Способ ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах
METHOD OF DRILLING AND BLASTING WORKS IN FRACTURED ROCKS

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и создано применительно к ведению буровзрывных работ при открытой разработке месторождений полезных ископаемых в условиях трещиноватых пород криолитозоны Севера.
Известен способ ведения буровзрывных работ при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающий вертикальное и наклонное расположение скважин на уступе (см. К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин. Проектирование карьеров. Учебн. для вузов: В 2 т. - 2-е изд. перераб. и доп - М: Изд. Академия горных наук, 2001.Т. II, 535 c. C. 118-128).
Недостатком известного способа является выполнение значительных объемов буровых работ, связанных с перебурами скважин для лучшей проработки подошвы уступа при взрывной отбойке.
Известен также способ дробления горных пород трещиноватого массива рассредоточенными по глубине скважины зарядами с использованием дополнительных горизонтальных и наклонных скважин для лучшей проработки подошвы уступа (см. Б.Н.Кутузов. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: изд. МГИ, 1992.-516 с. С. 428 – 455).
Недостатками данного способа являются существенное увлечение объемов буровых работ за счет перебуров скважин, дополнительных объемов по бурению горизонтальных и наклонных скважин, а также сложность выполнения данного вида работ на рабочих площадках.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ разработки кимберлитовых трубок (см. RU №2158827, кл. Е21С41/26, опубл. 10.11.2000), включающий разработку массива многолетнемерзлых пород на крупные блоки, создание внутри блоков через скважины высоконапорного гидравлического воздействия для их разрушения, доразрушение и отгрузку горной массы экскаваторами с активным исполнительным органом и последующую отгрузку их в автосамосвалы.
Однако создание безвзрывной технологии разрушения горной массы с применением принципиально нового комплекса горного оборудования требует значительных капитальных вложений.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах.
Для решения поставленной задачи по способу ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах путем полного использования энергии взрыва, обеспечивающей качественную проработку подошвы уступа, направлению расположения скважины придают хаотический порядок, причем скважины по отношению к трещинам располагают под углами менее 90° к их распространению, заряды в скважинах располагают в шахматном порядке, исключают перебуры скважин ниже уровня подошвы уступа, компенсируя перебуры скважин взаимным расположением концевых частей скважин на уровне подошвы уступа.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
В предлагаемом способе новыми признаками при сравнении с прототипом являются:
- формирование нового принципа расположения скважин во взрываемом массиве в хаотическом порядке;
- расположение скважин по отношению к трещинам под углами менее 90° к их распространению;
- исключение перебуров скважин ниже подошвы уступа при шахматном порядке расположения зарядов взрывчатого вещества;
- компенсация перебуров скважин взаимным расположением концевых их частей на уровне подошвы уступа.
Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах и обеспечивает следующие усиленные положительные свойства:
- формирование нового принципа хаотического расположения скважин позволяет рационально использовать энергию взрыва при буровзрывной подготовке горной массы;
- расположение скважин по отношению к трещинам под углами менее 90° и шахматном порядке размещения зарядов взрывчатого вещества в скважинах обеспечивает равномерные дробления массива горных пород;
- исключение перебуров скважин и их компенсация взаимным расположением концевых частей скважины на уровне подошвы уступа позволяет увеличить выход горной массы с 1 п.м. скважины, снизить удельный расход взрывчатого вещества и обеспечить качественную проработку подошвы уступа.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами. На фигуре 1 показана схема хаотического расположения скважин на поперечном разрезе при разных вариантах распространения трещин: а - горизонтальная слоистая трещиноватость; б - косая трещиноватость; на фигуре 2 - схема хаотического расположения скважин при сложной конфигурации распространения трещин в массиве; на фигуре 3 - расчетная схема определения параметров буровзрывной отбойки.
Способ осуществляется следующим образом.
При буровзрывной подготовке горной массы в трещиноватых породах на уступе 1 бурят наклонные 2 и вертикальные 3 скважины. Направление ориентации скважин 2 и 3 зависит от направления распространения горизонтальных 4 и косых 5 трещин в массиве горных пород (см. фиг. 1). Причем скважины 3 и 4 бурят на глубину не более уровня подошвы уступа 6 под разными углами, не превышающими 90° к распространению трещин. Для лучшего дробления пород применяют рассредоточенные заряды 7 и располагают их в шахматном порядке. Хаотическое расположение скважин на уступе зависит от направления распространения трещин во взрывном блоке (см. фиг. 2). В конечном итоге, в результате реального технического решения будет достигнуто высокое качество подготовки горной массы в трещиноватых породах с хорошей проработкой подошвы уступа.
Техническая сущность и преимущества нового технического решения раскрыты на примере отбойки трещиноватого массива многолетнемерзлых пород. При этом качество взрыва зависит от оптимального сочетания следующих параметров (см. фиг. 3):
взр
i
j
i
К=f(W, a, b)  ,
i
где W - линия наименьшего сопротивления по подошве уступа, м; i=1,...,n;
j
a - расстояние между рядами скважин, м, j=1,...,m;
i
b - расстояние между скважинами в ряду;
n, m - соответственно количество скважин в ряду и количество рядов скважин.
Исходные данные для расчетов приняты следующие:
взр
взр
Ш - ширина взрываемого блока, Ш=30 м;
взр
взр
L- длина взрываемого блока, L=100 м;
у
у
h - высота уступа, h= 15 м.
Расчеты выполнены в следующей последовательности:
б
1.Объем взрываемого блока - V,
б
у
взр
взр
3
V= h* Ш * L= 15*30*100=45000 м
б
2. Объемы буровых работ по подготовке взрываемого блока - ∑ L:
б
′
а) Традиционная технология - ∑ L
б
скв
скв
′
′
∑ L= n* l,
скв
где n- количество скважин во взрываемом блоке, шт;
′
скв
l - глубина скважины при традиционной технологии буровзрывной отбойки, м.
′
скв
y
пер
l = h + l,
пер
пер
где l- перебур скважин, м, l=3 м,
′
скв
тогда l = 15+3=18 м.
скв =
nn*m.
скв
При принятой в расчетах сетки скважин, равной 6х6 м, количеств скважин пбудет равно,
скв
скв
n=  *  =  *  = 85,
где с - сетка скважин, м.
б
′
Откуда, ∑ L= 85*18=1530м
б
′′
б) Рекомендуется технология - ∑ L
′′
′′
б
скв
скв ,
∑ L= n* l
′′
скв
где l - глубина скважины при рекомендуемой буровзрывной отбойке, м.
скв
Для простоты расчетов количество взрываемых скважин nв традиционном и рекомендуемом вариантах приняты одинаковыми.
Глубина скважины при рекомендуемой технологии зависит от угла наклона скважины, α = 85° , 80° , 75°. При среднем значении угла, равному α=80°, глубина скважины составит,
=  =  = 15,2 м
б
′′
Следовательно, объем буровых работ ∑Lпри рекомендуемом варианте буровзрывной отбойки составит
б
скв
′′
∑ L= n* = 45*15,2=684 м
′
′′
3. Выходы горной массы с 1 п.м. скважины, соответственно при традиционном qи рекомендуемом qвариантах, будут равны
′
3
q=  =  = 29,4 м,
′′
3
q=  =  = 65,8 м.
бур
4. Объемы работ по бурению скважин Lдля выравнивания подошвы уступа при традиционной технологии отбойки:
бугр
бугр
бугр,
L = N* H
бугр
где N- количество бугров при взрывной отбойке одного блока;
бугр
H- средняя высота бугра, м.
бугр
Неровности (бугры) при буровзрывной отбойке образуются в результате взрывания трех смежных зарядов. Поэтому количество бугров Nпри взрывной подготовке одного блока составит
бугр
N=  =  = 28
Ориентировочно, средняя высота бугра равна 0,5 от величин перебура:
бугр
пер
H= 0,5 * l = 0,5*3 = 1,5 м,
бугр
бугр
бугр
тогда, L= N* H= 28*1,5=42 м
5. Расчет затрат по вариантам ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах:
′
а) Суммарные затраты при традиционной технологии отбойки - ∑ З
′
′
′
скв
бугр,
∑ З= ∑ З * ∑ З
′
скв
где ∑ З - затраты на бурение скважин для подготовки взрываемого блока, долл.;
′
бугр
∑ З- затраты на ликвидацию бугров, образовавшихся на подошве уступа, долл.
′
′
б
б.п.м
∑ З= ∑ L * С,
б.п.м
где С- себестоимость бурения 1 п.м. скважины, долл/п.м.
б.п.м
3
Стоимость бурения 1 п.м. скважины взята из фактических показателей работы предприятий АК «Алроса» и составит С= 0,34 долл/п.м., т.е. 10% от общей себестоимости разработки 1 м вскрышных пород (см. RU № 2233982, кл. E21C41/00, опубл. 10.08.2004):
′
скв
∑ З = 1530 *0,34 = 520,2 долл,
′
′
бугр
бугр
б.п.м +
бульд ,
∑ З= L* СЗ
′
бульд
где З- затраты на бульдозерные работы по выравниванию подошвы уступа, долл.
′
бульд
бульд
З= С* ∆ V,
бульд
бульд
3
3
3
3
С- стоимость 1 м бульдозерных работ, долл/м (из расчета 20% от себестоимости разработки 1 м горных пород С= 0,2 *3,41 =0,7 долл/м);
3
∆ V - объем бульдозерных работ по выравниванию подошвы уступа, м.
Объем бульдозерных работ рассчитывается по формуле
бугр
бугр
∆ V= N* Ѵ,
бугр
3,
Ѵ- объем одного бугра, м
бугр
бугр
бугр =
3
Ѵ= Н* N1,5 * 28 = 42 м
′
бульд
Следовательно, затраты на бульдозерные работы Збудут равны
′
бульд
бугр
бульд
З= Ѵ* С
3
3
3
разр
бульд
Ориентировочно, затраты на бульдозирование 1 м горной массы составляют 20% от себестоимости разработки горных пород (С = 3,41 долл/м), тогда С= 0,2 *3,41= 0,7 долл/м
′
бульд
З= 42 * 0,7 = 29,4 долл.
и соответственно затраты на выравнивание бугров составят
′
′
′
скв
бугр
∑ З= ∑ З + ∑ З= 520,2 +29,4 = 549,6 долл.
3
Таким образом, суммарные затраты на буровзрывную подготовку блока объемом 45000 м (15х30х100) составили 549,6 долл.
3
В зависимости от годовой производительности карьера, затраты на буровзрывную отбойку при традиционном варианте, например при производительности карьера 1 млн.м будут равны
′
год
∑ З=  ∑ З,
год
3
где Q- годовая производительность карьера по горной массе, м
′
год
∑ З=  * 549,6 = 12201,1 долл.
б) Суммарные затраты при рекомендуемой технологии отбойки - ∑ З′′,
б.п.м
∑ З′′ = ∑  * С= 684 * 0,34 = 232,6 долл.
3
При производительности карьера 1 млн.мгодовые затраты при рекомендуемом варианте составят
∑  =  * ∑ З′′ =  * 232,6 = 5163,7 долл.
Тогда экономический эффект от реализации нового способа ведения буровзрывных работ в трещиноватых породах составит
′
год
Э = ∑ З- ∑  = 12201 - 5163,7 = 7037,8 долл.
3
При достижении проектной производительности карьера, равной 10 млн.м,суммарный экономический эффект составит
∑Э = 10*7037.8 = 70378,0 долл.
Результаты расчетов показывают, что есть реальная возможность реализации технического решения на действующих горнодобывающих предприятиях, ведущих разработку в трещиноватых породах криолитозоны Севера.
В таблице приведены основные технико-экономические показатели, достигаемые при использовании нового технического решения.
Таблица
Ожидаемое улучшение технико-экономических показателей
разработок от реализации нового технического решения
№№п/п
Наименованиепоказателей
Традиционнаятехнология
Рекомендуемаятехнология
1
Объем взрываемого блока, м<sup>3</sup>
45000
45000,0
2
Глубина скважины, м
18,0
15,2
3
Объемы работ по бурению скважин, м
1530,0
684,0
4
Выход породы с 1 п.м. скважины, м<sup>3</sup>
-
-
5
Объемы бурового работ по ликвидации бугров, м
42,0
-
6
Стоимость бурения 1 п.м. скважины, долл.
0,34
0,34
7
Затраты на буровзрывную подготовку блока, долл.
549,6
232,6
8
Суммарные затраты на буровзрывную подготовку блока, долл.
12201,1
5163,7
9
Экономический эффект от реализации нового технического решения при взрывания одного блока, долл.
-
7037,8
10
Годовой экономический эффект при годовой производительности карьера по горной массе 10 млн.м<sup>3</sup>, долл.
-
70378,0