Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика горнотехнических условий и технологических решений открытой разработки угольных месторождений восточного забайкалья 10
І.І.Характеристика минерально-сырьевой базы угольных месторождений Восточного Забайкалья 10
1.1.1. Угольные ресурсы России. Общие сведения 10
1.1.2.Угольные месторождения Восточного Забайкалья 11
1.1.3. Современное состояние добычи угля в Читинской области 12
1.2. Горно-технические и горно-геологические условия разработ ки Татауровского буроугольного месторождения 13
1.2.1 Природно-климатические условия месторождения 13
1.2.2 Горно-геологическая характеристика месторождения 14
1.2.3 Оценка гидрогеологических условий месторождения 16
1.3. Современное состояние разработки месторождения 19
1.4. Адаптация организационно-технологических решений к современным эколого-экономическим условиям 23
1.5. Цели и задачи исследований 27
2. Обоснование параметров буровзрыв ных работ 29
2.1.Особенности ведения буровзрывных работ по мерзлым чет вертичным отложениям и коренным породам 29
2.2. Повышение сохранности скважин и гидроизоляция заря дов ВВ 32
2.2.1. Анализ факторов, влияющих на сохранность скважин, и результатов испытаний гидроизоляции скважин 32
2.2.2. Разработка технологии заряжания с гидроизоляцией зарядов ВВ 36
2.2.3 Особенности и перспективы заряжания скважин непосред ственно после их бурения 38
2.3. Обоснование рационального ассортимента взрывчатых веществ 40
2.3.1 Сравнительные испытания различных типов ВВ 40
2.3.2 Оценка ассортимента ВВ для взрывания вскрышных пород 42
2.4. Параметры буровзрывных работ по мерзлым четвертичным отложениям 45
2.4.1 Закономерности распространения разрушающих деформаций 45
2.4.2 Обоснование минимального расстояния подбоя детонирующего шнура при многорядном короткозамедленном взрывании 51
2.4.3 Обоснование параметров сетки скважин и удельного расхода ВВ 54
3. Разработка и обоснование технологи ческих схем взрывания 68
3.1. Обоснование параметров технологических схем взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки 68
3.2. Технологическая схема взрывания при валовой выемке четвертичных отложений и коренных пород 71
3.3. Технологическая схема взрывания при селективной выемке четвертичных отложений и коренных пород 73
3.4. Технологическая схема взрывания с раздельной выемкой деятельного слоя многолетнемерзлых пород 78
3.5. Оценка эффективности технологических схем взрывания 83
4. Разработка технологических схем веде ния горных работ в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения 97
4.1.Комбинированные технологические схемы вскрышных работ с применением драглайнов, бульдозеров и скреперов 97
4.1.1 Технологические схемы экскавации с оттаиванием и перемещением песчано-галечных пород 97
4.1.2 Разработка многолетнемерзлых пород по периодам года 106
4.2.Исследования вскрышного агрегата с системой подвески ковша к забойной и отвальной платформам 117
4.3. Обоснование технологических схем осушения разреза 124
4.3.1 Анализ проектных схем осушения разреза 124
4.3.2 Совершенствование системы водоотлива на разрезе 127
4.4. Технико-экономическая эффективность организационно-технологических методов ведения горных работ. 131
Заключение 136
- Горно-технические и горно-геологические условия разработ ки Татауровского буроугольного месторождения
- Повышение сохранности скважин и гидроизоляция заря дов ВВ
- Параметры буровзрывных работ по мерзлым четвертичным отложениям
- Оценка эффективности технологических схем взрывания
Введение к работе
Актуальность работы. На территории Восточного Забайкалья известно более 100 угольных месторождений и углепроявлений. Разрабатываются Харанорское, Уртуйское и Татауровское буроугольные месторождения. Наиболее сложные горно-технические и горно-геологические условия характерны для Татауровского месторождения: суровость климата; влияние крупной реки Ингода; высокая водообильность; многолетняя мерзлота. Четвертичные отложения содержат кондиционную песчано-гравийную смесь.
В современной технологии ведения горных, буровзрывных и строительных работ в условиях многолетней мерзлоты достигнуты значительные научно-практические результаты, изложенные в трудах В.П. Бакакина (1958), И.П.Балбачан( 1974,1979), В.Г. Гольдтмана, И.З. Дроговейко (1981), А.А. Егу-пова (1981,1991), В.И. Емельянова (1976,1978), И.И.Железняка Д.М.Кушнарева (1973,1983,1985), М.В.Костромина (1994), Г.ЗЛерльштейна (1979), С.В.Потемкина (1991), В.Г.Пятакова (1994), А.В.Рашкина (2004) и др. Однако исследования в этой области при открытой разработке угольных месторождений весьма незначительны и связаны в основном с повышением эффективности бурения взрывных скважин по многолетнемерзлым породам -Н.Н.Страбыкин (1989), В.А.Перетолчин, А.Е.Беляев и др. (1983,1985,1993). Вместе с тем опыт работы разрезов Восточной Сибири, Забайкалья и Якутии, исследования В.П.Федорко (2000), Г.К.Островского (1993), В.М.Наумова и др. показывают, что необходимо разрабатывать специальные технологические схемы ведения буровзрывных (БВР) и горных работ по многолетне-мерзлым и коренным породам и создавать экономичную систему осушения разреза и водоотлива. Решению этой актуальной научно-практической задачи посвящена диссертация.
Объект исследования - буровзрывные и вскрышные работы на угольных разрезах в сложных горно-технических и геокриологических условиях.
Предмет исследования — технологические схемы буровзрывных и вскрышных работ в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения.
Цель работы - Разработать и обосновать эффективные технологические схемы буровзрывных и вскрышных работ в сложных горнотехнических и геокриологических условиях, усовершенствовать систему осушения и водоотлива.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
изучить горно-технические и горногеологические условия буро-угольных месторождений Восточного Забайкалья, состояние технологии открытой разработки, выявить адаптивные границы разреза на основе современных эколого-экономических критериев;
выявить особенности ведения БВР по мерзлым четвертичным отложениям и коренным породам, позволяющих разработать и обосновать технологические решения по сохранности скважин, гидроизоляции зарядов ВВ, рациональный ассортимент ВВ и параметры;
разработать и обосновать технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке мерзлых четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоя;
разработать технологические схемы ведения горных работ в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения.
Идея работы заключается в том, что повышение эффективности открытой разработки угольных месторождений в сложных горно-технических, гидрогеологических и геокриологических условиях возможно на основе применения рациональных параметров БВР по мерзлым четвертичным отложениям, комбинированных технологических схем вскрышных работ и совершенствования системы водоотлива.
Методы исследований. Обобщение результатов известных технологий, моделирование, опытные взрывы и производственные эксперименты, обработка результатов опытов методом наименьших квадратов, технико-экономический анализ.
Защищаемые научные положения.
1. Разработанные и обоснованные на закономерностях распространения разрушающих деформаций технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке мерзлых четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоя позволяют улучшить качество дробления массива и сократить потери скважин.
2.Разработанные технологические схемы горных работ на основе послойного солнечно-радиационного оттаивания мерзлых пород четвертичных отложений и совершенствования системы осушения и водоотлива в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения обеспечивают планомерность ведения вскрышных работ и высокие технико-экономические результаты добычи угля.
3. Перспективным направлением совершенствования технологии вскрышных и добычных работ является применение предложенного вскрышного агрегата, позволяющего уменьшить объём вторичного рыхления многолетнемерзлых пород, сократить площади внешних отвалов, уменьшить расходы на планировку отвалов при рекультивации нарушенных земель и повысить полноту выемки угля на подтапливаемых участках.
Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений обеспечена представительным объёмом опытных взрывов в натурных и производственных условиях, промышленными испытаниями технологических схем ведения буровзрывных и горных работ, крупномасштабным внедрением разработанных технологий в производство с большим экономическим эффектом и фактическим повышением эффективности добычи угля в новых экономических условиях.
Теоретическая значимость и научная новизна диссертации заключается в: выявлении закономерностей распространения разрушающих деформаций при взрывании мерзлых пород, позволяющих обосновать и оценить параметры заложения зарядов и короткозамедленного взрывания; обосновании технологических схем вскрышных работ с применением солнечно-радиационного оттаивания пород.
Практическое значение имеют: технические решения по сохранности взрывных скважин и гидроизоляции зарядов ВВ; обоснованные параметры БВР по мерзлым четвертичным отложениям и разработанные технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоя; технология проходки открытой дрены направленными взрывами сосредоточенных скважинных и щелевых зарядов; комбинированные технологические схемы вскрышных работ с применением солнечно-радиационного оттаивания пород; конструкция вскрышного агрегата с системой подвески ковша к забойной и отвальной платформам; усовершенствованная система осушения дренажными канавами на глубину деятельного слоя с применением щелевых зарядов и водоотлива с оптимальными сечениями подающих и напорных магистралей, позволяющая сократить перекачку воды в объёме до 2000 м /час.
Личный вклад автора заключается в формулировке цели и основных задач исследований, обосновании послойного солнечно-радиационного оттаивания мерзлых горных пород, конструкции вскрышного агрегата и системы осушения и водоотлива, организации производственных экспериментов, разработке технологических схем ведения буровзрывных и горных работ по периодам года, обработке и анализе результатов исследований.
Апробация работы. Результаты, основные положения, выводы и рекомендации докладывались на научно-технических совещаниях АО «Востсиб-уголь», ОАО «Читинская угольная компания», ежегодных научно-
9 практических конференциях ЧитГУ (2003,2004), ИрГТУ «Игошинские чтения» (Иркутск, 2003), научном симпозиуме «Неделя горняка»(2004,2005, МГТУ, Москва). Результаты исследований и разработок использованы при разработке проекта реконструкции и развития разреза «Восточный» в ОАО «Востсибгипрошахт» и составлении ОВОС в ЧитГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в журнале «Уголь», сборнике научных трудов «ГИАБ» и Вестнике ЧитГУ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 145 страниц машинописного текста, включая 43 рисунка, 19 таблицы, список использованной литературы из 70 наименований, 14 приложений.
Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедры «Открытых горных работ» ЧитГУ за конструктивное обсуждение результатов исследований и моральную поддержку, директору Горного института доценту П.Б.Авдееву за организационную помощь, научному руководителю профессору А.В.Рашкину за научно-методическую помощь при написании диссертации, кандидатам технических наук В.М.Наумову и Ю.Г.Скурихину, горному инженеру Ю.К.Гордееву за организацию опытных работ.
Горно-технические и горно-геологические условия разработ ки Татауровского буроугольного месторождения
1.2.1 .Природно-климатические условия месторождения Татауровское буроугольное месторождение приурочено к центральной части Читино-Ингодинской впадины и расположено в долине р.Ингода, на обоих ее берегах. Площадь месторождения в контуре нижнего пласта III со-ставляет 50,2 км . Географо-экономическое положение месторождения является благоприятным для его промышленного освоения. Рельеф района сильно расчленен. Основными элементами рельефа являются Читино-Ингодинская впадина, к центральной части которой приурочено месторождение и ограничивающие ее с северо-запада и юго-востока хребты Яблоневый и Черского.Со стороны хребтов Яблоневого и Черского река Ингода принимает многочисленные притоки. Непосредственно на территории месторождения протекают притоки Жипкоша, Каменка, Житкомыл, Гнилушка, Нарымка и Красная. Климат района резко континентальный с большими амплитудами температур воздуха, малым количеством осадков, высокой сухостью воздуха и минимальной облачностью. Среднегодовая температура воздуха в районе отрицательная и изменяется от-0,8 С до 2 ...5 С. Продолжительность периода с отрицательными среднегодовыми температурами составляет около 6 месяцев, переход температуры через 0 С отмечается в конце марта и конце сентября - начале ноября. Наиболее холодным месяцем года является январь, имеющий среднюю температуру -20,4 С. Для наиболее теплого месяца июля характерна среднемесячная температура - 18,0...18,6 С.
Годовое количество осадков, выпадающих на территории района изменяется от 208,0 до 566,7 мм и составляет в среднем 364,6 ...338,6 мм. Основное количество осадков (около 95 %) выпадает в теплый период года. В летне-осенний периоды (июнь — сентябрь) чаще всего наблюдаются длительные крупнокапельные обложные дожди, продолжающиеся иногда до 7 дней, реже сильные ливни с суточным максимумом, достигающим величины 91,9 мм. С летними дождями, особенно затяжными, связаны значительные повышения уровней реки (летние паводки, наводнения). Незначительное количество зимних осадков определяет малую мощность снежного покрова, максимальная величина которого составляет 8...9 см. На открытых пространствах снежный покров, как правило, отсутствует, на защищенных от ветра участках высота его в отдельные годы достигает 20...30 см. Продолжительность периода со снежным покровом 5 месяцев (ноябрь - апрель). 1.2.2 Горно-геологическая характеристика месторождения Татауровское месторождение расположено на границе двух палеозойских структурных зон Центрального Забайкалья - Хилокской и Даурской. Хребты сложены разнообразным комплексом метаморфических изверженных пород, имеющих возраст от протерозоя до нижнего мезозоя включительно, а области их предгорий и заключенные между ними котловины заполнены осадочными отложениями верхнемезозойского и четвертичного возрастов.
Месторождение входит в состав Татауровской структуры, которая ограничивается бортами Ингодинской депрессии на северо-западе и юго-востоке, а также выступами кристаллического фундамента на северо-востоке и юго-западе. Общая протяженность структуры равна 32 км, ширина 12 км. По условиям залегания месторождение представляет собой обособленную замкнутую мульду. Ширина мульды в центральной части месторождения (в контуре пласта III) составляет 5,4 км, длина 14 км. Площадь ее в этом контуре равна 50,2 км2. Углы падения слоев пород и углей восточного крыла мульды составляют 3...40, редко достигая 5...6. К центру мульды пласты выполаживаются до 1.. .2. Западное крыло месторождения почти повсеместно имеет углы падения слоев равные 7...8 . В юго-восточной части месторождения мульда осложнена антиклинальным перегибом. В восточной части месторождения имеются локальные подвижки фундамента, приведшие к сближению угольных пластов. В результате этого на двух участках восточного крыла месторождения пласты II и III оказались слитыми в один пласт. Угольные пласты входят в состав двух горизонтов: 1 — мощных угольных пластов и 2 - частого переслаивания, включающих до 15 пластов мощностью от 0,1 до 19,8 м. Промышленное значение для разработки открытым способом, имеют угольные пласты I, II, III и верхний IIIа. По геологическому строению и условиям залегания угольных пластов месторождение в целом благоприятно для разработки открытым способом. Вместе с тем, освоение месторождения затруднено сложными гидрогеологическими и гидрологическими условиями, которые определяются гидравлической связью подземных вод с поверхностными водами р. Ингода, периодическими затоплениями площади месторождения паводковыми водами, высокой водообильностью вскрышных пород и наличием многолетней мерзлоты при сложной конфигурации ее распространения (Глушков, Козлов, 1987). Многолетняя мерзлота мощностью 60...70 м развита повсеместно и характеризуется высокой температурой мерзлых пород - не более -0,2...-0,9 С. Глубина залегания верхней границы составляет 0,5...24 м и связана с развитием торфяников, при их отсутствии глубина залегания мерзлоты увеличивается, но в пределах полосы шириной 400...600 м к западу от выхода под наносы угольного пласта III она характеризуется глубиной сезонного промерзания около 3 м. Глубина сезонного оттаивания и промерзания пород изменяется в широких пределах - на торфяниках 0,5...0,7 м, на участках песчано-гравийно-галечниковых отложений (Ш ГО) с тонко дисперсным заполнителем 3...4 м, без заполнителя 5...6 м. Оттаивание сезонно-мерзлого слоя начинается в апреле и достигает максимума в конце сентября — начале октября. В осенне-зимнее время при промерзании слоя сезонного оттаивания до его полного смыкания с многолетнемерзлыми породами надмерзлотные воды находятся в напорном состоянии, межмерзлотные воды встречаются в виде линз различных размеров и на различной глубине. Физико-механические свойства пород и углей изучены достаточно. Объемная плотность пород составляет 1,73...2,23 т/м , угля - 1,22 т/м , влажность, соответственно, 20...22,8 % и 47 %, угол естественного откоса не более 30...35. В талом состоянии породы слабые и ниже средней крепости (за исключением прочных песчаников на карбонатном цементе) и могут экска-вироваться без предварительного рыхления взрывом. В мерзлом состоянии породы требуют обязательного рыхления взрывом и могут быть отнесены к III и IV категории по ЕНВ.
Повышение сохранности скважин и гидроизоляция заря дов ВВ
Практический опыт показывает, что продолжительность сохранности пробуренных скважин изменяется в широких пределах — от секунд до нескольких суток. Наибольшая сохранность скважин характерна для холодного периода года, когда заиливание скважин связано с поступлением только межмерзлотных вод. В период функционирования ДС многолетней мерзлоты сохранность скважин уменьшается. Поступление воды с заиливающим материалом является основным фактором, определяющим сохранность скважин. Второстепенное значение имеют осыпание стенок скважин, пересекающих 111 ГО, а также оттаивание мерзлых пород в процессе бурения. Наблюдения и опыт работы разреза показывают, что потери скважин от заиливания, обрушения стенок и оттаивания мерзлых пород составляют не менее 10...15% зимой и 25% - в теплый период. Большие потери скважин отмечаются в период промерзания ДС, когда межмерзлотные воды его имеют напорный характер - в этот период теряется до 50% скважин.
Повышение сохранности скважин возможно при комплексном решении этой сложной научно-практической задачи. Наиболее полно могут быть решены вопросы сохранности скважин от воздействия вод ДС путем его осушения на всей площади разреза или одной-двух отрабатываемых заходок. Образование сушенцовых зон не исключает необходимости применения специальных устройств для гидроизоляции и крепления устьевой части скважин по следующим причинам: при бурении через осушенный ДС уменьшается устойчивость стенок скважин; выпадение и фильтрация в скважины ливневых вод; образование временного ДС после снятия осушенного слоя пород; оттаивание коренных пород после удаления слоя четвертичных отложений. В практике бурения взрывных и разведочных скважин используются разнообразные устройства для крепления и гидроизоляции устьевой части скважин (Мартыненко и др., 1982. В условиях разреза прошли испытания гидроизоляции скважин с помощью надувных емкостей и обсадных труб. Надувная емкость (камера футбольного мяча) опускалась на глубину до 1,0 м ниже границы оттаивания пород на момент испытания и в нее от баллона подавался сжатый воздух, камера перекрывала сечение скважины и вся вода с заиливающим материалом собиралась выше ее. Перед заряжанием камеру прокалывали специальным штырем, сжатый воздух выходил из нее, а резиновая оболочка вместе с некоторым количеством воды и илов опускалась на забой скважины. При использовании надувных камер неизбежно теряется часть глубины скважин (до 1...2 м), поэтому провели испытания гидроизоляции скважин обсадными трубами из стеклопластика (рис.2.1).
К корпусу 1 обсадной трубы прикреплялись две манжеты 2 из микропористой пластовой резины. При опускании трубы в скважину резиновые манжеты заворачивались, образуя желоб, и плотно перекрывали затрубное пространство. Вода и заиливающий материал скапливались в затрубном пространстве. После заряжания скважины, труба извлекается. Испытания показали, что при ширине затрубного пространства не более 1 см гидроизоляция устьевой части скважин вполне надежна. Заряжание производиться без извлечения устройства. Недостатки устройства связаны с большим диапазоном изменения диаметра скважин вследствие износа долот. Наблюдения показали, что в 47% случаев установка труб происходила без осложнений, в 36% случаев трубы входили плотно или не входили вовсе в скважины из-за малого их диаметра и в 17% случаев манжеты не перекрывали затрубное пространство из-за увеличенного диаметра скважин.
Более перспективно устройство для крепления и гидроизоляции устьевой части скважин, разработанное нами в развитие аналогичного устройства, применяемого на разрезе «Нерюнгринский» (рис.2.2). Устройство включает в себя обсадную трубу 1 с упорным фланцем 6, прорезиненный рукав 2, имеющий на одном конце уплотнительное кольцо 3, а другим концом соединенный с подвижным упорным фланцем 4, подвижный и не подвижный фланцы соединены гибкой связью 5, а уплотнительное кольцо 3 выполняется полым, каплевидного сечения, причем полость заполняется сжатым воздухом или эластичным материалом. Устройство вставляется в скважину до упора подвижного фланца 4 с породой вокруг устья скважины. Под давлением трубу 1 вводят в скважину до упора неподвижного фланца 6 с подвижным 4. При этом конусной частью трубы уплотнительное кольцо 3 прижимается к стенкам скважины, перекрывая затрубное пространство. После заряжания скважины устройство извлекается для повторного использования. Более сложной задачей является гидроизоляция от межмерзлотных вод. Линзы межмерзлотных вод имеют различный дебет и запасы и пересекаются скважинами на различной глубине от поверхности. Здесь целесообразно осушать массив от межмерзлотных вод с помощью вееров дренажных горизонтальных скважин. Для бурения скважин диаметром до 200 мм и длиной до 100... 130 м может быть применена буровая установка УЛБ-130, с помощью которой можно.бурить веер горизонтальных скважин, подсекающих зону двух заходок при расстоянии между точками бурения вееров 150... 180 м. При этом необходимо выявить возможность установки УЛБ-130 не в колодце диаметром 3 м, а на самоходном шасси (например, от бурового станка или легкого экскаватора) и оценить с помощью геофизической разведки горизонт преимущественного залегания линз межмерзлотных вод. Применение известных способов закрепления и гидроизоляции стенок скважин на наш взгляд неперспективно, так как линзы межмерзлотных вод имеют различные дебет и запасы и в большинстве случаев напорные. Кроме того, использование указанных способов затрудняет технологический цикл бурения. В лабораторных условиях и при бурении скважин станками СВБ-2М на разрезе «Сафроновский» были апробированы тампонажные смеси на основе ПАВ, глин, алебастра и автола. Результаты получены в целом положительные, но введение этих тампонажных смесей в забой для создания гидроизолирующей оболочки представляет весьма трудоемкую операцию.
Таким образом, осушение ДС слоя многолетней мерзлоты и зоны преимущественного распространения линз межмерзлотных вод с дополнительным использованием устройств для крепления и гидроизоляции устьевой части скважин является реальным и эффективным направлением повышения сохранности взрывных скважин в комплексе с применением технологии заряжания скважин вслед за их бурением и гидроизоляцией зарядов. Разработка технологии заряжания с гидроизоляцией зарядов ВВ Практика взрывного дела показывает, что из-за трудностей гидроизоляции стенок скважин наиболее перспективно применение гидроизоляции зарядов. Наибольшее распространение получает способ гидроизоляции зарядов ВВ полиэтиленовыми оболочками. При этом технологически используется заряжание с предварительным осушением скважин и без их предварительного осушения (с заряжанием «под воду», «на воду» и до заполнения сква: жин водой). В условиях разреза «Восточный» гидроизоляция зарядов может быть использована только в комплексе с заряжанием скважин вслед за бурением (Кузнецов и др., 1974), т.е. до заполнения их водой и заиливающим материалом. Наличие в воде заиливающего материала полностью исключает заряжание «на воду» или «под воду» и предварительную откачку воды.
Экспериментальные работы и опыт показали, что диаметр рукава должен быть не более 0,85...0,9 диаметра скважины при толщине пленки 0,15...0,20 мм. Из-за износа долот при диаметре скважин 150...160 мм диаметр оболочки должен быть не менее 136 мм и не более 150 мм. Поскольку фактический диаметр скважин не контролируется, то диаметр рукава рекомендуется 140... 145 мм — при этом обеспечивается радиальный зазор между зарядом и стенками скважин 2,5...10 мм в зависимости от износа долот. При диаметре бурения 214...216 мм диаметр рукава должен быть 190... 195 мм. Технология механизированного заряжания скважин с гидроизоляцией зарядов полиэтиленовыми оболочками (рукавами) разрабатывалась в КазПИ (Ракишев и др., 1984), МГИ, НИИОГР и других организациях. В установках УЗСК Пол — «Талисман» - 1, 2 и 3 полиэтиленовый рукав гофрируют на специальную гильзу с эластичным тормозным конусом. Аналогичный принцип заложен в работах институтов ВНИИ
Параметры буровзрывных работ по мерзлым четвертичным отложениям
Проектом строительства разреза предусмотрена подготовка пород к экскавации взрывом зарядов в наклонных скважинах диаметром 160 мм. Норматив удельного расхода принят 0,8 кг/м . При высоте подуступа (уступа) 15 м приняты следующие параметры: перебур 0,5 м, сопротивление по подошве 5,6 м, расстояние между скважинами в ряду и рядами скважин 5,6 м; для нижнего подуступа высотой 9 м эти параметры составляют, соответственно, 0,3, 5,0 и 5,0 м. Угол наклона скважин 75. Изучение закономерностей распространения разрушающих деформаций позволяет оценить предельные размеры зон разрушения и требуемые для этого интервалы замедления. Методика инструментальных измерений изложена в работах А.А. Егупова, М.Г. Малахова др.(1978) и заключается в следующем. На заданных расстояниях от боевой скважины в тыл массива и во фланг бурится ряд скважин, в которых размещаются проволочные датчики. В наших опытах датчики изготовлялись из трубок газонаполненных ламп, по внешней образующей которых наклеивался отрезок медной проволоки диаметром до 0,1 мм. От случайных повреждений проволока защищалась наклейкой из бумажной полосы. Длина датчика до 0,5... 1,0 м.
Датчики располагались в скважинах на уровне нижнего и верхнего торцов заряда (рис.2.6), от них на поверхность выводились концевые провода сечением 0,75 мм2. Регистрация разрыва датчиков осуществлялась осциллографом. Полученные зависимости (табл.2.4,рис.2.7,2.8) позволяют заключить следующее: - зависимость расстояния распространения разрушающих деформаций во времени имеет нелинейный характер - с увеличением расстояния от заряда темпы прироста необходимого времени возрастают; - общий характер зави симости является постоянным для пород различного состава, но численные параметры зависимости различны; - скорость распространения разрушающих деформаций в песчано- гравийно-галечном материале ниже, чем в песчаных и алевролитах; - начальная скорость распространения разрушающих деформаций и темпы ее уменьшения в песчаниках и алевролитах выше, чем в песчано- гравийно-галечниковом материале. располагались у верхнего торца заряда. Взрывы были выполнены в начале июля и в конце ноября — в этот период времени породы на горизонте установки датчиков (2,6...2,8 м от устья скважин) были в мерзлом состоянии. После статистической обработки получено следующее соотношение, характеризующее изменение скорости распространения разрушающих деформаций дляПТТО V = U9A-4,6xR2. (2.1) В слое песчаников датчики были установлены в районе нижнего торца заряда (11 м от устья скважин).
Изменение скорости распространения разрушающих деформаций здесь характеризуется соотношением Г = \92,4-6,6хЯ2. (2.2) Крепкие песчаники имеют более высокую начальную скорость разрушения 192,4 м/с , чем ГОТО- 119,4 м/с. Однако потери энергии на трещино-образование в песчаниках более высокие, что в конечном итоге предопределяет достаточно близкие предельные параметры зон разрушения. По-видимому, предельный радиус зоны разрушения определяется при Г 0. Тогда для ГОТО Rnp 5 м, а для песчаников RnP = 5,4 м. Полученные зависимости (см.рис.2.7) позволяют оценить время распространения разрушающих деформаций. После обработки экспериментальных данных получены зависимости расстояния распространения разрушающих деформаций от времени: - для песчано-гравийно-галечниковых отложений R = 0,45 х 4т ; (2.3) - для песчаников и алевролитов R = 0,59 х 4т. (2.4) Соотношения справедливы в границах 0 R Rnp. Для предельного радиуса зоны разрушения необходимый интервал времени составляет около 120 мс для ГОТО и около 80 мс - для песчаников. Полученные данные позволяют оценить параметры заложения зарядов и короткозамедленного взрывания для основных групп пород. Для мерзлых пород коэффициент сближения зарядов принимается равным 0,8...1,4 (Дро-говейко,1981). На основании этого предельная сетка расположения скважин для ПГГО 5 х 5 м, для песчаников 5,4 х 5,4 м при фактическом удельном расходе ВВ 0,82...0,94 кг/м . Минимальный интервал замедления между рядами составит, соответственно, 50 мс и 35 мс (из условия распространения разрушающих деформаций в одну сторону на 2/3RnP). Эти параметры близки к принятым в проекте. Сопротивление по подошве для скважин первого ряда определяется высотой уступа и углом его откоса. При порядной схеме короткозамедленного взрывания первый ряд взрывается мгновенно. При этом за счет взаимодействия зарядов в ряду преодолеваемое сопротивление увеличивается в сравнении с таковым при взрывании одиночных скважин.
Согласно сопротивление по подошве в этом случае определится соотношением (Азар- кович, Давыдов, 1961) W = W0/l+k0xdx(\,2-m), (2.5) где:іод — сопротивление по подошве, преодолеваемое одиночным зарядом, и -2. м; ко г- — коэффициент взаимодействия зарядов; у — объемная плотность взрываемых пород, т/м3; / — диаметр заряда, м; т — коэффициент сближения зарядов. 30 Тогда для ПГГО при у = 2,1 т/м3 Wnp = 5,0+-==гх0,16х(1,2-1,0) = 5,7 \2,1 м,а для песчаников, алевролитов Wnp = 5,4 -\— х 0,16 х (1,2 -1,0) = 6,1 м. При фактическом сопротивлении больше указанных величин неизбежно применение в первом ряду параллельно-сближенных скважин. Для качественного дробления расстояния между скважинами в ряду и рядами скважин должны приниматься несколько меньше предельной зоны разрушающих деформаций, но в пределах максимума зоны интенсивного трещинообразования, т.е. не более (0,8...0,9) Я/7/ . При коэффициенте сближения 1,0 следует ориентироваться на следующие параметры:4,0 х 4,0...4,5 х 4,5 - для ПГТО и 4,0 х 4,0...4,8 х 4,8 м - для песчаников и алевролитов. При валовой выемке следует ориентироваться на сетку 4,0 х 4,0 ...4,5 х 4,5 м. Реально во всех случаях следует ориентироваться на сетку скважин 4,0 х 4,0 м, так как диаметр заряда различен и вследствие износа долота составляет 0,15...0,16 м. Минимальный интервал замедления должен составлять 35...50 мс.
Оценка эффективности технологических схем взрывания
Эффективность предложенных технологических схем взрывания требует выполнения следующих организационно-технологических методов ведения горных работ: - осушение месторождения в целом и отрабатываемых заходок для уменьшения обводненности ДС и водопритока из таликовых зон; - перевод места установки драглайнов из выработанного пространства в пределы границ заходки с ведением вскрышных работ по усложненной бестранспортной системе без подвалки пласта - Черемховская схема;- при работе двумя подуступами планировка кровли нижнего подусту- па с уклоном 0,001...0,003 в сторону выработанного пространства для потока ливневых вод в теплый период времени; - гидроизоляция скважинных зарядов при заряжании вслед за бурением; - применение безотказных схем коммутации взрывной сети на дневной поверхности и в скважинах; Осушение карьерного поля в целом и отрабатываемых заходок позволяет исключить приток воды и заиливающего материала в скважины из ДС в теплый период времени - водоприток будет кратковременным за счет ливневых вод. Осушение разреза осуществляется с помощью открытой дрены размерами по верху 39 м, по низу 4 м, глубина 10 м, длина 7800 м, общий объем работ 1677 тыс. м3.
Одновременно сооружена водозащитная дамба высотой 8 м и объемом 1903,3 тыс. м . Проектные затраты на сооружение открытой дрены и водозащитной дамбы составляли 942,5 тыс. руб, продолжительность строительства водозащитных сооружений 1,5 года. С целью сокращения сроков строительства предлагалось открытую дрену соорудить взрывами на выброс по двум вариантам - взрывание сосредоточенных зарядов двухстороннего выброса и направленного одностороннего выброса. Из опыта проходки траншей и каналов в многолетнемерзлых породах показатель действия взрыва не должен превышать 2 при удельном расходе ВВ на выброс до 1,5 кг/м3 (Дроговейко,1981; Кутузов и др., 1974). Видимая глубина выемки принята равной 10 м. Предварительные расчеты показали, что схема взрывания сосредоточенными зарядами двухстороннего выброса является более простой, но не обеспечивает направленного выброса. Высота навала по обе стороны выемки не превышает 3,5 м, что увеличивает объемы экскаваторной досыпки водозащитной дамбы.
Поэтому укрупненными расчетами рассматрен вариант проходки дрены направленным взрывом сосредоточенных зарядов (Прилож.13). С учетом расходов на тротиловые шашки, ДТП, ЭД, расходы на взрывчатые материалы составили 562,8 тыс.р., затраты на бурение скважин - 36,24 тыс.р. (в ценах 1984 г.). Объем работ по дополнительной отсыпке водозащитной дамбы до про-ектных отметок драглайном ЭШ-10.70 составлял около 600 тыс.м , затраты на эти работы - 150 тыс. руб. В целом затраты на строительство водозащитных сооружений составили 749,04 тыс.р. и с неучтенными расходами (10 %) - 823,94 тыс. руб. По проекту затраты составляют 942,5 тыс.р.., т.е. на 118,56 тыс. р. больше. При двухсменном режиме работы с учетом непредвиденных затрат времени продолжительность строительства составит 104 суток. С учетом подготовительных работ общая продолжительность строительства не превысит 5...6 месяцев. Выполненные оценки позволили установить, что строительство водозащитных сооружений направленным взрывом с последующей доработкой дамбы до проектных отметок технически возможно и экономически целесообразно. Сроки строительства сокращаются в 2...3 раза, работы целесообразно выполнять в зимний период времени, когда исключен приток воды из ДС.
По окончании проходки дрены породы ДС осушаются в течение года, но обводненность их в теплый период времени будет сохраняться за счет ливневых вод. Поэтому дополнительно необходима проходка дренажных канав по контуру отрабатываемой заходки или по контуру отрабатываемой и последующей заходок. Уменьшение площади дренажа статических запасов вод ДС и ливневых вод создает благоприятные условия для образования сушенцовых зон. Глубина дренажных канав принимается не менее глубины ДС - 3 м. Канава проходится вдоль контура одной — двух заходок, отсекая их от общей площади дренажа карьерного поля (рис.3.7). Проходка дренажных канав наиболее просто осуществляется взрывом на выброс щелевых зарядов. Так как зачистка канав после взрыва не предусматривается, то параметры заложения щелевых зарядов должны обеспечить требуемую видимую глубину их. Общий сток воды осуществляется согласно руководящему уклону дневной поверхности в сторону р. Ингоды. При необходимости дренаж может быть усилен за счет сброса части вод в выработанное пространство путем проходки 1 или 2-х поперечных канав. Ниже приводятся результаты технологических расчетов. Глубина щели принимается равной W = (0,75...0,95) х.Нпр = 2,25 м, где НПР — 3 м- наибольшая глубина сезонного промерзания. Оптимальной является ширина щели 0,14...0,3 м. Удельный расход ВВ при взрывании на выброс составляет 1,4 кг/м3 (Кушнарев и др., 1985; Глоба, 1984). Показатель действия взрыва равен п = = 2,6, где Н — видимая глубина воронки вы броса, м. Масса заряда на 1 пог. м щели Q = 0,6 х qy х W2 х = 44,6 кг. 1 - 0,1 х п Высота заряда в щели шириной 0,15 м h3 =—= - = 0,37 м. Видимая глу- бина выемкиf = W+anxjQ = 3,0 м, где ап - коэффициент пропорциональности сжатия грунтов. Полная площадь поперечного сечения выемки So=0,6xn2xW2xtp = 12,3м , где р = 0,6 - коэффициент уменьшения сечения в мерзлых породах. Наибольшая высота сплошного навала Нн = 0,45 Р = 1,35 м. Ширина сплошного навала выброшенных породLH = к0 xny.1V = 23,4 м, щек0 = 3,2...5.0- коэффициент, учитывающий свойства грунтов. Ширина зоны разлета отдельных кусков Ц = 260 х х JnxW = 629 м, где кБ = 1 — коэффициент баллистических свойств грунта. Ширина зоны засорения = 3,2xLn = 75 м. Инициирование щелевого заряда производится двумя нитками ДТП, прокладываемого по дну щели.
Для промежуточных боевиков используется аммонит 6ЖВ в патронах по 1,5 кг. Боевики устанавливаются через 5 м по длине заряда. Для заряжания предусматривается граммонит 79/21. Общая длина дренажной канавы 2800 м. Суммарный расход ВВ составит 124,88 т, промежуточных детонаторов - 560, аммонита 6ЖВ на боевики -840 кг, детонирующего шнура - 7280 м.Затраты на взрывчатые материалы составили 30,0 тыс. руб, в том числе на ВВ - 26,1 тыс. руб, на ДШ - 1,2 тыс. руб, на ОШ и КД - 2,7 тыс. руб. Проходка щелей осуществляется щеленарезной машиной типа БТ-150 на базе трактора Т-150К, позволяющей нарезать щели шириной 0,15...0,27 м и глубиной до 2...2,5 м (Глоба,1984). При глубине щели 2 м и её ширине 0,15 м машина обеспечивает производительность до 150 м/ч. Расчеты показали, что при средней эксплуатационной производительности машины 180 м/смену продолжительность нарезания щелей составит 21 смену, время на заряжание щели, забойку и монтаж взрывной сети бригадой в 5 человек - 12,4 смен, общее время строительства дренажной канавы - 33,4 смен. Опыт мелиоративного строительства показывает, что лучше применить схему проходки с нарезкой трех щелей, из которых средняя заряжается, а две крайние служат для оконтуривания воронки выброса (Кушнарев и др., 1985; Глоба, 1984). Поэтому суммарное время строительства дренажной канавы составит 75,4 смены, себестоимость 1 пог. м. дренажной канавы - 15,16 руб. Дренажная канава должна проводиться в холодный период времени, начиная с января. Экономический эффект проходки дренажных канав за период существования ДС определяется за счет сокращения потерь скважин: 2625000 : 15 9 0,15 : 12 = 19688 пог. м, где: 9 — продолжительность функционирования ДС, месяцев; 15 — выход горной массы с 1 пог. м скважины, м ; 0,15 — потери скважин от заиливания при заряжании вслед за бурением.
