Повышение эффективности скважинной отбойки на подземных рудниках Хибин при использовании ВВ местного изготовления.

Дальнейшее развитие горнодобывающей промышленности Хибин в условиях рыночной экономики будет происходить на базе подземного и открытого способов добычи с применением энергосберегающих технологий, а подготовка скальных горных пород к выемке с использованием энергии взрыва на обозримую перспективу останется единственным универсальным, высокопроизводительным и относительно безопасным методом. Следует отметить, что в течение многих лет на ОАО «Апатит» преобладал открытый способ отработки месторождений. В 1986г на него приходилось около 70% всей добычи руды, в то время как количество балансовых запасов, пригодных для открытой и подземной добычи, составляло 25 и 75% соответственно. По состоянию на начало 2005г таких запасов осталось только 10%. Таким образом, динамика запасов за последнее двадцатилетие характеризовалось резким выбытием доли запасов, пригодных для открытой отработки [1]. Технологическая стратегия вывода и поддержания мощностей на уровне 8.5-9.0 млн. т апатитового концентрата в год основывается на интенсивном развитии подземных рудников – Кировского и Расвумчоррского, с целью достижения их максимальной производительности для компенсации выбывающих объемов Центрального рудника и Ньоркпахского карьера Восточного рудника, на долю которых в 2005г приходится 50% от общей добычи, а к 2015г она составит до 75%. На протяжении последних 30-35 лет на всех подземных рудниках Хибин для отбойки горной массы применялся граммонит 79/21, сенсибилизированный чешуйчатым тротилом, который по своей эффективности, при отработанных для каждых горно- геологическвих условий параметрах БВР, полностью удовлетворял производство по условиям дробления. В связи с тем, что тротил является токсичным и канцерогенным веществом, а также не безопасным при заряжании скважин, и невозможностью его совмещения при зарядке скважин комбинированными зарядами, особенно с алюмосодержащими ВВ, Ростехнадзор России запретил его использование на подземных горных работах. Для удовлетворения собственных потребностей в ВВ для подземных горных работ на ОАО «Апатит» построили и в августе 2004г ввели в эксплуатацию стационарный подземный пункт по производству бестротиловых гранулированных ВВ. В настоящее время на подземном пункте производится гранулит А6, который применяется в основном при подэтажной системе разработки с отбойкой руды глубокими скважинами и торцевым выпуском и при проведении горных выработок. При переходе на гранулит А6 при отбойке руды глубокими скважинами выявлен ряд недостатков его применения - в ряде случаев не достигнуто требуемое качество дробления руды при скважинной отбойке; ухудшились показатели выпуска; увеличились потери и разубоживание; в процессе заряжания зафиксированы случаи превышения ПДК по концентрации паров нефтепродуктов. Так как, основным условием достижения качественного дробления массива горных пород взрывом является соответствие параметров взрывного нагружения физико-механическим свойствам и состоянию массива взрываемых пород, то повышение эффективности скважинной отбойки можно достичь только при правильном выборе типа взрывчатого вещества, параметров БВР, схем взрывания и др. для пород с различной трещиноватостью и определенными физико-механическими свойствами, и при оперативном управлении этими параметрами по мере изменения свойств пород. Для решения этих задач необходимо в первую очередь совершенствовать составы взрывчатых веществ для подземных горных работ с отработкой параметров отбойки и технологии заряжания. Опыт применения алюминизированных гранулитов в различных горно-геологических условиях показал, что фактическая работоспособность ВВ не соответствует расчетной теплоте взрыва [2], а эффективность взрыва в значительной степени зависит от дисперсности частиц алюминия и его содержания в смеси. Для повышения эффективности скважинной отбойки Горным институтом КНЦ РАН вместе со специалистами ОАО «Апатит» выполнен комплекс исследований: в полигонных условиях определены взрывчатые характеристики и газовая вредность гранулитов, содержащих различные марки аммиачной селитры, дизельное топливо и 6% алюминиевого порошка различной крупности, с целью получения составов ВВ с наилучшими взрывчатыми характеристиками и в производственных условиях определены их детонационные характеристики; установлены взаимосвязи степени дробления с величинами ЛНС и недозаряда; отработаны режимы заряжания с использованием различных насадок и центраторов с целью формирования колонки заряда с оптимальной плотностью; отработана технологии отбойки руды на подземных горных работах при применении различных типов ВВ, схем и средств взрывания. Для приготовления гранулитов использовали порошки алюминия: ПА-2 - крупностью 125- 280 мкм и алюминиевый порошок вторичный АПВ, крупностью 500-1000 мкм. В качестве окислителя использовали микропористую аммиачную селитру марки МП (МПАС) и смесь 40% микропористой и 60% гранулированной аммиачной селитры (АС). Скорость детонации определяли оптоволоконным методом. Бризантное действие взрыва оценивали по методике разработанной авторами - по расширению стального кольца диаметром 150 мм, расположенного на трубе с испытуемым зарядом ВВ диаметром 45 мм. Взрывание производили на подземном испытательном полигоне Кировского рудника. Заряжание труб производили зарядчиком РПЗ-0.6. Общий вид установки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. - Общий вид установки в сборе перед взрывом

Анализ результатов полигонных испытаний алюмосодержащих гранулитов показал, что наибольшая скорость детонации при средней плотности заряжания 1.0 г/см3 (3800 м/с) достигнута в составах, содержащих микропористую аммиачную селитру и АПВ. Несколько меньшие значения скорости детонации наблюдались в составах с алюминиевым порошком ПА-2, в среднем 3500 м/с. Использование смеси селитр и тех же алюминиевых порошков, обеспечило еще меньшую скорость детонации, соответственно, 3200 и 3300 м/с, хотя при этом достигалась большая плотность заряжания - до 1.1 г/см3 .

1 - контрольное кольцо; 2 - аммонит 6ЖВ; 3 - МПАС/ПА-2; 4 - МПАС/АПВ; 5 - АС/ПА-2; 6 - АС/АПВ

Рисунок 3. – Результаты расширения стальных колец при взрыве испытуемых смесей

По результатам экспериментов установлено, что наибольшей работоспособностью обладает аммонит 6ЖВ, принятый равным 1. Из гранулитов на первом месте стоит состав, приготовленный на микропористой аммиачной селитре и ПА-2, на втором месте - на микропористой аммиачной селитре и АПВ. Составы, содержащие смесь селитры имеют меньшую работоспособность - соответственно 0.86 и 0.83 от аммонита 6ЖВ. Исходя из полученных данных, было рекомендовано использовать состав, приготовленный на микропористой аммиачной селитре и порошке алюминия ПА-2. В ходе проведения экспериментов также оценивалось влияние плотности заряжания алюмосодержащих гранулитов на их взрывные характеристики и установлено, что при плотности выше 1.15 г/см3 скорость детонации резко падает и уменьшается работоспособность составов. При плотности выше 1.25 г/см3 в некоторых случаях происходили отказы детонации, а оптимальной оказалась плотность 1.1 г/см3 . Анализ компонентного состава ВВ после пневмозаряжания показал, что при неправильном расположении зарядного шланга относительно колонки заряда алюминиевый порошок и дизельное топливо частично удаляются с поверхности гранул аммиачной селитры, часть горючего концентрируется в межгранульном пространстве селитры, а остальное выносится из скважины, в результате чего снижаются взрывчатые характеристики ВВ. При этом потери алюминиевого порошка достигают 10-20%, дизельного топлива до 15%. В целях устранения этого недостатка нами разработан специальный центратор (рисунок 4а), использование которого позволило уменьшить потери горючих компонентов до 5%. Для выбранного состава гранулита в натурных условиях определены детонационные характеристики и установлена взаимосвязь степени дробления с величинами ЛНС. Для этих целей под углом к выработке обуривалась скважина для обеспечения ЛНС от 2.0 до 3.5 м. Схема эксперимента представлена на рисунке 4б.

Рисунок 4. – Заряжание скважины с помощью центратора (а) и схема эксперимента по оценке скорости детонации и работоспособности гранулита, содержащего МПАС и ПА-2, в скважине 102 мм (б) Скорость детонации также измерялась оптоволоконным методом, и на расстояниях 6 и 14 м от боевика составила, соответственно, 4510 и 4645 м/с, что значительно выше, чем в зарядах диаметром 45 мм, т.е. процесс детонации в скважине протекает со значительно меньшими химическими потерями. После взрыва оценивался гранулометрический состав отбитой горной массы, установлено, что приемлемое качество дробления достигается при величине ЛНС, равной 2.7 м для руд бедной зоны и 2.5 м - для богатой зоны.

Дальнейшие исследования по отработке технологии отбойки руды на подземных горных работах включали в себя выбор схем взрывания. По результатам проведенных экспериментов установлено, что наилучшие показатели отбойки в системах с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды достигаются при раздельном взрывании скважин внутри каждого веера с использованием неэлектрических систем инициирования СИНВ- Ш с замедлением в 25 мсек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подземная отбойка взрывными скважинами получила широкое распространение при разработке мощных месторождений. Она обеспечивает высокую производительность труда буровых рабочих, более безопасные и здоровые условия их труда, так как бурение скважин осуществляется из выработок небольших размеров и при бурении образуется значительно меньше пыли, чем при перфораторном бурении. Применение глубоких скважин позволяет уменьшить объем подготовительно-нарезных работ и снизить себестоимость добычи.
Недостатки ее: неравномерное дробление и повышенный выход негабарита, более высокий сейсмический эффект, большие потери и разубоживание руды. Поэтому для скважинной отбойки благоприятны невысокая ценность руд, правильные элементы залегания рудного тела, применение мощного погрузочно-транспортного оборудования и сейсмически прочных конструкций.
Скважины для отбойки бурят глубиной от 5-6 до 50-60 м, диаметром от 30-40 до 150-250 мм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет процессов подземных горных работ. В.В. Стряпунин, В.А. Осинцев, М.А. Лукоянов. Екатеринбург 2006.

2. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. В.Р. Именитов. Москва "Недра" 1984.

3. В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев - "Общая металлургия", 1979

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: