Влияние особенностей строения массивов и их генезиса на эффективность взрывной рудоподготовки железистых кварцитов

УДК .622.235.4002.2 В.Н. Анисимов

ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ МАССИВОВ И ИХ ГЕНЕЗИСА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗРЫВНОЙ РУДОПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ

Семинар № 3

Сложноструктурные массивы железистых кварцитов в результате особенностей их генезиса обладают широким спектром свойств влияющих на показатели взрывной РУДОПОДГОТОВКИ.

При проектировании параметров БВР эти особенности не всегда учитываются из-за их сложности, многообразия и отсутствия системы которая позволяла бы учитывать закономерностей строения массива при взрывной рудоподготовке.

Изменения структуры минералов, вызванные взрывным нагружением обусловлены взаимодействием волн напряжений с несовершенствами кристаллической решетки в объеме минералов и по границам зерен.

Работы, связанные с исследованием и разработкой рациональных параметров взрывной рудоподготовки для сложноскладчатых участков на примере карьера Стойленского ГОКа включили в себя детальное изучение основных закономерностей складчатой структуры месторождения трещиноватости (блочности), вещественного состава и прочностных свойств железистых кварцитов.

Для проектирования параметров БВР сложноструктурных массивов важной и неотъемлемой частью исходной информации является информация о геологоструктурных особенностях железистых кварцитов, которые включают в себя комплекс структурных характеристик массива: особенности вещественного состава, трещиноватости, блочности, прочностных

свойств, пространственное положение элементов складчатой структуры в пределах взрываемых блоков.

На основании анализа теоретических исследований, имеющейся геологической информации (геологических карт, отображающих складчатую структуру месторождений) натурных наблюдений, выявлены основные закономерности расположения сети тектонических трещин, что делает возможным прогнозирование параметров БВР по степени трещиноватости, блочности, прочностным показателям на площадях еще не вскрытых горными работами (рис. 1).

Основные пликативные структуры на Стойленском месторождении представлены многосложными антиклинальными и синклинальными складками, внутренние приосевые зоны которых образованы утолщенными замками частных складок. Эти зоны являются наиболее крупноблочными. На геологических картах выделены приосевые (внутренние) зоны и наружные части (крылья) сопряженных антиклинальных и синклинальных складок, различающиеся по категории трещиноватости и коэффициенту крепости пород. Эти зоны имеют вид полос, вытянутых в северозападном направлении и чередующиеся в поперечном сечении складчатой структуры (рис. 2).

В толще железистых кварцитов развиты тектонические трещины, сопряженные со складчатостью. Для Стойленского месторождения характерны трещины отрыва

Условные обозначения I I «Х»Ш1

!*•*.'*4

Г..ДТ N «V <1

/ Л

- ™ШШ

*•-- • \ •• и ^'г. • 1*4» л**"' /

хГ* \?/ ^ Л^' ^ ~

** /•* V*«« ' “«•. ..-г ч. ♦ ЛЧ£8К: Ж \&м

4-

Им»

©

V

V

Уч«сих^мам

Юри»<тачия прмхм«а к» с с ада

осшеитщ** Треи»*

-н«рмл*м« фроита работ

ютов >*&* иоыт

Распогоятт кубелых учктао* ммс**

Рис. 1. Формирование фронта работ, направления вектора потока энергии взрыва заряда ВВ и мест заложения врубов в зависимости от пространственного положения элементов сложноструктурных массивов железистых кварцитов

северовосточного простирания и трещины Трещины в массиве образуют сеть, то скалывания северо-западного простирания есть закономерно построенную совокуп-

с наклонными и с субвертикальными уг- ность трещин, обусловленную взаимными

лами падения. пересечением трещин разных систем. Вы-

10 1

Приосевая зона

Ось шарнира складки /Й Ориентация трещин

Негабарит из ядра складки

Ядро складки

Рис. 3. Элементы приосевой зоны, ядра складки и ориентации трещин

деляются тектонические трещины пяти систем. Каждая из них определенным образом ориентирована по отношению к простиранию складок, их шарнирам и слоистости пород (см. рис. 3).

Общие закономерности относительного расположения тектонических трещин, связанных с одним актом деформации. Можно представить в виде эллипсоида деформации, они дополняются трещинами отрыва расположенная параллельно оси С и перпендикулярно оси А.

Короткая ось эллипсоида деформации ориентирована перпендикулярно к простиранию складчатости.

Трещины первой системы - послойные или продольно параллельные трещины (продольные относительно простирания осевых поверхностей скла-док и параллельные относительно слоистости). Образование их связано с межслоевым скольжением, которое происходило при изгибе пластов в процессе складкообразования.

Трещины второй системы - поперечные нормально секущие слоистость трещины отрыва (расположены поперек

складчатости и слоистости), почти перпендикулярные шарнирам складок.

Трещины третьей системы - продольные нормально секущие слоистость трещины отрыва, субпараллельные шарнирам складок.

Трещины четвертой системы - суб-продольные кососекущие слоистость трещины скалывания, ориентированы вдоль складок субпараллельно осевой поверхности.

Трещины пятой системы, диагонально косо секущие слоистость трещины скалывания образуют с шарниром складок в плоскости углы по 35-45°.

Трещины второй системы всегда перпендикулярны или почти перпендикулярны шарниру складок, а трещины третьей системы перпендикулярны или почти перпендикулярны к трещинам второй системы.

Наиболее распространение имеют трещины первых трех систем. Взаимно пересекающиеся ряды этих трещин расчленяют массив на структурные блоки па-раллелепипедальной, иногда призматиче-

Рис. 4. Схема коммутации зарядов ВВ блока М 28

ской формы с преобладанием размеров в пределах от 30x50x60 до 80x120x50 см.

Размеры и форма тектонической делимости пород в складчатых структурах изменяется по элементам складок: для

крыльев характерны призматические и па-раллелепипедальные, а для замков кубические формы, причем размеры в замках складок увеличиваются в 1,5-2,5 раза. Эту естественную блочность массива необходимо учитывать при производстве буровзрывных работ.

Выполненный анализ геологоструктурных особенностей и железистых кварцитов позволил сформулировать следующие рекомендации для проектирования параметров БВР сложноструктурных массивов:

• при картировании масштаба 1:1000 на геологической документации необходимо уточнять положение осевых поверхностей пликативных структур;

• при производстве буровзрывных работ в карьере помимо категории трещиноватости и коэффициента крепости в кварцитах определенного петрографического состава необходимо учитывать угол

падения шарниров складок и пространственное положение структурно неоднородных зон, которые могут играть роль волноводов и существенно влиять на сейсми-ку взрыва;

• фронт горных работ ориентируют вдоль приосевых зон синклинальных и антиклинальных складок с учетом простирания и угла падения слоев;

• в приосевых зонах осуществляют большее энергонасыщение массива (сужение сетки скважин, более мощное ВВ, специальные схемы коммутации зарядов и

др.);

• вруб (врубы) располагают в при-осевой зоне синклинальных складок: диагональные ряды скважинных зарядов располагают с обеспечением отбойки от оси синклинали вглубь массива в сторону соседней антиклинали, то есть с отделением и перемещением отбитой массы по падению слоев. При наличии нескольких врубов их инициируют одновременно.

Анализ результатов геологических полевых и лабораторных методов исследования показал, что на состояние микроструктуры, а, следовательно, на техноло-

Рис. 5. Разрез 1У-к+200

гические свойства железистых кварцитов влияет характер складчатости. Железистые кварциты в приосевых зонах складок, размер которых составляет 0,1-0,15 ширины складки, обладают худшими технологическими свойствами. Это обусловлено меньшим на 2-3 % содержанием железа, меньшим размером зерен магнетита, его агрегативностью, более сложными границами минеральных срастаний. Железистые кварциты в приосевых зонах характеризуются меньшей степенью трещиноватости и худшей взрываемостью.

Совместное измельчение железистых кварцитов из внеприосевых зон и приосевых зон ведет к переизмельчению зерен магнетита из внеприосевых зон и увеличению потерь железа.

При лабораторных исследованиях установлено, что оптимальное удельное энергонасыщение в приосевых зонах складок при взрывоподготовке определяется степенью отличия пород, расположенных в них, от пород, расположенных вне их, и зависит от параметров складки.

Результаты исследований по определению оптимального соотношения удель-ного энергонасыщения вне и внутри приосевой

зоны при различных ширине и минералогическом типе железистых кварцитов показали, что имеется оптимальное значение удельного энергонасыщения в приосевой зоне, при котором необходимая степень раскрытия рудных минералов достигается при наибольшем среднем диаметре рудных зерен, что увеличивает значение магнитной восприимчивости и снижает значение коэрцитивной силы и остаточной намагниченности измельченной руды. Это изменение прочностных и магнитных свойств обуславливает увеличение выхода нерудной фракции +0,14 мм и наибольший прирост содержания железа в концентрате при магнитном обогащении [4].

Установлено, что для каждого технологического типа железистых кварцитов, в зависимости от исходного состояния его микроструктуры, существует предельное значение амплитуды взрывного нагружения, при котором начинаются необратимые пластические деформации в зернах магнетита. Накопление дефектов происходит в основном по границам зерен породообразующих минералов, особенно кварцевых прослоях.

Рис. б. Разрез V-k+200

При амплитуде взрывного нагружения свыше 200 МПа изменения микроструктуры приводят к интенсивному росту трещин, видимых в оптический микроскоп.

В промышленных условиях уже проводилась оценка изменения состояния микроструктуры и технологических свойств железистых кварцитов взорванных с различным удельным расходом ВВ в приосевых зонах [4].

В качестве примера осуществления проектирования параметров БВР сложноструктурного массива железистых кварцитов можно привести Стойленское месторождение.

На основании результатов геологотехнологического картирования сложноскладчатого рудного массива месторождения на погоризонтных планах отображены главные направления синклиналей, Ci,Cii Ciii, Civ и антиклинелей AI Ajj (выделены пунктиром) , приосевые зоны синклиналей и антиклиналей (рис. 1).

Направление фронта горных работ ориентируют вдоль приосевых зон.

Врубы I, II, III, IV,V располагают в зоне синклиналей С i Cjj, Ciii, Civ .

На фронте работ в северо-западном и юго-восточном направлении направление отбойки ,вектор потока энергии взрыва устанавливают от оси синклиналей Ci, Cu вглубь массива в сторону соседней антиклинали Ai.no падению слоев.

В юго-восточном направлении фронта работ направление отбойки устанавливают от оси синклинали Ciib Civ в сторону соседней антиклинали Ап а от оси синклинали Civ иС„ в сторону антиклинали А2 Большее энергонасыщение массива в зоне антиклинальных складок AI А2 обеспечивают за счет одновременного инициирования врубов. На С-В направлении врубы I, 11. На юго-вос-точном направлении - врубы III- IV, IV-V.

В качестве результатов опытно -промышленной проверки концепции взрывной рудоподготовки сложноструктурных массивов железистых кварцитов можно привести блок № 28 (гор. -10) На основании анализа геоструктурных особенностей блок спроектирован и взорван по схеме формирования и инициирования двух врубов.

Контуры и положения блока № 28 в

Рис. 7. Схема развала горной массы блока Же 28 гор. -10

плане см. рис. 4.

Разрез по линии 1УК-150 рис. 5.

Схема развала горной массы блока № 28 см. рис. 6.

План расположения скважин и схема коммутации зарядов ВВ см. рис. 7.

Анализ распределения кусковатости по фракциям после взрыва в различных зонах развала (таблица) показывает, что в зоне Д сосредоточено до 73 % фракции < 250 мм, что позволяет сделать ввод о повышенной концентрации энергонасыщения в приосе-вой зоне антиклинали за счет соответствующей ориентации вектора потоки энергии взрыва и взаимодействия волн напряжений скважинных зарядов ВВ на указанной зоне. После взрыва блока кусков породы размером > 500 мм не наблюдалось. Проработка подошвы ниже проектной на 1

м, что также указывает на повышенную концентрацию энергии и эффективность взрывания при 2-х врубовой схеме КЗВ в соответствии с особенностями структурных элементов массива.

Анализ результатов исследования показывает, что увеличение энергонасыщения в приосевой зоне обеспечивает повышение качества концентрата при необходимой степени раскрытия рудных минералов без их переизмельчения, то есть на более ранней стадии измельчения.

Эксперименты в промышленных условиях показывают возможность создания неравномерного удельного энергонасыщения по взрываемому блоку при взрывной отбойке, на основе учета состояния микроструктуры железистых кварцитов в приосевых и внеприосевых зонах складок,

Фракции, мм Зоны блока № 28 гор. - 10 сред

В С Д Е К

мм % % % % % %

<250 67 70 73 64 60 69

250 23 22 13 27 25 22

500 10 8 4 9 15 9

>500 - - - - • -

что обеспечивает оптимальный режим их совместного измельчения. При этом необходимая степень раскрытия рудных зерен достигается на более ранних стадиях измельчения и повышается выход нерудной фракции крупностью +0,14 мм. Прирост

1. Ревнивцев В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов в соответствии с современными представлениями физики твердого тела. Труды Механобра, вып. 140., Л.,

производительности мельницы составляет 3,2 т/час, выход нерудной фракции крупностью +0,14 мм увеличивается на 1,01%, содержание железа в концентрате увеличилось на 0,05 %. Затраты на измельчение снижаются на 6 %.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1975. - С. 153-164.

2. Анисимов В.Н., Семёнов В.В. Взрывная ру-доподготовка сложноструктурных массив. Горный журнал №6 2003.

— Коротко об авторах

Анисимов В.Н. - Московский государственный горный университет.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

ДИССЕРТАЦИИ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КРАВЧЕНКО Денис Борисович Экономико-экологическое управление системной утилизации твердых бытовых отходов 08.00.05 25.00.36 к.э.н.

ТОМСКИЙ ГОСУД СИСТЕМ УПРАВЛ ДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

КОЛОДНИКОВА

Наталья

Владимировна

Алгоритмы и программное обеспечение тематического анализа многоспектральных аэрокосмических снимков земных покровов