Характеристика ведения буровзрывных работ на рудных карьерах

На большом числе рудных карьеров полезное ископаемое и вскрыша представлены скальными горными породами с высокими показателями трудности разрушения. Плотные и мягкие горные породы имеют небольшой удельный вес в общем объеме разрабатываемых пород. Поэтому большинство горных пород разрабатываются после их предварительной подготовки к выемке взрывным способом.

Основу бурового парка на рудных карьерах составляют станки шарошечного бурения. Наиболее часто используются станки СБШ-250 (СБШ-250МН). Так на железорудных карьерах в 1990 г. из 414 шарошечных буровых станков 380 составляли станки СБШ-250, станки 2СБШ-200 — 33 штук, а станков СБШ-320 только 1. Кроме того на железорудных карьерах использовалось 16 термических буровых станков (СБО-160/20 — 12 штук и СБТМ-20 — 4 штуки) и 7 шнековых.

Буровые станки других типов не получили широкого распространения на рудных карьерах. Шнековое бурение не может применяться на крепких горных породах. Пневмоударные буровые станки применяются на карьерах малой производственной мощности, а на крупных карьерах только на вспомогательных работах.

При взрывании крепких и особенно вязких горных пород качество взрывных работ во многом определяется проработкой подошвы уступа. Для размещения большого количества BB в нижней части скважин на рудных карьерах находит применение расширение скважин в местах размещения заряда ВВ. При использовании термических буровых станков расширение скважин достигается за счет изменения режима бурения. При шарошечном бурении используются различной конструкции расширители.

Лучшей проработке подошвы уступа, особенно при большом сопротивлении по подошве уступа, способствует парносближенное расположение скважин.

На железорудных карьерах в настоящее время используется 13 буровых станков комбинированного бурения СБШ-250МНР. Станок вначале бурит скважину шарошечным долотом, а затем расширяет ее нижнюю часть до диаметра 600 мм с использованием высокотемпературных струй. Использование буровых станков с расширением скважин позволяет увеличить сетку расположения скважин, отказаться от перебура скважин без снижения качества подготовки горной массы к выемке. По данным Лебединского ГОКа производительность станков СБШ-250МНР по обуренной горной массе увеличивается в 1,8-2 раза по сравнению со станками СБШ-250МН. Часто на рудных карьерах усложнение производства буровзрывных работ связано с обводненностью скважин. Наличие воды в скважинах снижает производительность буровых станков, способствует заиливанию и заваливанию скважин. Перед зарядкой скважин требуется откачка воды и чистка скважин. Для заряжания используются дорогостоящие водоустойчивые ВВ. Ho и в атом случае не исключаются отказы взрыва зарядов из-за замокания ДШ.

На железорудных карьерах доля обводненных скальных массивов составляет 64%. Взрывание же обводненных массивов обходится в 2-2,5 раза дороже, чем сухих.

На карьерах, работающих в постоянномерзлых породах, происходит обмерзание скважин и образование ледяных пробок в устьях скважин при длительном их хранении. Значительно замедлить эти процессы возможно за счет тщательного закрытия пробуренных скважин.

При сильном обводнении скважин и их обрушении при длительном стоянии практикуется, по специальному разрешению горнотехнической инспекции, зарядка скважин вслед за бурением. Пробуренные скважины заряжают с некоторым отставанием. При этом соблюдается комплекс мер, направленных на обеспечение безопасности ведения работ на блоке.

На взрывных работах на рудных карьерах используют различные типы BB: гранулированные, водосодержание и порошкообразные. Ряд карьеров с успехом применяют горячельющиеся ВВ. По конструкции применяют сплошные и рассредоточенные заряды. Зарядка скважин производится с применением механизации и вручную. Так для механизации зарядки скважин на железорудных карьерах используется 51 зарядная машина (СУЗН-5А — 15 штук, МЗ-3 — 17 штук, МЗ-4 — 15 штук, МЗ-8 — 4 шт.) и 34 забоечных машин ЗС-1М.

Рациональный объем взрываемого блока на вскрышных породах равен месячной производительности экскаватора. При ограниченной длине фронта горных работ возможно подготовить необходимый объем горной массы при большом количестве рядов скважин. В этих условиях приобретает большое значение управление взрывом для получения необходимых параметров развала. На рудных карьерах широко используются различные схемы короткозамедленного взрывания, в частности врубовые, диагональные, взрывание с подпорной стенкой.

При высокой насыщенности рабочей зоны карьера оборудованием проведение массовых взрывов связано с большими потерями времени на вывод оборудования из опасной зоны, демонтажем и последующим монтажем железорудных путей, линий электропередач и выполнением других вспомогательных работ. Для сокращения простоев оборудования при проведении массовых взрывов на ряде карьеров практикуют одновременное взрывание нескольких блоков, расположенных на смежных горизонтах в одной зоне карьера. Такое каскадное взрывание требует четкого планирования и организации работ, но позволяет значительно снизить издержки при проведении массовых взрывов.

Величина потерь и разубоживания руды при разработке сложноструктурных уступов во многом определяется порядком ведения буровзрывных работ. Выемка различных типо-сортов руды или раздельная выемка полезного ископаемого и пустых пород осуществляется либо при совместном их рыхлении с последующей селективной выемкой, либо при раздельном рыхлении с последующей валовой отгрузкой каждого типо-сорта руды и пустых пород.

Раздельное рыхление заключается в разновременном взрывании разнотипных полезных ископаемых или полезного ископаемого и пустой породы. После взрывания одной разновидности полезного ископаемого, другая его разновидность или пустая порода взрывается только после полной отгрузки первоначально взорванных пород. Здесь разделение пород по типам происходит в процессе взрывных работ, поэтому отпадает необходимость в раздельной выемке.

Параметры и организация буровзрывных работ при раздельном рыхлении обусловливаются в первую очередь пространственным размещением полезного ископаемого в пределах уступа. Опыт показывает, что при подходе фронта работ со стороны висячего блока к маломощным крутопадающим залежам, наилучшие результаты раздельного рыхления получаются при взрывании наклонных скважин, угол наклона которых близок к углу падения залежи. Схема раздельного взрывания в таких условиях приведена на рис. 8.1,а. При разработке более мощных залежей, а также при подходе к залежи со стороны лежачего бока более рациональным является применение вертикальных скважин (рис. 8.1,6).

При наклонном и пологом падении контактов полезного ископаемого со вмещающими породами раздельное рыхление при полной высоте уступа приводит к большим качественным и количественным потерям полезного ископаемого. В этом случае эффективно раздельное рыхление с разделением уступа на подуступы. По верхнему подуступу забуривается блок скважин длиной равной длине контакта по фронту уступа и шириной на всю ширину контакта. После взрывания производится уборка взорванных пород с подъемом экскаватора на подуступ. Уборка пород может производиться с погрузкой в автомашины, подаваемые на подуступ, или со сбросом пород с подуступа на нижнюю площадку уступа. После уборки пород верхнего подуступа производится обуривание и взрывание блока по нижнему подуступу.

Ширина контакта, а следовательно и взрываемого блока, должна обеспечивать работу горного оборудования на подуступе. При сбросе пород с подуступа на нижнюю площадку уступа ширина площадки подуступа (взрываемого блока) должна составлять:

где Rк — радиус вращения кузова экскаватора, м;

bx — ширина хода экскаватора, м;

m = 1 м — зазор между кузовом экскаватора и нижней бровкой уступа;

z — ширина призмы возможного обрушения, м.

Ширина площадки подуступа связана с углом падения контакта следующей зависимостью:

где Hy — высота уступа, м;

aк — угол падения контакта, градус.

Минимальная ширина площадки подуступа при работе экскаваторов ЭКГ-5А и ЭКГ-8И соответственно составляет 12,5 и 15,5 м при высоте уступа 15 м. Образовать площадки такой ширины возможно при углах падения контакта под углом не более 26-30°.

При погрузке автомашин на подуступе ширина площадки подуступа должна составлять порядка 25 м. Это достигается при угле падения контакта не более 17°.

При разделении уступа на подуступы возрастают затраты на буровзрывные работы. Это связано с увеличением суммарного объема бурения за счет сгущения сетки скважин, увеличения числа пере-буров скважин, роста удельного расхода ВВ. Затраты на рыхление возрастают в 1,8-2,2 раза. Кроме того, несколько увеличиваются расходы и на экскавацию горной массы. Эти дополнительные расходы должны быть компенсированы за счет снижения в 2-2,5 раза потерь и разубоживания полезного ископаемого. Поэтому ведение раздельного рыхления за счет разделения уступа на подуступы эффективно при разработке денных руд. При применении этого метода следует учитывать снижение скорости подвигания фронта работ в зоне контакта.

При перемежаемости сортов полезного ископаемого или руды и вскрыши по фронту уступа раздельное рыхление достигается за счет выборочного взрывания участков уступа. При этом длина взрываемых блоков, количество рядов скважин определяется параметрами участков разнотипных пород. Взрывание смежных участков разнотипных пород возможно только после уборки пород ранее взорванного блока.

Совместное рыхление производится в основном там, где рудные тела имеют неправильную форму и непостоянные элементы залегания, то есть в тех случаях, где раздельное рыхление не обеспечивает селективного выделения различных пород. Разделение разнородных пород осуществляется только в процессе селективной выемки. При совместном рыхлении стремятся к наименьшему перемешиванию горной массы в процессе взрывания, то есть к наименьшей трансформации естественной структуры взрываемого блока. Это достигается при использовании многорядного короткозамедленного взрывания, а также при уменьшении ширины развала пород после взрыва. Уменьшение ширины развала возможно получить за счет применения специальных схем взрывания или взрывания с подпорной стенкой из неубранных пород (рис. 8.1,в). При взрывании в зажиме улучшается равномерность дробления горных пород и в то же время происходит наименьшее сдвижение слоев, благодаря чему в максимальной степени сохраняются первичные контакты рудных слоев с вмещающими породами. Это создает благоприятные условия для селективной выемки. Некоторое увеличение удельного расхода BB при взрывании в зажиме (на 15-25%), как правило, компенсируется снижением потерь и разубоживания при раздельной выемке разрыхленной горной массы.

Технология разработки пологих приконтактных зон с разделением уступа на подуступы может быть заменена на технологию, предусматривающую многорядное короткозамедленное взрывание с подпорной стенкой из неубранных пород на всю высоту уступа с послойной экскавацией.

Для проведения селективной выемки, особенно при невидимых контактах рудных тел, важно прогнозирование их положения в развале. Исследования размещения горной массы в развале после взрыва показали, что наименьшей трансформацией естественной структуры подвергается слой, расположенный в нижней части уступа. Схемы размещения частей уступа в развале взорванных пород при четырехрядном короткозамедленном взрывании на свободную поверхность и с подпоркой стенкой приведены на рис. 8.2.

В некоторых случаях для уменьшения смешивания пород при взрыве применяют взрыворазделение пород. Оно осуществляется за счет специальной конструкции зарядов BB в скважинах, которые позволяют осуществить выброс части пород уступа в периферийную часть развала и нормальное рыхление остальных пород в блоке. Взрыворазделение пород облегчает селективную разработку развала за счет применения простой раздельной выемки вместо сложной и способствует снижению потерь и разубоживанию руды.

С уменьшением диаметра скважин существенно снижается величина потерь и разубоживания полезного ископаемого. Поэтому для руд весьма и исключительно трудновзрываемых (IV и V классы) в целом рациональны меньшие диаметры скважин, чем для аналогичных по физико-технологическим характеристикам вскрышных пород. Уменьшения диаметра буровых скважин на рудных блоках можно добиться за счет использования специальных буровых станков для обуривания руды или использования для бурения на этих блоках долот меньшего диаметра из возможных для использования на буровом станке данной модели.

Добытая руда большинства карьеров при переработке подвергается дроблению и измельчению. На ряде предприятий взрывание рудных блоков производится с большим удельным расходом BB, чем на аналогичных вскрышных блоках. Этим достигается более мелкое дробление руды и снижение затрат на экскавацию и транспортирование. Увеличение затрат на взрывание работы компенсируется снижением расходов при дроблении и измельчении руды. У некоторых типов железных руд при увеличении удельного расхода BB улучшается раскрытие рудных зерен, что способствует увеличению извлечения железа в концентрат.