Буровзрывные работы при камерных системах разработки

При камерных системах разработки с поточным ведением работ отбитая руда выпускается через одну-две выпускные выработки. Для доставки руды в очистном пространстве используется энергия взрыва.

Система с доставкой руды силой взрыва нашла довольно широкое применение в отечественной и зарубежной практике.

В 1961 г. на Лениногорском руднике ее применили для отработки панелей с углами падения 40, 20 и 17°. Максимальное расстояние доставки составляло соответственно 26; 23 и 17 м Полученные показатели производительности труда и себестоимости добычи 1 т руды оказались лишь немного ниже, чем при системе принудительного этажного обрушения, хотя мощность рудных тел отличалась в 3,5—4 раза (10—12 м против 45 м). Потери руды в одной панели составили 11,4%, в другой — 7,6%; разубоживание — соответственно 4,3 и 4,5%, что свидетельствовало о возможности расширения области применения системы. Изучение процессов доставки руды взрывом в лабораторных условиях методом моделирования на эквивалентных материалах, а также проверка полученных результатов в натурных условиях на рудниках «Западный» Ачисайского и им. 40-летня BЛKСM Лениногорского комбинатов позволили сделать следующие выводы.

При доставке руды взрывом в результате рассеивающего действия удлиненных зарядов и полученной кусками различной начальной скорости на почве камеры образуется остаток руды, неравномерно распределенной по длине камеры. Поэтому эффективность доставки следует оценивать не дальностью отброса отбитой руды, а ее количеством (в %), перемещенным на определенное расстояние. При этом существенное влияние на эффективность доставки руды оказывают ширина и высота очистного пространства. С их увеличением эффективность доставки возрастает. Следовательно параметры буровзрывных работ, обеспечивающие рациональное распределение BB по высоте отбиваемого слоя» необходимо экспериментально определять в зависимости от мощности рудного тела (высоты камеры).

2. При определением диаметре заряда существует оптимальная величина ЛHС, при которой достигается наибольший эффект доставки руды. С увеличением диаметра заряда эффективность доставки руды взрывом повышается.

3. В условиях Миргалимсайского месторождения (при метре скважин 60 мм) для отработки залежей мощностью 7—12 м с углом падения 20—35° доставка руды взрывом может быть использована как самостоятельный способ лишь на расстояние до 20—35 м. При большей длине камер ее можно применять лишь при условии периодической зачистки почвы. Две-три зачистки позволяют эффективно отрабатывать камеры длиной до 50 м. При отработке залежей с углом падения 0—20° мощностью 7—12 м доставка руды взрывом может при. меняться лишь как вспомогательное средство, позволяющее сократить общую длину механической доставки.

В условиях Риддер-Сокольного месторождения (при диаметре скважин 150 мм) для отработки залежей мощностью 6—15 м с углом падения лежачего бока 15—25° достаточно полная доставка может обеспечиваться на расстояния 18—25 м.

4. Отбойка руды с замедлением взрывания скважин в веере через одну с интервалом 10—12 мс на эффективность доставки не влияет. Отбойка двух слова со смешанным замедлением скважин снижает эффективность доставки взрывом. Отбойка руды двумя слоями допускается лишь при достаточном объеме рудоприемных выработок и интервале замедления между взрывами, обеспечивающем независимость полета отбитой руды из каждого слоя (более 150—300 мс).

Теоретические и экспериментальные исследования доставки руды силой взрыва, выполненные ИФЗ АН России, практически совпадают с выводами, полученными ВННИцветметом. В частности, в работе указывается, что при определенных начальных скоростях движения кусков, т. е. при соответствующей энергии BB, может быть получена приемлемая эффективность доставки руды не только на наклонных, но и на пологих залежах (20° и менее), даже при относительно небольшой мощности (порядка 5 м), что позволяет рассчитывать на значительное расширение области применения системы.

На основе изучения доставки руды взрывом в условиях наклонных месторождений, а также опыта отбойки руды вертикальными слоями в компенсационных и очистных камерах ВНИИцветметом в 1961 г. было предложено использовать этот способ доставки руды при разработке горизонтально залегающих рудных тел.

В связи с тем, что ранее в горнорудной практике не имелось примеров применения доставки руды взрывом по горизонтали, необходимо было сначала установить ее принципиальную возможность и лабораторных условиях, В исследованиях принимал участие H.В. Дронов.

Изучаемый процесс моделировали на эквивалентных материалах. Использованный метод широко применяется при исследовании закономерностей горного давления, а в последние 15—20 лет для исследований разрушения и направленного отброса руды взрывом при разработке рудных месторождений.

Методика предусматривала соблюдение подобия критериев, определяющих изучаемый процессе геометрических размеров модели и натуры, их начального состояния, пропорциональности основных физических констант. За основу принят общий закон динамического подобия Ньютона:

где F — силы, действующие в системах на сходственные точки; р —плотность в сходственных точках; L — линейные размеры сходственных систем (частиц); v — скорость сходственных точек (частиц) систем.

В формуле (3.2) и далее индексы «н» и «м» относятся соответственно к показателям натуры и модели.

Исходя из этого закона, нетрудно получить зависимости, позволяющие определить необходимые свойства эквивалентного материала (условия подобия):

где осж — предел прочности материала на сжатие; ор — предел прочности материала на растяжение; с — величина сцепления материала при сдвиге; Е — модуль упругости материала; у — плотность материала; ф — угол внутреннего трения материала; N — масштаб моделирования.

Таким образом, подбору эквивалентного материала должно предшествовать изучение физико-механических свойств пород натуры. Для упрощения задачи воспользуемся известными соотношениями между показателями прочности на сжатие, растяжение и сдвиг, определяемыми из типовой диаграммы прочности твердых горных пород; осж:ор = 8-12; осж:с = 4—5, а также значением углов внутреннего трения в условиях одноосного сжатия в пределах 35—43°.

Если рассматриваемые характеристики эквивалентного материала осж, ор, с и ф находятся в приведенных выше соотношениях, число условий подобия может быть сокращено до одного. Наиболее целесообразно подбор материала производить по показателю прочности на одноосное сжатие, который легко определяется экспериментально или исходя из коэффициента крепости.

Для соблюдения подобия результатов взрыва в натуре и на модели необходимо обеспечить равенство отношении затрат энергии на дробление материала к затратам энергии на его выброс. При этом будет соблюдаться подобие скоростей выброса материала при взрывании в натуре и в модели, а следовательно, и геометрическое подобие взрывной доставки. Последнее имеет место также потому, что коэффициенты аэродинамического сопротивления натуры и модели являются приближенно равными.

Для отброса руды взрывом на какое-то расстояние ей необходимо придать определенную скорость, которая определяется величиной заряда. При удлиненных зарядах подобие взрывной доставки будет обеспечено при соотношении диаметров зарядов в натуре и модели

где d — диаметр зарядов; р — плотность зарядов; k — коэффициент работоспособности BB (отношение работоспособности условного BB, принятой за единицу, к работоспособности применяемого BB), у— плотность взрываемого материала; N — масштаб моделирования (целое число).

Для изучения взрывной доставки в лабораторных условиях в качестве эквивалентного материала была принята песчано-цементная смесь при соотношении 6:4 кварцевого мелкозернистого песка и нормально твердеющего цемента марки 600. Консистенция смеси выбиралась из удобства укладки ее в модели и измерялась с помощью конусов (глубина погружения конуса составляла 6—8 ем). Как показали испытания стандартных образцов, данный материал вполне удовлетворяет требованиям механического подобия

В результате этих испытаний была установлена прямолинейная зависимость нарастания прочности эквивалентного материала модели от времени в интервале 1—5 сут.

Для имитации зарядов скважин на модели использовался детонирующий шнур, инициирование осуществлялось электродетонаторами.

Для соблюдения геометрического подобия линейных параметров модели и натуры (размеры отбиваемого слоя, ЛНС, расстояние между концами скважин и их длина) необходимо было определить масштаб моделирования. Так как диаметр заряда в модели был заданным, масштаб моделирования определялся в зависимости от его величины по формуле

Подстановка в формулу численных значений входящих в нее величин (dy=15 см, dм=0,i5 см, рн=0,62 г/см2, рм=0,425 г/см3, kп=0,875, kм=0,56, уп=2,8 г/см3, ум=2,15 г/см3) определила масштаб 1:N=1:43,

Учитывая различные соотношения между шириной и высотой очистных камер при разработке пологих и крутых рудных тел, необходимо было провести исследования применительно к этим двум случаям. Это диктовалось также и тем, что при крутом падении рудных тел боковая поверхность камер значительно больше и, стало быть, эффект торможения кусков руды при соприкосновении со стенками камер будет проявляться гораздо сильнее.

Исследования отбойки руды на эквивалентных материалах выполнены для условий рудников им. 40-летия BЛKCM Лениногорского комбината и им. XXII съезда КПСС Зыряновского комбината.