22.12.2020

Массовая отбойка руды при отсутствии или очень малой величине компенсационного пространства


Некоторые правила эффективной работы зарядов, выработанные длительной практикой шпуровой отбойки, не всегда приемлемы для условий отбойки руды взрывными скважинами и сосредоточенными зарядами.

Долгое время считалось, что для удовлетворительного дробления руды при отбойке необходимо свободное компенсационное пространство, величина которого должна быть достаточна для разрыхления руды с увеличением ее объема в полтора раза. В соответствии с этим массовое обрушение руды производили следующим образом: 1) обрушали подсеченный массив по частям, начиная снизу, и образовывали компенсационное пространство путем выпуска примерно одной трети отбитой руды: 2) извлекали руду из камер и затем обрушали за один прием остальную часть блока, причем объем камер и подготовительно-нарезных выработок составлял не менее одной третьей части блока; 3) образовывали компенсационное пространство нарезными выработками, суммарный объем которых также составлял около одной третьей части блока после чего обрушали сразу всю остальную часть блока.

Однако при серьезных отступлениях от этих схем на практике (сначала вынужденных) были получены удовлетворительные результаты.

Примеры массовой отбойки руды при отсутствии или очень малой величине компенсационного пространства. На медном руднике Кировоградского рудоуправления при отработке блока, граничащего с выработанным пространством, заполненным закладкой, в связи с нарушенностью рудного массива нельзя было образовать достаточное компенсационное пространство. Объем подэтажных выработок составлял всего около 15% объема блока. Однако дробление руды при обрушении блока взрывными скважинами и минными зарядами было удовлетворительным. На руднике им. Дзержинского (Криворожский бассейн) при системе этажного обрушения с отбойкой руды горизонтальными взрывными скважинами в связи с недостаточной устойчивостью руды блок подсекают только на высоту 8—12 м и не но всей его площади. При высоте блока 60—80 м объем компенсационного пространства не превышает 10—15% объема блока. Однако увеличения кусковатости обрушенной руды по сравнению с другими вариантами системы разработки не замечено (не исключена возможность, что крупные куски в верхней части блока образуются, но при движении к воронкам успевают расколоться на части).

На апатитовом руднике им. Кирова, при обрушении секций блока минными зарядами по частям, имели место случаи внезапного самообрушения подэтажей. Это заставило перейти на одновременное обрушение секций по всей высоте (после выпуска 20—25% руды обрушенной в соседних секциях). Объем компенсационного пространства (минных выработок и подсечки) составляет лишь 9—15% объема блока, однако руда дробится не хуже, чем при обрушении секции по частям.

Подобные примеры имеются в практике. Маслянского рудника Зыряновского свинцового комбината (крепость руды 12—18).

В восточном блоке I у лежачего бока остался необрушенный массив руды размером вкрест простирания около 15 м, по простиранию 40 м и высотой 25 м, окруженный с трех сторон и сверху обрушенными породами. Большая часть выпускных дучек под массивом была разделана в воронки, местами он был подсечен на высоту 2 м. Объем воронок и подсечки составлял 6% объема массива. Массив разбурили горизонтальными и восстающими наклонными скважинами диаметром 150 мм и обрушили в одну стадию. Удельный расход BB на обрушение массива составил в среднем 0,9 кг/т, а в зоне концентрации зарядов — 1,5 кг/т. Кусковатость руды была удовлетворительной.

В центральном блоке того же рудника вместе с междукамерными целиками и потолочинами обрушили сплошной целик мощностью 15 м, длиной 50 м и высотой 40 м, находившийся у лежачего бока. Удельный расход BB на обрушение целика нисходящими скважинами диаметром 130 мм составил около 400 а/г. В дальнейшем прошли в породах лежачего бока подэтажный штрек и из него рассечки к блоку для выпуска руды. Встреченная рассечками руда оказалась раздробленной, но настолько. уплотнившейся, что иногда не обрушалась даже при площади подсечки до 10 м2. В радиусе около 0,7 м от скважин спрессовалась рудная мелочь.

После обрушения этого блока не разрушилась нижняя часть (на высоту 15 м) отдельных междукамерных целиков шириной 10 м и длиной 25 м, зажатых в отбитой руде. Целики пришлось обрушать одновременным взрыванием скважин, пробуренных из выпускных дучек. При этом оказалось, что скважины диаметром 60—80 мм при удельном расходе BB на отбойку 500— 600 г/т целики не разрушили. Скважины диаметром 1,50 мм при расходе BB 300—400 г/т также не дали положительного эффекта, но при увеличении расхода до 500—700 г/т целики были разрушены.

В камерах при одновременном взрывании двух-трех рядов вертикальных скважин диаметром 130 мм руда дробилась лучше, чем при однорядном взрывании, но разрушение распространялось на необрушенный массив камеры и междукамерные целики.

Во 2-м порфироидном блоке Маслянского рудника была впервые (в 1956 г.) успешно испытана отбойка вертикальными взрывными скважинами диаметром 130 мм с магазинированием руды в камере шириной 25 м, длиной 60 м и высотой 30—36 м.

В период отбойки выпускали лишь 30—50% отбитой руды и очистное пространство было заполнено на 65—75% отбитой рудой. Тем не менее дробление руды было не хуже, а расход BB не больше, чем при отработке камер с открытым очистным пространством и массовым обрушением целиков. Расход BB составил 0,53 кг/т на отбойку и 0,3 кг/т на вторичное дробление.

В 1960 г. отбойку в зажиме испытали при отработке камер в блоке I на 5-м горизонте. Мощность залежи 25—30 м. Камеры шириной 10 м и высотой около 30 м отрабатывались вкрест простирания, ширина междукамерных целиков 12 м. Руда крепкая (коэффициент крепости около 15) и устойчивая.

Отбивали руду восходящими параллельными скважинами шарошечного бурения, плотность заряжания составляла 12,5 кг/м. Скважины были пробурены под углом 65° с наклоном к очистному пространству. Расстояние между скважинами составляло 2,5 м, л.н. с. 2,5—3 м (3 м — для ряда скважин ближайшего ко взорванной части камеры).

Взрывали за один прием в одной камере от одного до четырех-пяти рядов скважин, с замедлением по рядам 25 мсек.

В камерах 5 и 7 магазинировали руду, выпуская лишь 20—30% отбитой руды. Эти камеры перед большинством взрывов были заполнены отбитой рудой на восемь десятых своей высоты и больше. Таким образом, в них отбивали руды в зажиме.

Из камер 1 и 3 выпускали перед взрывом большую часть или почти всю руду и отбойка велась с открытым очистным пространством.

При отбойке в камерах 5 и 7 расход BB составил, соответственно, на отбойку 570 и 600 г/г, на вторичное дробление 58 и 107 г/г, а производительность труда скрепериста 127 и 105 т/смену. В камерах 1 и 3 расход BB на отбойку был равен 880 и 770 г/г на вторичное дробление 110 и 135 г/г, а производительность труда скрепериста 92 и 81 г/смену.

Таким образом, дробление руды взрывом в случае зажима забоя обрушенной рудой оказалось даже более мелким, чем при открытом выработанном пространстве. Причем лишь очень небольшая часть скважин оказывалась разрушенной (пережатой) предшествующим взрывом.

В отношении разрыхления руды взрывом было установлено следующее. На руднике замеряли положение поверхности отбитой руды до и после нескольких взрывов, что дало возможность определить коэффициент разрыхления руды в зависимости от величины заполняемого ею открытого пространства. При отбойке на открытую камеру этот коэффициент составил в среднем 1,32 с небольшими колебаниями по отдельным измерениям; При высоте навала отбитой руды до взрыва, равной 0,45 высоты камеры, этот коэффициент уменьшился до 1,2, при 0,65 высоты камеры — до 1,15 и при 0,8 высоты камеры — до 1,05.

Таким образом, коэффициент увеличения объема взорванной руды в зависимости от величины заполняемого ею. открытого пространства изменялся от 1,32 до 1,05 по мере того, как относительная высота навала отбитой руды у забоя перед взрывом увеличивалась от нуля до 0,8. Очевидно, этот коэффициент равен 1,0 в том случае, когда камера перед взрывом заполнена отбитой рудой до самого верха. Графическое построение показывает, что имеется ярко выраженная, близкая к линейной, обратная зависимость этого коэффициента от относительной величины навала отбитой руды у забоя.

На основании приведенных численных значений можно записать, что в данных условиях
Массовая отбойка руды при отсутствии или очень малой величине компенсационного пространства

где k'р — «кажущийся» коэффициент разрыхления отбитой руды (коэффициент разрыхления в результате заполнения • рудой открытого пространства без учета возможного увеличения ее объема за счет уплотнения отбитой ранее руды);

h0 — высота забоя;

h — высота открытой части забоя.

В четырех камерах блоков 1 и 5 на горизонте 4. Маслянского рудника применили оригинальный способ образования отрезных щелей. После подсечки и проведения отрезного восстающего создавали отрезную щель шириной 3,5—4 м путем расширения восстающего одновременным взрыванием серии нисходящих вертикальных скважин диаметром 130- мм. При образовании отрезной щели отбивали 4000—5000 г руды. Объем компенсационного пространства составлял всего около 15% объема блока, удельный расход BB, равный 1,4—1,7 кг/т, был приблизительно в два раза больше, чем при очистной выемке. Руда дробилась удовлетворительно, однако значительную часть ее выбрасывало взрывом в буровые выработки, соединенные с щелью, а в самой щели отбитая руда спрессовывалась и первоначальный выпуск ее был затруднителен.

Положительные результаты при обрушении руды вертикальными слоями при помощи глубоких скважин из массива, зажатого обрушенной рудой, получены также на следующих рудниках: рудниках комбината «Апатит» (руда крепостью 6—8) при диаметре скважин 160 мм, удельном расходе BB 330 г/т и толщине отбиваемого слоя 8,5 м; руднике «Заполярный» Норильского комбината (руда сильнотрещиноватая крепостью 10—12) при диаметре скважин 110 мм, расходе BB около 400 г/т и толщине слоя 3—6 м; северных рудниках Криворожского бассейна (руда крепостью 12—14) при диаметре скважин 110 мм, расходе BB 500—550 г/т и толщине слоя 3,5 м. В последнем случае при уменьшении удельного расхода BB (приблизительно до 400 г/т) за счет увеличения расстояния между скважинами в комплекте происходили прострелы скважин.

На Салаирском руднике (руда трещиноватая, крепость 8—16) аналогичный порядок отбойки применен при- наклоне слоев под углом 60° в сторону обрушения. Наклон слоев увеличивает коэффициент вторичного разрыхления руды на контакте с массивом при выпуске, что облегчает работу зарядов по отбойке руды. Диаметр большинства скважин равнялся 150 мм, толщина слоя 3—9 м, наименьший выход негабарита получался при толщине слоя 3 м. Расход BB в среднем по опытному блоку составил 0,55 кг/м3 на отбойку и 0,73 кг/м3 на вторичное дробление. При этажном принудительном обрушении с компенсационными камерами эти показатели были равны соответственно 0,53 и 1,48 кг/м3.

Руда частично самообрушалась. В других блоках предполагают устранить самообрушение за счет увеличения угла наклона слоев от 60 до 70—75°. Вероятно, что это окажет не только положителньое, но и отрицательное влияние на устойчивость, массива. Последнее объясняется тем, что коэффициент вторичного разрыхления отбитой руды на контакте с массивом уменьшится, ,поэтому возрастет разрушающее действие зарядов в сторону, противоположную взорванной части блока.

На шахте «Гигант» (Криворожский бассейн) также испытывали этажное принудительное обрушение с отбойкой вертикальных слоев в зажиме глубокими скважинами диаметром 110 мм. Толщина обрушаемого слоя составляла 8 м, удельный расход BB 160 г/т на отбойку и 80 г/г на вторичное дробление, крепость руды равнялась 4—6. Слой, разбуривали двумя веерными комплектами скважин. Перед взрыванием слоя выпускали около половины руды, отбитой из предыдущего слоя.

В тех случаях, когда слой полностью обуривали заблаговременно, около половины скважин веера со стороны взорванной части блока разрушалось предыдущим взрывом.

Три других блока малоустойчивых руд крепостью 3—6 при таком способе отбойки руды пришли в аварийное состояние: в рудном массиве произошло сдвижение, захватившее буровые выработки, которые, кроме того, сильно разрушались воздушной взрывной волной.

Разрушительное действие воздушной взрывной волны в выработках, соединенных с очистным пространством, наблюдалось при отбойке «в зажиме» также и на других рудниках, в частности Маслянском и «Заполярный».

Усиление воздушной взрывной волны в выработках, соединенных со взорванной частью блока, и нарушение массива со стороны, противоположной л.н.с., могут объясняться стесненными условиями расширения газов в очистном пространстве.

На рудниках Лениногорского полиметаллического комбината применяют этажное принудительное обрушение с горизонтальными компенсационными камерами. При минной отбойке и объеме компенсационных камер, составляющем менее 30% объема блока, дробление руды массовым взрывом удовлетворительное, но отбитая руда настолько спрессовывается, что для выпуска ее приходится рыхлить взрывными работами. При отбойке горизонтальными скважинами диаметром 150 мм достаточно создавать горизонтальные компенсационные камеры, объем которых составляет 20% объема блока.

На этих же рудниках испытывали отбойку в зажиме вертикальными восходящими скважинами диаметром 150 мм (заряд в одном метре составлял около 12 кг). Выработанное пространство около забоя было заполнено отбитой рудой, находящейся под давлением толщи полностью обрушившихся налегающих пород. Расстояние между скважинами составляло 3 м. В блоке, где л.н.с. равнялась 5 м, удельный расход BB на отбойку около 300 г/т, при взрывании происходили прострелы скважин. При л.н.с, равной 3 м, расходе BB на отбойку 500 г/т руда дробилась удовлетворительно. В последнем случае активная высота блока руды со стороны обрушения составляла 15 м и постепенно уменьшалась приблизительно до 5 м. Взрывали за один прием пять рядов скважин, с коротким замедлением по рядам. Для разрыхления, отбитой руды перед взрывом из каждой воронки близ забоя выпускали примерно по 50 т руды.

Особенности массовой отбойки в зажиме. Из приведенных примеров видно, что отбойке в зажиме свойственны следующие особенности: 1) скважины малого диаметра дают прострелы даже при значительном удельном расходе BB; 2). скважины большого диаметра при сравнительно небольшом удельном расходе BB также не дают положительного эффекта, а при более высоком расходе BB обеспечивают хорошее (для данного расхода BB) дробление руды; 3) при значительной толщине взрываемого слоя имеет место, спрессовывание отбитой руды или неполная отбойка; 4) усиливается разрушающее действие взрыва в сторону, противоположную л.н.с., 5) при недостаточно устойчивой руде взрывная волна вызывает вывалы руды из кровли и стенок подготовительных и нарезных выработок, соединенных со взорванной частью блока; 6) в выработки, соединенные с обрушенным пространством, забрасывается взрывом отбитая руда.

Сдвижение массива со стороны взорванной части блока или обрушенного пространства, свойственное различным системам разработки, не является аварией, если в зоне сдвижения не оказываются действующие выработки.

Особенности массовой отбойки в зажиме можно объяснить следующим образом.

Вряд ли можно допустить, что при достаточном дроблении руды взрывом объем ее увеличивается лишь на 5—10%, как это определяется «кажущимся» коэффициентом разрыхления. Гораздо вероятнее, что при отбойке в зажиме место для размещения взорванной руды частично освобождается в результате уплотнения взрывом прилегающей к забою обрушения горной породы. (Последняя должна иметь достаточную пористость, для чего при послойной отбойке необходим частичный выпуск руды, отбитой предшествующим взрывом). Уплотнение возможно лишь за счет скалывания и раздавливания углов и выступов отдельных кусков, а также преодоления сил трения на контактах между кусками, что необходимо для взаимного их перемещения. Соответствующее давление должно быть весьма высоким. Возможно, что это достигается при большой величине зарядов (сосредоточенных или в глубоких скважинах диаметром 100—150 мм), но не происходит в крепких породах при меньших зарядах (в скважинах диаметром до 50—80 мм), В последнем случае даже одновременное взрывание большого количества BB в нескольких параллельных комплектах скважин не меняет положения, так как прямое ударное действие взрыва передается обрушенной горной массе только от крайнего комплекта скважин.

Уплотнение обрушенной руды происходит за счет части энергии взрыва. Ho и при большом компенсационном пространстве часть энергии взрыва бесполезно расходуется на выброс руды. Поэтому при достаточной величине зарядов зажим массива обрушенной горной породой не ухудшает дробления и даже, как показывает практика, в известных случаях уменьшает кусковатость отбитой руды.

На основании приведенных примеров можно сделать следующие выводы.

1. Приведенные примеры окончательно подтверждают, что при отбойке не только сосредоточенными, но и колонковыми зарядами не обязателен большой объем компенсационного пространства, а если взрываемый массив соприкасается с обрушенной горной породой, то возможна отбойка без компенсационного пространства. Это позволяет магазинировать руду при отбойке глубокими вертикальными скважинами; шире применять этажное принудительное обрушение со сплошной выемкой; обрушать глубокими скважинами целики находящиеся в отбитой руде; отрабатывать фланги и выклинки рудных тел с отбойкой скважинами на обрушенное пространство.

2. При зажиме взрываемого массива обрушенной горной породой (или отбитой рудой) место для размещения взорванной руды освобождается в результате уплотнения взрывом прилегающей к забою обрушенной горной породы. Уплотнение возможно лишь при достаточно сильном взрывном ударе (и, конечно, достаточной пористости уплотняемой горной массы, что создается частичным выпуском 20—30% руды, отбитой перед взрывом).

По-видимому, существуют взаимосвязанные критические, величины (для данных горнотехнических условий и порядка взрывания) минимального диаметра взрывных скважин, наименьшего удельного расхода BB и максимальной толщины взрываемого слоя. Изучение этих величин относится к числу основных задач исследования отбойки в зажиме.

3. Приближенное представление об указанных критических

значениях может быть получено из приведенных практических примеров.

При зажиме массива обрушенной горной породой необходимы сравнительно большие величины зарядов и удельного расхода ВВ.

4. При правильном применении отбойки в зажиме дробление руды взрывом несколько улучшается по сравнению с отбойкой при наличии компенсационного пространства (и равном в обоих случаях удельном расходе BB).

5. При стесненных условиях размещения отбитой руды усиливается разрушающее действие взрыва в сторону, противоположную л.н.с., что затрудняет применение послойной отбойки в зажиме руды недостаточной устойчивости. Однако и при наличии компенсационного пространства массовая отбойка малоустойчивых руд связана с большими трудностями.

6. При послойной отбойке в зажиме руды пониженной устойчивости следует избегать соединения буровых выработок с очистным пространством во избежание разрушения их взрывной волной; вертикальные и крутонаклонпые слои должны разбуриваться с горизонта подсечки и из выработок, пройденных вне контуров блока, чтобы буровые выработки не оказались в зоне сдвижения массива; целесообразно сближать скважины в комплекте для увеличения л.н.с. во избежание разрушения их предшествующим взрывом.

7. Возможно, что при одновременном взрывании большого числа крупных зарядов, сконцентрированных в массиве, некоторое снижение объема компенсационного пространства улучшает дробление руды, благодаря раздавливанию ее кусков.

В пользу уменьшения компенсационного пространства говорит и то обстоятельство, что при послойной отбойке большими зарядами нарушается окружающий рудный массив и увеличивается кусковатость руды при его последующем обрушении.

Сокращение объема компенсационного пространства ограничивается не столько условиями дробления массива взрывом сколько нежелательностью слишком большого уплотнения обрушенной горной массы — во избежание ее рыхления взрывными работами для выпуска.

8. Распространенное мнение о целесообразности уменьшения диаметра взрывных скважин для лучшего дробления руды соответствует действительности применительно к послойной отбойке в открытую камеру. При одновременном же обрушении больших масс руды, особенно если заряды работают в зажиме, более эффективными могут оказаться взрывные скважины большого диаметра.

9. Условия эффективной работы зарядов при массовой отбойке руды требуют серьезного дополнительного изучения с критическим анализом имеющихся взглядов и опытной проверкой высказанных предположений.





Яндекс.Метрика