Геоэкологические аспекты взрывных работ на месторождениях известняка

УДК 622.882; 622.235

© Д.С. Сенченко, М.И. Докутович, 2014

Д.С. Сенченко, М.И. Докутович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ИЗВЕСТНЯКА

Рассмотрена оценка состояния геологической среды в районе горно-промышленных предприятий с использованием коэффициента инженерно-геологического преобразования территории, учитывающего воздействие на поверхностные и подземные воды, нарушения рельефа, изменение горных пород, геомеханичские процессы и т.п. Изложены результаты дробления в промышленных условиях блоков известняка, удовлетворительно согласующихся с теоретической моделью. Ключевые слова: коэффициент инженерно-геологического преобразования территории, геологическая среда, физико-технические свойства пород, заряды промышленных взрывчатых веществ, распределение напряжений, средний размер кусков породы в развале.

Ввиду интенсивного развития строительного сектора экономики, значительно возросли добыча и производство строительных материалов. Большинство таких предприятий расположены близко к селитебной зоне. Таким образом, должны использоваться технологии, минимально разрушающие земную поверхность, как самого месторождения, так и прилегающих территорий. В результате применения такого подхода обеспечивается максимально эффективная эксплуатация месторождения и последующее использование выработанного пространства. На сегодняшний день наиболее значимым и применяемым является метод разрушения горных пород энергией взрыва. Такое разрушение сопровождается большим перемещением и перераспределением горной массы.

В данной статье рассмотрен вопрос повышения эффективности технологии ведения горных работ и добычи полезного ископаемого благодаря применению теории взрывного дробления горных пород на карьерах c учетом взрыва каждого заряда. В настоящее время на большинстве горнодобывающих предприятий про-

ектируемые параметры буровзрывных работ (БВР) являются ориентировочными и обязательно должны быть скорректированы по результатам проведения опытно-промышленных взрывов в конкретных горно-геологических условиях того или иного карьера. Это обстоятельство приводит к существенному замедлению прогнозирования результатов взрывных работ и планирования параметров последующих горных работ: вторичного дробления, экскавации, транспортировки, т.е. имеет место существенное отставание прикладной теории РГПВ зарядов промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) от современного уровня и возможностей компьютерной техники, широко внедряемой в горную промышленность [1, 2, 3 и др.].

Такой подход к ведению горных работ увеличивает экономические, временные, людские и другие затраты. Одним из главных параметров при оценке результатов взрывного дробления горных пород на карьерах и в строительстве является оценка среднего размера куска в развале. Знание зависимости этой величины от параметров БВР и свойств горных пород позволяет надежно рассчитывать

Па; тсдв - предел прочности пород на сдвиг, Па; страс - предел прочности пород на одноосное растяжение, Па.

Теоретическими соотношениями установлены закономерности формирования кусков породы, то есть степень ее разрушения в зоне регулируемого дробления при взрывах зарядов (ПВВ) на любых расстояниях от зарядной полости. При этом для реальных оценок степени взрывного дробления горных пород и среднего размера кусков в развале достаточно установить только значения параметра а в разных зонах разрушения, радиусы которых определяются соотношениями (1), поскольку параметром а определяется закон распределения дефектов по длине обусловленный строением данной горных пород.

Исследования взрывного дробления горных пород были проведены на блоках известняка, по результатам которых была принята модель их взрывного разрушения [3-5]. Параметры за-

Таблица 1

Параметры взрывных работ

Показатели № взрыва

7 8 9 10 11 12

Объем блока, м3 (ахЬхе) 0,74 х 0,63 х 0,59 0,60 х 0,60 х 0,60 0,70 х 0,57 х 0,68 1,00 х 0,67 х 0,66 0,80 х 0,63 х 0,73 0,78 х 0,55 х 0,60

Количество шпуров, шт 1 1 1 1 1 1

Диаметр шпуров, мм 40 40 40 40 40 40

Длины шпуров, м 0,31 0,52 0,30 0,44 0,455 0,37

Длины зарядов, м 0,055 0,053 0,055 0,057 0,110 0,070

Массы зарядов, кг 0,054 0,048 0,054 0,056 0,100 0,067

Удельный расход ВВ, кг/м3 0,2 0,22 0,2 0,13 0,27 0,26

Взрывчатое вещество Аммонал

Способ инициирования зарядов Электрический, с использованием ЭДЗИ

Крепость пород (по СНиП) УН-ая группа

Плотность породы, кг/м3 2,57 2,18 2,105 2,592 2,598 2,142

не только технико-экономические показатели БВР на предприятиях, но и решать такие задачи горного производства - проектирование, выбор горного оборудования на карьерах и обогатительных фабриках и т.д.

В соответствии с теорией [4] размеры трех разных зон разрушения горных пород около взорванного заряда ПВВ: Ь, - мелкодисперсного дробления, Ь0т - интенсивного трещи-нообразования (дезинтеграции клиновидных секторов) и Ь0 - радиального трещинообразования (регулируемого дробления), м равны:

Ь, = а0 -Л/Р / ст

0 \ ж ' мд ;

)

Ьо,т= ао "VРж/2 -Т, Ь = а - */Р / ст

0 0 у ж ' рас

где а0 - радиус зарядной полости, м; Рж - давление продуктов детонации в Химпике, Па; стмд - напряжение интенсивного дробления пород,

а)

б)

Зависимости относительных величин среднего и максимального размеров кусков породы с удалением от оси заряда: а) зависимость относительной величины среднего размера куска породы с удалением от оси заряда, б) зависимость относительных величин максимального размера кусков породы с удалением от оси заряда

рядов ПВВ по взрывному дроблению известняка приведены в табл. 1.

Первые 6 взрывов были посвящены уточнению методики проведения испытаний. Разрушенная взрывом масса каждого блока ссыпалась в мешки. Затем производились ее рассев и взвешивание фракций размером от 0,25 до 500 мм [6].

Первичные визуальные оценки разрушенных взрывом блоков известняка свидетельствует о том, что в этом случае имело место два разных процесса:

1) Интенсивное разрушение на куски размером до 50 мм в зоне примыкающей к взрываемому заряду - условно этот процесс взрывного разрушения породы считается как бризантное воздействие взрыва зарядов на породу;

2) Разделение блока отдельными трещинами на куски 200 мм и более, считается, что этот процесс определялся поршневым эффектом воздействия на породу продуктов детонации (ПД) взорванного заряда ПВВ.

Таблица 2

Величина коэффициента инженерно-геологического преобразования территории К в зависимости от инженерно-геологических явлений

Вид инженер- Значение

но-геологиче- Допустимое Слабо- Предельное Опасное Очень

ского явления выраженное опасное

Изменение С сохранением С сохранением Вскрытие мас- Вскрытие мас- Полный техно-

горных петрографиче- петрографиче- сива горных сива горных генез горных

пород ского состава; ского состава; с пород с про- пород с про- пород на тер-

отсутствие формированием исхождением исхождением ритории ГПТС

техногенных внешних и

массивов внутренних от- пород, выхо- пород, вы-

(<0,1) валов дящих на днев- ходящих на

(<0,3) ную поверх- поверхность;

ность; наличие наличие от-

отвального вального, обо-

хозяйства гатительного

(0,5) хозяйств, хво-

стохранилищ

Нарушение <10 10-25 25-50 50-75 >75

рельефа

щадь техноген-

ного рельефа

к площади

участка, %)

Коэффициент п>1,3 1,2 <п< 1,3 1,2п <1,1 п<1,1 п»1

запаса устой-

чивости, п

Изменения Периодиче- Сохранение Стабильное Стабильное Стабильное

уровня, ское превыше- тенденции к превышение превышение превышение

режима, ние фоновых возрастанию по- фоновых по- фоновых по- фоновых по-

состава и т.п. показателей казателей техно- казателей при казателей при казателей при

подземных при их мак- генного загряз- их максималь- их максималь- их максималь-

вод симальных нения при еже- ных уровнях ных уровнях ных уровнях

уровнях на месячном отборе на уровне более ПДК; более ПДК;

протяжении в течение года. меньшем или Водопритоки Водопритоки

года ниже При этом макси- на уровне от 500 до превышают

гигиенических мальные уровни равном ПДК; 700 м3/ч 1000 м3/ч

нормативов; загрязнения Водопритоки

Водопритоки находятся ниже от 200 до

не превышают гигиенических 500 м3/ч

100 м3/ч нормативов;

(0,1) Водопритоки от

200 до 500 м3/ч

Изменения Воды условно Воды слабо Воды загряз- Воды грязные, Воды чрезвы-

уровня, режи- чистые, режим загрязненные, ненные, очень очень чайно грязные,

ма, состава и и русла рек частичное загрязненные, грязные, полная транс-

т.п. поверх- не изменены изменение изменения изменения формация

ностных вод (<10%) режима и русла 30-60% 60-90% состава, режи-

(0,2) рек (<30%) (0,6) (0,8) мов и т.п. от-

(0,4) крытых водо-

емов

В статье анализируется процесс интенсивного бризантного дробления известняка, взрывом зарядов ПВВ [6, 7].

Зависимости относительных величин среднего и максимального размеров кусков породы с удалением от оси заряда.

В ходе проводимых исследований была установлена связь между параметрами БВР, учитывающая прочностные свойства породы. Результаты взрывного дробления известняка подтвердили предложенные закономерности формирования гранулометрического состава горной массы в зоне регулируемого дробления и модель формирования этой зоны около взорванного заряда [6, 7].

Вышеизложенное обуславливает необходимость уделять особое внимание вопросу восстановления земель, нарушенных горными работами. Для выбора наиболее приемлемого варианта дальнейшего использования земель требуется учитывать особенности самого региона и инженерно-геологические особенности [8, 9].

Для оценки состояния геологической среды в районе горнопромышленных предприятий предлагается использовать коэффициент инженерно-геологического преобразования территории, учитывающий воздействие на поверхностные и подземные воды, нарушения рельефа, изменение гор-

ных пород, геомеханичские процессы и т.п. Данный коэффициент является безразмерным и оценивается в баллах в пределах от 0 до 1 по виду инженерно-геологических явлений, общее значение которого определяется суммой. Таким образом, Киг может варьировать в пределах от 0 до 5 (табл. 2).

В конечном итоге наработка данных по взрывному дроблению и комплексу мероприятий по снижению вредного воздействия горных работ на окружающую природную среду поможет сформулировать общие требования к производству работ в любой отрасли на основе моделирования этих работ с учетом природоохранных мероприятий, определенных проектом.

Установленные соотношения справедливы для широкого диапазона типов ПВВ и геологического строения горных пород позволяют определять условия требуемого взрывного дробления ГП на карьерах. Результаты исследования удовлетворительно согласуются с результатами промышленного ведения взрывных работ и позволяют определять условия безнегабаритного взрывного дробления горных пород на карьерах. Таким образом, повышается эффективность технологического ведения работ по селективной выемке, напрямую связанная с качественными и количественными показателями извлечения полезного ископаемого.

1. Адушкин В.В., Спивак А. А. Геомеханика крупномасштабных взрывов. - М.: Недра, 1993. - 319 с.

2. Крысин Р.С., Новинский В.В. Модели взрывного дробления горных пород: Монография. - Д.: АРТ-ПРЕСС, 2006. -144 с.

3. Крюков Г.М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2005. - № 2. - 30 с.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Феноменологическая квазистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом зарядов промышленных ВВ // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2003. - № 11. - 67 с.

5. Рубцов В. К. Исследование дробимо-сти горных пород взрывами на карьерах // Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. -М.: МГИ. - 1971. - 412 с.

6. Докутович М.И. Результаты опытно-промышленных исследований взрывного

дробления негабаритов известняка. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 4. - С. 382-389.

7. Krjukov G.M., Stadnik V.V., Doku-tovich M.I. Theoretical estimates of the determined regularities of extent of crushing of rocks as a result of explosion of larch charge of industrial explosive (Laboratory and industrial researches) // 7th World Conference on Explosives and Blasting. - М.: EFEE, «Alliance Press» Ltd., 2013. - Part II., p. 118-121.

8. Кириченко Ю.В., Сенченко Д.С. Геоэкологические аспекты оценки нарушенно-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

сти и возможности учебно-рекреационной рекультивации земель, занятых горным производством // Сб. МАНЭБ, 2013.

9. Сенченко Д.С. Геолого-экологическое обоснование рекультивации разрабатываемых месторождений общераспространенных полезных ископаемых. Материалы 6 Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», посвященных Году молодежи. 16-20 ноября 2009 г. - М., 2009. ЕШ

Сенченко Дарья Сергеевна - кандидат технических наук, доцент, Докутович М.И.,

МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: ud@msmu.ru.

UDC 622.882; 622.235

GEO-ECOLOGICAL ASPECTS OF BLASTING ON THE LIMESTONE DEPOSITS

Senchenko D.S., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Dokutovich M.I.,

Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», e-mail: ud@msmu.ru.

The assessment of a condition of the geological environment around the mining enterprises with use of coefficient of engineering-geological transformation of the territory considering impact on surface and underground water, relief viola-tions, change of mountain breeds, geomekhanichaI processes, etc. is considered. Results of crushing in the industrial conditions of blocks of limestone which are well coordinating with theoretical model are stated.

Key words: coefficient of engineering-geological transformation of the terri-tory, geological environment, physics and technology properties of breeds, charges of the industrial explosives, distribution of tension, the average size of pieces of breed in disorder.

REFERENCES

1. Adushkin V.V., Spivak A.A. Geomehanika krupnomasshtabnyh vzryvov (Geomechanics of large-scale blasts), Moscow, Nedra, 1993, 319 p.

2. Krysin R.S., Novinskij V.V. Modeli vzryvnogo droblenija gornyh porod: Monografija (Models of rock fragmentation by blasting: Monograph), D.: ART-PRESS, 2006, 144 p.

3. Krjukov G.M. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', special issue, 2005, no 2, 30 p.

4. Krjukov G.M., Glazkov Ju.V. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten , special issue, 2003, no 11, 67 p.

5. Rubcov V.K. Issledovanie drobimosti gornyh porod vzryvami na kar'erah (Analysis of rock crushability by blasting in open pit mines), Doctor's thesis, Moscow, MGI, 1971, 412 p.

6. Dokutovich M.I. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2011, no 4, pp. 382-389.

7. Krjukov G.M., Stadnik V.V., Dokutovich M.I. 7th World Conference on Explosives and Blasting, Mosocw, EFEE, «Alliance Press» Ltd., 2013, part II., pp. 118-121.

8. Kirichenko Ju.V., Senchenko D.S. Geojekologicheskie aspekty ocenki narushennosti i vozmozhnosti uchebno-rekreacionnoj rekul'tivacii zemel', zanjatyh gornym proizvodstvom. Sbornik MANJeB (Hydrological aspects of land disturbance assessment and feasible training-recreation activities towards reclamation of land under mining. Collected Works of International Academy of Ecology and Life Protection Sciences), 2013.

9. Senchenko D.S. Materialy 6 Mezhdunarodnoj nauchnoj shkoly molodyh uchenyh i specialistov «Proble-my osvoenija nedr v XXI veke glazami molodyh», posvjashhennyh Godu molodezhi. 16-20 nojabrja (Proceedings of the 6th International School of Young Scientists and Specialists «Problems of Subsoil Development in the 21st Century with Youth's Eyes» dedicated to the Year of Youth. 16-20 November), Moscow, 2009.