CC BY
43
© Е.Б. Шевкун, A.B. Лешинский, А.И. Добровольский, A.A. Галимьянов, 2014
УДК 622.235
Е.Б. Шевкун, А.В. Лешинский, А.И. Добровольский, A.A. Галимьянов
РЫХЛЕНИЕ КРЕПКИХ ГОРНЫХ ПОРОД ЗАРЯДАМИ С ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКОЙ НА РАЗРЕЗЕ «БУРЕИНСКИЙ-2»
Приведены результаты экспериментальных массовых взрывов скважинными зарядами с воздушной подушкой в перебуре. При поскважинном взрывании системами неэлектрического взрывания такие взрывы обеспечивают проработку подошвы уступа на глубину скважины.
Ключевые слова: заряд взрывчатых вешеств; массовый взрыв; воздушная подушка.
Запасы энергетических углей, планируемые к разработке в разрезе «Буреинский-2» ОАО «Ургалуголь», составляют 29,5 млн т. Угольные пласты мощностью от 2 до 6 м залегают группами, имеют сложное и весьма сложное строение и представлены чередованием пластов угля, углистого аргиллита, аргиллита, алевролита, туффита. Мощность вну-трипластовых породных прослоев и пачек угля не выдержана как по падению, так и по простиранию. Ёитологические прослои также изменчивы и на коротких расстояниях переходят из одной разновидности в другую. Таким образом, условия взрывного рыхления и выемки скальных горных пород существенно осложнены.
Развитие горных работ в разрезе «Буреинский-2» имеет ряд специфических особенностей и прежде всего - существенный рост текущего коэффициента вскрыши с 3,2 м3/т до 5,2 м3/т
Рис. 1. Динамика объемов горных пород вскрыши, разрыхляемых взрывом: а) Объемы по годам, б) Объемы по месяцам
а б
Рис. 2. Параметры развала горной массы при обычном массовом взрыве: а) уступ до взрыва, б) развал горной массы
в связи с тем, что по простиранию пластов разрез достиг границ горного отвода, возникла необходимость его развития в ширину и глубину. Угол падения пластов - 14-22° и поэтому существенно увеличиваются объемы выемки вскрышных пород с применением буровзрывных работ (рис. 1).
Возникли проблемы и с выемкой взорванной горной массы: взамен морально и физически устаревшего экскаватора ЭКГ-5А и автосамосвалов
БелАЗ грузоподъемностью 30 т разрез приобрел гидравлические экскаваторы фирмы Кота1ви РБ-1250 и РБ-2000 с емкостью ковша соответственно 6,3 и 12 м3 и автосамосвалы Тегех ТИ-100 грузоподъемностью 90 т. Это позволило существенно увеличить объемы выемки вскрышной горной массы этим экскаватором на уступах высотой до 10 м. Однако применяемые схемы взрывания и конструкции зарядов дают высоту развала горной массы в 1,5-2,0 высоты уступа (рис. 2), а обратная лопата РБ-1250 по конструктивным параметрам обеспечивает нижнее черпание до 6 м, а верхнее - до 9 м, обратная лопата РБ-2000 - до 9 и 13 м соответственно. Практика показала, что работа с верхним черпанием малопроизводительна, поэтому экскаваторы работают только с нижним черпанием.
Для планировки площадки и понижения высоты развала горной массы приходится применять бульдозер, что
не способствует высоким показателям работы по выемке вскрышных пород. А с дальнейшим понижением глубины пласта необходимо увеличение высоты уступа или введение еще одного уступа, что снижает эксплуатационные показатели разреза. Возникла необходимость понизить высоты развала горной массы за счет увеличения дальности отброса его взрывом.
Известно, что наибольшую дальность перемещения горной массы при взрыве скважинных зарядов обеспечивает порядная схема взрывания [1]. Опыт применения специальной конструкции заряда - с воздушной подушкой в перебуре - на Корфовском каменном карьере и на строительстве выемки на автомобильной трассе Чита-Хабаровск [2] показал, что развал можно существенно снизить за счет увеличения дальности отброса горной массы.
Однако ограничения по сейсмическому воздействию взрыва в связи с расположением жилого поселка на расстоянии менее километра от разреза исключают применение порядной схемы взрывания и вынуждают производить поскважинное взрывание системами неэлектрического взрывания типа ИСКРА. Для оценки возможностей снижения высоты развала скважинными зарядами с воздушной подушкой при поскважинном взрывании проведены экспериментальные массовые взрывы.
Рис. 3. Расположения и разметка взрывных скважин на блоке
27 июня 2012 г. на гор. + 374 м был проведен экспериментальный массовый взрыв блока из 18 скважин диаметром 215 мм глубиной 16,5-17 м, расположенных в один ряд вдоль бровки уступа (рис. 3). Горные породы блока представлены перемежающимися песчаниками крепостью по шкале М.М. Протодьяконова f = 3-5. Видеосъемку взрыва осуществляли двумя цифровыми видеокамерами Panasonic модели NV-GS25, расположенными на южном борту разреза на расстоянии 60-100 м от взрываемого блока. На каждую скважину установили вешку с
мешком из-под ВВ для разметки скважин на кадрах при обработке данных съемки. Инициировали взрыв системой ИС-КРА с нулевым замедлением между скважинами со стороны скважины 1.
Скважины сухие, ВВ - граммонит 79/21. Масса заряда во всех скважинах одинакова - 400 кг. Во всех скважинах установлен воздушный промежуток под забойкой одинаковой длины 2 м с помощью затвора на стойке. Скважины имели различную нарушен-ность стенок, поэтому высота заряда отличается: под забойку оставалось от 2,5 м до 5 м.
Скв 16-18
Скв 13-15
Скв 9-12
Скв 5-8
Ч
я
и
3
1 -fn
400 га-
I
с о м
0
1
Скв 1-4
—
и
■ СЯ5
I
400 кг 400 кг Воздушная 400 кг
подушка
Рис. 4. Параметры и конструкция зарядов экспериментального блока
400 кг
После взрыва
Рис. 5. Видеограмма развития экспериментального массового взрыва
в
Рис. 6. Вид развала горной массы в районе скважин 1-6 (а), 7-10 (б) и 11-18 (в)
Экспериментальный блок был разделен на два участка: на участке № 1 в перебуре установлены воздушные подушки длиной 2 м с помощью затвора на стойке (скважины 1-12). На участке № 2 выполнены воздушные промежутки на различной глубине (рис. 4).
На рис. 5 показаны несколько наиболее характерных кадров развития взрыва на блоке, время от начала развития взрыва приведено под кадрами. Синхронизация камер подтверждена кадрами, соответствующими моменту времени 680 мс - на обеих камерах виден пылегазовый выброс с откоса уступа в районе скважины 6 и начало выброса забоечного материала из скважины 5, отмеченные овалами.
Влияние конструкции заряда на формирование развала прослеживается достаточно четко. С применением воздушной подушки отброс горной массы хорошо виден в подобранной части забоя у скважин 1-6 (кадры правого столбца 1 800-2 040 мс). На завышенном сопротивлении (скважины 8-12) отброс горной массы выражен меньше, а на скважинах без воздушной подушки с завышенным сопротивлением (скважины 13-18) - еще меньше. Это хорошо заметно на фото развала (рис. 6) и на разрезах (рис. 7).
В целом экспериментальным массовым взрывом подтверждено положительное влияние воздушной подушки в перебуре на увеличение дальности отброса горной массы от остающегося целика массива и снижение высоты развала, а также на увеличение длительности запирания забойкой продуктов взрыва в скважине. Этот эффект заметен и на участках с завышенным сопротивлением по подошве уступа. Поэтому на предприятии начали эксперименты на полноразмерных добычных блоках.
Горные породы первого экспериментального крупного блока, расположенного на гор. + 393 м представлены мерзлым суглинком, песчаником на глинистом цементе, алевролитами с коэффициентом крепости / = 4-6. Блок объемом 150 тыс. м3 обурен 440 скважинами (20 рядов) диаметром 215 мм глубиной от 3 до 16 м, сетка расположения скважин - 6,0х6,0 м.
2-2 (скважина 7)
373.7
¡Заполнило Рис. 7. Разрезы по развалу
4-4 (скважина 18)
375
Гит ЛС
Общий расход ВВ - 115 823 кг, в т.ч. эмуласт АС-30ФП - 69 792 кг, граммонит 79/21 - 45 400 кг, ТГ-П850 - 631 кг; фактический удельный расход ВВ составил 0,77 кг/м3. Масса заряда скважины в зависимости от глубины - от 41 до 528 кг.
Зарядку блока производили вручную в скважины с обводненностью от 23 до 30%, при отрицательной температуре воздуха (-45 °С). При высоте столба воды более одного метра в скважине глубиной 16 м создавали водяную подушку установкой сква-жинного затвора длиной 1 м у дна скважины, затем формировали заряд ВВ массой 288 кг из патронов эмула-ста АС-30ФП, устанавливали промежуточный детонатор массой 1,7 кг из шашек ТГ-П850, вновь формировали заряд ВВ массой 288 кг из патронов эмуласта АС-30, после чего выполняли забойку из бурового шлама. Аналогичным образом заряжали скважины меньшей глубины. В сухих скважинах
после создания воздушной подушки установкой скважинного затвора длиной 1 м у дна скважины, формировали заряд ВВ массой 200 кг из граммонита 79/21, затем устанавливали промежуточный детонатор массой 1,7 кг из шашек ТГ-П850 и вновь формировали заряд ВВ массой 200 кг из граммони-та 79/21, затем выполняли забойку из бурового шлама.
Блок взорван 18 декабря 2012 г. с применением неэлектрической системы ИСКРА-П: замедление между скважинами в ряду 67 мс, между рядами - 84 мс. Инициирование внутрискважинной сети выполнено устройством ИС-КРА-С с замедлением 500 мс. После взрыва линейным методом было выявлено хорошее дробление горной массы со средним размером фракции 0,1 м.
Средняя производительность экскаватора РС1250 за 12-часовую смену составила 5 000 м3/смену. Вместо традиционного перебура длиной
Рис. 8. Зарядная машина на загрузке селитры (а) и на зарядке скважины (б)
1-2 м взрывные скважины бурили до горизонта выемки, по которому ровно прошел экскаватор после взрыва, что подтверждено маркшейдерской съемкой после выемки экспериментального блока. Это позволило уменьшить объем буровых работ на 397 м и снизить затраты на буровые работы на 0,346 руб./м3 взорванной горной массы. Снижен расход ВВ в среднем на 80 кг на скважину уменьшением длины заряда на 2 м (исключен пере-бур в 1 м и заряд ВВ в нем, в воздушной подушке высотой в 1 м также нет ВВ) и тем самым затраты на ВВ на 8,4 руб/м3 взорванной горной массы. Суммарное снижение затрат по блоку составляет 8,75 руб/м3 взорванной горной массы.
Второй экспериментальный блок с аналогичными горными породами, расположенный на гор. + 399 м, объемом 170 тыс. м3 обурен 418 скважинами (20 рядов) диаметром 215 мм глубиной от 3 до 18 м, расположенными по сетке 6,0x6,0 м.
Общий расход ВВ - 114 107 кг, в т.ч. эмуласт АС-30ФП - 48 100 кг, грам-монит 79/21 - 65 520 кг, ТГ-П850 -487 кг; фактический удельный расход ВВ составил 0,67 кг/м3. Масса заряда скважины в зависимости от глубины -от 41 до 484 кг.
Зарядка ВВ производилась вручную в скважины с обводненностью от 10 до 20%, при отрицательной тем-
пературе окружающей среды (-47 °С). Схема взрывания с применением неэлектрической системы ИСКРА-П: замедление между скважинами в ряду 67 мс, между рядами - 84 мс. Инициирование внутрискважинной сети выполнено устройством ИСКРА-С с замедлением 500 мс. Технология заряжания скважин на втором экспериментальном блоке отличалась тем, что дополнительно создавался воздушный промежуток длиной 1-3 м установкой полипропиленового рукава.
После взрыва линейным методом было выявлено хорошее качество дробления горной массы со средним размером фракции 0,09 м. Средняя производительность экскаватора Ко-матцу РС1250 за 12-часовую смену составила 5105 м3/смену. Вместо традиционного перебура длиной 1-2 м взрывные скважины бурили до горизонта выемки, по которому ровно прошел экскаватор после взрыва, что подтверждается маркшейдерской съемкой. Это позволило уменьшить объем буровых работ на 379 м и тем самым снизить затраты на буровые работы на 0,29 руб./м3 взорванной горной массы. Снижен расход ВВ в среднем на 157,5 кг на скважину за счет уменьшения длины заряда в нижней части на 2 м и воздушного промежутка высотой 1-3 м, что уменьшило затраты по ВВ на 14,04 руб/м3 взорванной горной массы. Суммарное снижение затрат по
Рис. 9. Развал горной массы после взрывов с воздушными подушками
блоку составляет 14,33 руб/м3 взорванной горной массы.
Для обеспечения возможности взрывного рыхления возрастающих объемов горной массы с наименьшими затратами в 4-м квартале 2013 г. на разрезе внедрена зарядная машина МСЗ-12-НП-К для зарядки скважин (рис. 8), что позволило заменить граммонит 79/21 на гранулит М, снизив затраты по ВВ, и обеспечить зарядку возрастающих объемов, что подтверждается результатами следующего экспериментального взрыва.
Третий экспериментальный массовый взрыв на гор. +392 м проведен 2 декабря 2013 г. Горные породы блока представлены песчаником на глинистом цементе, алевролитами с коэффициентом крепости / = 4-6. Блок объемом 60 тыс. м3 обурен 193 скважинами (5 рядов по 36-38 скважин) диаметром 215-252 мм глубиной 12 м и 16 м, сетка расположения скважин - 5,0x5,0 м.
Общий расход ВВ - 42 060 кг, в т.ч. гранулит М - 41 808 кг, ТГ-П850 -252 кг; фактический удельный расход ВВ составил 0,7 кг/м3. Масса заряда скважины в зависимости от глубины составила 200 и 240 кг.
Механизированная зарядка грану-литом М производилась в сухие скважины при отрицательной температуре окружающей среды (-15 °С). После создания двухметровой воздушной подушки установкой полипропилено-
вого рукава длиной 14 м, формировали заряд ВВ массой 60 кг, затем устанавливали промежуточный детонатор массой 0,85 кг из шашек ТГ-П850, вновь формировали заряд ВВ массой 60 кг, создавали воздушный промежуток установкой полипропиленового рукава длиной 9 м, вновь формировали заряд ВВ массой 60 кг, затем устанавливали промежуточный детонатор массой 0,85 кг, вновь формировали заряд ВВ массой 60 кг и выполняли забойку из бурового шлама.
Схема взрывания диагональная с применением неэлектрической системы ИСКРА-П: замедление между скважинами в ряду 109 мс, между рядами - 67 мс. На данном взрыве перебур отсутствовал - вместо традиционного перебура длиной 1-2 м взрывные скважины бурили до горизонта выемки +376, по которому экскаватор и провел выемку экспериментального блока, что подтверждается маркшейдерской съемкой. После проведения взрыва было выявлено что данная конструкция заряда работает эффективно в отношении дробления и развала горной массы - средний размер куска составил 0,14 м. Средняя производительность экскаватора Кота1Би РС1250 за 11-часовую смену составила 3893 м3/смену.
Замена на экспериментальном блоке граммонита 79/21 на гранулит М снизила затраты на 16,5 руб/м3,
применение скважинных зарядов с воздушной подушкой в перебуре и воздушным промежутком в заряде позволило снизить удельный расход ВВ с 1,02 до 0,7 кг/м3 и получить за счет этого дополнительное снижение затрат на 6,1 руб/м3. В целом затраты по ВМ на блоке снижены на 22,7 руб/м3.
По всем экспериментальным блокам подтверждено положительное влияние водяной и воздушной подушки в перебуре на увеличение дально-
сти отброса горной массы от уступа и снижение высоты развала, качественную проработку подошвы до отметки глубины скважины (рис. 9).
Результаты экспериментальных взрывов позволили с уверенностью перейти на взрывание крепких горных пород вскрыши зарядами с воздушными промежутками. Помимо снижения затрат на буровзрывные работы повышена производительность обратных мехлопат на выемке взорванной горной массы.
1. Норов Ю.Д., Бибик И.П., Заи-ров Ш.Ш., Ивановский Д.С. Разработка технологии направленного перемещения (сброса) разнопрочных горных пород взрывами скважинных зарядов // Горный журнал. -2011. - № 8.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Шевкун Е.Б., Лешннскнй A.B. Взрывное дробление с направленным перемещением горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск: Дальний Восток. - 2013. - № ОВ4. -С. 137-144. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Шевкун Евгений Борисович - доктор технических наук, профессор, Лешинский Александр Валентинович - доктор технических наук, доцент, Тихоокеанский государственный университет, e-mail: mail@pnu.edu.ru; Добровольский Александр Иванович - кандидат технических наук, Галимьянов Алексей Алмазович - горный инженер, ОАО «Ургалуголь».
UDC 622.235
HARD ROCK SHATTERING BY AIRCUSHION CHARGES IN BUREINSKY-2 OPEN PIT MINE
Shevkun E.B., Doctor of Technical Sciences, Professor
Leschinsky A.V., Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor,
Pacific National University, e-mail: mail@pnu.edu.ru;
Dobrovol'sky A.I., Candidate of Engineering Sciences,
Galimjanov A.A., Mining Engineer, Head, Blasting Section, Uralugol JSC.
Results of experimental mass explosions by charges with an air cushion in the bottom part are resulted. At detonation in a direction from a ledge slope in a back part of the block explosions provide the directed emission of rock towards a ledge slope. Other rock remains on an explosion place. Other destroyed rock practically is not rejected from a ledge, their heights are equal.
Key words: a charge of explosives, mass explosion, an air cushion.
REFERENCES
1. Norov Ju.D., Bibik I.P., Zairov Sh.Sh., Ivanovskij D.S. Gornyj zhurnal, 2011, no 8.
2. Shevkun E.B., Leshhinskij A.V. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. Otdel'nyj vypusk: Dal'nij
Vostok, 2013, no OV4 (separate issue: the Far East), pp. 137-144.
