CC BY
60
© А.А. Котяшев, А. С. Маторин, В. Г. Шеменев, 2004
УДК 622.81
А. А. Котяшев, А. С. Маторин, В.Г. Шеменев
СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ НА ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Семинар № 2
Гехнология взрывных работ это совокупность технологических операций по переработке, доставке и заряжанию скважин ВВ, посредством комплексов оборудования, обеспечивающих грузопоток от склада ВМ до карьера, и производство массового взрыва с целью подготовки горной массы к выемке.
Технология производства взрывных работ предопределяет необходимость выполнения технологических операций в следующей последовательности: разгрузку взрывчатых материалов из вагонов МПС на разгрузочной площадке или у хранилищ базисного склада ВМ, доставку и размещение взрывчатых материалов в хранилищах, переработку ВВ - доставку их из хранилища на пункт подготовки, растаривание и загрузку ВВ в зарядные машины или загрузку ВВ в заводской упаковке в бортовые машины, транспортирование ВВ на заряжаемый блок, заряжание и забойку скважин, монтаж сети и производство массового взрыва.
Под технологической схемой механизации взрывных работ следует понимать совокупность зданий и сооружений, предназначенных для хранения и переработки ВВ, подъемнотранспортного оборудования для разгрузки, складирования и погрузки ВВ и компонентов, поступающих на склад ВМ, в транспортные средства, смесительно-заряд-ные машины, транспортирование взрывных материалов до места разгрузки и заряжания скважин для производства массового взрыва в карьере.
Технологические схемы механизации взрывных работ на горных предприятиях подразделяются на два вида:
- при применении ВВ заводского приготовления;
- при применении ВВ, приготавливаемого на местах работ.
Технологические процессы бурения, взрывания и выемки горной массы относительно неза-
висимы и могут выполняться с определенным опережением друг от друга или отставанием во времени и пространстве.
Взаимосвязь технологических операций процесса взрывных работ и степень зависимости их определяются общей целью - создать элементарные грузопотоки ВВ определенной мощностью от склада ВМ до заряжаемого блока в карьере.
Грузопотоки создаются посредствам использования ряда структурно взаимосвязанных машин и механизмов, последовательно осуществляющих полный цикл технологического процесса взрывных работ.
Выбор рациональных схем механизации взрывных работ на карьерах обусловлен совокупностью горнотехнических, гидрогеологических и организационных факторов, условиями доставки и ассортиментом взрывчатых веществ, наличием необходимых машин и механизмов, дальностью транспортирования от склада ВМ и пунктов приготовления ВВ до карьера и т.д.
В процессе выполненных исследований установлено, что наиболее характерными по условиям разработки, масштабам производства, пространственным параметрам, объемам
взрывных работ и расходу взрывчатых материалов являются железорудные предприятия России.
Результаты выполненного анализа работы железорудных предприятий страны в 2000 году свидетельствуют, что производительность
предприятий по добыче руды колеблется в значительных пределах от 0,03 до 45 млн т в год. Объемы выемки скальной горной массы изменяются от 0,14 до 21,5 млн м3, а взрывных работ соответственно от 0,15 до 20,7 млн м3. Добычные работы ведутся на 17 предприятиях, включающих 36 карьеров различной производственной мощности глубиной от 54 до 405 м. Общий годовой объем производства взрывных
работ на железорудных карьерах превышает 130 млн м3, а расход взрывчатых веществ соответственно 145 тыс. т.
В соответствии с динамикой горнотехнических параметров и потребностей горнодобывающих предприятий ассортимент взрывчатых веществ и технических средств механизации взрывных работ постоянно совершенствуется.
Благоприятные условия для механизации взрывных работ возникли в стране во второй половине двадцатого столетия после промышленного освоения выпуска гранулированных взрывчатых веществ (бестротиловых простейшего состава - гранулитов, игданита и тротилосодержащих - гранулотола, алюмотола, граммонитов и других).
Современный ассортимент взрывчатых веществ, допущенных к применению на открытых горных работах включает более 50 наименований.
Структура производства взрывчатых веществ, выпускаемых отечественной промышленностью в конце двадцатого столетия представлена на рис. 1.
Представленные данные свидетельствуют, что 56,5 % ВВ производится специализированными заводами - изготовителями и 43,5 % изготавливается в условиях горных предприятий, вблизи мест применения, на стационарных
Рис. 1. Структура производства взрывчатых веществ в России
пунктах или в передвижных смесительнозарядных машинах.
В 2001 г. в России израсходовано более 700 тыс. т ВВ промышленного назначения, в том числе 362 тыс. т изготовленных в условиях предприятий потребителей.
Для заряжания сухих скважин на карьерах используются преимущественно гранулированные ВВ простейшего состава (АС-ДТ), гранулиты
Характеристика зарядных и смесительно-зарядных машин
№ Технические пока- Марка ТЗМ Марка СЗМ
п/п затели М3-3 МЗ-4 МЗВ-8 МЗВ-10 МЗГ-10
1 Масса перевозимого груза, т 10 27 10,5 10 10
2 Транспортная база КрАЗ-256Б1 БелАЗ-7540 КрАЗ-256Б1 КрАЗ-256Б1 КрАЗ-256Б1
3 Техническая производительность, кг/мин. 300 430 300 300 300
4 Габаритные размеры, мм
длина 8200 7360 8400 8030 8050
ширина 2646 3480 2623 2600 2640
высота 3300 4300 3300 3340 3500
5 Полная масса машины, т 23,46 51,0 24,1 24,5 23,0
6 Количество емкостей, шт. 2 2 3 6 5
7 Общий объем емкостей, м3 в том числе для:
сухих компонентов 11,5 26,6 - 5,0 5,95
эмульсии - - 7,3 - 4,14
раствора АС - - - 4,5 -
8 Количество обслуживающего персонала, чел. 2 2 2 2 2
с различными добавками: алюминиевой пудры, порошка, угольной пыли и других, повышающих энергетические характеристики взрывчатых смесей и граммониты.
Для заряжания обводненных скважин на карьерах применяются, главным образом, гра-нулотол, гранипоры, акватолы, порэмиты, гра-нэмиты и сибириты.
Исследованиями установлено, что на карьерах с малыми объемами взрывных работ (карьеры Бакальского, Гороблагодатского,
Первоуральского, Туканского, Ирбинского, Краснокаменского рудоуправлений, ММК и ряда других) используются ВВ заводского изготовления, а на крупных карьерах (Михайловского, Лебединского, Качканарского и других ГОКов) применяются взрывчатые вещества преимущественно местного изготовления.
В этой связи схемы механизации взрывных работ весьма разнообразны, поскольку в стране нет всей номенклатуры оборудования, необходимого для полной механизации взрывных работ на карьерах, а параметры и условия на горных предприятиях значительно различаются.
За последние десятилетия двадцатого века на крупных горнодобывающих предприятиях созданы и внедрены в производство стационарные и передвижные пункты подготовки и растаривания гранулированных ВВ и их компонентов (рис. 2), пункты приготовления вблизи карьеров простейших ВВ типа АС-ДТ, водосодержащих - акватолов, акваналов, а также эмульсионных - порэмитов, гранэмитов, сиби-ритов; механизмы и оборудование для производства погрузочно-разгрузочных и транспортных работ на территории базисных складов ВМ и вне его.
Выпускаются три типа машин, которые нашли широкое применение в отечественной и зарубежной практике: первый - транспортнозарядные, которые доставляют готовые взрывчатые вещества от склада ВМ или от пунктов приготовления ВВ вблизи карьеров и осуществляют заряжание скважин; второй - транспортно-заправочные машины, которые подвозят готовые ВВ на блок к месту заряжания скважин; третий - смесительно-зарядные машины (СЗМ), которые помимо доставки компонентов ВВ на блок в раздельных емкостях, осуществляют изготовление взрывчатых смесей на месте работ в процессе заряжания скважин.
Последний способ приготовления взрывчатых смесей считается наиболее перспектив-
ным, поскольку он является относительно безопасным и позволяет приготовить в процессе заряжания скважин ВВ необходимого состава и консистенции с широким диапазоном энергетических характеристик.
В таблице приведена характеристика машин, разработанных институтом НИПИГОР-МАШ, нашедших применение на горных предприятиях России.
Транспортно-зарядные машины в сравнении с СЗМ имеют более простую конструкцию и предназначены для заряжания скважин гранулированными ВВ различных марок. Производительность машин по заряжанию изменяется от 60 до 430 кг/мин, а грузоподъемность от 7 до 27 т.
Наиболее трудоемкими и продолжительными по времени являются погрузочноразгрузочные работы на складе ВМ.
Гранулированные ВВ и их компоненты с заводов - изготовителей на горные предприятия поступают преимущественно в пропиленовых мешках или в мягких контейнерах грузоподъемностью до 1 тв крытых железнодорожных вагонах. Это предопределяет организацию работ на предприятиях и схему механизации взрывных работ при подготовке массовых взрывов на карьерах. На мелких предпри-
Рис. 2. Схемы механизированной загрузки транспортно-зарядных и смесительно-зарядных машин
1- наклонный конвейер; 2- галереї; 3- здание растарнваю-шей установки; 4- растеривающая установка; 5- шибернал заслонка; 6- ручка управлення шиберной заслонкой; 7- бун-кер-накошгтелв; 8- лотос для выпуска мешкотары; 9- зарядная машина.
і- смеагтеяьно-зарядная машина; 2- бункер-накопитель; V подъемный конвейер компонентов и ВВ; 4- конвейер дія транспортирования мешкотары; 5- растеривающая установка; 6- кантователь штабеля; 7- поддон с пакетами; 8- электропогрузчик; 9- хранилище базисного склада ВВ.
ятиях погрузочно-разгрузочные работы производятся вручную, а на крупных, для этих целей, используются аккумуляторные или электропогрузчики грузоподъемностью от 0,75 до 1,5 т. В этом случае мешки с ВВ вручную выносятся из вагона и пакетируются на поддоны, установленные рядом с вагоном, а затем погрузчиком доставляются в хранилища склада ВМ. Вместимость хранилищ складов ВМ мелких горнодобывающих предприятий (Марсят-ское, Высокогорское, Ирбинское, Бакальское РУ и ряд других) колеблется от 60 до 600 т, в то время как на крупных предприятиях достигает 1200 т и более. Хранилища ВМ на большинстве предприятий построены по типовым проектам, не предусматривающим использование средств механизации погрузочноразгрузочных работ, что предопределяет проведение реконструкции при внедрении прогрессивных технологических схем механизации. Хранилища складов ВМ, подсобные помещения, растаривающие установки и подъездные пути в каждом конкретном случае располагаются в определенной последовательности, учитывая специфические условия горнодобывающего предприятия.
Пункты подготовки, как правило, имеют разгрузочную площадку, подъемно-транспорт-ное оборудование, растаривающие устройства, бункера для аккумулирования ВВ или их компонентов, систему пылеулавливания и устройства для сбора и транспортирования мешкотары. В зависимости от количества и производительности средств растаривания, вместимости бункеров и количества зарядных или смесительнозарядных машин, задействованных на подготовке массовых взрывов, производительность пунктов подготовки составляет от 30 до 170 т/смену. Кроме стационарных пунктов подготовки для растаривания мешков и загрузки ВВ в зарядные машины с установкой типа УРВ-2, применяются погрузочно-растаривающие машины МПР-30 или передвижные растаривающие конвейера, производительность которых составляет порядка 70-90 т/смену.
На рис. 3 представлены схемы механизации погрузочно-разгрузочных работ на Качканарском ГОКе при поставке ВВ в мешках и мягких контейнерах.
Наиболее эффективный путь снижения затрат на взрывные работы на горнодобывающих предприятиях является переход на применение
I- железнодорожный вагон; 2- пакет мешков на поддоне;
электропогрузчик; 4- хранилище ВВ; 5- растеривающая установка УРВ-2,6- буккер-накопитель; 7- зарядная машина; 8- тележка для мешкотары.
I- ж л. вагон; 2- контейнер МКР-1 ,ОС; 3- электропогрузчик, оборудованный штыревым захватом; 4- поддон; 5- электропогрузчик, оборудованный вилами; 6- хранилище ВВ; 7 -пункт механизированной переработки ВВ : 8- переносная установка для разгрузки ВВ из контейнера; 9-буккер; 10-желоб для удаления порожней тары.
Рис. 3. Схемы механизации погрузочно-разгрузочных работ на складе ВМ Качканарского ГОКа при поставке ВВ в мешках и мягких контейнерах МКР-1,0С
более дешевых простейших гранулированных взрывчатых смесей и водосодержащих ВВ и использование рациональных схем механизации взрывных работ.
На рис. 4-7 представлены наиболее распространенные схемы механизации взрывных работ на карьерах, учитывающие тип применяемого ВВ в зависимости от степени обводненности пород.
I - при применении ВВ заводского изготовления: (рис. 4).
Взрывчатые вещества доставляются с заво-да-изготовителя на предприятие - потребитель в вагонах МПС в мешках.
Мешки с ВВ вручную выгружаются из вагона в автомашину и доставляются к хранилищам склада ВМ предприятия -потребителя или непосредственно на подготовленный в карьере блок. Из автодоставщика мешки вручную переносятся в хранилище и укладываются на стеллажи. В том случае, когда железнодорожные пути подведены непосредственно к хранилищам, мешки с ВВ из вагона вручную переносятся и укладываются на стеллажи. По мере надобности ВВ из хранилища склада ВМ
ручная разгрузка мешков с ВВ и ручнад зарядка скважин
ш храиилхще
из хранили* а
Б)
И. на бло« -Н. рдзгруэкд_ заряда*
ВНП ВНП Ш
1г
разгрузка и погрузка ВВ е применением аккумуляторных погрузчиков и ручная зарядка скважии
разгрузка к погрузка ВВ с применением аккумуляторы* погрузчиков и механизированная заряд ка скважин ТЭМ
Рис. 4. Схемы механизации взрывных работ при использовании ВВ заводского изготовления: 1 - ж.д.вагон с ВВ; 2 - автомашина для транспортировки ВВ; 3 - хранилище склада ВМ; 4 - пакет мешков с ВВ; 5 - пакет мешков с ВВ на поддоне; 6 - автопогрузчик; 7 - пункт подготовки, растаривания и загрузки ВВ в зарядные машины; 8 - транспортно-зарядная машина (ТЗМ)
вручную загружаются в автомашину и доставляются на блок в карьере, где мешки с ВВ разгружаются, разрезаются и взрывчатое вещество подается в скважины.
Такая организация работ при подготовке массовых взрывов характерна для горных предприятий с малым расходом взрывчатых веществ (Первоуральское, Тургоякское, Тукан-ское РУ и ряд других), где существующие средства механизации использовать экономически нецелесообразно в связи с высокой их стоимостью и низким коэффициентом их использования.
По мере создания и внедрения на крупных предприятиях погрузчиков и зарядных машин схема механизации была усовершенствована. Она отличается от предыдущей тем, что мешки с ВВ вручную выносятся из вагона и пакетируются на поддоне, установленном рядом с вагоном. Затем пакеты погрузчиком доставляются в хранилище. При необходимости взрывчатые вещества из хранилища с помощью погрузчика грузятся в автомашину и доставляются на подготовленный в карьере блок. С созда-
нием зарядных машин схема претерпела изменение в той части, что потребовалось строительство пункта переработки, растаривания и загрузки машин. Далее загруженная зарядная машина транспортирует ВВ на подготовленный в карьере блок и производит зарядку скважин (рис. 4).
Полностью механизировать операции по подготовке массовых взрывов на карьерах возможно при поставке ВВ и их компонентов с за-вода-изготовителя на склад ВМ в мягких контейнерах вместимостью до 1 т.
В данном случае контейнеры выставляются из вагона на рампу с помощью электропогрузчика, оборудованного специальным штыревым захватом и доставляются на пункт растаривания и загрузки зарядных машин, где ВВ разгружается в аккумулировающие емкости. Затем производится загрузка зарядных машин, которые доставляют взрывчатые вещества на подготовленный блок в карьере и производят зарядку скважин. В качестве зарядных машин применяются серийно-выпускаемые М3-3 и МЗ-4 (таблица).
II.В настоящее время на горных предприятиях все больше применение находят взрывчатые вещества местного приготовления. В этом случае технологические схемы механизации взрывных работ имеют специфические отличия от вышерассмотренных. Они заключаются в следующем:
а) при использовании простейших гранулированных ВВ типа АС-ДТ:
аммиачная селитра с завода-изготови-теля поступает на склад ВМ, как правило, в железнодорожных вагонах МПС в мешках или мягких контейнерах. Мешки с АС выгружаются на поддоны и погрузчиком доставляются в хранилище. Если момент поступления аммиачной селитры на предприятие совпадает с заряжанием подготовленного блока, то АС прямо из вагона, минуя хранилище, подается на пункт рас-таривания и подготовки или на стационарный пункт приготовления смеси АС-ДТ.
При изготовлении гранулита «Игданит» на стационарном пункте, аммиачная селитра из хранилища или непосредственно из вагона доставляется на пункт и сюда же поступает дизельное топливо. Далее производится смешение компонентов в требуемом соотношении и готовая взрывчатая смесь загружается в зарядную машину и доставляется на блок, где и производится зарядка скважин непосредственно оператором машины.
При изготовлении ВВ в смесительнозарядной машине, аммиачную селитру загружают в бункер СЗМ на пункте подготовки, затем машина на складе ГСМ заправляется дизельным топливом и далее направляется в карьер на подготовленный блок. Гранулит «Игданит» приготовляется в процессе заряжания скважин (рис. 5).
б) при использовании суспензионных водосодержащих ВВ типа акватолов, возможны три варианта технологической схемы механизации
взрывных работ в зависимости от рецептуры ВВВ:
- водосодержащие взрывчатые вещества, в которых в качестве горючего используется гранулотол;
- водосодержащие взрывчатые вещества с пониженным содержанием гранулотола и добавлением жидкого углеводородного топлива;
- водосодержащие взрывчатые вещества, в которых в качестве горючего используется жидкое углеводородное топливо.
В случае использования в качестве горючего гранулотола, на пункт подготовки и загрузки СЗМ доставляется помимо аммиачной селитры и гранулотол. После загрузки СЗМ сухими компонентами машина подъезжает к пункту приготовления раствора окислителя, где в специальную емкость заливается раствор АС. Далее СЗМ доставляет компоненты ВВ в карьер, где и производится приготовление взрывчатой смеси в процессе заряжания скважин под столб воды (рис. 6).
При замене части ТНТ жидким углеводородным горючим, в СЗМ заливается требуемое количество нефтепродукта.
И в последнем случае, когда изготавливается бестротиловое ВВВ вместо гранулотола в СЗМ загружается одно жидкое углеводородное горючее.
Во всех вариантах схемы компоненты ВВВ
Рис. 5. Схемы механизации взрывных работ при использовании простейших гранулированных ВВ местного изготовления
Рис. 6. Схема механизации взрывных работ при использовании водосодержащих суспензионных ВВ
доставляются в карьер на подготовленный блок и взрывчатая смесь приготовляется в процессе заряжания скважин.
Для приготовления раствора окислителя в условиях горных предприятий строятся стационарные пункты, которые оборудуются аппаратами растворения вместимостью 5-10 т или установками УНС-10.
Для доставки компонентов на блок используются смесительно-зарядные машины Аква-тол 1УГ, Акватол 3, МЗВ-9, МЗВ-10.
в) при использовании эмульсионных водоустойчивых взрывчатых веществ типа порэмит и гранэмит.
Схема механизации взрывных работ в данном случае имеет следующие особенности: (рис. 7)
Аммиачная селитра доставляется в мешках на поддоны возле вагона и далее с помощью автопогрузчика транспортируется в хранилище или на пункт подготовки компонентов, где производится растаривание АС в бункера и загрузка ее в доставщик, который доставляет ее на завод по приготовлению эмульсии порэмита и газогенерирующей добавки (ГГД).
Приготовленные эмульсия и ГГД загружаются в смесительно-зарядную машину и транспортируются в карьер на подготовленный блок. Получение порэмита производится в процессе заряжания скважин путем смешения эмульсии и ГГД в определенной пропорции. Для приготовления порэмита используются СЗМ фирмы
«Нитро-Нобель», СЗМ-8 производства Абаканского комбината «Сибирь» (г.Черногорск) или МЗВ-8 опытного завода ОАО «НИПИГОР-МАШ».
При использовании гранэмита в СЗМ первоначально на пункте подготовки загружаются аммиачная селитра, затем дизельное топливо -на пункте ГСМ. Эмульсия и ГГД загружаются на заводе по производству указанных компонентов. Все компоненты в СЗМ доставляются в карьер на подготовленный блок. Гранэмит различных марок приготавливается в процессе заряжания скважин путем смешения четырех компонентов в определенном заданном соотношении.
Анализ применяемых на горных предприятиях схем механизации взрывных работ показывает, что на большинстве крупных карьеров используется комбинация технологических схем механизации, что предопределено различной степенью обводненности скважин и физико-механическими свойствами пород.
Технологические схемы механизации взрывных работ являются исходным этапом при обосновании комплекса машин и механизмов для работы в конкретных горнотехнических и гидрогеологических условиях, а также при разработке и создании нового оборудования для формирования рациональных комплектов при подготовке массовых взрывов на открытых горных разработках.
Таким образом, на выбор технологических схем механизации при подготовке массовых взрывов на карьерах оказывает влияние совокупность различных факторов, а именно:
- масштабы добычи полезных ископаемых и выемки скальной горной массы, предопределяющие объемы взрывных работ и расход ВВ на горных предприятиях;
- наличие или отсутствие на предприятиях собственных базисных складов ВМ и сооружений, обеспечивающих эффективную подготовку массовых взрывов на карьерах;
- условия и структура залегания горных пород на конкретном месторождении, физикомеханические свойства пород и степень обводненности массивов, которые определяют необходимость применения одного или нескольких типов ВВ на данном предприятии;
- условия доставки ВВ и их компонентов на предприятия - потребители с заводов-изготовителей взрывчатых материалов;
- режим работы и уровень организации работ на предприятии и в подразделении по производству взрывных работ;
Рис. 7. Схема механизации взрывных работ при использовании водосодержащих эмульсионных ВВ
- наличие или отсутствие машин и механизмов серийного производства для механиза-
ции всех операций технологического процесса по подготовке массовых взрывов.
Для обоснованного выбора рациональных технологических схем механизации взрывных работ на карьерах необходимо:
- провести комплексный анализ условий разработки месторождений и на этой основе систематизировать горные предприятия по основным определяющим факторам;
- провести классификацию схем доставки взрывчатых материалов на предприятия-потребители с заводов - изготовителей ВВ;
- провести систематизацию и типизацию технологических схем и комплексов механизации по подготовке на карьерах массовых взрывов;
- обосновать основные принципы и разработать экспресс-методику формирования схем комплексной механизации взрывных работ для конкретных условий горных предприятий;
- обосновать сферу рационального применения типовых схем комплексной механизации взрывных работ на карьерах;
- разработать ТЗ на новое оборудование и необходимую техническую документацию с целью организации его производства.
— Коротко об авторах ---------------------------------------
Котяшев А.А., МаторинА. С., Шеменев В.Г. — Институт торного дела УрО РАН.
