CC BY
19
УДК 622.235.622.274 Тюпин Владимир Николаевич,
д-р техн. наук, профессор, ЗабИЖТ, ИрГУПС тел. 89144408282, e-mail: [email protected] Святецкий Виктор Станиславович, генеральный директор ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение»
тел. 8-30-245-2-51-10
ПОВЫШЕНИЕ ВЫХОДА ЗАДАННОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА УРАНОВОЙ РУДЫ ПРИ ВЕДЕНИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В СЛОЕВЫХ ЗАХОДКАХ
V.N. Tyupin, V.S. Svyatetsky
CAPACITY RAISING OF MACHINERY RATES OF URANIUM ORE BULK IN CONDUCTING BLASTING IN BAND DELIVERY
Аннотация. В статье обоснована необходимость уменьшения выхода фракций 40 мм для наиболее эффективной рентгенорадиометриче-ской сортировки рудной массы. Дана методика расчета и рассчитаны параметры БВР при слоевой выемке в различных по взрываемости рудных массивах, с целью снижения выхода мелких фракций и получения заданного КИШ. Несоответствие (превышение) числа шпуровых зарядов на забой и удельного расхода ВВ степени взрываемо-сти массива приводит к увеличению выхода фракции 40 мм в 1,2-1,5 раза. Дальнейшие исследования необходимо проводить в области совершенствования конструкции заряда ВВ и выбора типа ВВ.
Ключевые слова: слоевые заходки, рудная масса, машинные классы, взрывные работы, взры-ваемость.
Abstract. The article substantiates the necessity of cuts capacity reduction 40 mm for the more efficient radioactivity assortment of ore bulk. The design technique is given and boring blasting ratings during band excavating in different exploding grade ore massifs are analysed for the purpose of small cuts capacity reduction and receiving the given coefficient of blast hole efficiency. Discomformity or relative altitude of the number of blast hole charges on the stope back and unit consumption of explosives on the exploding grade of massif results in the raising of cuts capacity 40 mm by 1,2-1,5 times. It is necessary to conduct further researches in the field of developing the blasting charge structure and choice of the blasting explosive.
Keywords: band delivery, uranium ore bulk, machinery rates, blasting, exploding grade.
Опыт работы рудников и рудоподготови-тельного комплекса ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО) показал, что гранулометрический состав взорванной рудной массы существенно влияет на себестоимость обогащения урановой руды. В работе [1] подробно рассмотрено влияние гранулометрического состава на себестоимость при различных технологических схемах рудосорти-ровки. Сюда относятся: схемы с применением радиометрических и рентгенорадиометрических методов в процессе очистных работ с разделением руды на сорта; забойное радиометрическое опробование руд с селективной выемкой рудных тел; применение рудничных аналитических радиометров для экспрессного опробования в различных транспортных емкостях с крупнопорциональным обогащением руды; применение метода автоматической радиометрической сортировки руд с использованием различных сепараторов. Технико-экономический анализ показал [1], что наиболее эффектно рентгенорадиометрическое обогащение (РРС).
Метод обогащения РРС заключается в следующем. Товарная руда в результате рудосорти-ровки на автомобильном рентгено-сортировочном комплексе разделяется на богатую часть, подаваемую в шихту гидрометаллургии, и бедную руду, поступающую на мокрое грохочение, которая в процессе рассева разделяется на три класса, из которых класс +40 мм подвергается рентгено-радиометрическому обогащению. Класс (40-10) мм дробится до крупности (10-5) мм и отгружается в штабели кучного выщелачивания, мелкие классы (менее 5 мм) и шламы включаются в шихту гидрометаллургического завода.
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
Для оснащения обогатительного комплекса ОАО «ППГХО», необходимы рентгенорадиомет-рические сепараторы СРФ 4-150, имеющие техническую производительность 20 т/ч для сепарации руды с крупностью 150-40 мм.
Исследования показали, что фракция взорванной рудной массы размером менее 40 мм возникает в основном в трех случаях. В первом - это руды с высоким содержанием металла, которые приурочены к тектоническим швам и разломам. В районе разломов и швов происходит разупрочнение горного массива за счет ранних тектонических процессов, а гидротермальные растворы закиси-окиси урана способствуют дальнейшему разупрочнению естественных отдельностей там. Во втором случае мелкие фракции возникают вблизи взорванных зарядов ВВ в массиве с низким содержанием урана или безрудном массиве. Безрудный тонко измельченный материал попадает в отвалы кучного выщелачивания или шихту гидрометаллургического завода, что снижает технико-экономические показатели обогащения и переработки рудного сырья. В третьем случае переизмельчение происходит в результате разлета взорванной рудной массы и соударения ее с неподвижной стенкой врубовой полости или подвижной взорванной массой с противоположной стороны врубовой полости.
Задача настоящей работы заключается в минимизации выхода фракции менее 40 мм из безрудной части массива и забалансовых руд.
Изучение технической литературы на предмет получения заданной крупности дробления горного массива взрывом [2, 3, 4] показало, что в настоящее время известно 3 разновидности методик. Первая разновидность обеспечивает заданную степень дробления со снижением выхода негабарита на открытых горных работах [2, 3]. На открытых горных разработках обеспечение заданной степени дробления преследует цель снизить выход крупных фракций - негабарита, так как при его большом выходе снижается производительность экскавации, появляются дополнительные затраты на разделку негабарита накладными или шпуровыми зарядами ВВ.
Второй вид методик [4, 6] предназначен для получения заданной степени дробления горного массива взрывом при подэтажно-камерной и этажно-камерной системах подземной разработки, а также при подготовке массива к подземному выщелачиванию. Они направлены также на снижение выхода негабарита.
Третий вид методик расчета параметров буровзрывных работ используется при проходке выработок [2, 5]. Целью методик является обеспечение заданного коэффициента использования шпура (КИШ) и снижение степени удароопасности горного массива.
Выход мелких фракций (штыб) при добыче угля на шахтах существенно влиял на эффективность его добычи. Коэффициент крепости угля равен / = 2-4. Буровзрывные работы на угольных шахтах применялись до 60-70-х годов ХХ века. Однако опасность взрыва угольной пыли или воспламенения метана в шахтах перенаправила научные исследования и производство на создание очистных механических комплексов для добычи угля. Исследования по снижению выхода мелких фракций (штыба) угля при ведении взрывных работ ограничились снижением работоспособности взрывчатого вещества (ВВ). Однако такой подход не приемлем при проходке слоевых заходок в горных массивах Стрельцовского рудного поля, где в одном забое может находиться и ослабленный трещиноватый участок массива с / = 4-8, и практически монолитная порода с коэффициентом крепости до 16-20.
Таким образом, анализ литературных источников показал, что в области контроля и регулирования выхода мелких фракций при ведении взрывных работ в прочных горных породах научно-исследовательские работы практически непроводились.
Однако при использовании метода радиометрической сортировки (РРС) именно содержание и выход мелких фракций будет определять эффективность обогащения урановых руд.
Горно-геологические причины повышенного выхода мелких фракций безрудных и забалансовых рудных массивов горных пород заключаются прежде всего в прочности и степени трещиновато-сти массивов.
Трещиноватый горный массив месторождений, отрабатываемых ОАО «ППГХО», представлен большим разнообразием литологических разновидностей вмещающих пород - это в основном фельзиты, трахидациты, песчаники, конгломераты, гравелиты, граниты. Физико-технические свойства пород, влияющие на качество дробления массива взрывом, изменяются в широких пределах: коэффициент крепости по Протодьяконову - от 4 до 20, предел прочности на разрыв - от 5 до 15 МПа, скорость продольной волны - от 2500 до 5000 м/с, среднее расстояние между трещинами всех систем
иркутским государственный университет путей сообщения
N=А = 28
о 2
а о
от 0,05 до 1-2 м, число систем трещин - от 3 до 5, глубина разработки - от 200 до 700 м [6].
Размеры зоны переизмельчения зависят от физико-технических свойств массива и параметров детонации ВВ. Промышленными экспериментальными исследованиями на рудниках ОАО «ППГХО» установлено, что вокруг взорванных шпуровых зарядов ВВ в забое слоевой заходки образуется зона раздавливания диаметром (1,2,3,0)^з - диаметр заряда ВВ), зона радиальных трещин радиусом (2,5,15)^5, зона заколов радиусом (10,30) ^5. Зона раздавливания и частично зона радиальных трещин обеспечивают выход фракций размером до 40 мм.
Замеры показали, что в настоящее время выход фракции 40 мм в слоевых заходках составляет: на руднике «Глубокий» (вмещающие породы граниты) 25-35 %, на руднике 1 (трахидациты) 35-50 %.
Одним из способов снижения выхода мелких фракций является определение необходимого количества шпуровых зарядов ВВ в соответствии с взрываемостью массива. Превышение числа шпуровых зарядов на забой заходки свыше необходимого приводит к увеличению выхода мелких фракций. Занижение числа шпуровых зарядов на забой приводит к уменьшению КИТТТ
Для получения заданной степени дробления и достижения заданного КИТТТ ниже приводится методика, в формулах которой учитываются физико-технические свойства массива, его трещинова-тость и параметры буровзрывных работ.
Общее количество шпуров на забой определяется из геометрических соображений, характера действия взрываемого заряда ВВ при отбойке в слоевых заходках и равно
ао = ТС" = 2И р,
(2)
где Ж - линия наименьшего сопротивления; Яр - радиус зоны дробления от взрыва шпура, в пределах которой размер кусков не превышает заданного размера.
Теоретические исследования позволили установить Яр в виде
* р =
гБрвазсу|1 л/п ^ 1 - V
8 (о р + цР)(1 - V )Ф
где Э, рв ,d3 - соответственно скорость детонации, плотность заряжания ВВ, диаметр заряда ВВ; с, V, ор - скорость продольной волны, коэффициент
Пуассона, предел прочности на разрыв образца горной породы; ¿и, , Ф - коэффициент трения между отдельностями, размер отдельностей, показатель трещиноватости; - допустимый (заданный) размер куска, величина горного давления соответственно.
Зависимость (3) очень громоздкая, кроме того, из-за большой вариации показателей ор, С, V,
может появиться неточность в расчетах. Поэтому величину Яр можно упростить, подставляя туда постоянные параметры:
к = 3,14, (ор + цР)« 107 (1 + ц), ^ = 0,3 м,
^, (3)
Тогда
ц = 0,4, V = 0,25.
р (1 + ц)(1 - V )фd е
•10-8.
(4)
(1)
Проектный удельный расход ВВ для достижения заданного КИТТТ и обеспечения минимума выхода переизмельченных фракций определяем по формуле
^Рв
где S - площадь сечения выработки; - площадь воронки выброса от взрыва одного заряда ВВ; ао - расстояние между шпурами.
Анализ паспортов БВР на рудниках ОАО «ППГХО» показал, что расстояние между врубовыми (при вертикально-клиновом врубе) отбойными, оконтуривающими шпурами, а также линия наименьшего сопротивления (ЛНС) примерно равны. Согласно энергетической теории [6], энергия взрыва расходуется на упруго-пластические деформации трещиноватого массива, разрушение и выброс горной массы. В этом случае расстояние между шпурами при слоевой отбойке можно определить по формуле
Я п = -1 =-
(5)
где Q5, V - соответственно масса ВВ в шпуре, объем горной массы, отбитой одним шпуром.
Выход переизмельченных фракций 40 мм можно определить по очевидной формуле
кД2м • N
V = —!---100%.
м 5
(6)
где Ярм - радиус зоны переизмельчения, в пределах которой размер куска не превышает 40 мм.
Ярм определяется по формуле (3), куда вместо dк подставляем = 0,04 м. Тогда
Ярм = 0,37 Яр + 0,5 d5 .
(7)
2
а
о
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
Определим численные значения параметров, приведенных в методике на основе классификации массивов горных пород Стрельцовской группы месторождений по взрываемости [6]. Физико-технические свойства массивов приведены в табл. 1. Кроме того, применяем аммонал 200 с D = 4,4 -103 м/с; рВ = 0,9 -103 кг/м3; = 0,04 м; ^ = 0,04 м.
Расчеты показали (табл. 2), что выход фракции 40 мм составляет 25-28 %. Фактически эта величина больше на 10-15 %, что обусловлено кинетическим соударением отбрасываемой массы с неподвижной преградой или подвижной рудной массой.
Главное, что необходимо отметить, - при несоответствии числа шпуров на забой категории взрываемости выход мелких фракций может существенно увеличиваться. Например, при N = 30 в породах с de = 0,05 м, ^ = 50 %, в породах с de = 0,15 м при N = 35 Vм составит 40 %. Опытно-промышленная проверка предложенной методики и расчетных параметров БВР на рудниках «Глубокий» и № 1 ОАО «ППГХО» доказала их техническую и экономическую эффективность. Ожидаемый экономический эффект от внедрения новых паспортов БВР на рудниках ОАО «ППГХО» составил 180 млн руб. в год.
Поэтому при ведении буровзрывных работ в слоевых заходках необходимо выбирать число шпуров на забой в соответствии с взрываемостью рудных массивов, которая определяется естественной трещиноватостью. Помимо этого, из анализа формул (3, 4, 5) следует, что выходом фракции 40 мм можно управлять, создавая конструкцию заряда ВВ с дифференцированной плотностью заряжания, а также подбирать тип ВВ в соответствии с трещиноватостью (взрываемостью) рудного массива.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Оптимизация разработки сложноструктурных урановых месторождений / Авт. В.Г. Иванов, В.И. Култышев, В.Б. Колесаев, В.Г. Литвинен-ко, В.Г. Шелудченко, А.В. Тирский. - М.: Издательство «Горная книга». - 2007. - 265 с.
2. Справочник взрывника / Б.Н. Кутузов, В.М. Скоробогатов, И.Е. Ерофеев и др. Под общей ред. Б.Н. Кутузова. - М.: Недра. - 1988. - 511 с.
3. Кутузов Б.Н., Тюпин В.Н. Проектирование массового взрыва для достижения требуемой интенсивности дробления трещиноватого массива // Изв. ВУЗов. Горный журнал. - 1985. -№4. - С. 41-45.
Таблица 1
Физико-технические свойства рудных трещиноватых массивов горных пород Стрельцовской группы месторождений и радиусы зон дробления при взрыве
Категория взры-ваемости de, м Ф сУ , 103, м/с 1 - V Rp, м м
I <0,05 >12 <0,2 < 1,1 > 0,57 > 0,23
II 0,05-0,15 12-10 0,2-0,3 1,1-1,4 0,57-0,47 0,23-0,19
III 0,15-0,40 10-8 0,3-0,45 1,4-1,7 0,47-0,39 0,19-0,17
IV 0,40-1,0 8-6 0,45-0,6 1,7-2,0 0,39-0,35 0,17-0,15
V >1,0 <6 >0,6 > 2,0 <0,35 <0,15
Таблица 2
Расчетные параметры БВР при слоевой выемке руд для снижения выхода мелких фракций при обеспечении заданного КИШ (площадь заходки S=10 м2, длина шпура 1,8 м)
Категория взрываемости de, м ао м N qn, кг/м3 Vм, %
I < 0,05 > 1,14 < 16 < 1,1 < 26,5
II 0,05-0,15 1,14-0,94 16-22 1,1-1,6 26,5-24,9
III 0,15-0,40 0,94-0,80 22-30 1,6-2,2 24,9-27,3
IV 0,40-1,0 0,80-0,70 30-40 2,2-2,9 27,3-28,3
V > 1,0 < 0,7 > 40 > 2,9 > 28,3
