научная статья по теме ЭФФЕКТИВНАЯ ВЗРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ПРИ ОСВОЕНИИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ЭФФЕКТИВНАЯ ВЗРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ПРИ ОСВОЕНИИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 2, с. 138-145

ИЗ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ

Б01: 10.7868/$086958731502022Х

На страницах нашего журнала не раз рассматривалась проблема инновационного развития топливно-энергетического комплекса России. Публикуемая статья убедительно свидетельствует о продуктивности научного обеспечения горных разработок в угольной отрасли.

ЭФФЕКТИВНАЯ ВЗРЫВНАЯ ПОДГОТОВКА ПРИ ОСВОЕНИИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

С.Д. Викторов, В.М. Закалинский, А.А. Осокин

В настоящее время одной из наиболее динамично развивающихся отраслей является топливно-энергетический комплекс угольной промышленности России [1]. Изыскание новых технологических решений как при обычной, так и при селективной отработке угольных месторождений связано с проблемой чередования разносортных и разномасштабных угольных слоёв (пластов) и пропластков пустых пород. Отработка может осложняться техногенными факторами, например, ограничениями по воздействию взрывных импульсов на подземные выработки в непосредственной близости от границ карьеров. На многих разрезах тонкие угольные пласты мощностью менее 1 м удаляются в отвалы вместе с вмещающими вскрышными породами (пустая порода, покрывающая залежи полезного ископаемого), а прослои пустых пород с такой же мощностью включаются в отработку угольного пласта (валовая выемка). Это обусловлено ограниченными возможностями применяемого оборудования для раздельной (селективной) выемки. Сейчас при отработке угольных пластов большинства месторождений пропластки с низким содержанием полезного компонента или вообще пустые породы включаются в полезную толщу, снижая таким образом качество добываемого сырья. Кроме того,

известные способы подготовки буровзрывных работ с использованием геологической информации, полученной косвенным путём по усреднённым и экстраполированным данным разведки, не обеспечивают необходимого качества буровзрывной подготовки горной массы на конкретном участке уступа. Не учитывается и такой геологический фактор, влияющий на взрывное дробление, как геологическое строение массива конкретного блока.

Перспективным в плане селективной разработки месторождения является применение поточной технологии, например, на базе роторно-конвейерных комплексов и погрузочно-выемоч-ных машин фирмы "Крупп Фордертехник" и Института горного дела им. А.А. Скочинского. Применительно к условиям угольных месторождений Кузбасса, Восточной Сибири и других аналогичных регионов были разработаны параметры машины КСМ-2000Р [2]. Испытания показали, что эта техника универсальна, хорошо приспособлена к различным горнотехническим условиям, может эффективно применяться для вскрышных работ при относительно больших объёмах выемки, одновременно производя селективную разработку сложноструктурных пластов.

Авторы работают в Институте проблем комплексного освоения недр РАН. ВИКТОРОВ Сергей Дмитриевич — доктор технических наук, заместитель директора по научной работе. ЗАКАЛИНСКИЙ Владимир Матвеевич — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник. ОСОКИН Александр Андреевич — кандидат технических наук, научный сотрудник.

victorov_s@mail.ru; vmzakal@mail.ru; 080кт alex-r@mail.ru

Конструктивные возможности КСМ-2000Р обеспечивают селективную выемку, так как необходимые по условиям горных работ параметры уступов при применении этих машин можно задать практически в любом диапазоне количеством отрабатываемых в уступе слоёв и количеством полос в слое. Так, высота отрабатываемого машиной слоя может изменяться от 100 мм до 3 м. Послойная отработка уступов осуществляется при погрузке горной массы в перемещающийся непосредственно за машиной автосамосвал или на межуступные консольные перегружатели. Основные преимущества заключаются в значительном (в 1.5—2.5 раза) снижении удельной металлоёмкости, возможности отработки высоких уступов и применения поточной технологии с конвейерной доставкой вскрышных пород без додрабливания горной массы перед транспортировкой, повышении селекции угля в случае сложноструктурных угольных пластов. Однако наиболее эффективно применение комбайнов КСМ-2000Р в сочетании с конвейерной доставкой при разработке горных пород с коэффициентом крепости / = 2—4 по шкале М.М. Протодьяконова.

Анализ разрушения горного массива при освоении пластовых месторождений полезных ископаемых с применением инновационных геотехнологий выявил необходимость ужесточения требований к действию взрыва в части максимально полного и целенаправленного использования его возможностей. Физико-технические параметры эффективной взрывной подготовки горного массива могут быть установлены путём решения следующих задач:

• управление взрывными импульсами в горной породе, ограничивающее их воздействие на подземные выработки в непосредственной близости от границ карьеров;

• алгоритм расчётов взрывного разрушения горных пород на пластовых месторождениях;

• разработка методики управляемого взрывного дробления горных пород различной крепости в сложноструктурных условиях пластовых место -рождений полезных ископаемых.

Эти задачи объединяет общая целевая направленность, теоретические предпосылки которой содержат соответствующую базовую (фундаментальную) основу для практической составляющей, выражающейся в реализации технологично управляемого (направленного) действия взрыва в сложноструктурных условиях.

Взрывная подготовка горного массива при освоении пластовых месторождений включает решение многих задач, в том числе технологического характера. Ограничимся одной из них, содержащей условие к взрывному воздействию на горные породы, выполнение которого влияет на производительность работ предприятия в целом.

Его можно свести к требованию выборочного действия взрыва, одновременно сочетающего в себе свойство известного кумулятивного эффекта в одних направлениях и максимального разрушающего (дробящего) воздействия в других. На практике (применительно к разработке пластовых месторождений) это означает такое ведение массовой взрывной отбойки на карьерах, при котором, с одной стороны, не происходит повреждения горных выработок, расположенных в зоне взрывных работ, в том числе в непосредственной близости от границ карьеров, а с другой — достигается максимальная степень дробления горных пород. В ряде случаев сюда добавляется требование возможности последующей селективной разборки разрушенного взрывом массива.

Рассмотрим некоторые вопросы механизма управления энергией взрыва в горном массиве параллельно-сближенными зарядами различных конфигураций, размеров и типов взрывчатых веществ (ВВ). Такие заряды в части управления взрывным воздействием, как показала практика их длительного применения в горнорудной промышленности, в настоящее время практически не имеют технологически реализуемых альтернатив [3]. Фундаментальная основа целевой направленности эффективной взрывной подготовки горного массива может быть представлена гипотезой, базирующейся на двух постулатах:

• энергия скважинного заряда традиционно круглой в сечении формы, вызванной способом бурения скважин, при его взрыве формируется во взрывную волну близкой к симметричной формы, что часто приводит к несоответствию требований горных технологий и возможностей взрывной отбойки; следовательно, величина каждого заряда завышена, то есть присутствует избыток энергии, не используемой по прямому назначению;

• если найти способ отхода от такого традиционно принятого параметра скважинного заряда, как диаметр, обусловленного наличием соответствующего бурового станка, то теоретически конструктивно можно прийти к образованию заряда не круглого, а практически любой формы в сечении; отсюда — один шаг до образования взрывной волны любой формы, интенсивности и направленности, максимально соответствующей требованиям горного производства.

Сочетание этих постулатов составляет идеологию нового подхода к проблеме совершенствования технологии взрывной отбойки при разработке пластовых месторождений.

Дело в том, что использование существующих методик, как показал анализ расчётных данных, оказалось мало приемлемым по причинам теоретического характера. Потребовался новый подход в методике расчёта величины заряда при отбойке руд большими зарядами ВВ направленного дей-

ствия на основе использования и развития масштабного эффекта [3]. В основу было положено развитие принципа масштабного эффекта на базе анализа известной формулы

0 = дУ (1)

и её преобразования с целью получения расчётной одинаковой степени дробления при любых объёмах и условиях крупномасштабного взрывания. Был выявлен главный её недостаток: она не учитывает степень дробления горной массы, так как исторически выведена из задачи перемещения масс (объёмов) грунта V. Её усовершенствование заключалось в представлении величины q в качестве зависимой переменной от её другой величины V, что приводит к получению дифференциального уравнения

¿0 = д(У) ¿У, (2)

учитывающего качество дробления горной массы в зависимости от объёма (масштаба) взрывания. Зная зависимости удельного расхода ВВ от линии наименьшего сопротивления для горных пород различной трещиноватости и крепости, можно рассчитать необходимую величину заряда с учётом определённой степени дробления по формуле:

W

QWi) = Qo + с \ q(W)dW,

(3)

Wo

где Q0 — заряд, соответствующий линии наименьшего сопротивления отбиваемого слоя W0; с — величина начальной площади сетки скважин, соответствующая Q0; q — удельный расход ВВ.

Она отражает как объём разрушаемого слоя горной породы (q = const, формула 1), так и дополнительно степень его дробления (q = f (w), формула 3, новый фактор). На практике q в разной степени зависит от w, но может и не зависеть, например, при отбойке в сильнотрещиноватых рудах с величиной кондиционного куска на предприятии меньше размеров расстояний между трещинами. Тогда формула (3) тождественна формуле (1).

На основании анализа опытных данных формулу q = f(w) в формуле (3) можно представить в виде следующей зависимости:

q = qo + kw(4)

где q0 — удельный расход ВВ при w0, соответствующем нижнему пределу интеграла в формуле (3); q — то же, но при w1 в верхнем пределе интегра

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком