You are currently viewing Новые технологии безопасной разработки рудных месторождений в условиях Кузбасса

Новые технологии безопасной разработки рудных месторождений в условиях Кузбасса

Содержание

Разработка рудных месторождений в значительной степени отличается от угольных месторождений, как по условиям залегания рудных тел и физико-механическим свойствам вмещающих пород, так и по технологичности их выемки.

Значимость добычи, в частности железосодержащих руд, как в нашей стране, так и в зарубежных странах очень велика и масштаб их запасов в земной коре весьма огромен.

Описание предметной области вопроса при разработке рудных месторождений

В нашей стране прогнозные запасы железных руд составляет:

  • По состоянию на 1 января 1991 г. составляли 256,3 млрд, т, из них богатых со средним содержанием железа 57-58 % — 33 млрд.т.
  • В Кузбассе по состоянию на 01.01.2003 г. прогнозные запасы железных руд составили 3240 млн.т, а балансовые запасы на 01.01.2006 г. составляли по категориям А+В+Ci — 938,6 млн.т, а по категории С2 — 517,6 млн.т.

В южной части области разведано десять месторождений, состоящих из пяти групп (районов):

  • Кондомский (Шерегешевское, Таштагольское, Кочуринское).
  • Тельбесский (Сухаринское, Самарское, Кедровское, Казское).
  • Терсинский (Лавреновское).
  • Тайдонский (Ампалыкское).
  • Ташелгино-Майзасский (Ташелгинское).

Балансовые запасы данных месторождений по состоянию на 01.01.2006 г приведены в таблице 1:

Таблица 1 – Балансовые запасы рудных месторождений Кузбасса
Таблица 1 – Балансовые запасы рудных месторождений Кузбасса

Разработка рудных месторождений по сравнению с угольными месторождениями имеет весьма существенные отличия.

На протяжении многих лет распространенными при разработке рудных залежей являются системы:

  • Подэтажных штреков.
  • Подэтажного обрушения.

При данных системах отбойка руды осуществляется зарядами ВВ, размещаемыми в пробуренных из подэтажных штреков веерных скважинах.

В этом случае расстояние между скважинами обычно принимается равным линии наименьшего сопротивления, определяемой в зависимости от:

  • Диаметра зарядов ВВ.
  • Концентрации энергии ВВ.
  • И физико-механических свойств вмещающих пород и др.

Размещение взрывчатого вещества в скважинах производится обычно с недозарядом, равным, примерно, величине линии наименьшего сопротивления, взрывание зарядов ВВ веера производится одновременно с интервалами замедления 15-50 мс.

При таком методе удельный заряд ВВ в зависимости от горногеологических условий составляет 0,8-1,6 кг/м3, выход негабарита при кондиционном куске 400 м, составляет 10-15 %, что требует дополнительного дробления с удельным расходом ВВ в пределах 0,1-0,5 кг/м3.

Применение веерных скважин характеризуется переменным расстоянием между скважинами в плоскости веера, что создает неравномерное распределение энергии при взрыве зарядов ВВ в отбиваемом слое и повышенную концентрацию в зоне, прилегающей к буровой выработке.

Такое положение приводит к ряду отрицательных явлений:

  • Преждевременному разрушению устьевых частей скважин веера, снижающему общее действие взрыва.
  • Переизмельчению руды в устьевых частях скважин и некачественному дроблению в концевых частях веера.
  • Нарушению скважин и переуплотнению зарядов ВВ в соседнем веере.
  • Плохому оформлению бортов камер.
  • Завалу буровых выработок разрушенной горной массой.
  • Повышенному сейсмическому воздействию взрыва.

Переход на более глубокие горизонты сопровождается ростом величины и неравномерности сжимающих объемных напряжений в зоне очистных работ, что требует повышения энергоемкости отбойки и дробления пород, а это приводит к повышению затрат на буровзрывные работы и увеличению удельного расхода ВВ.

Условия отработки рудных месторождений Кузбасса затрудняются тем:

  • Что вмещающие породы имеют коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f=12-20, а иногда и более.
  • Кроме того, породы имеют повышенную вязкость и упругость и подвержены геодинамическим проявлениям.

Подобные условия предопределяют изыскивать новые подходы к совершенствованию технологии проведения горных выработок и отработки рудных залежей и, в частности, совершенствованию буровзрывных работ, которые имеют очень важное значение.

Учеными институтов совместно со специалистами предприятий была разработана система разработки непрерывного этажно-принудительного обрушения отбойкой рудных залежей параллельно- сближенными пучковыми скважинными зарядами.

В разработке приняли непосредственное участие:

  • ВостНИГРИ.
  • ИГД СО РАН.
  • СибГУ.
  • КузГТУ.
  • НПО «Сибруда» (сейчас ОАО «Евразруда»).

На рисунке 1 предоставлена схема реализации данного решения:

Рисунок 1 – Схема отбойки блока в этаже с пучками сближенных зарядов
Рисунок 1 – Схема отбойки блока в этаже с пучками сближенных зарядов

где

  • а — вертикальный поперечный разрез.
  • б — вертикальный продольный разрез.
  • 1 — вертикальный концентрированный заряд ВВ.
  • 2 — пучки сближенных скважин.
  • 3 — откаточные выработки.

Данная система позволила значительно улучшить технико-экономические показатели за счет:

  • Повышения качества дробления горной массы.
  • Уменьшения объема подготовительно-нарезных работ.
  • При этом упростился процесс бурения скважин, что сократило число перестановок буровых станков и за счет этого было достигнуто увеличение производительности бурения скважин.
  • При данной технологии упростилась схема монтажа взрывной сети, значительно уменьшилось количество используемых средств взрывания при одновременном повышении надежности и эффективности взрывания.

Конструкция скважного заряда СИНВ-Ш

В настоящее время при производстве взрываний любого назначения широко применяется система инициирования неэлектрического взрывания — СИНВ-Ш («Искра»), обеспечивающая высокую технологичность в установке и простоту монтажа взрывной сети.

Инициирование волноводов осуществляется с помощью электродетонаторов.

При комбинированном способе взрывания капсюль-детонатор ударно-волновой трубки (УВТ) вводится в патрон аммонита 6ЖВ и помещается в основной заряд рисунок 2:

Рисунок 2 – Конструкция скважинного заряда с боевиком (СИНВ-Ш), установленным в устье скважины
Рисунок 2 – Конструкция скважинного заряда с боевиком (СИНВ-Ш), установленным в устье скважины

где

  • а — при длине скважин l≤15,0.
  • б — при длине скважин I>15,0.
  • 1 – ДШ.
  • 2 — соединитель волновода с ДШ.
  • 3 – парашют.
  • 4 — СИНВ-Ш.
  • 5 — аммонит №6ЖВ (патронированный).
  • 6 — гранулированное ВВ.
  • 7 — нить ДШ.
  • 8 — шлам или буровая мелочь.
  • 9 – пыж.

Затем по выработке вдоль заряжаемых скважин прокладываются две магистральные нити детонирующего шнура (основная и дублирующая), к которым с помощью специальных соединителей подсоединяются УВТ.

Характеристика и время замедления используемых СИНВ-Ш приведены в таблице 2:

Таблица 2 – Характеристика применяемых СИНВ-Ш
Таблица 2 – Характеристика применяемых СИНВ-Ш

*Примечание:

  • Время замедления, указанное в таблице, соответствует устройствам при длине волновода 4,0±0,5 м.
  • К, С, Д — индексы, указывающие на интервалы между номинальными временами срабатывания.
  • 25 и 50 мс для устройств с индексом К.
  • 100 и 250 мс для устройств с индексом С.
  • 500 н 10000 мс для устройств с индексом Д.
  • Длина волновода устройства составляет 2, 4, 7, 10, 16 м с погрешностью ±5 %, по согласованию с потребителем может выпускаться другая длина волновода.

В качестве источников тока при электрическом взрывании применяются взрывные приборы типа:

  • КВП-1/100м.
  • ВМК-500.
  • КПМ-3.

В последнее время находят применение взрывные станции выпрямленного тока ВСВТ-1, характеристика которой приведена в таблице 3:

Таблица 3 – Характеристика взрывной станции ВСВТ-1
Таблица 3 – Характеристика взрывной станции ВСВТ-1

Вертикально-концентрированные заряды ВКЗ

В последние годы на рудных шахтах в системе этажно-принудительного обрушения начали широко применять технологию отбойки блоков на всю высоту этажа вертикально-концентрированными зарядами (ВКЗ) в сочетании с пучковыми скважинными зарядами ВВ.

В этом случае ВКЗ имеет следующие отличительные особенности:

  • Заряды ВВ размещают в восстающих выработках, пройденных на всю высоту этажа секционным взрыванием глубоких скважин.
  • Нижняя часть восстающей выработки имеет сопряжение с выработкой горизонта подсечки для выпуска отбитой горной массы в процессе проведения горной выработки.
  • Пространство, предназначенное для размещения заряда ВВ, изолируется от окружающих выработок в нижней части — разрушенной горной массой, а в верхней части — оставленным породным целиком.

 На рисунке 3 представлено данное решение:

Рисунок 3 – Конструкция вертикальных концентрированных зарядов ВВ
Рисунок 3 – Конструкция вертикальных концентрированных зарядов ВВ

где

  • а — со сплошной колонкой ВВ и воздушным промежутком.
  • б — со сплошной колонкой ВВ с инициированием из дополнительной скважины.
  • 1 — восстающая выработка.
  • 2, 3 — верхняя и нижняя подводящие выработки.
  • 4 — породная забойка.
  • 5 — коммутационные скважины.
  • 7 — граммонит М2.
  • 8 — промежуточный детонатор.
  • 9 – исданит.
  • 10 – ДШ.
  • 11 — аммонит 6ЖВ.
  • 12 — магистральные провода.
  • 13 — воздушный промежуток.
  • 14 – боевик.
  • 15 — скважина с боевиком и ВВ.

Одним из условий конструктивного выполнения зарядов является равномерное распределение ВВ по высоте отрабатываемого блока, для чего объем и сечение зарядной полости должны соответствовать количеству размещаемого заряда ВВ.

У данного решения ВКЗ есть следующие особенности:

  • Оптимальная масса ВВ при этой технологии составляет 20-25 т.
  • Площадь поперечного сечения восстающей выработки при высоте заряда 40-45 м должна составлять 0,5-0,6 м2.
  • Практически же при проходке восстающих выработок буровзрывным способом размер сечения выработки превышает проектную величину на 20-50 % и в этом случае заряды ВВ рассредоточивают инертными промежутками.
  • В том случае, когда объем зарядной полости не превышает проектный на 10-15 %, то в верхней части заряда оставляют воздушный промежуток.

Если высота воздушного промежутка превышает 2 м, то для исключения повреждения взрывной сети от падающих кусков породы с поверхности выработки в воздушном промежутке, предусматривается:

  • Дополнительное инициирование через наклонную скважину, в которую засыпают рассыпной аммонит 6ЖВ выше уровня входа скважины в зарядную полость и в скважине размещают боевик.
  • При массовых взрывах в крепких, упругих горных породах особое внимание необходимо уделять снижению сейсмического воздействия на породный массив, которое может провоцировать проявления горных ударов и даже землетрясений.

С этой целью при отбойке горного массива зарядами ВКЗ, когда масса взрываемых зарядов достигает нескольких десятков тонн, рекомендовано располагать их в центральном ряду блока и взрывать их после взрыва пучковых скважинных зарядов последними сериями замедления.

В этом случае перед взрыванием зарядов ВКЗ вокруг их образуется массив, ограниченный со всех сторон свободными поверхностями, которые существенно снижают сейсмическое воздействие мощных концентрированных зарядов ВВ на окружающий массив и выработки.

При массовом обрушении блоков (панелей) в условиях интенсивного горного давления необходимо предусматривать такие схемы взрывания, которые обеспечивают перераспределение сжимающих напряжений с образованием растягивающих напряжений, способствующих лучшему разрушению горной массы.

С этой целью в ВостНИГРИ была разработана и опробована синусоидальная схема взрывания рисунок 4:

Рисунок 4 – Схема расположения и взрывания пучковых зарядов ВВ при отбойке блока с формированием отбиваемого массива по синусоиде
Рисунок 4 – Схема расположения и взрывания пучковых зарядов ВВ при отбойке блока с формированием отбиваемого массива по синусоиде

где

  • 1 — компенсационные камеры.
  • 2 — зажимающая среда.
  • 3 — пучки скважинных зарядов.
  • 4 — ослабляющие полости.
  • 5 — массив блока синусоидальной формы.
  • σ… V — очередность взрывания.
  • σmax -максимальные сжимающие напряжения.

В этом случае панель блока взрывается на зажимающую среду и компенсационные камеры.

Сжимающие напряжения, образующиеся на торцах блока в «развальном» ряду воздействуя на «синусоидальный» массив способствуют образованию растягивающих напряжений, что обеспечивает более высокую эффективность дробления за счет использования энергии горного давления на разрушение, а также снижению сейсмических воздействий.

Применение технологии отбойки горного массива заряда ВКЗ обеспечивает:

  • Высокую экономическую эффективность за счет уменьшения объема проведения подготовительно-нарезных горных выработок.
  • Значительное сокращения объема бурения скважин до 2,0-2,5 тыс. м скважин на один заряд ВКЗ.
  • Сокращения сроков подготовки блоков.

Список литературы

  1. Рациональные конструкции вертикальных концентрированных зарядов при взрывной отбойке / И.В. Машуков [и др.] // Физические проблемы разрушения горных пород. Сб. тр. Ш Междунар. науч. конференции 9-14 сентября 2002 г. — Абаза (Хакасия): Новосибирск, «Наука», 2003. С. 135-137.
  2. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири / С. Д. Викторов [и др.] — Новосибирск, «Наука», 2005. — 212 с.
  3. Направления повышения безопасности использования взрывчатых веществ в угольных шахтах.

Источник: Новые технологии безопасной разработки рудных месторождений в условиях Кузбасса / А.И. Копытов, В.В. Першин, Ю.А. Масаев // Вестник КузГТУ. — 2012. — №3. — C. 77-82.

Статья в редактируемом формате для читателей

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org