СПОСОБ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ
METHOD OF PERFORMING DRILLING-AND-BLASTING OPERATIONS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке скальных горных пород.
Известен способ скважинной отбойки горных пород на карьерах, включающий бурение взрывных скважин (М.Ф. Друкованный. Методы управления взрывом на карьерах. М.: «Недра», 1973). При отбойке скважин разрушение горных пород происходит не только в проектных контурах, но и за их пределами. Особенно это касается сложно-структурных массивов горных пород, которые отбиваются, как правило, при повышенном удельном расходе бурения и ВВ. За пределами проектных контуров отбойки наблюдается разрушение массива горных пород и интенсивное искусственное трещинообразование. Это касается откосов уступов и подошвы уступа. При попадании скважин в зоны искусственного нарушения массива наблюдается обрушение устьев скважин, уменьшение величины перебура, ухудшение дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Наличие трещин отрицательно сказывается на забуривании скважин, а производительность буровых станков при этом снижается на 50%, а иногда (для станков огневого бурения) и в два раза. Кроме того, наличие трещин в верхней части уступа повышает выход негабарита (М.Ф. Друкованный. Методы управления взрывом на карьерах. М.: «Недра», 1973, 415 с.).
Задачей изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ за счет снижения потерь скважин от обрушения, улучшения качества дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Задача решается тем, что положение скважин первого ряда смещают относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а положение скважин следующих рядов смещают относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта.
При отбойке скважин разрушение горных пород происходит не только в проектных контурах, но и за их пределами. Особенно это касается сложно-структурных массивов. За пределами проектных контуров отбойки наблюдается разрушение массива горных пород и интенсивное искусственное трещинообразование. Это касается откосов уступов и подошвы уступа. При попадании скважин в зоны искусственного нарушения массива наблюдается обрушение устья скважин, уменьшение величины перебура, ухудшение дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Так, в работе (Жабоев М.Н., Хакулов В.А, Бахарев Л.В., Равикович Б.С. Совершенствование технологии отбойки сложно-структурных массивов горных пород. // Горный журнал. - 1990. - №9. - С.22-23.) выделены следующие основные причины потерь технологических скважин в зонах искусственного нарушения массива пород:
- Потери скважин при бурении первого ряда.
- Обрушение устья скважин в результате бурения верхней части скважин в нарушенном предыдущими взрывами массиве горных пород.
По данным этих исследований, на карьере «Мукуланский» удельный вес потерь скважин, связанный с искусственным нарушением массивов пород, составлял около 45%, до 27% потерь скважин связано со сдвижением горных пород, и до 28% потерь скважин связано с естественной трещиноватостью массивов горных пород. Необходимо отметить, что в описанной работе напрямую не ставилась задача повышения эффективности БВР за счет оптимизации параметров и технологии ведения буровзывных работ в зоне искусственного трещинообразования. Внедрением технологии заряжания вслед за бурением устранена значительная часть потерь скважин, вызванная сдвижением горных пород. За счет снижения расхода бурения и ВВ уменьшились размеры зон искусственного трещинообразования, уменьшилась вероятность попадания скважин в эти зоны, снизились потери скважин (до 10-11%). На тот момент времени поставленная цель была достигнута - улучшилось качество дробления, снизился расход бурения и ВВ, увеличилась концентрация БВР и интенсивность горных работ. Но потери из-за обрушения скважин в зонах искусственной трещиноватости остались на уровне 10%. Отсутствие в 90-е годы автоматизированной системы проектирования буровзрывных работ, нацеленной на постоянный анализ параметров и результатов предыдущих массовых взрывов и эффективных средств контроля соблюдения проектных параметров БВР, не позволяло нейтрализовать отрицательное влияние искусственного трещинообразования.
В таблице 1 представлены основные показатели массовых взрывов на карьере «Мукуланский».
Как видно из табл.1, по степени влияния искусственного трещинообразования на результаты массовых взрывов можно выделить три зоны:
1. Зона максимальных потерь скважин, в которой обрушившиеся скважины необходимо перебуривать.
2. Зона потерь скважин, соизмеримых с величиной перебура. Эти скважины требуют чистки.
3. Зона потерь скважин, не превышающих половины перебура.
Потери скважин в третьей зоне обычно частично компенсируются увеличением глубины перебура по всем скважинам. Бессистемное увеличение глубины перебура ведет к увеличению зоны нарушения за пределами проектных контуров отбойки.
Данные по блокам 11, 23, 44, 63, касающиеся положения скважин (с обрушением устья) относительно скважин вышележащего горизонта, были проверены на однородность. Результаты проверки на однородность выборок по блокам 11, 23, 44, 63 представлены в таблицах №2 и №3.
Таблица 1
Основные показатели опытных взрывов на карьере «Мукуланский»
№№ пп
Показатели
Номер блока (гор. 2735 м)
11
23
44
63
1
Категория пород по взрываемости
V
V
V
V
Объем отбойки по блоку тыс.м<sup>3</sup>
Объем бурения по блоку (м)
2
Высота уступа (м)
15.0
15.1
15.3
14.9
2
Средняя глубина скважин (м)
17.8
18.0
18.1
17.7
3
Удельный расход ВВ (Кг/м<sup>3</sup>)
0.65
0.67
0.63
0.64
Выход горной массы с 1 погонного метра скважины
42
41
43
41.5
4
Вместимость скважин (Кг/м)
47
49
47
48
5
Коэффициент использования длины скважины
0.58
0.56
0.58
0.55
Коэффициент взрывной нагрузки на подошву уступа k<sub>n</sub>=P/V
1.12
1.2
1.09
1.16
Количество скважин на блоке
87
112
56
97
Количество потерянных скважин
4
6
2
6
в том числе:
по первому ряду
4
5
2
5
в створе скважин последнего ряда предыдущего взрыва
4
5
2
5
Количество скважин, по которым потери составили не менее 0.5-1 величины перебура (1.5-3 м), в том числе на расстоянии от скважин вышележащего горизонта:
32
39
24
35
менее 0.5 м
14
17
10
15
0.5-1.0 м
15
18
11
17
1-1.5 м
2
3
2
2
более 1.5 м
1
1
1
1
Количество скважин, по которым потери составили до 0.5 величины перебура (1.5 м), в том числе на расстоянии от скважин вышележащего горизонта:
54
62
40
57
менее 0.5 м
2
2
1
2
0.5-1.0 м
5
6
2
5
1-1.5 м
21
24
17
23
1.5-2 м
18
21
18
19
2-2.5 м
6
7
2
6
Более 2.5 м
2
2
2
Таблица 2
Результаты проверки на однородность выборок скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.5-1 величины перебура
Отдельные совокупности
Среднеквадратические отклонения
Сред. расстояния между скважинами в выборке
Количество данных по выборкам
|Z|
Za
11-23
0.340
0.342
0.586
0.590
32
39
0.056
1.60
23-44
0.342
0.361
0.590
0.361
39
24
0.035
1.60
44-63
0.361
0.332
0.361
0.332
24
35
0.042
1.60
63-11
0.332
0.340
0.332
0.586
35
32
0.003
1.60
Q
Согласно H нулевой гипотезе (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и студентов ВТУЗОВ. - Лейпциг, 1979, Тойбнер, 1979, М.: Наука, 1980, 975 с.) попарно сравниваемые выборки значений равнозначны при условии:
МХ=МУ,
где MX и МУ - математические ожидания расстояния между скважинами текущего горизонта (по которым потери составили не менее 0.5-1 величины перебура) и ближайшими скважинами вышележащего горизонта.
x
y
При этой гипотезе величина теста распределена по закону N(X:0.1), где X и Y - соответственно средние расстояния между скважинами в выборке; n - количество данных по выборкам; D(X-Y) - дисперсия X-Y; ∂ и ∂ - соответственно среднеквадратичные отклонения случайных величин X и У.
При однородности рассматриваемых величин выполняется неравенство |Z|<Za. Величину Za определяет значение ошибки a. Для a=0.1 согласно [3] Za=1,6.
Из таблицы 2 видно, что все совокупности выборок по взрывным блокам 11, 23, 44, 63 однородны (соблюдается требование теста |Z|>Za).
Аналогичные выводы можно сделать по результатам проверки на однородность, выборок скважин, по которым потери от обрушения составили менее 0.5 величины перебура.
Таблица 3
Результаты проверки на однородность выборок скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.2-0.5 величины перебура
Отдельные совокупности
Среднеквадратические отклонения
Сред. отклонения от проектного положения
Количество данных по выборкам
|Z|
Za
11-23
0.150
0.156
0.305
0.223
87
112
0.0056
1.60
23-44
0.156
0.146
0.223
0.146
112
56
0.0354
1.60
44-63
0.146
0.142
0.146
0.141
56
97
0.0417
1.60
63-11
0.142
0.150
0.141
0.305
97
87
0.0003
1.60
Полученные закономерности распределения потерь скважин от обрушения позволяют определить следующую технологию проектирования и проведения буровзрывных работ. Фактическое положение скважин на блоке заносится в компьютерную базу данных. Формируемая и постоянно пополняемая база данных используется в дальнейшем при проектировании очередных блоков. При проектировании очередного блока анализируются параметры БВР на смежных (в плане и высоте) блоках. При этом устанавливаются:
1. Соответствие сетки скважин на текущем и предыдущем блоках.
2. Коэффициент вариации, характеризующий отклонение от проектных параметров при реализации проекта.
При соответствии категории пород по взрываемости, параметрам сетки скважин, а также отклонении от проектных параметров, не превышающем 0.5 м, технология может быть упрощена. При этом выбирается положение первой скважины, которая располагается в шахматном порядке относительно скважин на смежных блоках. Положение остальных скважин корректируется лишь в том случае, если они располагаются ближе 1.5 м относительно скважин на смежных в плане и высоте блоках.
Процесс бурения отдельных скважин, попадающих в полуметровую зону, положение которых по технологическим причинам менять не желательно, осуществляют на пониженной осевой нагрузке и повышенных оборотах. При этом глубина бурения этих скважин может быть увеличена на 0.2-0.4 глубины перебура. При значительном отклонении сетки скважин на смежных блоках (коэффициент вариации более 20%) смещают все скважины, попадающие в полутораметровую зону влияния скважин из смежных блоков. При этом сохранение проектных значений удельного расхода ВВ и выхода горной массы с 1 погонного метра скважин обеспечивается изменением коэффициента сближения скважин.
На Фиг.1. представлен разрез по скважинам, пробуренным в массивах различной структуры:
1 - в монолитных массивах горных пород
2 - в нарушенных предыдущим взрывом массивах горных пород
На Фиг.2. представлено положение скважин на блоке относительно скважин предыдущих массовых взрывов
1 - скважины на блоке
2 - положение скважин последнего ряда предыдущего взрыва на данном горизонте
3 - положение скважин предыдущего взрыва на вышележащем горизонте
4 - обрушенная часть скважины
5 - положение нижней части скважины вышележащего горизонта
6 - зона искусственного трещинообразования вокруг скважины в перебуре
Фиг.3 - гистограмма расположения скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.5-1 величины перебура.
Фиг.4 - гистограмма расположения скважин, по которым потери от обрушения составили менее 0.5 величины перебура.
Смещение положения скважин первого ряда относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а также смещение положения скважин следующих рядов относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта позволяет исключить попадание скважин в зону искусственного трещинообразования, что позволяет достичь следующего положительного эффекта:
- потери скважин от обрушения устьев и стенок скважин сокращаются на 9-10%;
- увеличивается скорость забуривания скважин на 30-40%;
- за счет сокращения потерь скважин улучшается проработка подошвы уступа;
- размещение скважинных зарядов за пределами зон искусственного трещинообразования (за пределами зон неуправляемого дробления) обеспечивает улучшение качества дробления (выход негабарита снижается на 18-22 отн.%).