§ 7.7. Відбійка руди свердловинами

До основних параметрів свердловинної відбійки відносять:

d – діаметр свердловини, мм;

W (л.н.с.) – найкоротша відстань від осі заряду до оголеної поверхні, м;

а – відстань між кінцями свердловин, м;

λ – вихід руди з 1 м свердловини, т/м;

q – питомі витрати ВР, кг/т.

Існує велика кількість схем відбійки, основними з яких є:

1) відбійка паралельними свердловинами;

2) відбійка пучками паралельно-зближених свердловин;

3) відбійка віялами глибоких свердловин;

4) відбійка пучками глибоких свердловин.

Відбійка може здійснюватися на вертикальний, горизонтальний і похилий компенсаційний простір, а також на «затиснуте середовище».

Відбійка руди комплектами паралельних вертикальних свердловин на вертикальний компенсаційний простір

Відбійка руди здійснюється комплектами висхідних 1 та нисхідних 2 вертикальних паралельних свердловин, пробурених із бурових ортів 3 на вертикальну компенсаційну камеру 4, пройдену за простяганням рудного тіла (рис. 7.12).

Вентиляційно-господарський штрек лежачого боку 5 і висячого боку 6 служать для провітрювання робочих місць бурильників, доставки матеріалів та устаткування і забезпечують два незалежних вихода з бурових ортів, необхідних для безпечного ведення робіт.

Переваги:

– рівномірне розміщення ВР у масиві, що сприяє хорошій якості подріблення;

• гарне оконтурювання масиву;

• доцільність застосування самохідної бурової техніки, що підвищує продуктивність бурових робіт.

Недоліки:

– великий обсяг бурових виробок;

– необхідність переміщення бурового станка після буріння кожної свердловини;

– неможливість застосування у міцних рудах, коли величина відстані між свердловинами а недостатня для формування стійких ціликів між буровими виробками.

Рис. 7.12. Схема відбійки руди комплектами паралельних вертикальних свердловин на вертикальний компенсаційний простір: 1, 2 – висхідні та низхідні вертикальні паралельні свердловини; 3 – буровий орт; 4 – вертикальна компенсаційна камера; 5, 6 – вентиляційно-господарчі штреки лежачого та висячого боку; 7 – воронки випуску; 8 – контур рудного покладу

Відбійка руди пучками паралельно-зближених свердловин на вертикальний компенсаційний простір

Застосовується при відпрацюванні міцних руд (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема відбійки руди пучками паралельно-зближених свердловин на вертикальний компенсаційний простір: 1 – контур рудного покладу; 2, 3 – пучки висхідних та низхідних паралельно-зближених свердловин; 4 – вертикальна компенсаційна камера; 5– буровий орт; 6, 7 – вентиляційно-господарчі штреки висячого та лежачого боку; 8 – воронки випуску

Кількість свердловин у пучку 3-10. Вибух пучка паралельно-зближених свердловин можна розглядати як вибух одиночної свердловини більшого діаметра. Лінія найменшого опору пучка паралельно зближених свердловин визначається з виразу

W_П=W_С , м,

де W_С – л.н.с. одиночній свердловини, м; n – кількість свердловин у пучку.

Переваги:

– зменшена витрата бурових виробок;

– можливість буріння більшої кількості свердловин з однієї установки станка.

Недоліки:

– існує ймовірність перетину сусідніх свердловин.

Відбійка руди горизонтальними паралельними свердловинами на горизонтальний компенсаційний простір (підсічку)

Буріння горизонтальних свердловин 1 здійснюється із бурових ортів 2.

Відбійка свердловин здійснюється на горизонтальну підсічку 3 (рис. 7.14).

Бурові орти 2 розташовують по межах блоку в шаховому порядку по вертикалі. Відстань між ними в такому випадку дорівнює 2W, що забезпечує формування стійкого цілика над буровими виробками.

Переваги:

– рівномірне розміщення ВР у масиві, що сприяє хорошій якості подріблення;

– менші енергетичні витрати на відбійку.

Недоліки:

– великий динамічний удар на днище блоку відбитої руди і продуктів детонації.

Відбійка вертикальними віялами глибоких свердловин на вертикальний компенсаційний простір (відрізну щілину).

Сутність варіанта полягає в бурінні із бурових штреків 1 вертикальних віял висхідних і низхідних свердловин 2 та пошарової відбійки їх на вертикальну відрізну щілину 3 (рис. 7.15).

Рис. 7.14. Схема відбійки руди горизонтальних паралельних свердловин на горизонтальний компенсаційний простір (підсічку): 1 – горизонтальні свердловини; 2 – бурові орти; 3 – горизонтальна підсічка

Для формування додаткової площі оголення наступні віяла підривають з мілісекундним уповільненням до попередніх віял. Доставка матеріалів і обладнання здійснюється по підняттєвому 5.

Переваги:

– менший обсяг бурових виробок;

– менше число перестановок станка, тому що всі свердловини у віялі відбурюються з однієї установки;

– додаткове подрібнення руди за рахунок зіткнення кусків руди при відбійці протилежних віял глибоких свердловин.

Недоліки:

– нерівномірність дроблення масиву (переподрібнення руди на початку свердловин і підвищений вихід негабариту на кінцях свердловин);

– підвищені витрати глибоких свердловин.

Рис. 7.15. Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на вертикальний компенсаційний простір (відрізну щілину): 1 – буровий штрек; 2, 4 – вертикальні віяла висхідних і низхідних глибоких свердловин; 3 – відрізна щілина; 5 – підняттєвий

Відбійка руди вертикальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір

Сутність даної схеми відбійкі полягає в тому, що із бурових ортів 1 бурять вертикальні віяла глибоких свердловин 2, які відбивають руду на горизонтальну підсічку 3 (рис. 7.16).

Рис. 7.16. Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір: 1 – буровий орт; 2 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 3 – горизонтальна підсічка

Відбійка здійснюється пошарово: спочатку нижчележачими свердловинами сусідніх віял, потім з мілісекундним уповільненням вищерозташованими свердловинами.

Переваги:

– додаткове подрібнення руди за рахунок зіткнення кусків руди при відбійці протилежних віял глибоких свердловин;

– менші енергетичні витрати на відбійку, так як відриву руди від масиву сприяє сила тяжіння.

Недоліки:

– можливість передчасного руйнування виробок днища блоку внаслідок динамічного удару обваленої руди і продуктів детонації;

– можливість руйнування стелини горизонтальної підсічки та глибоких свердловин, що погіршує якість відбійки;

– недостатньо чітке оконтурювання висячого боку камери торцями глибоких свердловин.

Відбійка руди вертикальними віялами глибоких свердловин на похилий компенсаційний простір

Дана схема відбійки застосовується в аналогічних приведеним вище умовам з метою зниження удару відбитого масиву на виробки приймального горизонту (рис. 7.17). Крім того, похилий компенсаційний простір є більш стійким у порівнянні з горизонтальною підсічкою.

Переваги:

– підвищена стійкість потолочини у порівнянні з горизонтальною компенсаційною камерою;

– менші енергетичні витрати на відбійку за рахунок сприяння сили тяжіння відриву руди від масиву.

Недоліки:

– можливість передчасного руйнування виробок днища блоку внаслідок динамічного удару обваленої руди при вибуху;

– можливість руйнування стелини похилої підсічки в мяких нестійких рудах;

– недостатньо чітке оконтурювання висячого боку камери торцями глибоких свердловин.

Рис. 7.17. Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на похилий компенсаційний простір: 1 – буровий орт; 2 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 3 – похилий компенсаційний простір

Відбійка горизонтальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір

Сутність даної схеми полягає в тому, що горизонтальні віяла глибоких свердловин 1 бурять з бурових камер 2, які проходять із підняттєвих 3 (рис. 7.18). Відбійка здійснюється горизонтальними шарами на горизонтальну підсічку 4. Сусідні горизонтальні віяла бурят із бурових камер, розташованих на протилежному боці відбиваємо шару, що дозволяє збільшити величину цілика над буровими виробками до 2W.

Рис. 7.18. Схема відбійки руди горизонтальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір: 1 – горизонтальні віяла глибоких свердловин; 2 – бурові камери; 3 – підняттєвий; 4 – горизонтальна підсічка

Переваги:

– низькі витрати бурових виробок;

– можливість буріння великої кількості свердловин з однієї установки верстата.

Недоліки:

– висока трудомісткість переміщення бурового обладнання по крутоспадних і похилих підняттєвих;

– складність комутації вибухової мережі при значній висоті блоку.

Відбійка руди пучками глибоких свердловин

Дану схему відбійкі застосовують в основному для руйнування міжкамерних і міжповерхових ціликів (рис. 7.19).

Рис. 7.19. Схема відбійки руди пучками глибоких свердловин: 1 – пучок глибоких свердловин; 2 – бурова камера; 3 – міжповерховий цілик; 4 – відпрацьована камера; 5 – вищерозташований поверх; 6 – відбита руда

Сутність даної схеми полягає в тому, що із бурової камери 2 бурят кілька віял свердловин 1 у площинах з різними кутами нахилу. Підривають свердловини 1 у пучку одночасно або з коротким уповільненням по віялах на очисну камеру 4.

Переваги:

– мінімальні витрати бурових виробок;

– буріння всіх свердловин з однієї установки станка.

Недоліки:

– максимальні витрати глибоких свердловин;

• незадовільна якість подрібнення руди.

Відбійка руди в «затиснутому» середовищі

Суть методу полягає у відбійці глибоких свердловин 1, пробурених із бурового штреку 2 на контакті з забоєм, на відбиту руду або обвалену пусту породу 3 (рис. 7.20).

Рис. 7.20. Схема відбійки руди в «затиснутому» середовищі: 1 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 2 – буровий штрек; 3 – відбита пуста порода; 4 – контакт «руда-порода»; 5 – контакт «руда-порода» після вибуху

При цій схемі компенсаційний простір відсутній. Руда при відбійці розпушується за рахунок ущільнення затискуючого матеріалу (відбитої розпушеної руди або пустої породи). При вибуху зарядів ВР границя масиву руди з затискуючим матеріалом зміщається в сторону затискуючого матеріалу приблизно на 3 м. Для досягнення високої якості подрібнення руди коефіцієнт розпушення затиснутого матеріалу повинен дорівнювати не менше ніж 1,3-1,4. Таке розпушення створюється при випуску до 20% руди з приконтактної зони безпосередньо перед вибухом.

Переваги:

– відсутність витрат на утворення компенсаційних камер;

– можливість застосування схеми у слабких, нестійких рудах, які не допускають навіть короткочасних оголень.

Недоліки:

– труднощі при випуску перших доз ущільненої вибухом руди.

Конструкції зарядів ВР та їх розміщення у свердловинах

Найбільш поширеною конструкцією свердловинних зарядів при механізованому заряджанні є суцільний колонковий заряд, рідше застосовується суцільний колонковий заряд з осьовою або боковою порожниною. Остання конструкція дає можливість при всіх інших рівних умовах зменшити витрати ВР і за рахунок спрямованої дії вибуху покращити якість подрібнення руди, але потребує застосування спеціальних насадок на зарядний шланг, які дещо знижують продуктивність заряджання.

При паралельних схемах розташування свердловини заряджають на 80-90% їх довжини, залишаючи біля устя для забійки незарядженою 0,1…0,2 довжини свердловини.

Віялові схеми розташування свердловин, які останнім часом мають переважне застосування, характеризуються нерівномірним розподілом ВР у масиві. З метою зменшення ступеня нерівномірності розподілу вибухівки у районі зближення свердловин, що має місце біля бурової виробки, свердловини недозаряджають на різну довжину із таким розрахунком, щоб відстань між суміжними зарядами ВР приблизно дорівнювала a (не менше (0,5…0,7)а).

На практиці для спрощення заряджання свердловини по черзі недозаряджають на довжину, що дорівнює (1,0…3)W, як це показано на рис. 7.21.

При відносно невеликій довжині свердловин та незначній їх кількості у віялі застосовують однаковий недозаряд через одну свердловину (рис. 7.21 а), а при великій довжині та їх кількості однакові недозаряди чергують через дві свердловини (рис. 7.21 б).

Після побудови на кресленні схеми розташування свердловин і розміщення зарядів ВР з цього креслення визначають: довжину кожної свердловини, довжину в ній заряду ВР, вагу ВР на 1 м свердловини та її загальну вагу у свердловині. Отримані дані заносять у таблицю та використовують при розрахунках параметрів БВР.

а) б)

Рис. 7.21. Розміщення ВР у віялі глибоких свердловин: а – недозаряджання через одну свердловину; б – недозаряджання через дві свердловини

Відбійка руди концентрованими зарядами ВР

Відбійку руди концентрованими зарядами (мінними) зарядами ВР застосовують при відпрацюванні потужних покладів міцних монолітних руд, переважно невеликої цінності, коли буріння глибоких свердловин є економічно недоцільним внаслідок низької швидкості їх буріння, а також при обваленні порід висячого боку, ліквідації порожнин, відпрацюванні стелин камер.

Основними недоліками цього способу є більші обсяги проведення нарізних виробок для розташування у них зосереджених зарядів ВР, значний сейсмічний вплив на оточуючий гірський масив та пов’язані з цим порушення гірничих виробок при масових вибухах, нерівномірне подрібнення руди та підвищений рівень її втрат і засмічення.

Існують декілька різновидів цього способу обвалення руди. Перший, так би мовити класичний, полягає в розташуванні зосереджених зарядів («мін») у спеціальних виробках (заходках, колодязях) із додатковою їх забутовкою або без неї, який застосовувався для масового запровадження на підземних гірничих роботах бурових станків та свердловинної відбійки. Зараз він має дуже обмежене застосування внаслідок суттєвих недоліків, про що було сказано вище. У разі застосування заряди вагою 2-5 (до 10) тонн розташовують у спеціальних заходках безпосередньо на підошві або у заглибленнях («мінних колодязях») з відбійкою на одну-дві оголені поверхні. Величина ЛНО на практиці для «мінних» зарядів складає 5…10 м. Результати відбійки багато у чому залежать від площі оголення, тому відношення розміру площі оголення до ЛНО повинно бути не менше 2,5.

Відстань між зарядами визначають з виразу, приймаючи значення показника зближення зарядів у межах 0,8…1,1. Відстань зарядів від контактів з породами лежачого та висячого боків приймають відповідно та 0,5W. Приблизно в таких межах повинна бути й відстань від зарядів до границь ціликів для запобігання їх пошкодження дією вибуху.

Масу зосередженого заряду визначають за формулою, кг

, (7.1)

де f(n) – функція показника викиду (дорівнює 1,0 при відбійці руди в камерах та 0,7…0,9 при обваленні порід і ліквідації порожнин); q – питомі витрати ВР на відбійку, кг/м³; k_зб – коефіцієнт забійки «мінних» виробок (k_зб=1…1,5 при наявності забутовки та 2,0…3,0 – при відсутності останньої).

Удосконаленим способом «мінної» відбійки є обвалення міцних руд вертикальними (ВКЗ) та горизонтальними (ГКЗ) концентрованими зарядами. Дана технологія була розроблена науковцями НДГРІ [5] і набула досить масового застосування при відпрацюванні магнетитових кварцитів підземним способом. Перевагами даної технології є «закупорка» продуктів детонації у виробках, де розташовані заряди ВР, що значно підвищує коефіцієнт корисної дії вибуху та сприяє кращому подрібненню рудного масиву.

На рис. 7.22 зображено конструкцію ВКЗ, який набув переважного застосування. Сутність цього способу відбійки полягає у проведенні підняттєвого діаметром 1,2…1,5 м, висотою до 20…25 м з горизонтальних підповерхових виробок та формуванні останнім вибухом у нижній частині цього підняттєвого забійки висотою 5…7 м. З горизонтальної виробки вибурюють у підняттєвий декілька свердловин, які слугують для подачі патронів-бойовиків, формування заряду ВР та відведення надлишкового повітря.

Рис. 7.22. Схема відбійки руди ВКЗ

Даний спосіб відбійки є дуже перспективним, особливо за умови можливого зменшення негативного сейсмічного впливу вибуху на законтурний масив за рахунок застосування захисних екранів.

При визначенні параметрів відбійки руди концентрованими зарядами (ВКЗ та ГКЗ) розраховують:

• відстань між зарядами в ряді R₁, м

, (7.2)

де – критична швидкість крихкого руйнування, м/с; d=0,4…2 м – діаметр заряду; L – довжина заряду, м; k=1,8…2 – емпіричний коефіцієнт, який враховує фізико-механічні властивості гірських порід; А_сер=0,1…0,2 м – середня задана крупність подрібнення руди; відстань до оголеної поверхні R₂, м

, (7.3)

де k=3…4;

– зону подрібнення руди по вертикалі (відстань між зарядами по вертикалі від центра нижчерозташованого заряду до нижньої границі вищерозташованого заряду) Z, м

, (7.4)

де k=3…3,5.