Отбойка руды

Бурение взрывных скважин. При очистной выемке крепкой руды более половины сил и средств затрачивается на буровые работы.

Как известно, дробовое бурение взрывных скважин, широко применявшееся долгое время в связи с отсутствием других способов подземного глубокого бурения по крепким породам (и нехваткой алмазов для эксплуатационного алмазного бурения), уже почти исчезло. Причины этого — малая производительность дробового бурения и отсутствие перспектив значительного ее повышения.

На смену дробовому бурению пришли более производительные способы — шарошечное и пневмоударное (погружными пневмоударниками) бурение.

Однако производительность отбойки остается еще недостаточно высокой. При крепости руды 15—18 производительность труда бурильщика составляет лишь 10—15 м3/смену, скорость бурения скважин (диаметром 100—150 мм) 3—7 м/смену, а себестоимость бурения 8,0—18,0 руб, на 1 м скважины, или 0,5—1,0 руб. на 1 т отбитой руды.

Таким образом, одна из основных задач в области отбойки крепких руд состоит в увеличении производительности бурения взрывных скважин и снижении его себестоимости.

Помимо прямых выгод, это позволит сократить объем нарезных работ за счет перехода от параллельного на веерообразное расположение скважин, о чем сказано выше, и даст возможность облегчить выпуск руды за счет сгущения сетки скважин. Причем сгущение скважин будет целесообразным и при увеличении габарита кусков руды, так как установка подземных дробилок, увеличение размеров люков и другие аналогичные мероприятия не могут облегчить выпуск крупных кусков из очистного пространства.

Технико-экономические показатели шарошечного и пневмоударного бурения продолжают заметно улучшаться с каждым годом, что свидетельствует о том, что вопрос повышения производительности отбойки крепких руд следует решать в первую очередь по линии дальнейшего совершенствования этих способов бурения.

Имеется и еще одна важная задача в области бурения крепких пород, вытекающая из следующих положений.

Подавляющее большинство буровых станков, применяемых на рудниках России при крепкой руде, имеет диаметр бурения 100—150 мм.

При выемке камер в кливажной руде отбойка скважинами такого большого диаметра связана со значительным выходом негабарита, нарушением целиков и подрывкой боковых пород, что уменьшает безопасность работ при камерно-столбовой и сплошной системах разработки с доставкой руды по подошве очистного пространства.

Этим преимущественно и объясняется, что на ряде рудников, несмотря на значительную мощность залежи и выдержанные ее контакты, воздерживаются от применения глубоких взрывных скважин и производят отбойку шпурами и штанговыми скважинами.

В качестве примеров можно привести отбойку штанговыми скважинами в камерах на рудниках Криворожского бассейна и руднике Заполярном, шпуровую отбойку при камерно-столбовой системе разработки на джезказганских рудниках и т. п.

На рудниках комбината KMАруда, добывающих железистые кварциты при камерно-столбовой системе разработки с отбойкой скважинами диаметром 100—110 мм выпускают руду через воронки в скреперные орты. Возможно, что при значительном уменьшении диаметра скважин отслаивание кусков руды с кровли и стенок камер может прекратиться, а это позволило бы перейти на экскаваторную погрузку или скреперную доставку руды непосредственно в очистном пространстве.

Поэтому имеется настоятельная необходимость в освоении бурения скважин сравнительного малого диаметра (что не исключает широкого применения взрывных скважин большого диаметра, особенно при массовом обрушении).

Ha ряде горнорудных предприятии работают над созданием погружных перфораторов для бурения скважин диаметром 60—85 мм.

Удовлетворительные результаты при малом диаметре скважин (10—70 мм) может дать алмазное бурение. Помимо сравнительно высокой производительности при крепких породах, оно обладает следующими достоинствами: скорость бурения не зависит от глубины; скважины имеют правильное сечение и постоянный диаметр по всей длине, что облегчает их заряжание; снижается запыленность воздуха, а также уменьшается шум и утомляемость рабочих по сравнению с перфораторным бурением.

Возможно, что приемлемые результаты будут получены при шарошечном бурении (одношарошечным долотом), о чем подробнее сказано ниже.

He касаясь общеизвестных сведений о наиболее распространенных станках шарошечного бурения СБ-4 и агрегатах пневмоударного бурения БД-100, мы сочли полезным в связи с затронутыми вопросами вкратце осветить результаты работы специального конструкторского бюро Лениногорского полиметаллического комбината, на рудниках которого разрабатываются очень крепкие руды. Этим бюро сконструированы пневмоударник П-150 и станок ЛПС-3.

Пневмоударник П-150 (рис. 82) имеет следующую техническую характеристику.

Основные достоинства пневмоударника П-150 по сравнению с широко распространенными пневмоударниками М-1900 (из агрегата БА-100):

1) воздухораспределен не производится не клапанным устройством, а перемещением хвостовика бойка относительно воздухоподводящих каналов в буксе, что упрощает конструкцию пневмоударника;

2) подача воздуха в переднюю часть цилиндра для обратного хода бойка осуществляется по каналу в бойке, поэтому отсутствуют продольные каналы в корпусе цилиндра для подачи воздуха в переднюю его часть, что позволило увеличить внутренний диаметр цилиндра.

Станок ЛПС-3 (рис 83) предназначен для пневмоударного бурения скважин диаметром 100—150 мм. Техническая характеристика его следующая:

Oсновные достоинства стайка ЛПС-3 по сравнению со станком агрегата БЛ-100: 1) увеличена длина подачи: 2) используется один вид энергии — сжатый воздух: 3) станок может работать с мощными пневмоударниками для бурения скважин диаметром 160 мм; 1) большая часть вспомогательных операций (спуск-подъем бурового инструмента, свинчивание и развинчивание штанг, закрепление их в шпинделе) механизирована; 5) схема управления дает возможность двухстаночного обслуживания.

Бурениe станком ЛПС-3 с пневмоударником П-150 уже вытеснило на рудниках Лениногорского комбината в 1960 г. все остальные виды пневмоударного бурения скважин.

Сменная производительность труда бурильщика при обслуживании двух станков бригадой из двух человек составила в среднем 4 м/смену, или 72000 см3 скважин, себестоимость 1 м скважины 8—9 руб. (за 6 мес. 1960 г. при крепости порот 14—16).

В этих же условиях, по предварительным данным опытного бурения, станок БД-100 выбуривает 5 м, или 39 000 см3 скважины диаметром 100 мм.

К недостаткам станка ЛПС-3 следует отнести значительное искривление (вниз) горизонтальных скважин диаметром 150 мм, что, по-видимому, объясняется сравнительно малой толщиной буровых штанг.

Прошел стендовые испытания погружной перфоратор П-75, предназначенный для бурения скважин диаметром 75 мм. Скорость бурения этим перфоратором в породах крепостью 10 оказалась в 1,5 раза выше, чем перфоратором КЦМ-4, а при крепости 14—16 почти такая же. Обнадеживающие результаты дало испытание погружного перфоратора П-60 (диаметр скважин 60 мм).

СКБ Лениногорского комбината ведет значительную работу также по усовершенствованию шарошечного бурения, которое при очень крепких, абразивных породах имеет большую производительность, чем пневмоударное.

Средняя производительность шарошечного бурения на рудниках Лениногорского комбината при крепости руды 12—18 и бурении горизонтальных скважин составляет 7—8 м/смени. что почти в 2 раза выше, чем у пневмоударного бурения. (Производительность труда по сравнению с пневмоударным бурением, однако, не повышается, так как станок СБ-4 обслуживается двумя рабочими, тогда как при бурении станками ЛПС-3 двое рабочих обслуживают два станка).

Стойкость долота ДШ-10А с впаянными зубьями из победита составляет лишь около 7 м. При цепе долота 64 руб. это повышает себестоимость 1 м скважины до 14—15 руб.

Испытывается долото 6-6ВК с впрессованными победитовыми штырями, которые при форсированных режимах (осевое давление 9 г, число оборотов в минуту 300) и крепости пород 15—17 обеспечивают скорость бурения до 230 мм/минуту вместо 50—60 мм/минуту при осевом давлении 5 т и числе оборотов в минуту 100.

Стоимость долота 6-6ВК из опытной партии 100—120 руб. Предполагают, что стойкость его составит около 20 м, а стоимость при серийном выпуске снизится до 60—70 руб., что сократит себестоимость шарошечного бурения приблизительно в 2 раза только за счет уменьшения расходов на долота.

Изготовлен опытный образец станка ЛШС-2, предназначенного для шарошечного бурения скважин диаметром 150 мм; его техническая характеристика приведена ниже:

Станок этот в отличие от стайка СБ-4 имеет меньший вес, развивает более высокое осевое усилие и может в нормальном положении бурить скважины во всех направлениях.

Интересные работы ведутся СКБ Лениногорского комбината по шарошечному бурению скважин сравнительно малого диаметра, при котором приемлемы лишь одношарошечные долота. Испытываются одношарошечные долота диаметром 65—105 мм (рис. 84), сконструированные СКБ Лениногорского комбината и ЦКБ Министерства геологии и охраны недр. Предварительные результаты стендовых испытании положительны. К этим долотам, не требующим высоких осевых усилий, сконструированы достаточно легкие и компактные буровые станки.

Одношарошечные долота предполагается испытать также для бурения скважин диаметром 150 мм, так как они проще и дешевле двух- и трехшарошечных долот.

Существенным недостатком шарошечного бурения крепких пород в подземных условиях долгое время являлась непригодность его для бурения нисходящих скважин, которые заряжаются наиболее легко и плотно.

На рудниках Лениногорского комбината уже освоено (в 1960 г.) шарошечное бурение нисходящих вертикальных скважин. Скважины глубиной 35 м бурят обычным способом станками СБ-4 с трехшарошечными долотами ДШ-10А.

Бурение вниз стало возможным в связи с улучшением качества долот (меньшее выкрашивание победитовых зубьев).

Буровой шлам при бурении вниз получается более мелким, чем при горизонтальном бурении, скорость бурения снижается почти в 1,5 раза.

Возможности серьезного улучшения технико-экономических показателей и параметров шарошечного и пневмоударного бурения еще далеко не исчерпаны. Поэтому имеющиеся данные недостаточны для строгого разграничения областей рационального применения шарошечного и пневмоударного бурения, и приводимые ниже соображения на этот счет ориентировочны.

Преимущества шарошечного бурения по сравнению с пневмоударным;

1) лучшие санитарно-гигиенические условия; меньшая запыленность атмосферы, незначительный шум при работе;

2) меньший износ долот по диаметру, что обеспечивает более правильную форму скважин и, естественно, более высокую плотность их заряжания, в частности, за счет применения патронов с расширяющейся оболочкой (при бурении пневмоударником очень крепкой руды потеря диаметра скважины составляет около 1 мм на одни метр, скважина получается ступенчатой формы; применение патронов с расширяющейся оболочкой затрудняется или вовсе исключается);

3) более высокая стойкость долот, что сокращает затраты времени на вспомогательные операции, особенно при очень крепкой руде, в которой пневмоударник пробуривает одним долотом лишь 0,5—0,8 м;

4) внедрение одношарошечных долот, вероятно, позволит бурить скважины сравнительно малого диаметра (50—80 мм).

Преимущества пневмоударного (погружными перфораторами) бурения по сравнению с шарошечным;

1) более легкое и компактное буровое оборудование (при большом диаметре скважин);

2) меньшая себестоимость бурения за счет меньших расходов на долотья;

3) меньшее число обслуживающих рабочих при современной конструкции станков.

Исходя из этой сравнительной оценки, можно полагать, что шарошечное бурение взрывных скважин окажется наиболее рациональным: 1) при очень крепкой, абразивной руде и сравнительно большой глубине скважин в связи с лучшей стойкостью долот и меньшей потерей диаметра скважины по длине по сравнению с пневмоударным бурением, особенно при веерном расположении скважин, уменьшающем число перестановок станка.

Пневмоударное бурение, вероятно, будет в основном применяться в условиях, затрудняющих доставку станка к месту работ, и при бурении параллельных или одиночных скважин, особенно если глубина их сравнительно невелика.

Заряжание скважин. Затраты труда на заряжание скважин (без учета всех остальных работ по проведению массовых взрывов) не оказывают существенного влияния на трудоемкость системы разработки. Так, на Маслянском руднике удельное значение этих затрат по системе разработки составляет около 1,5%, включая очистку скважин.

Совершенствование техники заряжания скважин должно быть направлено, в первую очередь, на увеличение плотности и надежности заряжания, что повышает эффективность отбойки в целом, а также на облегчение труда взрывников.

При заряжании горизонтальных и особенно восходящих скважин плотность ручного заряжания (при диаметре 100—150 мм) по сравнению с плотностью заряжания нисходящих скважин, снижается на 40—50%. Причем от рабочих требуются большие физические усилия. При глубине восходящей скважины 15—25 м ее заряжают три-четыре человека, а более глубокие скважины заряжать снизу вручную, как правило, вообще нецелесообразно.

В связи с этим резко ограничивается возможность сокращения объема нарезных работ за счет использования выпускных и подсечных выработок для установки буровых станков.

Известные положительные результаты по механическому заряжанию горизонтальных и восходящих скважин уже получены на рудниках комбинатов Лениногорского, «Молибден» и «Апатит».

Специальным конструкторским бюро Лениногорского полиметаллического комбината ведутся работы по созданию механических зарядчиков и патронов с расширяющейся оболочкой в связи с тем, что обычные патроны, получаемые рудником, имеют значительно меньший диаметр, чем скважины.

Прошел промышленные испытания поршневой пневмозарядчик ГП-2, предназначенный для заряжания восходящих скважин диаметром 150—200 мм, длиной до 50 м. Усилие подачи равно 100 кг. Патроны подаются составными забойниками, имеющими винтовое резьбовое соединение, металлическое или капроновое.

С помощью зарядчика испытано заряжание восходящих вертикальных и крутонаклонных скважин глубиной до 35 м.

Усилие подачи оказалось недостаточным для раздавливания патронов с расширяющейся оболочкой (рис. 85), поэтому патроны используются обычные, в контейнере или без него.

Труд рабочих при этом значительно облегчается, надежность заряжания повышается. Зарядчик обслуживается двумя рабочими, тогда как на ручном заряжании скважины глубиной 15—25 м занято три-четыре человека.

При подаче патронов без контейнера плотность заряжания увеличивается мало (от 12 до 13—14 кг при диаметре скважин 150 мм) и время заряжания почти не сокращается. Поэтому пока промышленного образца контейнера еще не создано, зарядчик ГП-2 при наличии обычных патронов сравнительно небольшого диаметра используется на рудниках Лениногорского комбината лишь для заряжания дальней части скважины, а оставшиеся со стороны устья приблизительно 15 м скважины заполняют вручную патронами с расширяющейся оболочкой, которые раздавливают ударом забойника.

Контейнер представляет собой винипластовый цилиндр с тремя ножами-звездочками на конце, разрезающими оболочку патрона. В цилиндре помещаются три патрона, которые проталкиваются через него забойником. Во избежание высыпания BB из скважины при угле наклона восходящих скважин более 45° к горизонту на конец контейнера надевают бумажный или матерчатый мешок, в который выталкивается ВВ.

При ровных стенках скважины и наличии патронов BB диаметра, близкого к диаметру скважины, зарядчик ГП-2 обеспечивают удовлетворительную плотность заряжания (без контейнера).

Испытывается новый зарядчик ЗЛП-2Б с усилием подачи 200 кг в расчете на раздавливание патронов с расширяющейся оболочкой.

Подача осуществляется роликами трения.

Параметры отбойки.[i][/i] Известно, что увеличение расхода бурения (до известного предела) снижает выход негабарита и, следовательно, сокращает объем вторичного дробления.

Научно-исследовательскими организациями и отдельными специалистами выполнялись для ряда рудников технико-экономические расчеты оптимальной сетки скважин из условия минимальных затрат на отбойку и вторичное дробление руды. По расчетам в большинстве случаев получается, что целесообразно не только не сгущать, а даже разрежать имеющуюся сетку скважин (при существующей скорости бурения).

Однако в этих расчетах не учитывалось, что при вторичном дроблении руды санитарно-гигиенические условия и безопасность работ значительно ниже, чем при бурении глубоких скважин. He учитывалось также и то, что при уменьшении объема вторичного дробления повышается производительность блока по выпуску руды с вытекающими отсюда преимуществами.

Эти обстоятельства говорят в пользу сгущения сетки скважин. Можно до известной степени не считаться с затратами на отбойку, если это облегчит выпуск руды.

В литературе уже встречается мнение в пользу таких параметров отбойки, которые вообще исключат необходимость вторичного дробления руды. Причем ряд специалистов считают возможным обеспечить желаемый размер куска при отбойке за счет соответствующего выбора параметров буровзрывных работ и правильного их ведения.

Оценивая возможность управления кусковатостью руды при отбойке, необходимо учитывать реальные условия: 1) при послойной отбойке возникают нарушения в невзорванной части массива, увеличивающиеся с повышением удельного расхода BB, например на криворожском руднике им. Р. Люксембург расход BB на минную отбойку в камерах, равный 1000—1300 г/т, призван оптимальным: не только снижение, но и повышенно расхода против этой величины ухудшает дробление руды, так как усиливает разрушение невзорванной части массива; 2) под воздействием горного давления скалываются выступающие части рудного массива, растрескиваются целики и т. п.; 3) в массиве имеются естественные трещины и ослабления, по которым в основном разрушается массив и которые ограничивают распространение энергии взрыва; 4) часть пробуренных скважин приходит в негодность; 5) в результате искривления скважин расчетные параметры отбойки местами нарушаются; 6) заряды, взорвавшиеся первыми, работают с увеличенной нагрузкой и разрушают часть зарядов последующих очередей взрыва; 7) величина свободного прохода в выпускных дучках над спрессовавшейся рудной мелочью настолько невелика, что в них нередко заклиниваются даже сравнительно небольшие куски руды.

Таким образом, полная ликвидация выхода негабарита при отбойке крепких руд и вообще полное управление кусковатостью руды остаются пока лишь пожеланиями.

Правильнее рекомендовать применение таких параметров отбойки, которые обеспечат возможно меньший выход негабарита, даже если при этом сумма затрат на первичное и вторичное дробление увеличится.

При отбойке крепкой (и средней крепости) руды современными техническими средствами частичный выход негабарита в большинстве случаев неизбежен. Поэтому имеющиеся тенденции облегчения выпуска руды за счет увеличения габарита кусков, применения подземных дробилок, расширения выпускных выработок, изыскания новых способов вторичного дробления и т. п. являются прогрессивными.