CC BY
48
© С.Д. Викторов, В.М. Закалинский, 2002
УДК 622.81
С.Д. Викторов, В.М. Закалинский
ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ЗАРЯДОВ
В
условиях рыночных отношений весьма актуальна проблема создания новых технологий добычи полезных ископаемых, позволяющих существенно снизить стоимость ведения горных работ. Речь идет о новой технологии взрывной подготовки горного массива к выемке на подземных рудниках с использованием зарядов взрывчатых веществ большой массы. Некоторым аналогом в отдаленном прошлом на подземных рудниках была минная отбойка, от которой в силу наличия больших недостатков, сопровождающих ее применение, с развитием буровой техники полностью отказались. Но в современных условиях оказалось, что при определенных условиях применение крупных зарядов экономически оправданно.*
Под определенными горнотехническими условиями понимается наличие на предприятии: большого размера кондиционного куска (> 600 мм), мощного погрузодоставочного и транспортного оборудования с вибровыпуском или непосредственной скреперной погрузкой руды в вагонетки; увеличенного сечения выработок; эффективных станков с буровыми снарядами соответствующей для каждого диаметра мощности, позволяющей не снижать линейную скорость при переходе на большие диаметры; технологичных способов образования полостей для размещения крупных зарядов ВВ.
В ИПКОН РАН были выполнены исследования с целью выявить типы руд, наиболее благоприятные для крупномасштабной отбойки, под которой понимается взрывная отбойка с применением скважинных зарядов
диаметром более 105 мм; сближенных зарядов, общий совокупный эффект взрыва которых превосходит взрыв эквивалентного по массе заряда диаметром более 105 мм; крупных зарядов, размещаемых в полостях или камерах, образованных специальными методами.
Установлено, что при дроблении сильнотрещиноватой руды при увеличенных параметрах отбойки достигается хорошее качество дробления и почти не требуется увеличения удельного расхода ВВ на отбойку.
Например, изучение опыта и закономерностей дробления сильнотрещиноватых руд выявило, что независимо от того, отбивается ли массив минными зарядами со значительными ЛНС или скважинными зарядами различных диаметров и ЛНС, гранулометрический состав остается близким к постоянному. Минная отбойка в благоприятных природных условиях вытесняется скважинной не из-за качества дробления руды, а вследствие известных недостатков такой отбойки (запыленность, тяжелый ручной труд и т.д.).
Во втором типе руд более редкая и неравномерная трещиноватость способствует самому неблагоприятному (неравномерному) распределению энергии взрыва в отбиваемом слое. При отбойке с увеличенными параметрами в этом случае по трещинам оконтуриваются объемы потенциально возможных негабаритов. Хорошее дробление таких руд целесообразно получать с помощью скважин малого диаметра при небольших значениях ЛНС - до 1.2-1,5 м.
Нетрещиноватые руды из-за отсутствия экранирующего влияния естественных трещин и благодаря наилучшим волнопроводящим свойствам
наиболее "чувствительны" к изменению удельного расхода ВВ на отбойку и увеличение энергии заряда при взрыве в таких рудах (например, увеличение диаметра скважин при постоянной сетке скважин наиболее значительно сказывается на улучшении качества дробления). В результате в нетрещиноватых монолитных рудах при определенных горнотехнических условиях отбойка с увеличенными параметрами оказывается конкурентоспособной с отбойкой с уменьшенными параметрами.
При взрывной подготовке горной массы к выпуску приходится обури-вать и взрывать большие объемы горного массива. Для уменьшения количества массовых взрывов и затрат на бурение возникла идея применения больших зарядов, размещаемых в цилиндрических полостях, проходимых взрывными методами. Такая технология была опробована на подземных рудниках в Кривбассе и на ряде рудников в Сибири.
Создавались полости как горизонтальные, так и вертикальные. Вертикальные полости проходить технически проще. На весь взрываемый блок бурятся 3 или 4 вертикальные скважины на небольшом расстоянии друг от друга и затем секци-онно взрываются. Постепенно образуется цилиндрическая полость с неровными краями диаметром 50-70 см длиной до 50 м. В полость помещается взрывчатое вещество в виде сплошного заряда или в виде разделенных инертными промежутками частей (рис. 1).В этом случае заряд называется вертикальным концентрированным (ВКЗ).
Общая масса заряда в полости достигает 27 т. Сейсмическое действие взрыва таких зарядов может быть очень велико. Поэтому их применение возможно только в совокупности с оконтуривающими зарядами обычного диаметра, которые взрываются первыми, образуя фронт работ для взрыва с замедлением основных зарядов большой массы (ВКЗ). При правильном выборе геометрии размещения основных и оконтури-вающих зарядов, интервалов замедления сейсмического действия таких взрывов не превышает сейсмическое
*Работа поддержана РФФИ, грант № 00-05-64126 "Разработка теории управления энергией взрыва при массовом разрушении руд и пород совокупным воздействием групп параллельно-сближенных зарядов в подземных условиях"
действие при обычных традиционных методах взрывания.
На рис. 2-3 в качестве примера показаны схемы размещения концентрированных зарядов на Ташта-гольском руднике.
Оконтуривающие заряды обычного диаметра не только обеспечивают снижение сейсмического действия основных зарядов, но и, обеспечивая образование новых свободных поверхностей вокруг концентрированного заряда, повышают качество дробления горного массива. Как показал опыт применения таких зарядов, несмотря на большую их массу степень дробления горного массива такова, что позволяет осуществлять выпуск руды через вибропитатели без увеличения расхода взрывчатых веществ на вторичное дробление.
Применение концентрированных зарядов позволяет рудникам увеличить масштабы взрывной подготовки руды к выемке. Это дает возможность снизить количество массовых
Рис. 1. Конструкция вертикального концентрированного заряда (ВКЗ) с инертными промежутками по колонке заряда: 1 - полость, образованная взрывным методом; 2, 3
- верхняя и нижняя подводящие выработки; 4 -породная забойка; 5 -коммутационные скважины; 6 - граммонит 79/21; 7 - промежуточный детонатор; 8 - ДШ; 9 - инертный промежуток
Рис. 2. План бурового горизонта блоков №№ 33-34 на Таштаголь-ском руднике.
Рис. 3. Подготовка блоков №№ 33-34 на Таштагольском руднике к отработке (вертикальный разрез): 1-6
- окон-туривающие заряды; ВКЗ - вертикальный концентрированный заряд
взрывов, проводить взрывы раз в квартал, даже в полгода и реже. В цилиндрических полостях можно применять дешевые простейшие ВВ. В таких зарядах проще обеспечить защиту зарядов от воды и, следовательно, применять неводостойкие составы.
Создание цилиндрических полостей под заряды взрывными методами позволяет существенно снизить затраты на бурение. Все это вместе, как показал опыт, дает возможность снизить прямые затраты на отбойку на 0.5-1.0 руб/т.
Однако применение концентрированных зарядов требует от работников рудника вести взрывные работы с должной осторожностью и не забывать о некоторых проблемах, сопровождающих применение зарядов большой массы:
• обеспечение сейсмической безопасности при проведении крупных взрывов;
• проветривание горных выработок;
• обеспечение надежной коммутации взрывных сетей и инициирования концентрированных и оконтури-вающих зарядов.
• обеспечение требуемого дробления горной породы.
Для широкого внедрения требуется должное обоснование технологии применения концентрированных зарядов большой массы с решением ряда следующих научных и техниче-
ских задач: теория работы концентрированных зарядов в горном массиве; конструкция концентрированных зарядов и способы их инициирования; совместное действие оконту-ривающих и концентрированных зарядов; разработка и обоснование методов, обеспечивающих сейсмическую безопасность применения концентрированных зарядов; влияние крупных взрывов на состояние горного массива; проветривание горных выработок при использовании концентрированных зарядов;
взрывчатые вещества, применяемые для концентрированных зарядов; гидроизоляция зарядов ВВ; оценка экономической целесообразности различных масштабов применения концентрированных зарядов.Для решения указанных задач образовался неформальный коллектив работников ряда институтов и горных предприятий.
Сотрудники ИПКОН РАН занимаются теоретическими вопросами применения на подземных рудниках зарядов большой массы, со-
трудники ИДГ РАН - исследованием сейсмического действия взрывов, сотрудники ИГД Сибирского отделения РАН - вопросами влияния взрывов на геомеханическое состояние горного массива, сотрудники ВОСТНигри - практическим проектированием крупных взрывов. Все это испытывается на Таштагольском, Шерегешском и Абаканском рудниках, расположенных в Алтайско-Саянском регионе.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Викторов С.Д. — профессор, доктор технических наук, ИПКОН РАН. Закалинский В.М. - доктор технических наук, ИПКОН РАН.
