книги из ГПНТБ / Совершенствование горных работ на карьерах Алмалыкского горно-металлургического комбината

При равенстве диаметров скважин сохраняется приблизительное равенство сетки их расположения на уступе, а возможность бурения только вертикальных скважин ограничивает технологическое разно­ образие буровзрывных работ в целом. В силу этого на карьерах наибольшее распространение получило однорядное расположение скважин, причем этот метод до последнего времени остается пре­ обладающим при отбойке сложных рудных тел. Поэтому возникает необходимость в проведении экспериментальных исследований по определению эффективных методов их отбойки. Практическая цен­ ность работ в этом направлении не вызывает сомнений, если учесть, что более 60% запасов руд цветных и редких металлов в нашей стране заключено в сложных месторождениях, более 90% которых сложено скальными массивами при средневзвешенном коэффи­ циенте крепости пород и руд, равном 10 [18].

На горнодобывающих предприятиях нашей страны за последнее время широкое распространение получили станки для бурения скважин 0 от 200 до 300 мм. Известно, что между диаметром скважин и параметрами сетки их расположения существует довольно четкая связь, которая выражается зависимостью

а = (25 — 40) d,

где а — расстояние между скважинами, м; d — диаметр сква­ жины, м.

В абсолютном значении среднее расстояние между скважинами, как правило, составляет 6—8 м. Естественно, что при таком распо­ ложении скважин рудное тело мощностью меньше указанных вели­ чин при взрыве больших зарядов ВВ может быть потеряно или, в лучшем случае, взрыв вызовет перемешивание руды с вмещающими породами, особенно у их контактов. Кроме того, при взрыве верти­ кального заряда плоскость отрыва на забое уступа в зависимости от крепости пород и высоты заряда ВВ имеет угол наклона от 70 до 90%. Вследствие этого качественное разделение руды от породы

при взрыве заряда ВВ может быть достигнуто при совпадении угла наклопа ПЛОСКОСТИ отрыва и угла падения рудного тела.

Наиболее качественное, без прихвата пустых пород, раздельное взрывание маломощных РУДНЫХ тел возможно при использовании

наклонных скважин уменьшенного диаметра, пробуренных по кон­ такту рудного тела с пустой породой в соответствии с углом падения

рудного тела. Этот метод отбойки обеспечивает наиболее высокие показатели селективной разработки принаименьших, по сравнению

со всеми иными методами, показателях потерь руды, что подтверждает наше специальное исследование, проведенное на Кургашинканском карьере [52]. При этом сравнивались следующие методы: раздель­ ное взрывание наклонными скважинами диаметром 110 мм; совме­ стное взрывание вертикальными скважинами диаметром 230 мм. Результаты опытных взрывов приведены в табл. 15.

Опытные работы полностью подтвердили эффективность раздель­ ной отбойки наклонными скважинами уменьшенного диаметра.

40

Т а б л и ц а 15

Аналогичные эксперименты, выполненные на Белогорском и других карьерах, дали также положительные результаты. Следовательно, одним из направлений совершенствования технологии буровзрыв­ ных работ при отработке сложных рудных тел является раздельное взрывание наклонных скважин небольшого диаметра, пробуренных параллельно откосу уступа и падению рудного тела.

Следует отметить, что низкая производительность существующих буровых станков для бурения наклонных скважин небольшого диаметра и низкий выход горной массы с 1 м скважины являются основным препятствием к широкому использованию раздельного взрывания при разработке сложных месторождений.

Анализ исследований [82] показывает, что с уменьшением диа­ метра скважины в 5 раз выход горной массы с 1 м скважины сни­ жается в 25 раз, а стоимость буровзрывных работ в целом повы­ шается почти в 3 раза (качество дробления пород значительно улуч­ шается за счет увеличения удельного расхода ВВ в 1,72 раза). Из этого следует, что метод раздельного взрывания наклонными скважинами малого диаметра особенно эффективен при разработке маломощных рудных тел. При этом наклонные скважины малого диаметра могут применяться только на добычных работах. При взры­ вании же породных блоков целесообразно использовать скважины большого диаметра, обеспечивающие лучшие технико-экономические

показатели буровзрывных работ.

Для раздельной отбойки сравнительно мощных рудных тел возможно использование комбинированных скважин с применением отрезной щели [15]. Сущность этого метода заключается в том, что по контуру рудного тела под углом его падения бурят наклонные скважины малого диаметра. Внутри оконтуренного рудного тела располагают скважины большого диаметра. Взрывание блока корот­ козамедленное, причем взрыв оконтуривающего ряда наклонных скважин производится с некоторым опережением относительно взрыва скважин большого диаметра. Созданная в результате взрыва кон­ турных скважин отрезная щель служит своего рода препятствием для разрушения пород лежачего (висячего) бока рудного тела энер­ гией взрывной волны от скважин большого диаметра.

41

Таким образом, применение комбинированного метода с пред­ варительным отделением рудного тела от массива является эффек­ тивным направлением технологии буровзрывных работ, обеспечива­ ющей высокое качество раздельной отбойки при разработке сложных месторождений.

Раздельная отбойка руды и вмещающих пород как наклонными скважинами уменьшенного диаметра, так и комбинированным мето­ дом эффективно только при разработке месторождений, представлен­ ных рудными телами относительно простой формы с достаточно четкими контактами с породой и постоянными элементами зале­ гания.

При отработке сложных рудных тел неправильной формы и с не­ постоянными элементами залегания возможно только совместное взрывание руды и вмещающих пород, которое осуществляется в основ­ ном однорядным способом. Разделение руды и породы в этом случае производится методом селективной экскаваторной выемки.

Исследования, выполненные в лабораторных и производственных условиях [12], показали, что при отработке сложных рудных тел на величину потерь и разубоживания руды оказывает влияние про­ цесс формирования развала горной массы. Следовательно, для сни­ жения потерь и разубоживания необходимо изыскать рациональные методы управления процессом формирования развала.

При однорядном взрывании скважинных зарядов методы управ­ ления процессом формирования развала очень ограничены из-за множества взаимосвязанных факторов, главными из которых явля­ ются: физико-механические свойства взрываемых пород, высота уступа, сопротивление по подошве, удельный расход ВВ, диаметр

ивысота заряда.

Для качественного дробления сильнотрещиноватых пород доста­

точен низкий удельный расход ВВ, так как они оказывают незна­ чительное сопротивление взрывному разрушению. В результате взрыва образуется развал более компактный, со спокойной поверх­ ностью. Вследствие этого руда незначительно перемешивается с пс^ родой.

При применении повышенного удельного расхода ВВ в крупно­ блочных труднодробимых породах неизбежны значительные затраты энергии взрыва на выброс, что приводит к образованию развала взорванной горной массы шириной до 40—50 м. В результате этого происходит значительное перемещение с одновременным перемеши­ ванием руды с вмещающими породами, что, в свою очередь, при­ водит к росту потерь и разубоживания руды при экскаваторной выемке.

Опыт показывает, что при отработке сложных рудных тел одно­ рядное взрывание, практикующееся на многих месторождениях, не целесообразно, так как приводит к перемешиванию руд и пород и увеличению потерь и разубоживания руды при экскавации. Наи­ более целесообразно в данных условиях однорядное взрывание на неубранную горную массу.

42

Этот метод взрывания находит все более широкое применение на отечественных и зарубежных карьерах. Взрывание на неубран­ ную горную массу первоначально использовалось для повышения качества дробления пород взрывом. После его внедрения в условиях сложных рудных тел было установлено, что этот метод позволяет также улучшить условия селективной выемки руды. Сокращение потерь и разубоживания руды дало основание к применению одно­ рядного взрывания на неубранную горную массу при разработке сложных месторождений. Метод получил признание и широко был использован при разработке Баурдинского месторождения [17], а в настоящее время применяется на Кургашинканском и Кальмакырском карьерах. Применение этого метода особенно удобно в условиях ограниченного фронта работ (небольших рабочих площадках) в карь­ ерах с ж.-д. транспортом, так как помимо улучшения условий раз­ дельной погрузки руды предотвращается завал путей при взрыве.

Экспериментальные исследования [12] показали, что наиболее прогрессивной технологией буровзрывных работ при разработке сложных месторождений является многорядное короткозамедленное взрывание, и, особенно взрывание на неубранную горную массу.

В результате широкого внедрения многорядного короткозамед­ ленного взрывания стало очевидным, что этот метод с применением наиболее прогрессивных схем обеспечивает полное сохранение перво­ начальной геологической структуры блока. Перемешивание руд с породой в приконтактной зоне, за исключением верхней части уступа, практически не происходит.

Применение этого метода не требует больших изменений в суще­ ствующих параметрах буровзрывных работ. Применение многоряд­ ного короткозамедленного взрывания на неубранную горную массу позволяет помимо снижения потерь и разубоживания руды добиться улучшения технико-экономических показателей буровзрывного ком­ плекса в целом.

§ 3. Повышение эффективности шарошечного бурения

Как отмечалось выше, в настоящее время на открытых горных работах для бурения взрывных скважин в основном применяют станки шарошечного бурения. Широко внедряются усовершенство­ ванные станки 2СБШ-200 и СБШ-250.

В 1970 г. на меднорудных карьерах страны более 90% объемов буровых работ выполнено станками шарошечного бурения. На мно­ гих из них достигнуты высокие показатели работы и использования станков СБШ-250 (табл. 16).

Дальнейшее совершенствование станков шарошечного бурения направлено на повышение надежности конструкции, увеличение мощности, создание современных моделей, обеспечивающих бурение вертикальных и наклонных скважин диаметром 243 и 269 мм, а также замены низкопроизводительных поршневых компрессоров ЭК-9М на винтовые типа ВК-11 производительностью 25 м3/мин.

43

Выпускаются станки СБШ-250МН с верхним приводом вращения бурового става, с плавным изменением частоты вращения. Предусмат­ ривается полная механизация вспомогательных операций.

С 1973 г. изготовляются тяжелые шарошечные станки СБШ-320 для бурения скважин диаметром 295 и 320 мм в породах высокой крепости [50]. Осуществляется модернизация станков БАШ-250

идругих буровых станков.

Впоследние годы на многих карьерах страны проводятся иссле­

дования по определению области рационального применения буро­ вых станков в соответствии с конкретными горно-геологическими условиями месторождения [121].

Ведутся изыскания соответствия технической вооруженности свойствам разрабатываемых пород и оптимизации технологических процессов.

Оптимизация процесса бурения сводится к изысканию парамет­ ров режима бурения для получения экономически целесообразной проходки на долото. Основой оптимизации параметров в нашей стране являются максимальные показатели проходки и механиче­ ской скорости бурения.

За основу оптимизации параметров режима бурения в США принят износ долота по вооружению и по опоре. Фактический износ долота сравнивается с эталонным («нормального» износа) долотом. На основании анализа отклонений от «нормального» износа даются рекомендации по изменению параметров режима бурения [35].

Установление оптимальных параметров режима шарошечного бурения для конкретных условий является ответственной инженер­ ной задачей, преследующей цель повышения эффективности буровых работ, повышающей производительность и снижающей себестоимость добычи полезных ископаемых.

На открытых разработках за рубежом, например в США, харак­ терным является широкая номенклатура станков шарошечного бурения. В настоящее время изготовляются свыше 30 типоразмеров станков с диаметром бурения от 100 до 400 мм, осевым давлением 5—40 тс. Практикой установлено, что стоимость бурения скважин большого диаметра часто бывает ниже стоимости бурения скважин малого диаметра вследствие того, что с увеличением диаметра увели­ чиваются механическая прочность и надежность как самого станка, так и бурового инструмента [104].

Следует отметить, что возможности шарошечного способа буре­ ния используются не полностью.

Одним из возможных направлений повышения технико-экономи­ ческих показателей бурения скважин шарошечными станками является оптимизация и автоматизация процесса бурения, оптималь­ ный выбор диаметра и сетки взрывных скважин в увязке с работой экскаваторов, что в конечном счете связано с трудовыми и стоимост­ ными затратами на 1 м3 взорванной горной массы.

45

может быть выполнена только при наличии специальной контроль- но-регистрирующей аппаратуры.

В настоящее время выбор диаметра и сетки скважин в зависи­ мости от физико-механических свойств горных пород осуществляется эмпирическим путем с субъективно-визуальной оценкой разрушае­ мых пород, что нередко ведет к существенным ошибкам. Поэтому разработка методов и средств, позволяющих объективно оценивать

логично изменению прочности пород при сжатии и растяжении изме­ няются и другие механические свойства. Так, по абразивности породы Кальмакырского карьера относятся к классу среднеабра­ зивных пород (классификация Л. И. Барона, А = 30 45 кгс), за исключением известняков амфиболитов, отнесенных к классам весьма малоабразивных пород (А = 0,2 5 кгс).

Коэффициент крепости является основной характеристикой гор­ ных пород. Изменение коэффициента крепости сопровождается изменением всех других характеристик физико-механических свойств горных пород (рис. 10). Таким образом, показатель крепости пород

46

можно считать преобладающим при выборе технологических пара­ метров буровых работ. С заменой шарошечных станков устаревших конструкций (БСШ-2м и БСВ-3) на новые значительно улучшились показатели работы буровых станков (рис. И , 12).

Однако исследования процесса шарошечного бурения показали,

Однако эти приборы предназначены лишь для визуального кон­ троля. Кроме того, невысокий класс точности, необъективность визуального отсчета, сильный уровень вибрации, накладываю­ щийся на показания, не дает возможности взять уверенно даже усредненный отсчет из-за частых изменений и колебаний стрелоч­ ного указателя.

Отмеченные обстоятельства обусловили использование для ре­ гистрации изменения показателей и режимных параметров бурения электроизмерительной аппаратуры, которая была разработана СКФ ВНИКИ ЦМА.

Аппаратура состоит из пяти датчиков с электрическим выходом, электронного блока согласующих усилителей и пятиканального самопишущего прибора типа Н-320.

* Экспериментальные работы проведены под руководством и при уча­ стии канд. техн. наук А. Г. Емельянова.

48

Спомощью аппаратуры регистрировались следующие показатели

ипараметры: механическая скорость бурения, м/ч; давление напора в гидросистеме, кгс/см2; давление подпора в гидросистеме, кгс/см2; нагрузка на двигатель бурового става, А; расход воздуха на очистку скважины от шлама, м3/мин.

В связи с тем что свойства пород в верхнем слое уступа значи­ тельно изменены предшествующими взрывными работами, регистра­ ция показателей при бурении первых двух метров не произво­ дилась.

В процессе бурения через каждые 4 м отбиралась проба бурового шлама и производился анализ его гранулометрического состава, который устанавливался последовательным просеиванием в ситах

Рис. 12. Рост коэффициента использования буровых станков к календарному времени

с размерами ячеек 15, 8, 5 и 3 мм. Затем каждая фракция взвешива­ лась и по соотношению определялось процентное содержание их в оставшейся смеси и средневзвешенный диаметр данных фракций.

Кроме того, в массовом порядке на всех станках и по различным породам коллективом лаборатории БВР института Средазнипроцветмет * были выполнены хронометражные наблюдения с записью показаний рабочих приборов станка.

Следует отметить, что полученный объем экспериментальных работ и промышленных испытаний выполнен благодаря помощи инженерно-технических работников Кальмакырского карьера и при их непосредственном участии в проведении работ **.

Промышленные исследования процесса шарошечного бурения на Кальмакырском карьере с применением контрольно-регистрирующей аппаратуры позволили выявить резервы технических возможностей

* В проведении хронометражных наблюдений участвовали Н. Г. Черед­ ниченко, В. Н. Мирин, П. Ф. Романенко, К. А. Загирова, Н. Ф. Коробеико,

Л. А. Смышляева.

**В проведении промышленных испытаний принимали участие А. Н. Ма-

тыцин, А. И. Шабанов, Л. А. Ермошкин, А. X . Афлятунов.