О влиянии глубины разработки на параметры отбойки руд на примере Гайского месторождения

УДК 622.281:622.272 © В.Н. Калмыков, С.С. Неугомонов,

М.В. Котик, А.А. Ахметов, П.Г. Попов, 2014

О ВЛИЯНИИ ГЛУБИНЫ РАЗРАБОТКИ НА ПАРАМЕТРЫ ОТБОЙКИ РУД НА ПРИМЕРЕ ГАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Приведены результаты исследований влияния тектонического поля напряжений и глубины разработки на параметры взрывных работ при отбойке камерных запасов руды на подземном руднике ОАО «Гайский ГОК» Ключевые слова: геомеханика, сейсмика, напряженное состояние массива, отбойка, буровзрывные работы.

Разработка Гайского месторождения в настоящее время связана с освоением запасов подземным рудником на глубоких горизонтах, достигающих 1000 м и более. Влияние естественного поля напряжений с увеличением глубины разработки становиться более ощутимым как при проходке горных выработок, так и на очистных работах.

С переходом фронта очистных работ на глубокие горизонты необходима корректировка параметров буровзрывных работ, что подтверждается данными практики. При оценке качества отбойки запасов камер на горизонтах 830-1075 м выявлено увеличение выхода негабарита, а также частые случаи недостаточной проработки горного массива взрывом. В результате неполной отбойки остаются целики на стадии оформления отрезной щели и отделения от массива запасов при взрывании зарядов первых вееров скважин. Данные факты свидетельствуют о значительном влиянии параметров силовых полей.

Анализом работ по оценке геомеханического состояния массива установлено, что поле напряжений массива пород характеризуется как типично тектоническое, в котором все главные напряжения являются сжимающими, а наибольшим по величине является горизонтальное напряжение субширотного направления (сх), ориентированное по азимуту 97°. Для вмещающих пород было установлено, что вертикальные напряжения примерно соответствуют весу налегающей толщи пород уИ, субмеридианальные горизонтальные напряжения (параллельные простиранию рудных

тел) составляют (0,9^1,0) уИ, а субширотные напряжения превышают вес налегающих пород в 1,7^1,9 раз [1].

Моделированием силовых полей, действующих в отбиваемом массиве, установлено, что увеличение глубины ведения очистных работ сопровождается ухудшением показателей действия взрыва и снижением зоны дробления заряда. Таким образом для достижения требуемого качества отбойки запасов очистных камер необходимо увеличивать удельный расход ВВ путем рационального размещения скважинных зарядов [2].

Исходя из положений волновой теории и инженерной сейс-мики оценить влияние естественного поля напряжений возможно путем сравнения коэффициента грунтовых условий (Ку) и соответствующей ему скорости смещения пород (V) на определенном расстоянии (г) от места взрыва в точках регистрации, расположенных по направлениям векторов главных напряжений [3].

Исследования выполнялись с использованием приборов регистрации вибраций и избыточного давления, позволяющих фиксировать скорость колебания грунта и давление фронта ударно-воздушной волны. Регистрация выполнялась по направлениям векторов главных напряжений массива в местах, расположенных на равном расстоянии от места взрыва. Схемы замеров (рис.1) предусматривали расположение сейсморегистрирующих датчиков по линии одного из векторов напряжений и одновременно в двух точках по взаимно перпендикулярным линиям соответствующих векторов напряжений (Рх-Ру, Ру-Р2, рх-ре). Замеры выполнялись на действующих горизонтах рудника, расположенных в отметках 990, 830 и 750 м.

Основная часть исследований проводилась при производстве взрывных работ проходческого цикла, тем самым снижалась погрешность полученных результатов, связанных с рассредоточением зарядов при схемах скважинной отбойки руды.

В ходе проведения исследований были зафиксированы величины скоростей колебания грунта от взрывов шпуровых зарядов на горизонтах 750, 830, 990 м. В качестве примера на рис. 2, 3 представлены сейсмограммы взрыва группы из 5 шпуровых зарядов и единичного шпурового заряда массой 2 кг при расположении датчиков по взаимоперпендикулярным направлениям главных горизонтальных напряжений на расстоянии 40 м от взрыва (гор. 750 м).

Рис. 1. Схема мест регистрации сейсмических колебаний в подземных выработках в зависимости от действующих векторов напряжений

Сейсмограммы показывают изменение величины скорости смещения (вертикальная ось), мм/с от времени (горизонтальная ось), с. Регистрация проводилась по трем взаимоперпендикулярным плоскостям: вертикальная (Vert) и две горизонтальных в зависимости от направления от места взрыва до места расположения приемных датчиков (Tran, Long), по которым определялся суммарный средний геометрический вектор скорости смещений и определяется фактическое значение коэффициента грунтовых условий.

В результате анализа полученных осциллограмм установлено, что скорости смещения изменяются в зависимости от направления горизонтальных напряжений: по субширотному направлению действия максимальной компоненты горизонтальных напряжений интенсивность взрывных колебаний в 1,5^1,8 раза меньше чем по субмеридианальному направлению. Суммарная геометрическая скорость по направлению Север-Юг (субмери-дианальное) составила 13,18 и 6,81 мм/с, а по направлению Запад-Восток (субширотное) - 5,14 и 2,98 мм/с, соответственно на расстояниях 100 и 170 м от взрыва в забое выработки.

Величина коэффициента грунтовых условий, полученная при регистрации взрывных возмущений на разных горизонтах также изменяется в зависимости от направления действия векторов напряжений. В результате исследований установлен характер изменения коэффициента грунтовых условий от глубины. Для гор. 990 м среднее значение Ку составило 4 м/с, а на горизонтах 750 и 830 м - 2,4 м/с.

б

.... ....

.... ____^________ к : . .

.... :::::::::::::::

.... .... ........_.,._.._

.... —1.-1--

.... ; 1 -----;-----;-----

....

.... -----;-----;-----

....

.... ....Л...Л....

0.0 1.0 2.0 3.0

Рис. 2. Сейсмограмма взрыва группы из 5 шпуровых зарядов при расположении геофонов по простиранию (а) и вкрест простирания (б) от места взрыва

1;

. . .

! ! !

.......1______ .

г

:::::::

- _______1______

_______;______;______;______

& .л ------ :

_______Г 'ГНГТ......... . _

_______1.______

1

_______!_______;______:.______:______:______

......1........... ...................

1.

-

г

........[-- ^ J

Рис. 3. Сейсмограмма взрыва единичного заряда при расположении геофонов по простиранию (а) и вкрест простирания (б) от места взрыва

а

б

При выемке запасов камер первых очередей отработки на глубоких горизонтах, рудный массив будет находиться в сложно -напряженном состоянии. Физико-механические свойства отбиваемого массива будут близки к свойствам образцов с учетом их изменения за счет масштабного фактора. По мере отработки будет происходить перераспределение напряжений по фронту очистных работ, начнут проявляться деформации, изменяющие состояние горного массива. Неизбежно раскрытие имеющихся и образование новых трещин. Поэтому обоснование параметров буровзрывных работ необходимо проводить с учетом изменения состояния массива [4].

В результате инструментальных наблюдений установлено, что горизонтальные компоненты тектонического поля напряжений не столь существенно влияют на физические параметры пород, характеризующие их разрушаемость при взрыве. Однако зарегистрированные изменения величины скорости смещений по глубине и горизонтальным векторам напряжений говорит о влиянии естественного поля напряжений на характер взрывных возмущений, т. е. распространение энергии взрывного импульса. В направлении преобладающего вектора напряжений (вкрест простирания) скорости смещения оказываются меньше чем по направлению, параллельном простиранию рудных тел.

С учетом дополнительного сопротивления пород разрушению за счет эффекта зажима, для обеспечения качественной отбойки и дробления массива необходимо увеличивать энергонасыщенность взрывного импульса на напряженных участках, что достигается увеличением удельного расхода ВВ при соответствующем сгущении сетки скважин. По результатам исследований установлено, что величина линии наименьшего сопротивления в зависимости от глубины меняется не столь значительно по сравнению с расстоянием между зарядами в ряду.

Проведенные расчеты по параметрам расположения зарядов с учетом влияния естественного поля напряжений показали, что для глубоких горизонтов Гайского подземного рудника 9901310 м для получения качественной отбойки и дробления рудной массы необходимо уменьшать величину линии наименьшего сопротивления до 2 м, а расстояние между зарядами в ряду -до 1,5 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Отчет о научно-исследовательской работе «Прогноз устойчивости и оптимизация параметров конструктивных элементов системы разработки с учетом действия статических и динамических напряжений при отработке Гайского месторождения» ИГД УрО РАН, / Зотеев О.В., Зубков А.В. /, 2008 95 с.

2. Лапин В.А. Совершенствование технологии взрывной отбойки на глубоких горизонтах медноколчеданных месторождений. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Магнитогорск 2002 г.

3. Пергамент В.Х, Атлас А.Б. Автоматизированный расчет безопасных условий сейсмики взрывов, Магнитогорск 1993 г.

4. Расчет параметров отбойки трещиноватых руд скважинными зарядами при системах разработки с твердеющей закладкой /Калмыков В.Н., Пергамент В.Х., Неугомонов С.С. //«Вестник МГТУ», 2009, №1. — С.22-24.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Калмыков Вячеслав Николаевич — доктор технических наук, профессор, pimpi@mgma.mgn.ru,

Неугомонов Сергей Сергеевич — кандидат технических наук, доцент, Котик Максим Вадимович, Ахметов А.А.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Попов Павел Геннадьевич - начальник участка №10 подземного рудника, ОАО «Гайский ГОК».

UDC 622.281:622.272

EFFECT OF DEPTH OF THE MINING ON PARAMETERS OF BREAKING ORE ON THE EXAMPLE OF GAI MINE

Kalmykov V.N., Doctor of Technical Sciences, Professor, prmpi@mgma. men. ru, Neugomanov S.S., Candidate ofTtechnical Sciences, associate Professor, CotikM.V., AkhmetovA.A.

Magnitogorsk state technical University G.I. Nosov,

Popov P.G., head plot No. 10 of the underground mine, Gaisky GOK.

Results on the effect of tectonic stress field and the depth of exploitation on the parameters of blasting chamber at breaking of reserves at the underground mine of «Gai GOK».

Key words: geomechanics, seismics, the stress state of the array, breaking, drilling and blasting.

REFERENCES

1. Otchet o nauchno-issledovatel'skoj rabote «Prognoz ustojchivosti i optimizacija paramet-rov konstruktivnyh jelementov sistemy razrabotki s uchetom dejstvija staticheskih i dinamicheskih naprjazhenij pri otrabotke Gajskogo mestorozhdenija» IGD UrO RAN (Report on the research work "stability Prediction and optimization of grouting parameters of structural elements of the system design taking into account the effect of a hundred-static and dynamic stresses at working Gai Deposit mining Institute, Ural branch of RAS) / Zoteev O.V., Zubkov A.V., 2008 95 p.

2. Lapin V.A. Sovershenstvovanie tehnologii vzryvnoj otbojki na glubokih gorizontah mednokolchedannyh mestorozhdenij (The improvement of technology blasting deep copper-pyrite deposits). Dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni k.t.n., Magnitogorsk 2002.

3. Pergament V.H, Atlas A.B. Avtomatizirovannyj raschet bezopasnyh uslovij sejsmiki vzryvov (Automated calculation of safe conditions seismic explosions), Magnitogorsk 1993.

4. Raschet parametrov otbojki treshhinovatyh rud skvazhinnymi zarjadami pri sistemah razrabotki s tverdejushhej zakladkoj (Calculation of parameters of blasting fractured ore borehole charges for development systems with hardening bookmark)/Kalmykov V.N., Pergament V.H., Neugomonov S.S. //«Vestnik MGTU», 2009, No 1. — P.22-24.