CC BY
93
© А.В. Рашкин, В.А. Дорофеев, П.Б. Авдеев, С.Ю. Селезнев,
2006
УДК 622.014.3:502.76
А.В. Рашкин, В.А. Дорофеев, П.Б. Авдеев,
С.Ю. Селезнев
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНЫХ И БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗА «ВОСТОЧНЫЙ»
Семинар № 12
~П Восточном Забайкалье наиболее
.О сложные горно-техничес-кие и горно-геологические условия характерны для Татауровского буроугольного месторождения. Здесь в условиях сурового климата освоение месторождения осложнено специфическими гидрогеологическими и гидрологическими условиями и наличием островной многолетней мерзлоты. Рыхлые четвертичные отложения содержат песчано-гравийную смесь, пригодную для использования в строительстве. Опыт работы разрезов Восточной Сибири, Забайкалья и Якутии показывает, что необходимо разрабатывать специальные технологические схемы ведения буровзрывных и горных работ по многолетнемерзлым и коренным породам.
В условиях разреза «Восточный» скважины обводнены круглый год, а поступающая из деятельного слоя (ДС) в скважину вода содержит песчано-илистый материал (ПИМ) и заиливает её практически на 50-100 %. Потери скважин от заиливания достигают 50 %, составляя в среднем около 25 %. Наиболее высокие потери скважин наблюдаются в период смерзания ДС. Потери длины скважин из-за заиливания и обрушения стенок изменяются в пределах от 0 % до 80-90 %. Продолжительность сохранности пробуренных скважин- от секунд до нескольких суток. Потери скважин от заиливания, об-
рушения стенок и оттаивания мерзлых пород составляют 10-15 % в холодный период и 25 % - в теплый период года. Наибольшие потери скважин отмечаются в период промерзания ДС, когда межмерз-лотные воды его имеют напорный характер - в этот период теряется до 50 % скважин.
Испытания гидроизоляции скважин с помощью надувных емкостей и обсадных труб показали, что по эффективности она уступает гидроизоляции зарядов ВВ. Наибольшее распространение получил способ гидроизоляции зарядов ВВ полиэтиленовыми оболочками, но в условиях высокой обводненности гидроизоляция зарядов эффективна в комплексе с заряжанием скважин вслед за бурением. Диаметр оболочки должен быть не более 0,85-0,9 диаметра скважины при толщине пленки 0,15-0,20 мм. При ручном заряжании целесообразно использовать простейшие устройства. Оболочки изготавливали из двухслойной рулонной полиэтиленовой пленки. При устойчивости скважины менее 5-15 минут задержка с заряжанием влечет частичную или полную ее потерю. Для заряжания таких скважин целесообразно использовать секционные заряды массой до 21 кг и длиной 1,5 м.
При взрывании многолетнемёрзлых пород наиболее эффективны ВВ со скоро-
Рис. 1. Изменение радиуса Я(м) разрушающих деформаций во времени Т (мс): 1 - песчано-гравийно-галечниковые от-ложения; 2 - песчаники, нижняя часть уступа
стью детонации не более 2000-2500 м/с. Для обоснования рационального ассортимента были проведены сравнительные испытания относительной мощности различных ВВ заводского и местного изготовления по показателю действия взрыва, объёму воронки взрыва и объёму видимой воронки выброса.
Для сравнительной оценки были приняты ВВ - граммониты 79/21 и 30/70, а также - игданит и смеси АС-ТНТ-ДТ=88:10:2 (тротилсодержащий игданит) и АС-ТНТ=90:10 (граммонит 90/10. По результатам 20 опытных взрывов в сухих скважинах без гидроизоляции зарядов установлены количественные характеристики относительной мощности ВВ, объёмов и качества дробления мерзлых пород.
В сложных гидрогеологических и геокриологических условиях на поведение заряда ВВ в скважине, процесс заряжания и взрывчатого разложения ВВ существенное влияние оказывают два фактора - наличие высокотемпературной мерзлоты - (-0,2)...(-0,9) 0С и ДС. Эти факторы предопределяют необходимость заряжания вслед за бурением во временно сухие скважины и гидроизоляцию заряда для предотвращения попадания в межгра-нульное пространство воды и заиливающего материала. Для выявления рациональных схем взрывания изучены закономерности распространения разрушающих деформаций и даны оценки предельных размеров зон разрушения и интервалов замедлений.
Из установленных зависимостей следует (рис. 1): с увеличением расстояния от заряда темпы прироста необходимого
времени возрастают; скорость распространения разрушающих деформаций в ПГГО ниже, чем в песчаниках и алевролитах, соответственно, начальная скорость распространения разрушающих деформаций и темпы ее уменьшения в песчаниках и алевролитах выше, чем в ПГГО.
Полученные данные позволили оценить параметры заложения зарядов и короткозамедленного взрывания для основных групп пород. Для мерзлых пород коэффициент сближения зарядов принимается равным 0,8. 1,4, предельная сетка расположения скважин для ПГГО 5 х 5 м, для песчаников 5,4 х 5,4 м при фактическом удельном расходе ВВ 0,82.0,94 кг/м3, минимальный интервал замедления между рядами, соответственно, 50 мс и 35 мс (из условия распространения разрушающих деформаций в одну сторону на 2Шпр).
Экспериментальные взрывы выполнены с целью выбора рациональной сетки скважин при валовой и селективной выемке ПГГО и коренных пород. Замеры кусковатости отбитых пород показали, что с ростом нагрузки на скважины выход фракций -200 мм уменьшается с 75-78 % до 32-33 % при близком уровне выхода кусков крупностью +1600 мм - около 1317 %. Размер среднего куска при этом увеличивается.
Расчеты для валового взрывания мерзлых ПГГО и коренных пород показывают, что с ростом удельного расхода ВВ размер среднего куска отбитой горной массы уменьшается, а производительность экскаватора возрастает (рис. 2). Следовательно, регулирование кусковатости отбитых пород для повышения производительности драглайна имеет ограничения в пределах экономической эффективности. Для зарядов из граммонита 79/21 (с гидроизоляцией) указанный предел составляет 0,93 кг/м3, для грамонита 30/70 - 0,65 кг/м3 и для гранулированного тротила - 0,62
кг/м3.
При совместном взрывании ПГГО и коренных пород на всю их мощность доля первых в массиве уступа достигает
0,74-0,85, что объясняется значительным влиянием ДС - в холодный период года мерзлая корка повышенной прочности увеличивает выход крупных фракций, в теплое - увеличиваются потери скважин от заиливания. Поэтому, в сравнении с аналогичными условиями совместного взрывания отмечается некоторый рост выхода крупных кусков.
Крупность дробления с расширением сетки скважин возрастает, однако изменение выхода отдельных фракций не имеет резких скачков. С расширением сетки скважин с
3x3 м до 4x4 м выход фракций -200 мм
Рис. 2. Изменение размера среднего куска (1) и производительности драглайна(2) от удельного расхода ВВ
снижается с 57 % до 38,1 %, а выход крупных фракций +800 мм увеличивается с 26,8 % до 41 %.
Аналогично изменяется размер среднего куска для всей отбитой породы и для габаритной его части. При сетках скважин 3,5х3,5 м и 4x4 м выход фракции +800 мм составляет 41% и 40,8% при размере среднего куска габаритной части - 0,364 м и 0,376 м, соответственно. Удельный расход ВВ при сетке
4x4 м составляет 0,8 кг/м3, а при сетке 3,5х3,5 м - 0,97 кг/м3. Таким образом, при совместном взрывании сетка скважин 4x4 м обеспечивает приемлемое качество дробления пород. При сетке 4x4 м дробление пород в случае совместного взрывания нижнего подуступа несколько лучше, чем при совместном взрывании уступа в целом, что объясняется влиянием ДС и существенной разницей в удельном расходе ВВ.
Разработаны схемы взрывания для зарядов диаметром 160 и 216 мм. При использовании Черемховской схемы работы сброс пород в постоянный отвал составляет 14-17 %, сброс в предотвал - около 15 %, в то время как по проектной схеме сброс в предотвал составляет не более 812 %. При диаметре зарядов 216 мм сброс пород в выработанное пространство достигает 34-42 %. Сброс в постоянный отвал при Черемховской схеме возможен до 1820 %. При сопоставлении показателей валового и раздельного взрывания для высоты уступа 15 и 24 м выявляются существенные преимущества раздельного взрывания.
Отрицательные проявления ДС устраняются раздельной отработкой его с регулируемым опережением фронта горных
работ. При этом выемку пород ДС производят либо после осушения поля разреза в целом или зон отрабатываемых заходок, либо до окончания работ по осушению поля разреза. Технологическая схема взрывания с раздельной выемкой ДС рассмотрена в двух вариантах - рыхление скважинными и щелевыми зарядами.
Осушение разреза осуществляется с помощью открытой дрены размерами: по верху 39 м, по низу 4 м, глубина 10 м, длина 7800 м, общий объем работ 1677 тыс. м3. Одновременно сооружена водозащитная дамба высотой 8 м и объемом 1903,3 тыс. м3 . С целью сокращения сроков строительства предложено открытую дрену сооружать взрывами на выброс. Предварительные расчеты показали, что схема взрывания сосредоточенными зарядами двухстороннего выброса является более простой, но не обеспечивает направленного выброса. Поэтому нами рассмотрен вариант проходки дрены направленным взрывом сосредоточенных зарядов. Расход ВВ на взрывание составил 3986 т, средняя ширина развала 82 м, максимальная высота навала при направленном выбросе 5,1 м. Затраты на строительство водозащитных сооружений уменьшены на 15 %, сроки строительства сокращены в 2 раза.
Дополнительно для осушения проходились дренажные канавы глубиной 3 м по контуру отрабатываемой заходки или по контуру отрабатываемой и последующей заходок. Проходка канав осуществляется взрывом на выброс щелевых зарядов. Удельный расход ВВ при взрывании на выброс составляет 1,4 кг/м3. Экономический эффект проходки дренажных канав за период существования ДС достигается за счет сокращения потерь скважин, уменьшения времени подготовки взрывов и увеличения объемов экскавации. Технологические схемы экскавации с оттаиванием и перемещением ПГГО были разработаны для первой вскрышной заходки длиной 1300 м. В основу этих схем заложен принцип солнечно-радиацион-ного
оттаивания многолетнемерзлых пород верхней части вскрышного уступа, послойная их разработка и перемещение в выработанное пространство бульдозерами и скрепером. Предлагаемый способ разработки позволяет сократить объёмы дорогостоящих буровзрывных работ. Экскаваторные и бульдозерно-скреперные работы по технологическим схемам выполняются в теплый период года с мая по сентябрь. Средняя глубина оттаивания ПГГО принята по наблюдениям 0,1 м/сут. После удаления ПГГО выполняются экскаваторные работы по песчаникам вскрышного уступа. Из основного оборудования в схемах применены драглайн ЭШ-10.70, механическая лопата ЭКГ-8И, бульдозеры Д-572 на базе трактора ДЭТ-250, Д-355 фирмы Комацу (Япония) и скрепер с вместимостью ковша 15 м3.
Схемы экскавации разработаны в двух вариантах, из которых принят вариант с послойным оттаиванием и перемещением ПГГО во внутренний отвал с первой за-ходки бульдозерами и скрепером, частичной экскавацией драглайном ЭШ-10.70 ПГГО у рабочего борта для получения большего разноса песчаников после взрывания в целях снижения вторичной их смерзаемости, рыхлением взорванных песчаников мехлопатой ЭКГ-8И и экскавацией их драглайном ЭШ-10.70 для создания подготовленных к выемке запасов угля. Для ускорения подготовки запасов угля предложено производить экскаваторные работы не по всему фронту, а отдельными блоками по 400-450 м. Разработаны параметры и организация ведения вскрышных работ в зимний, весенний, летний и осенне-зимний переходный периоды.
Выводы и рекомендации
1. Для повышения сохранности взрывных скважин целесообразно осушение ДС многолетней мерзлоты, увеличение диаметра взрывных скважин и применение устройств крепления и гидроизоляции устьевой части их. Для обеспечения нормального режима и полноты детонации необходимо применять гидроизоляцию
зарядов и заряжание скважин производить вслед за их бурением. При взрывании многолетнемерзлых пород применение водоустойчивых ВВ с высоким содержанием тротила (граммонит 30/70, грануло-тол) нецелесообразно, так как они уступают по мощности граммониту 79/21, а также смесям местного приготовления -игданиту и АС-ТНТ = 90/10. Рекомендуемая сетка скважин при совместном и раздельном взрывании четвертичных отложений и коренных пород при диаметре зарядов 150-160 мм составляет 4x4 м.
2. На основании опытных взрывов, теоретических и экспериментальных исследований практически реализованы: технология заряжания вслед за бурением скважин; работы по проходке открытой дрены и дренажных канав по контуру отрабатываемых заходок; при номинальном диаметре бурения 160 мм сетка скважин 4x4 м при удельном расходе ВВ 0,7-0,9 кг/м3 и верхнее расположение боевика для всех пород
приняты в типовом проекте массового взрыва; организовано изготовление полиэтиленовых оболочек, что позволило исключить из ассортимента применяемых ВВ дорогостоящие граммонит 30/70 и гранулотол;
3. Разработана и внедрена технологическая схема предварительного рыхления
и удаления пород ДС, позволяющая сократить потери скважин и уменьшить влияние его на дробление массива. Рекомендована технология фронтальных взрывов с производством вскрышных работ по Черемховской схеме, что позволяет использовать энергию взрыва для частичного сброса пород в постоянный отвал и предотвал.
4. Разработаны технология проходки открытой дрены направленными взрывами сосредоточенных скважинных и щелевых зарядов, позволяющая уменьшить срок сооружения дрены в 2-3 раза и затраты на 12 %.
5. Впервые для угольных месторождений разработаны технологические схемы вскрышных работ с послойным солнечнорадиационным оттаиванием и бульдозерно-скреперной вскрышей многолетнемерзлых гравийно-галечных пород четвертичных отложений в теплый период года и экскавацией взорванных мерзлых песчаников драглайном ЭШ-10.70 и мех-лопатой ЭКГ-5. Разработаны и обоснованы технологические схемы ведения вскрышных работ для зимнего, летнего и переходных осеннего и весеннего периодов года с учетом природноклиматических и геокриологических условий месторождения.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Рашкин А.В., Дорофеев В.А., Авдеев П.Б., Селезнев С.Ю. - Читинский государственный университет.
