CC BY
114
© Р.А. Рахманов, 2015
УДК 622.235 Р.А. Рахманов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ ДРОБЛЕНИИ РАЗНОПРОЧНЫХ ГОРНЫХ МАССИВОВ
Представлен накопленный опыт совершенствования технологии буровзрывных работ при дроблении разнопрочных горных пород осадочного фосфоритового месторождения. На месторождении выделены типовые забои и проведены опытно-промышленные работы по оптимизации параметров буровзрывных работ для каждого из типов забоя. Разработанные и внедрённые технологические и организационные мероприятия повысили эффективность проводимых работ, улучшили качество взрывного дробления вскрышной породы и позволили снизить затраты на проводимые буровзрывные работы.
Ключевые слова: буровзрывные работы, уступ, заряд, скважина, взрывчатое вещество, дробление, взрыв, затраты, бурение.
Навоийским горно-металлургическим комбинатом разрабатывается фосфоритовое месторождение Джерой-Сардара. На принятом к первоочередной отработке участке — карьере Ташкура, горные работы ведутся открытым способом с применением на вскрыше буровзрывных работ (БВР) и отгрузки горной массы экскаваторами ЭКГ-8И в автосамосвалы САТ-785. Бурение взрывных скважин осуществляется шарошечными станками СБШ-250 МНА. На добыче задействованы фрезерные комбайны, производящие без взрывную отработку маломощных фосфопластов.
Вскрышные породы карьера Ташкура представлены раз-нопрочными слоями пород, которые перекрывают два полого падающих фосфопласта (рис. 1). Разрабатываемый вскрышной массив представлен многоярусным распределением различных литологических разностей в пределах одного уступа с превалирующим наличием относительно мягких песчано-глинистых пород, в которых залегают крепкие включения (рис. 2).
453
Рис. 1. Геологический разрез разрабатываемых горных пород карьера Ташкура
Рис. 2. Горно-геологическая характеристика пород карьера Ташкура
Уступы карьера, условно можно разделить на внешнюю и внутреннюю вскрышу. Внешняя вскрыша — перекрывает первый фосфопласт, а в краевых частях месторождения и второй. Внутренняя вскрыша — расположена между первым и вторым фосфопластами (междупластье).
Для имеющихся горно-геологических условий выделено четыре типовых забоя требующих проведения БВР:
Сплошной глинистый (рис. 3, а);
Сплошной гравелит (рис. 3 б);
Разнопрочный массив из гравелита и глин внешней вскрыши
(рис. 3, в);
Разнопрочный массив из полускального мергеля и глин внутренней вскрыши (рис. 3, г).
Типовые забои (а), (б) и (в) рис. 3, относятся к внешней вскрыше, а (г) рис. 3, к внутренней вскрыше. Особенностью вскрышного массива карьера Ташкура является, то что, крепкие включения расположены в верхней части уступа — в зоне не регулируемого дробления, они отличаются вероятностным характером распространения и относительно небольшой мощностью. Это вызывает определенные трудности при проведении БВР.
Практикой ведения БВР по разнопрочным породам установлено, что при обуривании вскрышного уступа на всю высоту, с расположенными в верхней части более крепких и плотных пород, а в нижней части более мягких и пластичных глин взрывное рыхление происходит неэффективно (рис. 4). Расположение крепкого пропластка в зоне не регулируемого
б)
Гравелит (0,5-1,0 м)
Гравелит (6,0-15,0 м)
Твердая глина (6,0-7,5 м)
Пластичная глина (0.5-1.0 м]
Пластичная глина (2,0-3,0 м) и I III ■ I I I
Рис. 3. Типовые забои карьера Ташкура
455
Рис. 4. Поверхность взорванного блока и развала горной массы при традиционном способе взрывания разнопрочных пород
дробления, в условиях применения сплошного скважинного заряда, снижает эффективность действия энергии взрыва и ведёт к увеличению удельного расхода взрывчатых веществ (ВВ). При этом, для повышения эффективности дробления крепкого включения, необходимо уменьшение забоечного пространства для расположения зарядов в крепком включении, это так же приводит к увеличению затрат на производство БВР. Снижение коэффициента полезного действия взрыва связано с излишним нагружением наиболее слабой нижней части разнопрочного массива, при этом значительная часть энергии затрачивается на уплотнение мягких глин в нижней части уступа, и лишь незначительная часть энергии расходуется непосредственно на рыхление крепкой верхней части уступа. Это обуславливает разработку и внедрение специальных инженерных методов подготовки таких пород к экскавации. Данные методы, должны обеспечить дифференцированное распределение энергии взрыва на крепкую и слабую части массива.
В ходе проведённых опытно-промышленных работ по повышению эффективности взрывного рыхления на карьере Ташкура, проведена адаптация параметров БВР к особенностям разнопрочного массива, в процессе, которой изучены области применения различных сеток взрывных скважин и конструкций скважинных зарядов. За основной критерий оптимизации взрывного дробления было принято расположение заряда в скважине, тип ВВ и его удельный расход [1, 2]. Проведённые работы, позволил определить базовые значения размеров сеток
456
взрывных скважин в зависимости от конструкции заряда и диаметра применяемого бурового инструмента.
В связи с относительной однородностью типовых забоев (а), (б) и (г) рис. 3, при взрывном разрушении сложностей не возникает (рис. 5). Оптимальные параметры БВР для этих типов забоев подбираются комбинацией сеток бурения, диаметров скважин и типов ВВ. Самым сложным по обеспечению требуемого качества разрушения являлся типовой забой (в) рис. 3. Проведённая технико-экономическая оценка разработанных и опробованных на месторождении технологических схем ведения буровзрывных работ в данном забое с применением рассредоточенных, сплошных, комбинированных и дополнительных зарядов, показала, для имеющегося разнопрочного массива, наиболее эффективны рассредоточенные заряды с разновременным взрыванием. Использование прочих опробованных конструкций зарядов менее эффективно, так как требует увеличения объёмов буровых работ и удельного расхода ВВ. Их применение усложняет организацию БВР из-за необходимости в процессе буровых работ на уступах внешней вскрыши, по мере изменения типа забоя, изменять сеть бурения и параметры зарядов ВВ.
В ходе оптимизации параметров БВР, для выделенных во внешней вскрыше типовых забоев карьера Ташкура, разработана и внедрена технологическая схема ведения БВР, позволяющая эффективно управлять энергией взрыва, используя при этом единую базовую сеть бурения. Даная схема, в имеющихся горногеологических условиях, позволяет вести БВР при минимальном расходе ВВ и с максимальным объёмом выхода взорванной
Рис. 5. Взорванная горная масса и буровой блок на уступе междупластья карьера Ташкура
457
горной массы с погонного метра скважины. Сущность разработанной схемы заключается в следующем. Для имеющихся разнопрочных пород принимается базовая сеть бурения, которая определена по условию эффективного дробления сплошной конструкцией заряда наиболее слабого по прочностным характеристикам типового забоя из глинистого массива (а) рис. 3. По этой сети забуриваются буровые блока, в процессе бурения по воздействию бурового инструмента на забой и визуально по выходу бурового шлама выделяется структура залегания крепких пропластков, их мощность и прочностные свойства (фиксируются на буровом проекте машинистом бурового станка). На основе полученной информации о залегании крепких пропластков, на взрываемых участках выделяются типовые забои, для которых:
- в глинистом массиве применяется сплошная конструкция заряда из простейшего ВВ игданит;
- в разнопрочном массиве из гравелита и глины применяется рассредоточенная породным промежутком (высотой 0,3-0,5 м) конструкция заряда, которая инициируется разновременно (первым — верхний заряд, далее нижний заряд);
- в массиве из гравелита применяется сплошная конструкция заряда из эмульсионного ВВ Нобелан 2080.
Применение эмульсионного ВВ нобелана 2080, который относительно игданита имеет большую плотность заряжания и объёмную концентрацию энергии взрыва, позволяет для гра-велитового массива использовать разряженную сетку взрывных скважин, что обеспечивает снижение объёмов буровых работ при рыхлении массива. В качестве недостатка, следует отметить, вы-
Рис. 6. Схема ведения буровзрывных работ в разнопрочном массиве с единой базовой сетью бурения для трёх типовых забоев карьера Ташкура
458
сокую трудоёмкость работ и сложность монтажа взрывной сети при применении рассредоточенной конструкции заряда с разновременным взрыванием. Опыт применения рассредоточенной конструкции заряда, показал, устранение первого недостатка достигается путём незначительного увеличения численности взрывного персонала привлекаемого для монтажа взрывной сети, а устранение второго, использованием для верхнего и нижнего зарядов разных номиналов внутрискважинного замедления в скважинных ударно-волновых трубках неэлектрической системы инициирования.
Таким образом, управлением энергией взрывного воздействия на горный массив, базирующимся на рационализации конструкций скважинных зарядов, регулировании удельной энергии заряда и особенностях действия взрыва в горном массиве позволяет уменьшить потери энергии и снизить затраты на буровзрывное рыхление.
При решении задачи интенсивного дробления разнопрочно-го массива горных пород, наряду с обоснованием параметров конструкций зарядов ВВ, на карьере Ташкура проведены исследования по определению влияния диаметра зарядов на качество дробления вскрышных пород. Диаметр заряда является параметром, определяющим степень дробления горных пород, но он же определяет и затраты на буровзрывные работы, так как от принятого диаметра бурения зависит выход взорванной горной массы с погонного метра скважин. Проведенные исследования показали, что с увеличением диаметра скважин происходит незначительное увеличение фракционного состава взорванной горной массы [2]. При этом, как показала практика разработки карьера Ташкура, в условиях применяемого выемочно-погру-зочного и транспортного оборудования, достигаемое качество рыхления массива с увеличением диаметра взрывных скважин обеспечивает их высокопроизводительную работу.
Увеличение диаметра взрывных скважин позволяет разряжать сеть бурения, тем самым, увеличивая объём выхода взорванной горной массы с погонного метра скважины (табл. 1) и снижая себестоимость буровых работ. Диаметр буровых работ зависит от глубины бурения взрывных скважин, он влияет на высоту колонки скважинного заряда и его конструкцию. Оптимальная
459
Таблица 1
Показатели применения различных диаметров взрывных скважин в карьере Ташкура
Показатели Диаметр скважины, мм
150 180 215 250 285 320
Оптимальная область приме- 3-5 4-6 5-7 6-8 7-9 Более 8
нения скважин в зависимости
от глубины бурения, м
Объём выхода горной массы 9-25 16-36 25-49 36-64 49-81 Более 64
с погонного метра скважины,
м3/пог. м
Объём погонного метра сква- 0,071 0,102 0,145 0,196 0,255 0,324
жины, м3
область применения различных диаметров скважин в зависимости от глубины бурения в условиях разрабатываемого карьера Ташкура, приведена в табл. 1.
В начальный период промышленной эксплуатации карьера Ташкура, использовались два типа буровых станков: D-25KS с дизель гидравлическим приводом и СБШ-250МНА с электрическим приводом и диаметрами бурового инструмента: 150-180 и 215-250 мм соответственно. При этом буровые станки D-25KS, были применены на месторождении в связи с отсутствием в период начала его разработки развитой сети электроснабжения, и необходимостью бурения краевых частей месторождения имевших не большую глубину разработки. Анализ работы применявшихся на месторождении двух типов буровых станков, показал, что их затраты на бурение одного погонного метра скважины практически сопоставимы. Это в условиях применения данных станков в различных диапазонах глубин разработки месторождения обеспечивало эффективность их использования.
С вовлечением в отработку основной части месторождения и увеличением при этом глубины разработки, применение малого диаметра для бурения высоких уступов, стало не целесообразным, так затраты на проведение БВР увеличиваются из-за невысокого выхода взорванной горной массы у станков с малым диаметром. После ввода в рабочую зону карьера дополнительных линий электропередач, буровые станки D-25KS, были переданы в другие подразделения комбината, а вместо них введены в эксплуатацию буровые станки СБШ-250МНА.
460
Проведёнными опытно-промышленными работами по применению увеличенного диаметра бурения взрывных скважин, установлено, что с увеличением диаметра бурения по сплошному глинистому массиву и междупластью (типовые забои (а), (г) рис. 3) с 215 мм до 300 мм, можно увеличить сеть бурения с 6x6 м до 10x10 м. При этом область применения параметров БВР с увеличенными диаметрами для данных типов забоев эффективно при глубине бурения 7-8 м и более. Возможность увеличения размера сети бурения относительно глубины скважин, обусловлена особенностями отрабатываемого разнопроч-ного массива, в нижней части которого залегают относительно мягкие породы. Применение скважин увеличенного диаметра на карьере Ташкура, позволило увеличить объём выхода взорванной горной массы с одного погонного метра скважины в сопоставимых условиях с малыми диаметрами бурения, практически в два раза (табл. 2). Тем самым сократить объёмы бурения и снизить затраты на буровые работы (рис. 7).
В процессе ведения буровых работ на карьере Ташкура, установлено, что с увеличением диаметра бурения взрывных
Таблица 2
Основные показатели БВР по карьеру Ташкура
Показатели Годы
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Взорвано г.м., млн м3 3,52 1,68 2,42 1,96 2,77 10,13 9,51
Пробурено, тыс. пог. м, в том 89,9 143,1 232,2 203 174,1 238,9 231
числе:
СБШ-250, тыс. пог. м 89,9 60,5 94,1 74,6 96,6 230,3 198,5
D-25КS, тыс. пог. м - 82,6 138,1 128,4 77,5 8,6 32,5
Выход с п.м, м /пог. м 3 Удельный расход ВВ, кг/м 39,2 27,8 25,7 26,3 28,7 44 47,9
0,54 0,57 0,64 0,64 0,65 0,67 0,69
Показатели Годы
2009 2010 2011 2012 2013 2014
Взорвано г.м., млн м3 6,7 5,94 7,16 6,54 4,85 5,45
Пробурено, тыс. пог. м, в том 135,3 99,8 115,5 99,5 70,2 74,1
числе:
СБШ-250, тыс. пог. м 135,3 99,8 115,5 99,5 70,2 74,1
D-25КS, тыс. пог. м - - - - - -
Выход с п.м, м3/пог. м 49,5 59,5 62 65,7 69,2 73,5
Удельный расход ВВ, кг/м3 0,7 0,66 0,7 0,65 0,65 0,62
461
Рис. 7. Зависимость себестоимости от диаметра долота (расчётные данные):
1 — средства инициирования; 2 — взрывчатое вещество; 3 — бурение
скважин, происходит снижение скорости бурения. При бурении, преобладающие объемы глинистых пород в толще вскрышных пород карьера, затрудняют эффективную очистку забоя скважины от глинистого шлама, который затирается о стенки скважин и приводит к за-штыбовке затрубного пространства между стенкой скважины и буровой штангой. В связи с этим, для повышения эффективности бурения, на СБШ требуется применения более мощного компрессора производящего подачу воздуха на забой скважины.
Для оптимизации процесса бурения взрывных скважин, проведены исследования режимов бурения в зависимости от типа бурового инструмента и размера затрубного пространства. Проведённые хронометражные наблюдения за бурением скважин глубиной 8,5 м в глинистом массиве, показали, что при использовании штанг с диаметром 180 и 203 мм, наиболее эффективна компоновка этих штанг с долотьями диаметром 250 и 285 мм соответственно (рис. 8).
В условиях использования на карьере шарошечных долот с диаметром 215 и 250 мм, для увеличения диаметра бурения взрывных скважин до 285 и 300 мм, из отработанных долот изготовлены пикобуры (путём срезки с долот опорных лап и приваривания на их место пластин из листового металла и
резцов из легированной стали) (рис. 9), которые, как показала практика их использования,
Рис. 8. Зависимость времени бурения скважин глубиной 8,5 м от диаметра бурового инструмента (хронометражные наблюдения, глинистый массив):
1 — штанга 180 мм; 2 — штанга 203 мм
462
Рис. 9. Пикобуры изготовленные из отработанных долот
весьма эффективны на глинистом массиве имеющего высокую вязкость и пластичность. Их использование на шарошечных станках вместо долот, позволяет повысить скорость бурения. Так же необходимо отметить, что стоимость удельной проходки пикобура в глинистом массиве в 3,3 раза ниже, чем у долот.
Так же увеличение диаметра бурения взрывных скважин с использованием имеющихся шарошечных долот достигнуто за счёт наплавки на их опорные лапы резцов-расширителей, расположенных под углом 450 по вращению шарошки. За счет внедрения данного решения, получена более полная очистка забоя, в глинах расширители работают как фреза, результат наблюдается визуально: выносимая буровая мелочь с расширителями значительно крупнее.
Для повышения эффективности очистки забоя скважины и увеличения скорости бурения внедрены конструктивные решения, которые позволили повысить эффективность буровых работ. При компоновке бурового инструмента в переходнике на шарошку были отфрезерованы и засверлены два отверстия под углом 180 друг к другу и расположенные на разных уровнях. Такое решение, за счет эжекционной обдувки направленной строго вертикально по скважине, позволило улучшить очистку рабочей зоны долота и затрубного пространства. Опробован, способ увеличения диаметра штанги путём навивки вокруг штанги ленты из листового металла в виде шнека (рис. 10). Его применение, за счёт направленного вращательного выноса шлама с подачей давления воздуха в скважину, обеспечило улучшение выноса глинистого бурового шлама из скважины.
463
Следует отметить, что увеличение диаметра бурения, ведёт к увеличению объёма
Рис. 10. Буровая штанга с увеличенным диаметром
выхода бурового шлама из скважины (табл. 1), что затрудняет зачистку устьев
скважин в ручную. Как показали опытные работы, в условиях применения разреженных сетей бурения, эффективно применение механизированной зачистки скважин с использованием грейдера или колёсного бульдозера.
В связи с ведением буровзрывного рыхления преимущественно в верхней части вскрышного уступа с глубиной бурения до 8,5 м, изготовлены и установлены на буровые станки полуштанги длиной 2 м, позволившие исключить операцию наращивания бурового става при бурении взрывных скважин.
Внедрение перечисленных технических решений позволило повысить эффективность буровых работ на месторождении, увеличена скорость бурения взрывных скважин.
Таким образом, проведённая на карьере Ташкура оптимизация параметров БВР с их совершенствованием, позволили определить и принять к использованию для разнопрочных горных пород оптимальные параметры и рациональную схему ведения БВР, которые обеспечили повышение эффективности проводимых работ и снизили затраты на буровзрывную подготовку.
1. Бибик И.П., Рахманов Р.А., Ивановский Д.С. Повышение эффективности взрывного рыхления разнопрочных массивов при разработке месторождения фосфоритов Джерой-Сардара // Горный журнал. — 2008. — № 8. — С. 43-47.
2. Сытенков В.Н., Бибик И.П., Рахманов Р.А. Результаты опытно-промышленных работ по уточнению параметров БВР в карьере Ташкура // Горный вестник Узбекистана. — 2007. — № 4. — С. 30-38.
3. БибикИ.П., ИвановскийД.С. Технологические особенности производства буровзрывных работ в условиях разработки пластового месторождения фосфоритов Джерой-Сардара // Горный вестник Узбекистана. — 2006. — № 1. — С. 27-30.
464
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Рахманов Руслан Азаматович — канд. техн. наук, главный специалист отдела БВР АО «СУЭК», e-mail: [email protected]
UDC 622.235
IMPROVING THE TECHNOLOGY OF DRILLING AND BLASTING CRUSHING CHANGEABLE MOUNTAIN RANGES
Rakhmanov Ruslan A., Candidate of Engineering Sciences, Chief Specialist of Drilling and Blasting JSC SUEK, e-mail: [email protected]
The article describes the experience of improving the technology of drilling and blasting for changeable rocks sedimentary phosphorite deposits. The selection of model faces and pilot work to improve the efficiency of explosive fragmentation, allowed to optimizing drilling and blasting operations. Developed and implemented technological and organizational measures have improved the quality of explosive crushing of overburden, and helped to reduce the costs of conducting drilling and blasting operations.
Key words: blasting, ledge, charge, well, explosive, crushing, explosion, costs, drilling.
References
1. Bibik I.P., Rakhmanov A.R., Ivanovskaya D.S. Mining magazine, 2008, no. 8, pp. 43-47.
2. Sytenkov V.N., Bibik I.P., Rakhmanov R.A. Mining Bulletin of Uzbekistan, 2007, no. 4, pp. 30-38.
3. Bibik I.P., Ivanov D.S. Mining Bulletin of Uzbekistan, 2006, no. 1, pp. 27-30.
465
