Обоснование способов взрывного рыхления разнопрочных слоев вскрышных пород при разработке пластовых месторождений

Горнодобывающая промышленность Республики Узбекистан является основой развития экономики страны и одной из ведущих отраслей в народном хозяйстве. Узбекистан является страной осуществляющей интенсивное потребление фосфоритовых удобрений, поэтому она очень заинтересована в создании собственной сырьевой базы для производства удобрений.

Центрально-кызылкумский фосфоритоносный район Узбекистана рассматривается как крупная сырьевая база минеральных удобрений Средней Азии, поскольку его ресурсы составляют выше 1,5 млрд. т (фосфорита) и соизмеримы с ресурсами крупнейших фосфоритоносных бассейнов стран СНГ. Основные запасы фосфоритов Кызылкумского горнорудного района сосредоточены на месторождении Джарой-Сардара, где и осуществляется первоочередное промышленное освоение. Площадь месторождения составляет 2500 км². В соответствии с программой промышленного освоения месторождения Джарой-Сардара предусмотрено увеличение годовой мощности перерабатывающего комплекса с доведением его производительности до 3,6 млн.т.

Один из трех детально разведанных участков месторождение Джарой-Сардара, участок Ташкура, принят в качестве первоочередного к промышленной эксплуатации. В фосфоритоносный толще участке Ташкура установлено шесть фосфоритных пластов, падающих на 3−5° на восток и юго-восток. Промышленное значение имеют только первый и второй пласт. Пласты разделяются прослойкой пород со средней мощностью 10 м. Поэтому вскрышные породы этого участка месторождения условно разделены на внешнюю и внутреннюю вскрышу. Вскрышные породы месторождения представлены разнопрочными слоями, прочностные и акустические свойства которых значительно различаются, в десятки раз.

Разработка вскрышных массивов этого месторождения без взрывного рыхления затруднено в силу наличия в них твердых пропластков пород типа гравелитов, конгломератов в мягких породах, которые усложняют работу вы-емочно-погрузочной техники, и снижают их производительность.

При существующем взрывном дроблении разнопрочных вскрышных массивов пород, основанном на принципе пропорциональности удельного расхода ПВВ объему взрываемых пород, имеет место повышенный выход негабаритных кусков породы и образование камуфлетных полостей в нижней части уступа в слое мягкой пластичной глины.

В известных работах акад. Трубецкого К. Н., акад. Мельникова Н. В., акад. Адушкина В. В., Барона B. JL, Белина В. А., Баранова И. М., Викторова С. Д., Закалинского В. М., Казакова H.H., Валаханова Е. М., Гильманова P.A., Гончарова С. А., Друкованного Н. В., Кутузова Б. Н., Крюкова Г. М., Мосинца.

B.Н., Норова Ю. Д., Одинцева В. Н., Исмаилова Т. Т., Бибика И. П., Рубцова.

C.К., и др. рассматриваются и предлагаются разные способы взрывного дробления разнопрочных массивов горных пород с твердыми пропластками. В частности в этих работах было предложено применение конструкции комбинированных скважинных зарядов, при котором мощные ПВВ размещаются непосредственно в само твердое включение, а маломощные ПВВ над и под включением. Также предложен метод, основанный на изменении формы зарядной полости путем увеличения диаметра скважины в местах залегания твердых включений на необходимую величину для того, чтобы там разместить расчетный заряд ПВВ. Кроме того, для взрывного дробления горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты было предложено применение одновременно инициируемых основных и дополнительных зарядов ПВВ, в которых, для дополнительных зарядов тип ПВВ выбирается, учитывая физико-технические свойства разнопрочных пород. Однако в этих работах не установлены обобщающие закономерностей для расчета диаметров и длин участков зарядов с конкретным типом ПВВ, обеспечивающих необходимую степень дробления вскрышных пород, имеющих разнопрочные слои. Поэтому разработки научнообоснованных способов дробления 5 вскрышных пород, содержащих разнопрочные слои, на пластовых месторождениях взрывом комбинированных, зарядов ПВВ, дополнительных зарядов ПВВ: в совокупностис основными' зарядамиобеспечивающих, необходимое качество дробления слоев разнопрочных пород1 и исключающих формирование камуфлетных полостей в расположенных ниже слоях пластичных порода является актуальной научной задачей.

Целью? работы, является5 обоснование способов" взрывного рыхления-разнопрочных слоев вскрышных пород при разработке пластовых месторождений дляповышения эффективности взрывных, работ, обеспечивающих полное разрушение этих слоев без выхода негабаритных, кусков1 породы и увеличение производительности", выемочно-погрузочной, и транспортной: техники на карьерах.

Идея работы? заключается в установлении зависимостей рациональных параметров комбинированных зарядов и типов промышленных взрывчатых веществ. (ПВВ) на его разных участках от физико-технических свойств разнопрочных пород и характеристик применяемого ПВВ, а также параметров размещениядополнительных зарядов относительно: основныхобеспечивающих! полное разрушениеразнопрочныхслоев.пород.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Расширение зарядной полости в горной породе и формирование взрывной волны в конкретном’сечении породы при взрывах удлиненных, зарядов ПВВ определяются локальным значением энергии зарядов в соответствующем его сечении.

2. Одинаковые размеры зон разрушения в двух разнопрочных соседних слоях пород достигаются приотношении скоростей детонации ПВВ на участках комбинированного заряда постоянного диаметра, равном корню квадратному из отношения пределов прочностипород на одноосное растяжение в этих слоях.

3. При рыхлении вскрышных пород, имеющих разнопрочные слои, взрывом зарядов с постоянным типом ПВВ по всей колонке заряда одинаковые размеры зон разрушения в этих слоях достигаются при отношении диаметров разных участков заряда, расположенных в разнопрочных слоях, равном корню квадратному из отношения пределов прочности этих слоев на одноосное растяжение.

4. При взрывном дроблении разнопрочных слоев породы полное перекрытие области между взрываемыми основными зарядами ПВВ за счет взрыва дополнительных зарядов того же ПВВ происходит при отношении диаметров основных и дополнительных зарядов, равном отношению прочности слоев пород на одноосное растяжение в степени 0,5.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных автором в диссертационной работе, подтверждаются:

— комплексной методикой работ, включающей статистический анализ и обобщение выполненных теоретических исследований, подтверждение последних экспериментальными лабораторными исследованиями процессов деформирования и разрушения свинцовых образцов и разнопрочных массивов горных пород взрывом комбинированных зарядов ПВВ;

— согласованием результатов теоретических оценок с результатами известных фундаментальных решений, описывающих процессы деформирования упругих сред взрывом сосредоточенного и бесконечно длинного заряда ПВВ;

— положительными результатами внедрения разработанных способов взрывного рыхления разнопрочных массивов горных пород на карьере Таш-кура сложноструктурного месторождения Джарой-Сардара Республики Узбекистан.

Научная новизна работы заключается в установлении:

— обобщающей закономерности процесса деформирования и разрушения горных пород при взрыве в них комбинированных зарядов, содержащих 7 участки с разной мощностью ПВВ, позволяющей рассчитывать параметры разных участков комбинированного заряда ПВВ в разнопрочных слоях пород и определять взаимосвязь этих параметров с прочностными свойствами разнопрочных слов пород и характеристик ПВВ;

— значений диаметров разных участков комбинированного заряда в разнопрочных слоях пород при постоянном типе ПВВ по всей длине зарядной колонки и скорости детонации ПВВ на разных участках комбинированного заряда при постоянном его диаметре, обеспечивающих одинаковые размеры зоны регулируемого дробления в соседних разнопрочных слоях пород;

— размеров диаметров и значений скоростей детонации ПВВ для основных и дополнительных зарядов, обеспечивающих полное разрушение разнопрочных слоев пород.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей взрывного разрушения разнопрочных слоев вскрышных пород при использовании:

— комбинированных зарядов ПВВ, имеющих разные участки в соответствующих разнопрочных слоях пород;

— дополнительных зарядов в совокупности с основными скважинными зарядами ПВВ с учетом прочностных свойств пород, характеристик ПВВ и параметров заряда.

Практическое значение работы заключается в разработке способов взрывного рыхления разнопрочных слоев вскрышных пород, обеспечивающих повышение эффективности буровзрывных работ (БВР) за счет исключения выхода негабаритных кусков породы, образования камуфлетных полостей в слое пластичной породы, уменьшения среднего размера кусков породы в развале взорванной горной массы и повышения в целом эффективности работы выемочно-погрузочного и транспортного комплекса.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные способы взрывного рыхления разнопрочных слоев вскрышных пород и «Рекомен8 дации по рациональным параметрам взрывных работ для рыхления вскрыши, содержащей слои разнопрочных пород» приняты к внедрению на карьере Ташкура Джарой-Сардаринского фосфоритного месторождения сложно-структурного строения (Республика Узбекистан).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (2009, 2011 гг.) — на Седьмой международной научной школе молодых ученых и специалистов, ИПКОН РАН (2010 г.) — на семинарах кафедры «Взрывное дело» МГГУ (2008 — 2011 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 104 наименования, и приложения, содержит 12 таблиц и 26 рисунков.

Выводы.

1. К настоящему времени многие физико-технические свойства пород -<трас, тсдв и др., Джарой — Сардаринского месторождения пока не установленны. Поэтому при расчетах размеров зон регулируемого дробления приходится использовать приближенные оценки этих параметров по корреляционным соотношениям и данным для других параметров свойств пород.

2. При взрывном дроблении разнопрочного массива, состоящего из крепкого и менее крепкого слоев пород, могут быть применены комбинированные заряды ПВВ, а также совокупности основных и дополнительных зарядов ПВВ.

3. Приведены оценки и пример расчета параметров БВР при прямом и обратном инициировании зарядов ПВВ при взрывном дробление разнопрочного массива, имеющего следующее строение: менее крепкой и более крепкой породы, требующих взрывного разрушения, а также слой пластичной породы, разрабатываемый без взрывного дробления.

4. При взрывном дроблении сложноструктурного массива с применением комбинированного заряда с постоянным значением диаметра для обеспечения одинаковых зон разрушения в соседних разнопрочных слоях пород, отношение скоростей детонации применяемых ПВВ на разных участках комбинированного заряда должно быть равно корню квадратному из отношения прочности пород на одноосное растяжение этих слоев.

5. При взрывном дроблении разнопрочного массива при применении комбинированных зарядов ПВВ, имеющих участки разного диаметра по длине заряда, с применением одного и того же типа ПВВ, одинаковые размеры зоны разрушения в этих слоях будут имеет место тогда, когда отношение диаметров разных участков заряда, расположенных в разнопрочных слоях пород, будет равно корню квадратному из отношения прочности на одноосное растяжение этих слоев.

6. Установлено, что при взрывном дроблении разнопрочных массивов.

132 пород при применении комбинированных зарядов ПВВ экономичным и целесообразным является инициирование заряда ПВВ на участке, расположенном в слое пород повышенной крепости.

7. При взрывном дроблении разнопрочных вскрышных массивов горных пород с применением дополнительных зарядов ПВВ с применением одного типа ПВВ в основных и дополнительных скважинах, отношение диаметров основных и дополнительных скважин должно быть равно корню квадратному из отношения прочности пород этих слоев на одноосное растяжение.

8. При взрывном дроблении разнопрочных массивов горных пород при применении комбинированных зарядов ПВВ зоны регулируемого дробления пород существенно больше перекрывают область пород между зарядами, чем при взрывании групп зарядов, состоящих из основных и дополнительных зарядов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных исследований в диссертации дано решение важной актуальной научной задачи — разработка научно-обоснованных способов дробления вскрышных пород, содержащих разнопрочные слои на пластовых месторождениях взрывом комбинированных зарядов ПВВ, обеспечивающих необходимое качество дробления всех слоев пород и исключающих формирование камуфлетных полостей в нижних слабых пластичных слоях, что позволило повысить производительность выемочно-погрузочной и транспортной техники на карьерах.

По результатам выполненных исследований установлены следующие основные выводы:

1. При взрывном дроблении сложноструктурных вскрышных пород, содержащих разнопрочные слои, целесообразно применение комбинированных зарядов с разной по длине энергией участков или применение дополнительных скважинных зарядов.

2. Установлены обобщающие закономерности процессов деформирования и разрушения горных пород при взрыве в них комбинированных зарядов, содержащих участки с разной мощностью ПВВ. При этом размеры зон деформирования и разрушения практически полностью определяются давлением ПД в точке Жуге, и происходит в течении не более чем через 100 мкс после прихода взрывных волн в рассматриваемую точку породы.

3. При применении комбинированных зарядов ПВВ постоянного диаметра для взрывного рыхления горных пород, содержащих разнопрочные слои пород, отношение скоростей детонации ПВВ на соседних участках с разной мощностью должно быть пропорционально корню квадратному из отношения пределов прочности на одноосное растяжение пород этих слоев. При этом будет обеспечена одинаковая степень дробления пород в разно-прочных слоях.

4. Установлено, что дробление вскрыши с разнопрочными слоями гор

134 ных пород взрывом комбинированных зарядов ПВВ, имеющих участки заряда ПВВ одного типа, но с разными диаметрами в соответствующих разно-прочных слоях пород отношение диаметров заряда на этих участках должно быть равно корню квадратному из отношения пределов прочности пород на одноосное растяжение в этих слоях. При этом достигается полное разрушение разнопрочных слоев породы. 5. При применении дополнительных зарядов ПВВ в совокупности с основными зарядами для рыхления вскрыши содержащей разнопрочные слои пород, дополнительные заряды размещаются в центре квадрата сетки основных скважин в слое более крепкой породы. При этом в случае применения одного типа ПВВ в основных и дополнительных скважинах или разных типов ПВВ при постоянном диаметре зарядов, отношение диаметров зарядов и скоростей детонации ПВВ в последних должны быть равны корню квадратному из отношения пределов прочности пород в этих слоях на одноосное растяжение. 6. Установлены методики расчета рациональных параметров зарядов ПВВ при взрывном дроблении вскрышных пород, содержащих разнопрочные слои. В соответствии с этими методиками разработаны способы взрывного дробления сложноструктурных массивов горных пород с применением комбинированных и дополнительных зарядов ПВВ с учетом прочностных свойств разнопрочных пород, обеспечивающие полное разрушение массива горных пород. Новизна способа с дополнительными зарядами подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение № 2 400 702.

7. Применение дополнительных зарядов ПВВ при взрывном дроблении вскрышных пород с разнопрочными слоями на карьере Ташкура позволило достичь существенного повышения на (30%) производительности экскавации взорванных пород с уменьшением расходов на перемещение негабаритов на отработанное пространство карьера при использовании бульдозера на 729 855 руб., фронтального погрузчика на 687 652 руб.