Способ ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к ведению буровзрывных работ при открытой разработке месторождений полезных ископаемых в условиях трещиноватых пород криолитозоны Севера.

Известен способ ведения буровзрывных работ при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающий вертикальное и наклонное расположение скважин на уступе (см. К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин. Проектирование карьеров. Учебн. для вузов: В 2 т. - 2-е изд. перераб. и доп - М: Изд. Академия горных наук, 2001.Т. II, 535 c. C. 118-128).

Недостатком известного способа является выполнение значительных объемов буровых работ, связанных с перебурами скважин для лучшей проработки подошвы уступа при взрывной отбойке.

Известен также способ дробления горных пород трещиноватого массива рассредоточенными по глубине скважины зарядами с использованием дополнительных горизонтальных и наклонных скважин для лучшей проработки подошвы уступа (см. Б.Н.Кутузов. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: изд. МГИ, 1992.-516 с. С. 428 – 455).

Недостатками данного способа являются существенное увлечение объемов буровых работ за счет перебуров скважин, дополнительных объемов по бурению горизонтальных и наклонных скважин, а также сложность выполнения данного вида работ на рабочих площадках.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ разработки кимберлитовых трубок (см. RU №2158827, кл. Е21С41/26, опубл. 10.11.2000), включающий разработку массива многолетнемерзлых пород на крупные блоки, создание внутри блоков через скважины высоконапорного гидравлического воздействия для их разрушения, доразрушение и отгрузку горной массы экскаваторами с активным исполнительным органом и последующую отгрузку их в автосамосвалы.

Однако создание безвзрывной технологии разрушения горной массы с применением принципиально нового комплекса горного оборудования требует значительных капитальных вложений.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах.

Для решения поставленной задачи по способу ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах путем полного использования энергии взрыва, обеспечивающей качественную проработку подошвы уступа, направлению расположения скважины придают хаотический порядок, причем скважины по отношению к трещинам располагают под углами менее 90° к их распространению, заряды в скважинах располагают в шахматном порядке, исключают перебуры скважин ниже уровня подошвы уступа, компенсируя перебуры скважин взаимным расположением концевых частей скважин на уровне подошвы уступа.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

В предлагаемом способе новыми признаками при сравнении с прототипом являются:

- формирование нового принципа расположения скважин во взрываемом массиве в хаотическом порядке;

- расположение скважин по отношению к трещинам под углами менее 90° к их распространению;

- исключение перебуров скважин ниже подошвы уступа при шахматном порядке расположения зарядов взрывчатого вещества;

- компенсация перебуров скважин взаимным расположением концевых их частей на уровне подошвы уступа.

Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах и обеспечивает следующие усиленные положительные свойства:

- формирование нового принципа хаотического расположения скважин позволяет рационально использовать энергию взрыва при буровзрывной подготовке горной массы;

- расположение скважин по отношению к трещинам под углами менее 90° и шахматном порядке размещения зарядов взрывчатого вещества в скважинах обеспечивает равномерные дробления массива горных пород;

- исключение перебуров скважин и их компенсация взаимным расположением концевых частей скважины на уровне подошвы уступа позволяет увеличить выход горной массы с 1 п.м. скважины, снизить удельный расход взрывчатого вещества и обеспечить качественную проработку подошвы уступа.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами. На фигуре 1 показана схема хаотического расположения скважин на поперечном разрезе при разных вариантах распространения трещин: а - горизонтальная слоистая трещиноватость; б - косая трещиноватость; на фигуре 2 - схема хаотического расположения скважин при сложной конфигурации распространения трещин в массиве; на фигуре 3 - расчетная схема определения параметров буровзрывной отбойки.

Способ осуществляется следующим образом.

При буровзрывной подготовке горной массы в трещиноватых породах на уступе 1 бурят наклонные 2 и вертикальные 3 скважины. Направление ориентации скважин 2 и 3 зависит от направления распространения горизонтальных 4 и косых 5 трещин в массиве горных пород (см. фиг. 1). Причем скважины 3 и 4 бурят на глубину не более уровня подошвы уступа 6 под разными углами, не превышающими 90° к распространению трещин. Для лучшего дробления пород применяют рассредоточенные заряды 7 и располагают их в шахматном порядке. Хаотическое расположение скважин на уступе зависит от направления распространения трещин во взрывном блоке (см. фиг. 2). В конечном итоге, в результате реального технического решения будет достигнуто высокое качество подготовки горной массы в трещиноватых породах с хорошей проработкой подошвы уступа.

Техническая сущность и преимущества нового технического решения раскрыты на примере отбойки трещиноватого массива многолетнемерзлых пород. При этом качество взрыва зависит от оптимального сочетания следующих параметров (см. фиг. 3):

К_взр=f(W_i, a_j, b_i) ,

где W_i - линия наименьшего сопротивления по подошве уступа, м; i=1,...,n;

a_j - расстояние между рядами скважин, м, j=1,...,m;

b_i - расстояние между скважинами в ряду;

n, m - соответственно количество скважин в ряду и количество рядов скважин.

Исходные данные для расчетов приняты следующие:

Ш_взр - ширина взрываемого блока, Ш_взр=30 м;

L_взр - длина взрываемого блока, L_взр=100 м;

h_у - высота уступа, h_у = 15 м.

Расчеты выполнены в следующей последовательности:

1.Объем взрываемого блока - V_б,

V_б = h_у * Ш_взр * L_взр = 15*30*100=45000 м³

2. Объемы буровых работ по подготовке взрываемого блока - ∑ L_б:

а) Традиционная технология - ∑ L_б^′

∑ L_б^′ = n_скв * l^′_скв,

где n_скв - количество скважин во взрываемом блоке, шт;

l^′_скв - глубина скважины при традиционной технологии буровзрывной отбойки, м.

l^′_скв = h_y + l_пер,

где l_пер - перебур скважин, м, l_пер=3 м,

тогда l^′_скв = 15+3=18 м.

n_{скв =} n*m.

При принятой в расчетах сетки скважин, равной 6х6 м, количеств скважин п_скв будет равно,

n_скв = * = * = 85_скв,

где с - сетка скважин, м.

Откуда, ∑ L_б^′ = 85*18=1530м

б) Рекомендуется технология - ∑ L_б^′′

∑ L^′′_б = n_скв* l^′′_{скв ,}

где l^′′_скв - глубина скважины при рекомендуемой буровзрывной отбойке, м.

Для простоты расчетов количество взрываемых скважин n_скв в традиционном и рекомендуемом вариантах приняты одинаковыми.

Глубина скважины при рекомендуемой технологии зависит от угла наклона скважины, α = 85° , 80° , 75°. При среднем значении угла, равному α=80°, глубина скважины составит,

= = = 15,2 м

Следовательно, объем буровых работ ∑L_б^′′ при рекомендуемом варианте буровзрывной отбойки составит

∑ L_б^′′ = n_скв * = 45*15,2=684 м

3. Выходы горной массы с 1 п.м. скважины, соответственно при традиционном q^′ и рекомендуемом q^′′ вариантах, будут равны

q^′ = = = 29,4 м³,

q^′′ = = = 65,8 м³.

4. Объемы работ по бурению скважин L_бур для выравнивания подошвы уступа при традиционной технологии отбойки:

L_бугр = N_бугр * H_бугр,

где N_бугр - количество бугров при взрывной отбойке одного блока;

H_бугр - средняя высота бугра, м.

Неровности (бугры) при буровзрывной отбойке образуются в результате взрывания трех смежных зарядов. Поэтому количество бугров N_бугр при взрывной подготовке одного блока составит

N_бугр = _{= = 28}

Ориентировочно, средняя высота бугра равна 0,5 от величин перебура:

H_бугр = 0,5 * l_пер = 0,5*3 = 1,5 м,

тогда, L_бугр = N_бугр * H_бугр = 28*1,5=42 м

5. Расчет затрат по вариантам ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах:

а) Суммарные затраты при традиционной технологии отбойки - ∑ З^′

∑ З^′ = ∑ З^′_скв * ∑ З^′_бугр,

где ∑ З^′_скв - затраты на бурение скважин для подготовки взрываемого блока, долл.;

∑ З^′_бугр - затраты на ликвидацию бугров, образовавшихся на подошве уступа, долл.

∑ З^′ = ∑ L^′_б * С_б.п.м ,

где С_б.п.м - себестоимость бурения 1 п.м. скважины, долл/п.м.

Стоимость бурения 1 п.м. скважины взята из фактических показателей работы предприятий АК «Алроса» и составит С_б.п.м = 0,34 долл/п.м., т.е. 10% от общей себестоимости разработки 1 м³ вскрышных пород (см. RU № 2233982, кл. E21C41/00, опубл. 10.08.2004):

∑ З^′_скв = 1530 *0,34 = 520,2 долл,

∑ З^′_бугр = L_бугр * С_{б.п.м +} З^′_{бульд ,}

где З^′_бульд - затраты на бульдозерные работы по выравниванию подошвы уступа, долл.

З^′_бульд = С_бульд * ∆ V,

С_бульд - стоимость 1 м³ бульдозерных работ, долл/м³ (из расчета 20% от себестоимости разработки 1 м³ горных пород С_бульд = 0,2 *3,41 =0,7 долл/м³);

∆ V - объем бульдозерных работ по выравниванию подошвы уступа, м³.

Объем бульдозерных работ рассчитывается по формуле

∆ V= N_бугр * Ѵ_бугр,

Ѵ_бугр - объем одного бугра, м^3,

Ѵ_бугр = Н_бугр * N_{бугр =} 1,5 * 28 = 42 м³

Следовательно, затраты на бульдозерные работы З^′_бульд будут равны

З^′_бульд = Ѵ_бугр * С_бульд

Ориентировочно, затраты на бульдозирование 1 м³ горной массы составляют 20% от себестоимости разработки горных пород (С_разр = 3,41 долл/м³), тогда С_бульд = 0,2 *3,41= 0,7 долл/м³

З^′_бульд = 42 * 0,7 = 29,4 долл.

и соответственно затраты на выравнивание бугров составят

∑ З^′ = ∑ З^′_скв + ∑ З^′_бугр = 520,2 +29,4 = 549,6 долл.

Таким образом, суммарные затраты на буровзрывную подготовку блока объемом 45000 м³ (15х30х100) составили 549,6 долл.

В зависимости от годовой производительности карьера, затраты на буровзрывную отбойку при традиционном варианте, например при производительности карьера 1 млн.м³ будут равны

∑ З^′_год = ∑ З,

где Q_год - годовая производительность карьера по горной массе, м³

∑ З^′_год = * 549,6 = 12201,1 долл.

б) Суммарные затраты при рекомендуемой технологии отбойки - ∑ З′′,

∑ З′′ = ∑ * С_б.п.м = 684 * 0,34 = 232,6 долл.

При производительности карьера 1 млн.м³ годовые затраты при рекомендуемом варианте составят

∑ = * ∑ З′′ = * 232,6 = 5163,7 долл.

Тогда экономический эффект от реализации нового способа ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах составит

Э = ∑ З^′_год - ∑ = 12201 - 5163,7 = 7037,8 долл.

При достижении проектной производительности карьера, равной 10 млн.м³, суммарный экономический эффект составит

∑Э = 10*7037.8 = 70378,0 долл.

Результаты расчетов показывают, что есть реальная возможность реализации технического решения на действующих горнодобывающих предприятиях, ведущих разработку в трещиноватых породах криолитозоны Севера.

В таблице приведены основные технико-экономические показатели, достигаемые при использовании нового технического решения.

Таблица

Ожидаемое улучшение технико-экономических показателей

разработок от реализации нового технического решения