Установление закономерностей разрушения массива взрывом контурных зарядов для определения их рациональных параметров для рудников Жезказгана

В последние годы в СНГ и странах дальнего зарубежья внимание специалистов привлекает вопрос о качестве оконтуривания горных выработок, особенно большого сечения, т. е. о точности соблюдения проектного контура выработки и степени шероховатости ее поверхностей. Обусловлено это, прежде всего весьма большими переборами породы, достигающими 30ч-40% и даже более от объема выработки. При переборах повышаются затраты труда и время на уборку породы, происходит разубоживание руды, перерасход бетона при креплении, повышение уровня горного травматизма в очистных забоях. Особенно крупным недостатком при буровзрывной проходке подземных выработок является ухудшение устойчивости контура массива, в результате нарушения его законтурной части взрывными волнами, что приводит к обвалам породы, несчастным случаям, авариям с оборудованием.

В настоящее время накоплен богатый опыт в области контурного взрывания. Крупный вклад в эту область внесли известные ученые: Барон Л. И., Бротанек И., Вода И., Глазков Ю. В., Затеев В. Г., Исаков И. А., Ключников A.B., Крюков Г. М., Кузнецов В. А., Кутузов Б. Н., Траур М. И., Мосинец В. И., Миндели О. А., Неганов В. П., Пугачев В. И., Фещенко A.A., Фисенко Г. Л. и многих других ученых и инженеров.

Известно, что основным мероприятием, существенно повышающим устойчивость контуров выработок является контурное (гладкое) взрывание, требующее существенного увеличения объемов бурения и широкого, значительного применения низкопроизводительного ручного труда, что существенно ухудшает технико — экономические показатели БВР.

Применение высокопроизводительной буровой техники типа «Параматик» и пневматических способов заряжания шпуров может позволить резкое повышение эффективность БВР при оконтуривании выработок на рудниках Жезказгана. Но для этого необходимо знание закономерностей законтурного разрушения массива и формирование шероховатости на самом контуре с изменением параметров шпуровых зарядов в контурнс^яду.

Поэтому, установление закономерностей изменения процесса законтурного разрушения массива взрывом удлиненных контурных зарядов в зависимости от изменения их параметров, является актуальной научной задачей.

Цель диссертационной работы заключается в установлении влияния параметров контурных зарядов и типа ВВ на размеры законтурного разрушения массива взрывом этих зарядов, для разработки рекомендаций по рациональным параметрам БВР и паспортов для проходки выработок большого сечения на рудниках Жезказгана, применение которых позволяет повысить устойчивость кровли выработок и безопасность проходческих работ.

Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна:

• установлены закономерности разрушения горных пород при камуфлетном взрыве удлиненного заряда, новизна которых заключается в следующем: около взрываемого заряда в породе формируется две разные системы трещин. К первой отнесены отдельные магистральные трещины, средняя длина которых составляет Ь0, причем каждая из этих трещин формируется по всей длине зарядако второй отнесены множественные трещины средней длины ?>0"0,560, они формируются друг за другом, имеют небольшую ширину и расположены практически в одной плоскости;

• уточнено влияние Ж — глубины заложения удлиненного заряда на характер формирования трещин вглубь массива при одиночном взрыве, при этом установлено, что при Ж < Ъ'0 с уменьшением глубины заложения заряда происходит уменьшение длины и числа трещин в зоне множественного трещинообразования, а на число и длину магистральных трещин изменения Ж существенного влияния не оказывают;

• впервые установлены закономерности изменения параметров трещинообразования в законтурной части массива при одновременном взрыве удлиненных зарядов в зависимости от изменения, а — расстояния между зарядамипоказано, что длина трещин в зоне множественного трещинообразования определяется временем прихода взрывных волн от соседних зарядов к данному, при этом число и длина трещин могут быть существенно меньше соответствующих величин формирующихся при взрыве одиночного заряда, а магистральные трещины направлены к свободной поверхности под углом 40−60° в сторону от взрываемого комплекта зарядов. Идея работы. Использование количественных зависимостей влияния типа ВВ и параметров контурных зарядов на размеры зоны законтурного разрушения массива взрывом контурного ряда шпуровых зарядов для определения их рациональных параметров.

Достоверность научного положения, выводов и рекомендаций диссертации подтверждается: согласованием результатов экспериментальных и опытноI промышленных исследований размеров Ь0, Ь0 и /г с теоретическими оценками этой зависимости от параметров размещения удлиненных зарядов ВВпри этом погрешность экспериментальных данных не превышает «10%. положительными результатами внедрения разработанных рекомендаций по контурному взрыванию на подземных рудниках Жезказгана.

Научное значение работы заключается в установлении новых закономерностей формирования разных зон трещинообразования в законтурной части массива в зависимости от параметров контурных зарядов, уточняющих физику процессов разрушения горных пород взрывом удлиненных зарядов.

Практическое значение работы заключается в обосновании, выборе и опытно — промышленном внедрении оптимальных схем контурного взрывания в большепролетных выработках Жезказгана с учетом трудоемкости, технологичности совершенства технического обеспечения, стоимости и эффективности всего цикла проходческих работ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные научные положения работы использованы при составлении инструкций и паспортов буровзрывных работ для проходке большепролетных выработок в шахтах Жезказгана.

Апробация работы. Содержание работы докладывалось и обсуждалось на технических совещаниях горного отдела Корпорации «Казахмыс" — на научно-технических конференциях «Неделя горняка — 1998, 99 гг.» (г. Москва, МГГУ) — на международной научно — технической конференции «Проблемы освоения, разработки и переработки полезных ископаемых на месторождениях Жезказгана» (г.Жезказган. Жез. У. 1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, получено положительное решение на получение патента.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, содержит 5 приложений — актов,.. стр. машинописного текста и списка использованной литературы из 106 наименований.

Выводы.

1. Опытно — промышленными исследованиями и промышленным внедрением доказана надежная детонация зарядов из гранулированной АС, размещенное в шпурах диаметром 45 мм с помощью пневмоза-рядчиков типа ПМЗШ — 2, применяемых на подземных рудниках *22.

8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОНТУРНЫХ ЗАРЯДОВ ИЗ.

АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ.

В данной главе выполнен технико-экономической анализ эффективности предложенных зарядов из аммиачной селитры (АС). Анализ основан на результатах расчета ожидаемого экономического эффекта от использования новых параметров контурного взрывания, рассчитанных по данной методике.

Экономический эффект от внедрения новых параметров контурного взрывания образуется за счет перехода с дорогостоящих ВВ на дешевые, снижения перебора пород, снижения времени на приведение забоя в безопасное состояние, снижение расхода железобетонной крепи и набрызг бетона.

Критерием экономической эффективности применения параметров контурного взрывания принято считать себестоимость оконтуривания 1 пог. м очистной выработки.

При расчетах учитывалось, что контурные заряды взрываются одновременно, электрическим способом с обратным инициированием.

8.1. Расчет экономической целесообразности применения контурного взрывания.

Согласно этому расчету, условия экономической целесообразности применения контурного взрывания при проходке выработки, можно выразить следующим неравенством:

8.1.) сумма затрат на сооружение 1 пог. м выработки обычным.

7, Сн — то же, при методе контурного взрывания.

Экономия затрат на 1 пог. м выработки при предлагаемых параметрах контурного взрывания, составляет* (в руб.):

1. На погрузку горной массы:

АС1 = С1−0[= Сл? прГв (8.2.) где: С] - затраты на погрузочные работы при обычном методеС{ - то же по предлагаемому вариантуСцстоимость погрузки 1 т. горной массы, руб.- У"р — объем породы в целике на 1 пог. м выработки в пределах проектного сечения (£и/)) м3.

•з уобъемный вес породы в целике, т/м — в — величина, на которую уменьшился коэффициент перебора породы при переходе на предлагаемый вариант: в =//-//, (8.3.).

2. На транспортировку разрушенной породы от забоя до отвала:

АС2 = С2-<1 = упрув (Ст.вЬв + Ст. гЬг), (8.4.) где: Стж — стоимость транспорта по вертикальным и наклонным выработкам, руб./ т. км;

Ст.г — то же, по горизонтальным выработкам, руб./т.км;

Ье — расстояние транспортировки по вертикальным выработкам, км;

Ьг — то же по горизонтальным выработкам, км * Для кратности, ниже предлагаемые параметры контурного взрывания, будут называться как предлагаемый вариант.

3. На приведение забоя в безопасное состояние: где: Пдб — сменная тарифная ставка оборщика, руб.- Поб — число оборщиков, чел;

Т0б — время на обборку, отнесенное к 1 пог. м. выработки при обычном методе, часгде: Сб — стоимость бурения 1 пог. м в шпурах, руб./пог. м;

U ~ удельный расход шпурометров на 1 пог. м выработки при обычном методе;

Сравнивать затраты на буровые работы при обычном и предлагаемом варианте следует при КИШ не ниже 0,9 — 0,95. Обычно, расход бурения на 1 пог. м выработки при предлагаемом варианте несколько больше, чем при обычном способе.

5. На заряжание и взрывание комплекта шпуров:

1*об — то же, при предлагаемом варианте, часб — продолжительность рабочей смены, час.

4. На буровые работы:

АС3 = С3- <^=Сб (1б- 1'б), (8.6.).

4 — то же при предлагаемом варианте.

П-п.

8.7.) где: Пв — сменная тарифная ставка взрывника, руб.- Пв — число взрывников, чел;

Тв — время на заряжание и взрывание комплекта шпуров при обычном методе, час;

Т’в — то же, при предлагаемом варианте, час. Из уравнения (8.7.) следует, что возможная экономия средств на заряжание и взрывание комплекта шпуров прямо пропорциональна разности (ТвT'J. Два остальных параметра для условий данного рудника будут постоянными.

6. На взрывчатые материалы:

АС6 = С6 — С'6з = СВв (Явв — 4в) + Сэ д (q3 d — q'3.d) + Смж (qMM.

8.8.) где: рудничная стоимость 1 кг ВВ (включая расходы на доставку и хранение), руб.;

Сэ.а — то же, 1 электро-детонатора, руб.;

См п — то же, 1 м магистрального провода, руб.;

Чвв ~ расход ВВ, отнесенный к 1 пог. м выработки при обычном методе, кг/мq3d. — то же, электро-детонаторов, шт.- qMM — то же, магистрального провода, пог. м;

4в — тоже, при предлагаемом варианте, кг- 4э. д — то же, электро-детонаторов, шт.;

4мл «то же, магистрального провода, пог. м.

7. На временное и постоянное крепление: ac7 = c7-c!j= (св1 — С- + св.3упрв + (сп1 — anl) + cn.3vnpв.

8.9.) где: Св1 — затраты на временное крепление вьфаботки в пределах проектного сечения, руб./пог.м;

Св, 3 — стоимость забутовки в деле при временном креплении, руб./пог. м3;

С&bdquo-] - затраты на постоянное крепление 1 пог. м выработки в пределах проектного сечения, руб.;

•5.

С&bdquo-.3. — стоимость 1 м забутовки в деле при постоянном креплении, руб./ м3.

Общая экономия от предлагаемого варианта контурного взрывания, отнесенная к 1 пог. м выработки имеет вид: А С = AQ + АС2 +АС3 +АС4 +АС5 +АС6 +АС7.

8.10.).

Расчеты по данной методике применительно к Западно-Жезказганскому руднику показывают, что ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемого варианта с использованием в контурных зарядах АС может составлять до 9% от себестоимости проходки выработок традиционным способом.

Таким образом, от использования разработанных «Паспортов БВР.» ожидаемый годовой экономический эффект составит не менее 36 тыс. руб. или 504 тыс. тенге из расчета 1р. к 14 тенге, для одного Западно-Жезказганского рудника.

Цены приведены на начало 1998 года. Умозаключение.

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи — установление закономерностей изменения процесса законтурного разрушения массива взрывом удлиненных контурных зарядов в зависимости от изменения их параметров, позволившее повысить устойчивость кровли выработок большого сечения и безопасность проходческих работ в подземных рудниках Жезказгана.

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие основные выводы:

1. Установлены новые закономерности формирования двух систем трещин при взрыве удлиненных зарядов, магистральных, со средним радиусом, равным ¿-о и множественного трещинообразования с небольшими трещинами г.

Ь0 0,5Ь0, а также влияния глубины заложения и расстояния между шпурами на процесс формирования трещинообразования в законтурной части массива.

2. Установлено, что по условиям разрушения пород взрывом зарядов контурного ряда, породы (массива) Жезказганского месторождения разделяются на 5 групп:

— серые песчаники (Г =2,64+2,68 т/м3- <^=90+110 МПаЕ-10″ 8=5,5+5,9 МПа- //=0,18- /=9+11);

— красные песчаники (/=2,62+2,64 т/м3- <УСЖ=67,5+76,6 МПаЕ-10″ 8=6,72+6,9 МПа- //=0,13- /=6+8);

— известняк (у=2,66+2,68 т/м3- О~сж=90+П0 МПаЕ-10″ 8=6,39+6,7 МПа- //=0,2-/=9+11);

— серый алевролит (Г =2,8+2,87 т/м3- <3^=63+72 МПаЕ-10″ 8=5,6+5,9 МПа- // = 0,21-/=5+6);

— красный алевролит (Г =2,82+2,9 т/м3- <7^=42+51 МПаЕ-10″ 8=5,3+5,8 МПа- //=0,21- /=4+5);

3. Для пород Жезказганского месторождения установлена зависимость шероховатости (к) и переборов породы по контуру выработки от расстояния, а между контурными зарядами, при этом для того, чтобы величина к не превышала 10 см, а на контуре выработки оставалось не менее 80−90% следов шпуров величина, а не должна быть равна 25−30 см.

4. Установлено, что для обеспечения эффективного контурного взрывания при применении от 0 до 90° углов наклона естественных трещин и типов пород в кровле выработок большого сечения Жезказганских рудников, расстояние между шпурами в контурном ряду меняется от 0,3 до 0,9 м при применении гранулированной аммиачной селитры.

5. Разработана конструкция заряда для контурных шпуров, из пневмозаря-женной аммиачной селитры с обратным инициированием, и с забойкой полиэтиленовыми ампулами с наполнителями в жидком, порошкообразном или гелиевом состоянии, обеспечивающих существенное снижение содержания ядовитых газов N0, Ж)2 в рудничной атмосфере.

6. Определены параметры зарядов ВВ в контурном ряду для различных пород:

— для серого песчаника с крепостью /=8+11 при среднем значении, а =0,6+0,65 удельный расход ВВ <7=0,175 кг/м2, при котором отпечаток следа шпура составил 85+95% длины;

— для красного песчаника с крепостью /=8+10 при среднем значении, а =0,65+0,70 удельный расход ВВ ?7=0,175 кг/м2, при котором отпечаток следа шпура составил 85+95% длины;

— для известняка с крепостью /=9+11 при среднем значении а= 0,6+0,65 удельный расход ВВ ?7=0,175 кг/м2, при котором отпечаток следа шпура составил 85+95% длины;

— для серого алевролита с крепостью / =5+7 при среднем значении <3=0,7+0,75 удельный расход ВВ # -0,1 кг/м2, при котором отпечаток следа шпура составил 70+80% длины;

— для красного алевролита с крепостью /=4+6 при среднем значении ?/=0,75+0,8 удельный расход ВВ #=0,1 кг/м, при котором отпечаток следа шпура составил 70+80% длины;

7. При проходке выработок большого сечения, более 80 м, в породах серого песчаника крепостью /= 9+11, углом наклона трещин до 45°, и использовании гранулированной аммиачной селитры в контурных шпурах, необходимо принять расстояние между шпурами, а = 0,6 + 0,65 м и длиной 3,6 + 3,8 м (что на 20 + 30 см короче зарядов рыхления), с целью полной проработки предконтурной части массива.

8. Разработаны паспорта БВР и применены на рудниках Жезказганского месторождения и экономический эффект составил не менее 36 тыс. руб. или 504 тыс. тенге из расчета 1р. к 14 тенге. Цены приведены на начало 1998 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. М. Т. Ауэзов, С. С. Шайкибеков. Рациональные схемы контурного взрывания для выработок подземных рудников. Ежеквартальный на-учно-информационнный бюллетень. «Взрывное дело» № 3,1997 г.

2. М. Т. Ауэзов, С. С. Шайкибеков. Повышение коэффициента извлечения руд за счет взрывной выемки целиков. Ежеквартальный научно-информационнный бюллетень. «Взрывное дело», № 3 1997 г.

3. М. Т. Ауэзов, С. С. Шайкибеков, Г. С. Саурбаев. Контурное взрывание с использованием зарядов с продольными кумулятивными углублениями по линии отрыва. Сборник трудов международной научно-технической конференции. Жезказган, 1997 г.

4. М. Т. Ауэзов, С. С. Шайкибеков, Г. С. Саурбаев. Контурное взрывание жил малой и средней мощности. Сборник трудов международной научно — технической конференции. Жезказган, 1997 г.

5. Шайкибеков С. С, Лабораторные опыты по гладкому взрыванию твердых тел. Сборник трудов «Взрывное дело». № 91/48, М. 1998 г.

6. Б. Н. Кутузов, С. С. Шайкибеков Оценка эффективности контурных зарядов. Сборник трудов «Взрывное дело» № 91/48, М. 1998 г.

7. С. С. Шайкибеков. Оценка разрушительного действия одиночных зарядов разных составов и конструкций. ГИАБ. МГГУ — М., 1/1999г.

8. Р. Б. Юн, Б. Н. Кутузов, Ю. П. Щепкин, М. Т. Ауэзов, С. С. Шайкибеков. Способ контурного взрывания. Заявка № 99 105 815/03 (6 548), 31.03.99, положительное решение от 13 апреля 1999 г.