CC BY
42
© С. С. Коломников, 2005
УДК 622.81
С. С. Коломников
УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГИЕЙ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ В УСЛОВИЯХ РАЗРАБОТКИ РАЗНОПРОЧНЫХ ГОРНЫХ МАССИВОВ ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Семинар № 4
Генеральной концепцией развития горных работ в карьере Мурунтау является увеличение глубины его разработки до 700 м и более с расширением области применения циклично-поточных технологических схем разработки с использованием крутонаклонных конвейеров, при этом ужесточаются требования к крупности транспортируемого материала. С учетом этого основным направлением совершенствования технологии взрывных работ на карьере является интенсификация процессов взрывных работ, которая базируется, прежде всего, на районировании пород карьера по трудности взрывания и типу применяемых ВВ.
Обработка статистических материалов опытных и промышленных взрывов на месторождениях Мурунтау, Даугызтау и Кокпатас позволила установить зависимость удельного расхода ВВ и затраты энергии на взрывное разрушение массива от среднего размера куска после взрыва для пород с различной прочностью на сжатие и получить следующие корреляционные выражения: д = 0,01-Каасж Ыср , кг/м3 и ¥р = (0,01-Ка ОСж Ыср )кэвв, мДж/м3 (1)
где ¥вр - затраты энергии на взрывное разрушение массива в физических величинах; Ка - коэффициент адаптации, зависящий от типа ВВ, условий взрывания блока, организации работ. Для условий карьера Мурунтау при применении ВВ промышленного производства Ка = 0,0033; кэвв- энергетический эквивалент перевода натуральных величин расхода ВВ (кг) в физические (мДж).
Экспериментальными работами и техникоэкономическим анализом показана целесообразность применения в условиях карьера Му-рунтау эмульсионных взрывчатых составов, пригодных для заряжания, как сухих, так и об-
водненных скважин и обладающих возможностью регулирования объемной концентрации энергии за счет изменения рецептурного соотношения компонентов и плотности заряжания, что особенно важно для условий выполненного районирования пород карьера по взрываемости [1, 2]. По своим энергетическим характеристикам эти ЭВВ не уступают более дорогим промышленным ВВ (табл. 1).
По результатам исследования технологии взрывания различными ВВ предложен их рациональный ассортимент для пород карьеров НГМК (табл. 2), который использован в разработке проектных решений строительства при-карьерного пункта подготовки и производства эмульсионных взрывчатых составов. Сравнительной технико-экономической оценкой
предложений различных фирм по организации собственного производства ЭВВ выбран проект поставки технологии и оборудования, предложенного компанией «ORICA» (Германия).
В рамках приведенной концепции предложена схема оптимизации БВР основанная на энергетических характеристиках и стоимости используемого ВВ, а также рациональном размещении заряда ВВ в массиве.
Для этого произведено районирование пород карьера по удельной энергии, затраченной при взрывной отбойке (рис. 1), в результате которой выделен ряд зон с интервалом изменения от 1,95 до 6,2 мДж/м3. Для каждой зоны установлено оптимальное значение удельной энергии Аопт.
Так как эти величины получены при различных значения сетки расположения скважин, длины заряда и забойки, целесообразно рассмотреть возможность изменения этих параметров.
Таблица 1
Энергетические характеристики ЭВВ
Характеристика Нобелит 2000 Нобелит 2030 Нобелан 2060 Нобелан 2070 Нобелан 2080 Нобелан 2090
Расчетные
Теплота взрыва
кДж/кг 2600 2900 2807 2814 2870 2914
ккал/кг 621 693 671 673 686 696
Объем газообразных продуктов взрыва, л 900 901 905 910 918 932
Кислородный баланс, % -1,05 -1,1 -1,2 -1,3 -1,5 -1,0
Экспериментальные
Плотность заряжания, г/см3 1,30 1,35 1,32 1,30 1,25 1,20
Скорость детонации, км/с 4,0-5,0 3,5-4,5 3,2-3,6 3,5-4,0 3,3-3,8 3,5-4,1
Критический диаметр открытого заряда, мм 50 50 60 60 60 60
Чувствительность к первичным средствам инициирования: детонатору ЭД-8 или КД-8 нет нет нет нет нет нет
Переход горения в детонацию нет нет нет нет нет нет
Минимальный вес боевика, г 3000 3000 3000 3000 3000 3000
Водоустойчивость Скважины любой степени обводненности Сухие скважины
Таблица 2
Рекомендуемый ассортимент ВВ для пород карьеров НГМК
Категория пород Трещиноватость Коэффициент крепости Типы применяемых ВВ
Легковзрывае- мые Весьма сильнотрещиноватые 6-8 Игданит, гранулит С-6М, ЭВВ 85/15*, Нобелан 2070
Средневзры- ваемые Сильно- трещиноватые 8-10 Игданит, игданит А-6, гранулит АС-4,, МАНФО-4, ЭВВ 85/15 и 80/20, Нобелан 2070
Трудновзры- ваемые Средне- трещиноватые 10-12 Игданит А-6, гранулит АС-4, МАНФО-4, ЭВВ 85/15 и 80/20, Нобелан 2080
Весьма труд-новзрываемые Мало- трещиноватые >12 Игданит А-6, граммонит 79/21, гранулит АС-4, АС-8; МАНФО-4, ЭВВ 85/15 и 80/20, Нобелан 2080
Обводненные породы Гранулотол, гранипоры, ЭВВ 30/70, Нобелит 2030
* 85/15, 80/20, 75/20 и 30/70 - эмульсионные взрывчатые составы, в числителе - содержание смеси АС+ДТ, в знаменателе - процентное содержание эмульсии
Сетка расположения скважин привязана к системе опробования, принятой на карьере, и зависит от ряда показателей (вес пробы, достоверность и т.д.). Таким образом, в рудной и рудно-породной зоне этот параметр не подлежит изменению в процессе оптимизации БВР. Вариации сетки скважин возможны в породной зоне в зависимости от энергетических характеристик применяемого ВВ. В этом случае должны выполняться условие:
i(C6yp + Свзр ) ^ min
i () ^ Аопт 1
(2)
где Сбур, Сюр - стоимость соответственно буровых и взрывных работ, сум/м3; q; - удельный расход i-го типа ВВ, кг/м3; Е - объемная концентрация энергии i-го типа ВВ, Дж/кг.
Для рудной и рудно-породной зон выражение 1 преобразуется в:
І («д) ^ min
-; (3)
І («iEi ) ^ Аопт
. 1
где Сі - стоимость ВВ i-го типа, сум/кг.
Большое влияние на результат взрыва оказывает отношение длины заряда 1з в скважине к длине 1с последней. Для карьера Мурунтау среднее значение 1Д. составляет в зависимости от высоты взрываемого уступа и применяемого ВВ 0,58^0,7. Порода, прилегающая к скважине по длине колонки забоечного материала, не подвергается непосредственному воздействию взрыва. Ее дробление в основном происходит в результате падения отбитой горной массы. Именно из верхней части уступа получают наибольшее количество негабаритных кусков. Проведенные на карьерах США экспериментальные исследования показали, что минимальная длина забойки при которой исключается ее выброс из скважины составляет 16 диаметров заряда, что подтверждено в условиях карьера Мурунтау и составляет в зависимости от применяемого долота 3,45; 4,0 м.
С целью уменьшения зоны нерегулируемого дробления в верхней части уступа целесообразно для всех типов пород карьера формировать заряды в скважинах с минимальным забоечным пространством (для уступов высотой 10 м - 3,5-4 м; для 15-ти метровых уступов - 4,5-5 м).
В этом случае для всех технологических зон карьера при равных диаметре и сетке взрывных скважин удельный расход ВВ будет
Рис. 1. Районирование пород карьера по удельной энергии, затраченной при взрывной отбойке
одинаковым. Оптимизация
взрывной отбойки производится путем регулирования удельной энергии заряда путем сочетания в нем ВВ с различными значениями объемной концентрации энергии при применении промышленных ВВ или изготовлении СЗМ Нобилита или Нобела-на с необходимыми энергетическими характеристиками.
Практически алгоритм расчета выглядит следующим образом (рис. 2). После введения в программу исходных данных о принадлежности взрываемого блока к определенной зоне, сетке скважин, диаметре заряда, высоте уступа формируется колонка заряда из наиболее дешевого ВВ. Для карьера Мурунтау это ВВ собственного изготовления - игданит. Далее производится расчет удельной энергии при взрыве этого заряда, который сравнивается с оптимальной удельной энергией для этой зоны. Если результат удовлетворяет условию 3, он принимается для дальнейших расчетов. Если условие нарушено, то в зависимости от характера нарушения программа производит корректировку сетки расположения взрывных скважин (по условию 2) или в состав заряда вводится ВВ промышленного производства с более высокой объемной концентрацией энергии (гра-нулит АС-4 или граммонит 79/21). После расчета всех блоков, подлежащих взрыву программа выдает общий расход ВВ по типам.
При использовании на взрывных работах промышленных ВВ алгоритм имеет недостаток, связанный с особенностью их применения на горных предприятиях. Шаг ввода в заряд промышленного ВВ должен быть кратен весу единичной заводской упаковки. Так как вес мешка в зависимости от условий поставки конкретного ВВ колеблется от 40 до 50 кг (для гранулита АС-4 и граммонита 79/21 составляет 42 кг), точность подбора оптимальной удельной энергии заряда значительно снижается. На практике это означает увеличение выхода некондиционной фракции горной массы, либо снижение экономической эффективности БВР.
Этот недостаток исключается в результате перехода на эмульсионные ВВ нового поколения. Технология производства обеспечивает возможность регулирования взрывных характеристик за счет изменения рецептуры и плотности эмульсии; диапазон регулирования объемной концентрации энергии по тротиловому эквиваленту возможен в пределах 0,7-1,1. В результате участок алгоритма оптимизации БВР, отвечающий за формирование комбинированного заряда с заданной удельной концентрацией энергии, трансформируется в подпрограмму определения необходимых энергетических характеристик ЭВВ и составления заказа на изготовление расчетного количества ЭВВ.
Приведенный алгоритм реализован с помощью языка Visual Basic на базе стандартного пакета приложений Microsoft, что является главным достоинством программы, так как обеспечивает ее доступность для широкого круга пользователей.
Оценка гранулометрического состава производилась в рудных и
породных экскаваторных забоях, а также на ленте ЦПТ после прохождения горной массы через ДПП, известным методом косоугольной фотопланиметрии [3], заключающемся в прямом методе оценки кусковатости по поверхности развала взорванной горной массы в забоях посредством ее фотографирования. Отмеченный метод оценки гранулометрического состава выбран как наиболее простой, оперативный и технологичный.
По результатам обработки снимков получены гистограммы распределения взорванных кусков по фракциям, а также расчетные значения среднего куска Вср.
Квар _
^/(16-14,75)2 0,08+(14 +14,75)2 0,39 + (15,5 -14,75)20,29 + (13,5 -14,75)20,24 _
Рис. 3. Сравнение гранулометрических составов при взрывании комбинированными зарядами:
ЭВВ (Нобелит + Нобелан) Граммонит 79/21 + игданит
55
38
I - _
10 8 ^------------------------------------
I,l~fc.nl, 4 3 3
3
■100 +100 +200 +300 +400 +500 +600 +700 +800 +900 +1000 Размеры взорванных кусков, мм
-800
ДГТГ
_ 15% (4)
Оценивая качество дробления при взрывании зарядами ЭВВ и граммонита, можно сделать вывод о том, что с переходом взрывных работ на применение эмульсионных ВВ в комплексе с неэлектрической системой инициирования «Динашок», не наблюдается ухудшения степени дробления. В связи с этим целесообразно сравнить качество дробления двух массовых взрывов (блок № 72/81 и блок № 49). Оба взрыва выполнены практически в однотипных породах и с равными значениями удельных расходов ВВ. Так, например, блок № 72/81 - в основном легковзрываемые породы, применялись комбинированные скважинные заряды Нобелит 2030 + Нобелан 2080, удельный расход ВВ - 0,93 кг/м3; рудный блок № 49 - легко и средневзрываемые породы, применялись комбинированные заряды - граммонит 79/21 + игданит, удельный расход ВВ - 0,96
кг/м3.
Как видно из сравнения гистограмм (рис. 3) грансостава двух взрывов, при переходе на взрывание эмульсионными ВВ в комплексе с системой инициирования «Динашок» отмечается тенденция снижения среднего диаметра
Рис. 4. Гистограмма распределения дробленых кусков на ленте ЦПТ
+900 +1000 взорванного куска (14,5 см против 16,8 см). Маркшейдерские .мм замеры не обнаружили завыше-
ний по подошве уступа, превышающих установленный на карьере стандарт +0,5 м.
При взрывании зарядами ЭВВ наблюдается несколько больший выход мелких и средних фракций, что объясняется большими значениями скорости детонации этих зарядов (Нобе-лит 2030 + Нобелан 2080) по сравнению с комбинированными зарядами - граммонит 79/21 + игданит.
Методом фотопланиметрии выполнен анализ грансостава на ленте ЦПТ. Распределение кусков по крупности на ленте ЦПТ представлено гистограммой на рис. 4. Как видно из гистограммы средний диаметр куска на ленте Эср(ЦПТ)^82 мм. Оценивая отноше-
ния
ср(1)
ср(ЦПТ)
ср(2)
145
82
168
82
1,77
ср(2)
ср(ЦПТ)
280
82
_ 3,4
_ _-----_ 2,05 видно, что степень
ср(ЦПТ)
дробления и, как следствие, энергозатраты на этот процесс, возрастают с ростом величины среднего куска взорванной горной массы.
Рис. 5. Экспресс-метод определения гранулометрического состава взорванной горной массы по выходу фракции -10 см (а) и + 20 см (б)
По результатам проведенных исследований установлены зависимости размера среднего куска взорванной горной массы от распределения кусков по фракциям, позволившие предложить экспресс метод оценки грансостава в экскаваторных забоях. Его суть заключается в рассеивании порции взорванной горной массы на грохоте и по выходу определенной фракции (-10 или +20 см) определение размера среднего куска по рис. 5.
Анализ потерь производительности комплексом ЦПТ из-за попадания негабарита и заштыбовки (рис. 6) показал резкое снижение простоев по этой причине.
Фактические результаты внедрения на карьерах комбината эмульсионных взрывчатых составов собственного производства показывают следующее.
Общее потребление ЭВВ составило 8285 т. Суммарные затраты на производство и заряжание составили 1365512 тыс. сум. Средневзвешенная производственная себестоимость 1 т ЭВВ на карьерах комбината составила 169,9 долл/т.
Таким образом, при средневзвешенной цене 1 т промышленных ВВ (граммониты, грану-
1. Мальгин О.Н., Сытенков В.Н., Рубцов С.К. Оптимизация типов взрывчатых веществ для карьера Мурунтау. Записки горного института, том 148 (часть 1), Санкт-Петербург, 2001 г., с. 197-199.
2. Рубцов С.К., Гончаров В.В., Салихов Р.Р. и др. Применение простейших и эмульсионных ВВ собствен-
Рис. 6. Простои комплекса ЦПТ из-за попадания негабарита и заштыбовки
литы, МАНФО), применявшихся ранее на карьерах комбината, равной ~500 долл/т. [4], стоимость ЭВВ собственного производства сокращается в 2,9 раза. При этом исключен объем перевозок на базисные склады ВМ горных предприятий взрывоопасных грузов железнодорожным транспортом, исключен тяжелый физический труд при подготовке ВМ, транспортировке и заряжании их на карьерах, улучшены условия снабжения карьеров ВВ, снижены загазованность карьера от воздействия взрывных работ и их отрицательное воздействие на окружающую среду.
Изложенные результаты исследований подтверждают перспективность и экономическую целесообразность внедрения на карьерах НГМК технологии взрывания эмульсионными ВВ собственного производства на основе компонентов, производимых в республике Узбекистан
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ного изготовления на карьере «Мурунтау». Горный журнал. Спецвыпуск, 2002 г., с. 94-98.
3. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения. Изд. АН СССР, М., 1960 г.
4. Окончательный отчет по контракту № 327-Н за 2002 г. Арх. № 225-02. Фонды ВНИПИпромтехноло-гии.
Коротко об авторах --------------------------
Коломников С.С. - начальник ПТБ рудника Мурунтау НГМК.
