Повышение эффективности взрывного перемещения многолетнемерзлых пород в выработанное пространство на вскрыше Кангаласского угольного разреза

1. Кочубей И.И., Пазынич А.Ю. Опыт производства буровзрывных работ на разрезе "Нерюнгринский" / Сб. статей и докладов "Проблемы взрывного дела", №1-2002, -М.: МГГУ, 2002, 25-34 с.

2. Заровняев Б.Н., КиприяновГ.О., Сорокин В.С. Особенности взрывного разрушения вскрышных многолетнемерзлых пород / Записки горного института. Физические проблемы разрушения горных пород. Сб. трудов Второй Междунар. Научной конфер. 25-29 сентября 2002 г., Санкт Петербург. Ч. 1, Санкт Петербург, 123-126 с.

3. Викторов С.Д., Сеинов Н.П. Пути совершенствования взрывных работ на угольных разрезах/Матер. Междунар. Конфер. "Взрывное дело - 99", 25-27 мая, МГГУ, 1999, 278 - 284 с.

— Коротко об авторах -----------------------------

Заровняев Б.Н. — Якутский государственный университет.

---------------------------- © Б.Н. Заровняев, Г.О. Киприянов,

В.А. Зарубин

Б.Н. Заровняев, Г. О. Киприянов, В.А. Зарубин

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД В ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО НА ВСКРЫШЕ КАНГАЛАССКОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА

1Т/4 настоящему времени накоплен некоторый опыт бестранс-

-»\ портной вскрыши на россыпных и угольных месторождениях Крайнего Севера. Эффективность ее возможно повысить существенным образом за счет частичного перемещения покрывающих пород в выработанное пространство при умелом использовании энергии взрыва.

Большинство угольных месторождений Ленского бассейна с его огромными запасами отличается благоприятными горногеологическими условиями для разработки открытым способом.

Одним из них является Кангаласское буроугольное месторождение, где залегают два пласта мощностью от 5 до 9 м. Мощность вскрышных пород, состоящих осадочных отложений четвертичного и нижнемелового возраста, не превышает 20 м (по правому берегу р. Золотинка).

Эти рыхлые породы под воздействием отрицательной температуры и образования льда цемента в их составе превратились в крепко армированные монолиты с высокими показателями вязкости и пластичности.

Развитие процесса разрушения мерзлых пород энергией взрыва можно представить вкратце следующим образом. После детонации ВВ распространение ударной волны и расширение газовой полости создают первичную сеть трещин, которые как бы оконтури-вают будущие отдельности.

Следующая стадия состоит в работе сдвига, осуществляемой за счет поршневого действия газообразных продуктов взрыва. В результате этого происходит окончательное нарушение связей между кусками пород и начинается вспучивание среды.

Максимальная зона интенсивного дробления мерзлых связных пород может быть достигнута при условии, если W = Rк, где W -расстояние от центра удлиненного заряда до откоса уступа, а Rк -критический радиус зоны разрушения, который непосредственно связан с формированием поля напряжений и расходом энергетического ресурса заряда ВВ на создание густой сети трещин до начала выброса породы.

Влияние качества дробления многолетнемерзлых пород на использование шагающего экскаватора ЭШ-10.70 в условиях Канга-ласского угольного разреза проявляется в большей мере, чем на

других карьерах республики. Это связано, в первую очередь, с длительной (более 30 лет) эксплуатацией драглайна в обычном исполнении, а также со склонностью взорванных пород к вторичному смерзанию, увеличивающему усилие копания, и к поломке рабочего органа экскаватора.

Схема и порядок экскавации, а также величина коэффициента сброса породы в выработанное пространство, устанавливаются исходя из конфигурации и параметров развала взорванной массы.

Управлению параметрами развала с одновременным обеспечением требуемой степени дробления мерзлых пород до настоящего времени уделено недостаточно внимания, хотя эффективность бестранспортной системы разработки во многом зависит от объема пород, перемещаемых в выработанное пространство энергией взрыва.

Для увеличения коэффициента сброса пород в контуры постоянных внутренних отвалов используются различные способы, которые нами разделены на три основные группы (см. диаграмму).

При выборе рациональных типов ВВ должны учитываться их энергетические характеристики и продолжительность взрывного импульса. При использовании ВВ с высокой скоростью детонации в мерзлых породах потери энергии в ближней зоне становятся более значительным также из-за интенсивного развития пластических деформаций и процесса уплотнения. В связи с этим для взрывных работ на вскрыше Кангаласского разреза нами были рекомендованы ВВ, имеющие в своем составе высококалорийные металлы (алюминий или магний). Они обладают высокой удельной энергией взрыва и детонируют с меньшим начальным давлением, в результате чего увеличивается полезная доля затрат энергии на дробление и перемещение (сброс) мерзлых пород.

По результатам многочисленных экспериментальных исследований установлено влияние удельного расхода ВВ на коэффициент разрыхления мерзлых пород, а также на параметры развала. Для обеспечения необходимого объема взрыводоставки горной массы с требуемым качеством ее дробления величину удельного расхода ВВ на породных уступах Кангаласского разреза следует принимать не менее 0,7 кг/м3.

При проведении опытно-промышленных взрывов значительное внимание уделялось распределению объемной энергии ВВ по длине скважины. В первую очередь было установлено, что массо-

вые взрывы на сброс эффективно производить при высоте уступа не менее 12 м. При этом достаточная энергонасыщенность мерзлого массива обеспечивается при диаметре скважин 230 мм и более. Взрывные скважины такого диаметра успешно бурятся станками 2СБШ-200 и СБШ-250МНА с использованием трехлопастных пикообразных долот, сконструированных сотрудниками Института горного дела Севера.

Для увеличения коэффициента сброса пород, который не превышает 0,30, рекомендуется применять наклонные скважины, и угол наклона их, особенно по первому ряду, следует устанавливать в зависимости от состояния породного массива. В летние месяцы происходит оттаивание мерзлоты с лицевой стороны уступа, которое приводит к выполаживанию откоса со значительным увеличением линии сопротивления по подошве. В этом случае предельный угол наклона скважин по первому ряду необходимо принять равным 600.

Максимальный объем сбрасываемой породы обеспечивается при порядных схемах КЗВ и числа рядов скважин на блоке не более 6-7. По опыту производства массовых взрывов интервалы замедления могут изменяться от 20 до 50 мс.

При взрывании мерзлых пород, характеризующихся преобладанием пластических деформаций, большая роль отводится качеству забойки. В связи с этим была предложена так называемая смерзающаяся забойка, материалом которой служила влажная буровая мелочь. Длину ее необходимо принимать не менее 4,5 м, она при соприкосновении с мерзлотой «прочно схватывалась» со стенками скважины и надежно закрывала ее устье.

Угол наклона буримых скважин

Значения коэффициента сближения зарядов по рядам

Парно сближенные скважины в первых рядах

Дополнительные укороченные заряды между рядами скважин

Качество забойки скважин

Схемы взрывания скважинных зарядов

Надежность инициирования зарядов по длине

Существенному повышению коэффициента сброса пород способствует применение метода парносближенных скважин, который положительно себя зарекомендовал при повышенной сопротивляемости мерзлых пород со стороны откоса уступа.

Для формирования усиленного плоского заряда на вскрышном уступе Кангаласского разреза были пробурены два ряда сближенных наклонных скважин.

Предложенные схемы взрывания систем плоских зарядов позволили повысить эффект сброса мерзлых пород при увеличенных значениях линии сопротивления по подошве.

Таким образом, различные способы увеличения коэффициента сброса пород, рассмотренные нами не в полной мере, могут привести к существенному улучшению технико-эконо-мических показателей бестранспортной системы разработки.

— Коротко об авторах ----------------------------

Заровняев Б.Н. - Якутский государственный университет, Киприянов Г.О., Зарубин В.А. - Кангаласский разрез.