простейших взрывчатых веществ /Отв. ред. академик РАН К.Н. Трубецкой - М.: ИПКОН РАН, 1996. - 156 с.
і— Коротко об авторах------------------------------------------
Козырев С.А., Власова Е.А., Соколов А.В. - Горный институт Кольского научного центра РАН,
Михайлов А.Л., Носыко Ф.Л. - ОАО «Апатит».
