Обоснование параметров БВР с учетом природного гранулометрического состава массива карбонатных пород

В карбонатном массиве, как правило, присутствуют не менее трех систем трещин, разбивающие его на отдельные структурные блоки (отдельности) - элементарные структурные единицы. Размеры структурной единицы и ее форма зависят от взаимной ориентировки систем трещин в пространстве. Как указывал М.М. Протодьяконов, массивы горных пород представляют собой нечто вроде скопления отдельных блоков, то есть массивы карбонатных пород можно оценивать по природному гранулометрическому составу. Мощность каждого слоя уступа массива карбонатных пород определяет геометрические параметры отдельностей (блочность) слоя. Природный гранулометрический состав предопределяет результаты БВР. Если сопоставлять технологический размер куска с показателем, характеризующего блочность, то не все отдельности подлежат дроблению. Практика по реализации взрывного способа подготовки скальных породных массивов к экскавации показывает, что взрывы в крупноблочных скальных породных массивах с широко раскрытыми трещинами и трещинами с рыхлым заполнителем требуют повышенного удельного расхода взрывчатого вещества. Мелко блочные массивы не требуют дробления природных отдельностей, так как их природный гранулометрический состав соответствует требованиям технологических процессов в горном и перерабатывающих производствах. Действие взрыва в таких массивах ориентируют на работу по его рыхлению в сотрясательном режиме. Превышение удельного расхода ВВ приводит к переизмельчению полезной массы и увеличению отходов при производстве товарной продукции, например, щебня.

Буровзрывные работы являются первой ступенью в схеме технологических процессов добычи и переработки полезного ископаемого. Качество взрывной подготовки выемочного блока к экскавации оказывает существенное влияние на последующие технологические процессы. На подготовку к экскавации взрывом приходятся в себестоимости конечного продукта затрат порядка 25%. Из чего становится очевидным, что исследование взрывного дела в открытых горных работах, является одной из самых актуальных задач горной науки.

Анализ работ авторов в данном направлении позволил сделать вывод, что по ряду вопросов, связанных с расчётом значений технологических параметров ведения взрывных работ (расстояние между скважинами, расчет массы заряда ВВ и др.), нет единого мнения среди специалистов в данной области, но то что в расчетном аппарате паспорта БВР должны быть параметры, оценивающие структурные особенности трещиноватого породного массива - едины во мнении все специалисты. [4,5,6,7]

Нами сделана попытка, на базе оценки природного гранулометрического состава трещиноватого породного массива, усовершенствовать расчетный аппарат параметров БВР, утвержденного в нормах технологического проектирования, и распределять скважинные заряды в выемочном блоке с учетом принципа: «не дробить ничего лишнего». Расчет параметров паспорта буровзрывных работ строиться на межэкранном эффекте взрыва. Межэкранный взрыв отличаются от контурного взрывания тем, что скважинные заряды по функциональному назначению разделяются на экраносоздающие и дробящие. Создается виртуальная 3D модель выемочного блока. При размещении скважинных зарядов в 3D модели учитываются ситуации, когда скважинный заряд удален на значительном расстоянии от трещины или граничит с природной трещиной (трещинами). В этих случаях рассматривается или концентрическая модель взрыва или эллиптическая или иные формы. Параметры экраносоздающих скважинных зарядов отличаются от параметров дробящих. Экраносоздающие скважины настраиваются по природным трещинам.

По результатам анализа расчетного аппарата подготовки паспорта БВР (рис. 1), утвержденного в нормах технологического проектирования [1,2,3], установлены 4 группы параметров: 1 - оценивающие физикомеханические свойства пород массива; 2 - оценивающие технологию горного производства; 3 - геометрические параметры взрываемого блока; 4 - параметры, оценивающие способ взрывания. Для удобства оценки значимости параметров произведена окраска групп параметров. Из цветовой гаммы (см рис. 1) следует, что в расчетном аппарате преобладают геометрические параметры взрываемого блока. Параметры, оценивающие блочность трещиноватого породного массива и характеризующие распределение скважинных зарядов в среде природных отдельностей выемочного блока, выражены через коэффициенты или не явно выражены.

Рис.1 Расчетный аппарат подготовки паспорта БВР, принятый в нормах технологического проектирования открытых горных работ. Зеленый цвет -физико-механические свойства породного массива, оранжевый -технологические показатели горного производства, бежевый -геометрические параметры взрываемого блока, голубой - параметры, оценивающие способ взрывания

В среде виртуальной 3D модели вычисляются координаты точек заложения зарядов с учетом экранирующих эффектов взрывной волны. Взрываются экраносоздающие скважинные заряды с определенным интервалом замедления, относительно дробящих скважинных зарядов. Дробящие скважинные заряды закладываются в крупноблочные слои и взрываются в определенной последовательности. Эффективное экранирование энергии взрывных волн, смыкание (размыкание) естественных и техногенных трещин внутри экранированного объема, достигается при соблюдении условий: индивидуальных конструкций скважинных зарядов, создания экранов из систем трещин или иным способом и последовательности инициирования зарядов.

Усовершенствованный расчетный аппарат (рис. 2) позволяет установить удельный расход взрывчатого вещества, который обеспечит трансформацию части природного гранулометрического состава породного массива в техногенный гранулометрический состав полезной массы, отвечающий технологическим параметрам оборудования, участвующего во всех звеньях технологической цепи горного и перерабатывающего производств.

Рис. 2. Усовершенствованный расчетный аппарат подготовки паспорта БВР.

Для оценки усовершенствованного расчетного аппарата были разработаны экспериментальные схемы и проведены эксперименты в условиях карьера.

Первый экспериментальный взрыв проводился на первом уступе (рис. 3). На данном участке массив сильнотрещиноватый, выход негабарита по существующей технологии БВР составляет 15 %, высота уступа 8 м (рис. 4). Система трещин продольного и поперечного направления разделила массив на крупноблочный известняк. Большая часть негабарита после взрыва образовывалась из верхней пачки уступа (см. рис. 4).

Рис. 3 Разделение карбонатного массива на слои

Рис. 4 Развал взорванной горной породы

Средний размер куска после взрыва по существующей технологии составлял 1500 x 1000 x 300 мм.

После анализа исходных данных о породном уступе и технологии БВР, была составлена экспериментальная схема (рис. 5).

Рис. 5. Схема взрывания КЗВ.

Схема инициирования короткозамедленная, с помощью ДШ 6ПДВ и машинки КПМ 3 в 2 ступени, время замедления каждой ступени 25мс. Замедление осуществляется с помощью электродетонаторов.

Результат произведенного взрыва: средний размер куска всего развала соответствует линейному размеру 650х450 мм (рис. 7). Верхняя пачка уступа раздробилась хорошо, выход негабарита из верхней пачки и массива в целом уменьшился до 2 % (рис. 6).Удельный расход ВВ остался без изменений.

Рис. 6. Результат взрыва.

Рис. 7 Размерность куска известняка после проведенного опыта

Второй экспериментальный взрыв выполнялся на втором уступе северной части месторождения (рис. 8). Особенность данного уступа заключается в том, что массив характеризуется как крупноблочный, сильнотрещиноватый известняк. Принятая в карьере технология БВР не способствует дроблению верхней кровли при взрыве, а только отделяет его от массива крупными блоками, размер которых достигает до 2,5-3 метров в длину и ширину.

Рис. 8. Северная часть месторождения, второй уступ, разделенный крупными блоками в кровле.

Рис. 9. Развал горной породы после взрыва с существующими условиями БВР.

Выход негабарита составляет 20-25%. Что существенно влияет на вторичное дробление гидромолотом. Средний размер куска после взрыва составляет 1200х1000 мм (рис. 9).

Для второго уступа северной части месторождения была принята схема инициирования (рис. 10) короткозамедленная, с помощью ДШ 6ПДВ в 3 ступени, время замедления каждой ступени 25мс. Удельный расход ВВ увеличен на 0,05 кг/м3.

Рис. 10. Схема инициирования КЗВ.

Рис. 11. Развал известняка после взрыва с использованием технологии экранировании энергии взрывной

волны.

Результат экспериментального взрыва: средний размер куска по развалу соответствует линейному размеру 650х450 мм (рис. 11). Выход негабарита в целом уменьшился до    3 %, что является хорошим показателем для взрывной подготовке выемочного блока к экскавации.

Для установления положительного эффекта от межэкранного дробления с учетом оценки природного гранулометрического состава, были составлены зависимости главных определяющих параметров: удельного расхода от среднего размера куска (рис. 12) и удельного расхода от процента выхода негабаритных отдельностей (рис. 13). По зависимостям установлено, что при проектном расходе в 0,4 кг/м3 выход 115

негабарита составляет 15-20 %, а средний размер куска – 1300Х1100 мм. В результате опытного взрыва №1, при том же расходе показатели улучшились.

Рис. 12. Зависимость среднего размера куска от удельного расхода.

Owr НИ

Рис. 13. Зависимость выхода

Ot»T Ми/

Опыт NM

негабарита.

Из экспериментально полученных зависимостей (см. рис.12, рис. 13) следует, что без комплексной оценки породного массива (природного гранулометрического состава) выход негабарита составляет 15-20% при удельном расходе ВВ 0,4 кг/м3. Усовершенствованный расчетный аппарат, по которому произведен расчет параметров экспериментальных паспортов БВР, позволил реализовать принцип: «не дробить ничего лишнего» и получить положительные результаты. При снижении удельного расхода ВВ выход негабарита снижается, то есть получено подтверждение в необходимости дальнейших исследований в области комплексной оценки влияния межэкранного эффекта взрыва, блочности массива, послойной трещиноватости и распределения скважинных зарядов в геологическом пространстве выемочного блока.