Влияние конструкции скважинных зарядов и обводненности горных пород на эффективность их взрывной отбойки

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАН Украины

Институт геотехнической механики им. М.С. Полякова

Пономарев А.В., Баранник В.В.

Ефремов Э.И.,

Добыча полезных ископаемых на современном этапе характеризуется увеличением глубины их разработки, а также ростом объёмов обводненных горных пород. взрывной дробление переизмельчение горный

Эффективность взрывных работ в конкретных условиях зависит, прежде всего, от типа используемых взрывчатых веществ и их пространственного расположения в разрушаемом массиве горных пород. Основной критерий эффективности взрыва - это качество дробления пород (равномерность и интенсивность дробления, а также объём переизмельченных фракций) и экономика их взрывной отбойки.

Один из важнейших показателей эффективности взрыва - объём переизмельченной породы должен рассматриваться как с физической точки зрения (огромные потери энергии взрыва в ближней зоне взрывчатого вещества ВВ), так и с технологической.

Для железорудных карьеров переизмельчение породы на стадии добычи полезных ископаемых (дробление породы энергией взрыва) является положительным моментом, т. к. потери энергии взрыва в этом случае компенсируются выигрышем на этапе механического измельчения пород на дробильных фабриках. Как известно, затраты на механическое дробление пород значительно превышают затраты на их дробление непосредственно в карьере с использованием энергии взрыва [1]. В то же время, для карьеров нерудной промышленности переизмельчение пород при взрыве является негативным и с физической (нерациональное использование энергии взрыва), и с технологической точки зрения - растут потери полезных ископаемых.

Выбор типа ВВ диктуется, в основном, крепостью пород и их обводненностью. И если крепость пород является показателем постоянным, то обводненность горных пород, вернее её влияние, может изменяться, например, за счет осушения горного массива (скважины) или водоизоляции заряда ВВ. И этот фактор следует учитывать при выборе средств и методов взрывной отбойки горных пород.

Цель работы. Разработать конструкции скважинных зарядов для эффективной взрывной отбойки обводненных горных пород.

Материалы и результаты исследований. Исследования влияния уровня обводненности твердых сред на эффективность их взрывного дробления были осуществлены нами в полигонных условиях на составных песчано-цементных моделях. В качестве заряда ВВ использовались отрезки детонирующего шнура. Методикой было предусмотрено создание трех уровней обводненности составных моделей: на уровне нижнего и среднего слоя кубиков, а также - до верхней отметки модели. В качестве контрольных в экспериментах использовались необводненные модели.

Как показали результаты исследования гранулометрического состава взорванных моделей с учетом уровня их обводненности, четко просматривается влияние обводненности на два основных параметра: выход мелких фракций и средний диаметр куска (рис.1).

Рисунок 1. Влияние уровня обводненности модели на выход фракции (Ф) менее 5 мм (1) и диаметр (d_ср) среднего куска (2) уровень обводненности среды по высоте модели, ,%

Чем выше обводненность среды, тем меньше выход мелких фракций (менее 5 мм) и больше средний диаметр куска. Последнее подтверждает факт ухудшения дробления пород в обводненных условиях, но только с физической точки зрения. С технологической точки зрения этот фактор при разработке месторождений нерудных полезных ископаемых можно отнести к положительному результату.

Таким образом, обводненность горных пород, для отбойки которых, как правило, используют дорогостоящие водоустойчивые ВВ, что ведет к удорожанию взрывных работ при отбойке нерудных полезных ископаемых, в качестве демпфера, играет положительную роль с позиции уменьшения объёма переизмельченных фракций.

Проблема уменьшения выхода мелких фракции при отбойке нерудных ископаемых в большинстве случаев решается за счет использования низкобризантных ВВ простейшего состава. В этом случае достигается максимальная эффективность взрывных работ как с технологической (уменьшение потерь полезных ископаемых из-за переизмельчения), так и с экономической точки зрения (использование дешевых ВВ простейшего состава). Однако ВВ простейшего состава относятся к неводоустойчивым, что затрудняет их использование при отбойке обводненных горных пород или даже исключает их использование без специальных технологий формирования скважинных зарядов, к числу которых следует отнести известные технологии заряжания ВВ в полиэтиленовые рукава.

Следует при этом заметить, что на практике диаметр рукавов принимают как больше, так и меньше диаметра скважин. Но всегда (даже, когда диаметр рукава больше диаметра скважины) при заряжании в обводненных условиях между рукавом с ВВ и стенкой скважины образуется водный зазор. Это происходит в силу того, что гранулированное ВВ, плотность которого меньше плотности воды, уплотняется под напором воды, поступающей из породного массива. Наличие зазора, заполненного водой, обеспечивает снижение начального давления продуктов детонации на разрушаемый массив. Наибольший эффект с позиции уменьшения потерь энергии взрыва в ближней зоне достигается в том случае, когда заполнителем зазора между ВВ и стенкой скважины служит воздух, что подтверждено и наукой, и практикой взрывных работ. Нами экспериментально показано, что напряжения, фиксируемые датчиком за щелью, заполненной водой, в два раза выше напряжений за щелью с воздухом. На практике уровень воды в скважине значительно колеблется, и по высоте колонки заряда возможны как водные, так и воздушные зазоры. Как следствие, мы имеем комбинированный механизм разрушения пород по высоте уступа.

Идея изменения механизма взрывного разрушения горных пород по высоте уступа и обеспечения высокой эффективности взрывных работ при снижении удельного расхода ВВ была реализована еще в 70-е годы [2]. При этом станками огневого бурения создавались скважины переменного диаметра, состоящие из удлиненных и сосредоточенных зарядов по высоте уступа. Всего за 2004-2005 гг. на карьерах ОАО «ДФДК» было взорвано 229 скважин переменного диаметра по высоте уступа. При этом экономия ВВ в среднем составила 13,0 %. Диаметр полиэтиленовых рукавов изменялся по длине через каждые 0,5 м в пределах от 180 мм до 220 мм (рис.2).

На контрольных и экспериментальных участках скважины заряжались простейшим неводоустойчивым ВВ типа ПВС-1У. Качество дробления пород и проработка подошвы уступа во всех случаях были хорошими, и это при уменьшенном удельном расходе ВВ на экспериментальных участках.

Рисунок 2. Конструкция заряда: а) постоянного диаметра; б) переменного диаметра

Сокращение площади прямого контакта ВВ со стенкой скважины, достигаемое за счет зауженных участков по длине скважинного заряда, способствует уменьшению объёма переизмельченных фракций, в том числе и пылевидных частиц. Как показывают расчеты, при отбойке пород крепостью 8-10 баллов по шкале проф. М.М. Протодьяконова зарядами ВВ простейшего состава диаметром 250 мм объём переизмельченной породы (при длине колонки заряда 8,0 м) составляет 4,0-5,0 м³, а объём пылевидных частиц - 1,0-1,5 м³. За счет использования зарядов переменного диаметра площадь контакта ВВ и породы уменьшается на 30-35 %, что ведет к снижению потерь полезных ископаемых, а с учетом экономии ВВ (до 13-15 %), и уровня загрязнения атмосферы карьера пылегазовыми выбросами.

Вместе с тем, при отбойке необводненных известняков и доломитов зарядами простейших ВВ с использованием полиэтиленовых рукавов переменного диаметра, с учетом стоимости ВВ и рукавов, не достигается существенная экономия средств. По расчетам экономия на одной скважине в среднем составляет 10 грн. Более существенным возможен экономический эффект при отбойке обводненных пород зарядами дорогостоящих водоустойчивых ВВ или граммонита 79/21 и 50/50. В этом случае при сокращении общего расхода ВВ в каждой скважине на 40 кг (при стоимости 1 т ВВ 3600-5000 грн.) экономия средств на каждой скважине достигает 110-120 грн.

Как показывает анализ, притоки подземных вод на карьерах Докучаевского ФДК постоянно увеличиваются. Если, например, на Центральном карьере комбината в 2001 г. водоприток в среднем составлял 2400 м³/ч, то в 2004 г. он достиг уже 72830 м³/ч. Возросли водопритоки на Стыльском и Восточном карьерах, соответственно, с 2200 и 1990 м³/ч в 2001 г. до 3290 и 2300 м³/ч - в 2005 г. Меняется тенденция использования граммонита 79/21 и 50/50, доля которых с 13,7 % в 2003 г. возросла до 16,4 % - в 2005 г. В 1-ом квартале 2006 г. доля граммонита достигла 21,7 %.

В 2005 г. при отбойке обводненных горных пород на карьерах Докучаевского ФДК было использовано 523 т граммонита 79/21 и 50/50 и взорвано 2728 скважин. По расчетам при использовании зарядов переменного диаметра и экономии на каждой скважине 40 кг ВВ типа граммонит 79/21 ожидаемый годовой экономический эффект в целом по комбинату ОАО «ДФДК» составляет свыше 200 тыс. грн.

Опытно-промышленная проверка технологии заряжания обводненных скважин гранулированными ВВ в полиэтиленовые рукава переменного диаметра впервые была осуществлена на Стыльском карьере в 2005 г. В мае 2006 г. испытания были продолжены на Центральном (10 скважин) и Доломитном карьере (8 скважин) при столбе воды в скважине от 5 до10 м.

Результаты взрывов скважин с уменьшенной массой ВВ (по 40 кг на каждой скважине) оказались положительными с точки зрения качества дробления пород. В целом на 18 скважинах было сэкономлено 720 кг граммонита, что, с учетом стоимости рукавов, обеспечило снижение затрат более, чем на 2,7 тыс. грн. Кроме того, следует отметить, что при этом при взрыве уменьшаются объёмы выбросов вредных газов. Особенно это важно при использовании граммонита 79/21, при взрыве которого выделяется 84,6 л/кг условного «СО», что в 18 раз больше, чем при использовании ПВС-1У.

Как известно, размеры зоны переизмельчения для конкретных горных пород зависят от скорости детонации ВВ. При использовании граммонита 79/21, скорость детонации которого около 3,5 км/с, размер зоны переизмельчения по сравнению с вариантом использования ВВ простейшего состава, увеличивается на 40 %. Как следствие, растут потери полезных ископаемых. Понятно, что абсолютное уменьшение расхода ВВ (граммонита), достигаемое при использовании зарядов переменного диаметра, способствует уменьшению потерь готовой продукции.

Выводы

Сокращение расхода высокобризантных ВВ (граммонита) и площади прямого контакта ВВ со стенкой скважины (горными породами) за счет использования скважинных зарядов переменного диаметра по высоте уступа при отбойке обводненных горных пород, обеспечивают уменьшение объёма переизмельчения горных пород (потери полезных ископаемых), вредных пылегазовых выбросов в атмосферу карьеров и значительный экономический эффект за счет сокращения расхода ВВ.

Литература

1. Влияние степени дробления пород взрывом на производительность первой стадии механического дробления /М.Ф.Друкованый, Э.И.Ефремов, В.Д.Сиротенко и др.//Металлург. и горнорудн. пром-ть. - 1970. - № 4. - С. 24-26.

2. Эффективность отбойки крепких горных пород системой сосредоточенных зарядов на железорудных карьерах Кривбасса / В.П. Билоконь, В.И.Ильин, М.П. Белоконь, А.К. Ольховский //Металлург. и горнорудн. пром-ть. - 1974. - № 2.- С. 59-60.

3. Декларационный патент на полезную модель № 6518, Украина. Способ формирования скважинного заряда взрывчатыми веществами. Авт.: Э.И.Ефремов, А.В.Пономарёв, В.В. Баранник и др. Заявл. 16.09.04., № 20040907557. Бюл. № 5, 16.05.05.

Размещено на Allbest.ru