Испытания зарядов мягкого взрывания на рудниках ОАО «Апатит»

© В.М. Доильницын, С.Г. Зерщиков, В.А. Ляшенко

В.М. Доильницын, С.Г. Зерщиков, В.А. Ляшенко

ИСПЫТАНИЯ ЗАРЯДОВ МЯГКОГО ВЗРЫВАНИЯ НА РУДНИКАХ ОАО "АПАТИТ"

Месторождения апатитонефелиновых руд, разрабатываемые ОАО "Апатит", расположены на территории Кировского района Мурманской области и эксплуатируются с 1929 г. Протяжённость рудного поля составляет более 18 км, мощность рудных тел колеблется в пределах от 60 до 150 м. Нагорная часть месторождений отрабатывается, в основном открытыми горными работами, нижние горизонты - подземными горными работами.

Перспективное развитие предприятия ориентировано на подземную разработку месторождения.

Основные рудообразующие минералы: апатит, нефелин, сфен, титаномагнетит, полевой шпат, эгирин. Коэффициент крепости руды составляет от 7 до 10, вмещающих пород - до 18 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Вместо ранее применяемой на подземных горных работах системы этажного принудительного обрушения массовыми взрывами высокими темпами внедряется система подэтажного обрушения, где в качестве буровой техники на смену станкам НКР-100 пришли высокопроизводительные самоходные буровые установки "СОЛО" и "СИМБА". На проходке горных выработок используются буровые каретки МИНИМАТИК. Для транспортирования руды в рудоспуски применяются машины ТОРО-400.

Новая система разработки привнесла очевидные преимущества

- технологичность и механизацию всех основных операций, а также повышение уровня безопасности работ на выпуске руды. В то же время, появилась серьёзная проблема, связанная с обеспечением безопасности работ в выработках большого сечения. Если при старой системе разработки сечение основных горных выработок не превышало 3,4х3,0 м, то сейчас выработки, из которых производится бурение и добыча руды, проходятся сечением 5,1х4,5 м.

На малых сечениях заколообразование всегда менее интенсивно. Обезопашивание производилось вручную с почвы выра-

боток всеми категориями рабочих. Объёмы обезопашивания при одинаковой длине горных выработок были в 2-3 раза меньше, что позволяло поддерживать основные транспортные выработки и рабочие места в безопасном состоянии. Выработки малого сечения менее подвержены негативному воздействию горного давления, поэтому контурное взрывание ранее применялось только в неустойчивых породах для снижения объёмов крепления, а также при проходке выработок выпуска для минимального их разрушения в процессе эксплуатации.

Сейчас ситуация изменилась. Качественно обезопасить высокие выработки стало возможно только при использовании специальной техники (СКЕЙЛЕР). Но даже наличие достаточного количества такой техники проблему обезопашивания десятков километров действующих выработок не решает. И разумнее попытаться предотвратить "болезнь", чем её лечить. Если проанализировать причины, влияющие на образование и интенсивность заколообра-зования, то можно выделить две основные:

- горно-геологические (свойства вмещающих пород, прочность пород на растяжение-сжатие, трещиноватость, место расположения выработки, проявления горного давления);

- технологические (сечение и форма выработок, выбранный способ проходки).

Если первая причина условно задана природой, то вторая - выбранной технологией. Реально мы можем влиять на снижение зако-лообразования только технологическими параметрами БВР.

За последние годы объём контурной проходки на рудниках ОАО "Апатит" вырос в несколько раз. Практически все основные выработки проходятся контурным способом. Основной конструкцией контурного заряда является колонка из патронов ЗКВК (заряд контурного взрывания колонковый - разработка КНИИМ, выпускается Калиновским химическим заводом). Диаметр патрона - 26 мм, длина - 350 мм, масса аммонита 6ЖВ в патроне 170 г, конструкция патронов позволяет стыковать их друг с другом в колонку необходимой длины. Заряды размещаются в контурный ряд шпуров 043 мм и длиной до 5 м, обуривае-мых на расстоянии 0,5 м друг от друга. Контурные шпуры взрываются одновременно, на последнюю стадию замедлений, после взрывания зарядов по основной площади забоя. Данный способ

контурной проходки применяется на рудниках ОАО "Апатит" на протяжении последних 8 лет и является лучшим из всех ранее применявшихся способов. В то же время, мы никогда не считали, что качество контурной проходки нас удовлетворяет полностью.

Основные недостатки ЗКВК заключаются в следующем:

- патроны ЗКВК остаются более мощными, чем это требуется;

- состав бризантен;

- конструкция зарядов не позволяет рассредоточивать их по длине шпура;

- ЗКВК частично нарушают законтурный слой, процесс образования заколов в пройденной выработке остаётся интенсивным.

В 2003 г. по техническому заданию специалистов ОАО "Апатит" Новосибирский механический завод "Искра" разработал принципиально другую конструкцию контурных зарядов мягкого взрывания (ЗМВ). В основу ЗМВ заложен принцип фугасного действия состава ВВ при меньшей линейной навеске, возможность варьирования мощностью состава. Это позволяет расширить область применения ЗМВ, как для добычи блочного камня, так и для контурной проходки горных выработок в различных горно-геологических условиях.

Конструкция заряда мягкого взрывания представлена на рис. 1.

По центру ЗМВ проходит детонирующий шнур марки ДШН-6(10), пространство между ним и внешней оболочкой заполнено составом фугасного действия. Бризантность детонирующего шнура проявляется на малых расстояниях и служит для возбуждения детонации в фугасном составе. В целом ЗМВ обладает фугасным действием. Меняя марку ДШН и фугасный состав, можно подобрать ЗМВ, оптимально подходящий к конкретным горногеологическим условиям.

Рис. 1. 1 - детонирующий шнур; 2 - состав ВВ фугасного действия; 3 - обмотка первая; 4 - обмотка вторая; 5 - обмотка третья 6 - водоизолирующая обмотка; 7 -мастика, 15 до 30 мм

Основные технические характеристики ЗМВ

Наименование ЗМВ-6-1 ЗМВ-6-2 ЗМВ-6-3 ЗМВ-10-1 ЗМВ-10-2 ЗМВ-10-3

Линейная масса ВВ в заряде (г/м) Диаметр заряда, мм Цвет оболочки 110+10 16+1 белый 110+10 16+1 синий 110+10 16+1 оранжев. 110+10 16+1 зелёный 110+10 16+1 красный 110+10 16+1 жёлтый

Здесь 6 (10) - линейная масса бризантного ВВ в детонирующем шнуре; 1 (2, 3) - рекомендуемое назначение применения в зависимости от крепости пород по классификации профессора М.М. Протодьяконова (1 - при f = 8-12; 2 - при f = 10-18; 3 - при f = 1218).

Предварительные испытания ЗМВ были проведены в ОАО "Апатит" на добыче блочного камня в карьере "Ловчорр" и при контурной проходке горных выработок на 5 горном участке Кировского рудника при сотрудничестве с НМЗ "Искра", ОАО "НитроВзрыв", ЗАО "Взрывиспытания".

Взрывая эффективность использования ЗМВ на различных видах взрывных работ (ВР) сравнивалась с результатами базовых технологий:

- с зарядами гранилен и ДШ-А на блочном камне;

- с зарядами ЗКВК на контурной проходке.

Критериями оценки эффективности применения ЗМВ являлись безопасность, технологичность, экономическая целесообразность. Качество оконтуривания оценивалось визуально по следам контурных шпуров, их нарушенности продуктами взрыва и образованию заколов.

Условия и результаты испытаний ЗМВ на добыче блочного камня - хибинита. По физико-механическим свойствам хиби-нит характеризуется неоднородностью структуры, вязкостью и ес-

тественной трещиноватостью. Испытания были начаты с пассировки отделённых от массива блоков. На блочном камне испытывались две наименее мощные марки ЗМВ-6-1 и ЗМВ-6-2. Расстояние между шпурами варьировались от 20 до 42 см. Испытывалось несколько схем взрывания - ЗМВ заряжались в каждый шпур; через шпур; комбинированно - детонирующий шнур и различные марки ЗМВ.

Отделение блока от массива производилось по схеме заряжания "через шпур". При размещении ЗМВ в вертикальных шпурах использовались центраторы. Схема монтажа выполнялась с помощью ДШ-А специальными узлами обвязки или соединителями.

Общая оценка испытаний ЗМВ на добыче блочного камня. За всё время испытаний ЗМВ случаев отказов не зафиксировано. ЗМВ надёжно инициируется от двойной петли ДШ или ДШ через специальный соединитель. Использование ЗМВ для добычи блочного камня позволяет снизить объёмы бурения шпуров, заряжание по условиям формирования заряда стало более технологично. За счёт меньшей бризантности нарушения структуры камня в прилегающей к заряду зоне не происходит. При испытании ЗМВ на отделении блока от массива зафиксирован случай его разрушения по природным трещинам. Но это можно расценить и как положительный фактор отбраковки блока непосредственно в карьере, а не на камнеобрабатывающем предприятии.

Условия и результаты испытаний ЗМВ на контурной проходке горных выработок. Паспорт бурения при использовании ЗМВ не менялся. Конструкция зарядов ЗМВ в контурных шпурах выглядит следующим образом: патрон из аммонита 6ЖВ 0 32 мм с ЭД (боевик) - отрезок ЗМВ длиной

на 1,0-1,5 м короче длины шпура - патрон или полпатрона аммонита 6ЖВ в качестве активной забойки. Формирование заряда технологично. Патрон-боевик посылается в шпур непосредственно отрезком ЗМВ и досылается до забоя шпура коротким шомполом.

В настоящее время объём использования ЗМВ составил 6000 м. Испытаны все шесть марок ЗМВ. Предварительно, более эффективными для условий рудников ОАО "Апатит" зарекомендовали себя заряды марки ЗМВ-10-3 и ЗМВ-6-З. Коэффициент использования шпура в сравнении с патронами ЗКВК не снизился. Оформ-

ление контура по линиям шпуров производится более чётко (фото 1 и 2).

Обезопашивание в забое после взрывания с ЗМВ - минимально, так же как и незначительное нарушение законтурного массива. О том, что ЗМВ действительно работают "мягче", можно судить по следам шпуров, где половина стенки шпуров остаётся не нарушенной. На фото 2 предыдущий отпал выполнен с применением патронов ЗКВК, а два последующих взорваны с применением зарядов мягкого взрывания.

Вместе с тем, применение ЗМВ требует более точного соблюдения паспорта бурения шпуров в части обеспечения строгой их параллельности, выдержки расстояний между шпурами и соблюдения ЛНС до предконтурного ряда. Не выполнение этих требований может привести к "не проработке" контурного ряда. Такие единичные случаи были зафиксированы, по ним также можно судить о "мягкой", фугасной работе заряда. Шпуры при взрыве ЗМВ не разрушались. Ликвидация отставания по кровле производилась повторной зарядкой этих же шпуров ЗКВК или ЗМВ.

Подводя итог, можно констатировать, что хотя испытания в 2004 г. ЗМВ ещё не были завершены, их использование в качестве контурных зарядов повышает безопасность горных работ. Коэффициент использования шпуров, в сравнении с ЗКВК не изменился, заколообразование снизилось. Формирование зарядов технологично.

В качестве замечаний отмечается недостаточная эластичность ЗМВ. Учитывая, что контурные шпуры имеют минимальный наклон и обводненность в них отсутствует, целесообразно упростить конструкцию наружной оболочки ЗМВ. Для расширения условий применения целесообразно поработать над

Фото 2. 1 - взрывание забоя выполнено с применением ЗКВК; 2 - взрывание забоя (2 отпала) выполнено с применением ЗМВ; 3 - грудь забоя

изменениями не только фугасного состава ЗМВ, но и линейной навески в нём.

В целом, мы считаем, что новая разработка НМЗ "Искра" после доведения её до оптимальных параметров будет востребована и получит высокую оценку горняков.

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

Доильницын В.М., Зерщиков С.Г., Ляшенко В.А. - ОАО "Апатит".

©ГСХТКоломнИков

С.С. Коломников

УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГИЕЙ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ В УСЛОВИЯХ РАЗРАБОТКИ РАЗНОПРОЧНЫХ ГОРНЫХ МАССИВОВ ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ