Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 10
1.1. Горнотехнические условия ведения взрывных работ на разрезах Кузбасса 10
1.2. Анализ исследований по ведению взрывных работ при подготовке обводненных вскрышных блоков 21
1.3. Цель, задачи и методы исследований 29
Выводы 35
2. Разработка и исследование эффективности средств формирования-зарядов в обводненных скважинах 37
2.1. Требования к конструкции скважинных зарядов на разрезах 37
2.2. Технологические характеристики обводненности взрывных скважин .41
2.3. Состав ВВ и конструкции зарядов в обводненных скважинах 47
2.4. Разработка средств формирования зарядов в обводненных скважинах ..
2.4.1. Рассредоточение комбинированного заряда 50
214.1. Способ рассредоточения водоустойчивого заряда ВВ в обводненной скважине и устройство для его осуществления 53
2.5. Исследование универсального запирающего устройства (УЗУ), как
эффективного и технологичного элемента забойки 56
2.5.1. Анализ существующих средств и способов забойки взрывных скважин 57
2.5.2. Техническое описание забойки с универсальным запирающим устройством 60
2.5.3. Исследование эффективности и технологичности универсальных запирающих устройств (УЗУ) в конструкции забойки 65
Выводы 71
3. Контурное взрывание, как специальное средство снижения обводненности блоков 73
3.1. Контурное взрывание, как средство снижения обводненности взрывных блоков 73
3.2. Особенности расчета технико-экономических показателей ведения буровзрывных работ в обводненных условиях
3.2.1. Буровые работы 78
3.2.2. Взрывные работы 83
3.3. Условия экономической целесообразности предварительного контурного взрывания для снижения обводненности блока 85
Выводы
4. Исследование технико-экономических показателей удаления воды из слабоприточных скважин осушающими машинами 90
4.1. Существующие средства и объемы осушения обводненных скважин на разрезах компании 90
4.2. Производительность осушающих машин 93
4.3. Эффективность осушения слабоприточных скважин 97
Выводы 101
5. Экономическая эффективность 103
5.1. Основные положения методики выполнения работ при подготовке обводненных взрывных блоков к зарядке 103
5.2. Экономическая эффективность рекомендаций 107
Заключение ПО
Литература
- Анализ исследований по ведению взрывных работ при подготовке обводненных вскрышных блоков
- Разработка средств формирования зарядов в обводненных скважинах
- Особенности расчета технико-экономических показателей ведения буровзрывных работ в обводненных условиях
- Производительность осушающих машин
Введение к работе
Актуальность работы. Технология и организация взрывных работ при подготовке обводненных вскрышных пород к выемке на разрезах является более сложной и более затратной по сравнению с необводненными условиями. Производительность зарядного оборудования и персонала при этом заметно снижается, а затраты на буровзрывную подготовку горной массы увеличиваются на 20 - 30 %.
Гидрогеологические факторы проявляются при выборе ассортимента взрывчатых материалов, обосновании технологии заряжания скважин и способов формирования зарядов, при выборе технических средств и технологических мероприятий по снижению негативного влияния обводненности.
На разрезах Кузбасса ежегодно взрывается около 1,5 млн. скважин. При этом в каждой второй взрывной скважине в той или иной мере присутствует вода. Наличие ее препятствует формированию рекомендуемых наукой и апробированных на практике конструкций скважинного заряда, которые обеспечивают качественную подготовку горной массы к выемке. Это относится к средствам рассредоточения зарядов при наличии воды, их гидроизоляции в случае использования неводоустойчивых ВВ, а также средств и способов забойки сильнообводненных скважин.
Предварительное контурное взрывание является одним из средств снижения обводненности блока. В настоящее время разработаны рекомендации по определению параметров контурных зарядов применительно к взрыванию высоких уступов высотой более 30 м, снижение обводненности которых достигается одновременно с заоткоской следующих по фронту горных работ уступов с целью повышения их устойчивости и обеспечения безопасности ведения горных работ на уровне нижней рабочей площадки. Фактически, при преобладающих объемах транспортной вскрыши, около 80 % взрываемых блоков имеют высоту менее 30 м, поэтому предварительное контурное взрывание для снижения их обводненности следует рассматривать как специальное мероприятие, условия целесообразности которого в настоящее время еще не исследованы.
Удаление воды из скважин с использованием осушающих машин в ряде случаев позволяет на относительно непродолжительное время понизить ее уровень. Вместе с тем имеются взрывные блоки, в которых приток воды в скважины сравним с производительностью насоса осушающей установки, что заведомо предопределяет нецелесообразность использования осушающих машин. Условия применения осушающих машин по гидрогеологическим факторам, возможность их технологической адаптации в комплексе с зарядными машинами, а также соотношение этого метода с предварительным контурным взрыванием для снижения обводненности блока в целом являются нерешенными на данный момент времени вопросами, которые требуют научных исследований.
С этой точки зрения разработка и исследование эффективности применения технологичных средств формирования зарядов в обводненных скважинах, исследование условий целесообразности контурного взрывания, как специального мероприятия направленного только на снижение обводненности взрывных блоков, установление условий применения осушающих машин, как средства альтернативного контурному взрыванию, позволит повысить эффек-
тивность взрывных работ не только на угольных разрезах, но и при открытой разработке других полезных ископаемых, где подготовка горной массы к выемке осуществляется взрывным способом.
Работа выполнена в рамках программы повышения эффективности буровзрывных работ на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» на 2005 - 2010 гг. и планов НИР Кузбасского государственного технического университета.
Целью работы является разработка и обоснование технических и технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности взрывной подготовки обводненных вскрышных пород к экскавации на разрезах.
Объектом исследования являются вскрышные обводненные буровзрывные блоки высотой до 30 м.
Предметом исследования являются показатели эффективности рекомендуемых технических средств формирования зарядов в обводненных скважинах и технологических способов снижения обводненности при взрывной подготовке вскрышных пород к экскавации.
Идея работы заключается в установлении взаимосвязи типовых конструкций зарядов в обводненных скважинах с показателями обводненности взрывного блока после контурного взрывания и показателями обводненности скважин после осушения.
Задачи исследования:
разработать эффективные средства формирования зарядов в обводненных скважинах, обеспечивающих возможность снижения расхода водоустойчивых ВВ при сохранении качества дробления горной массы;
обосновать условия применения предварительного контурного взрывания при подготовке обводненных взрывных блоков высотой до 30 м, как специального технологического мероприятия, направленного на снижение уровня обводненности блока перед бурением и зарядкой основной системы скважин;
обосновать условия применения технологических схем взрывной подготовки обводненных породных уступов с использованием осушающих машин для удаления воды из взрывных скважин и выполнить сравнительную технико-экономическую оценку этого способа с предварительным контурным взрыванием для снижения обводненности блока в целом.
Методы исследований:
статистическая обработка производственных данных и результатов хронометражных наблюдений;
математическое моделирование технико-экономических показателей буровзрывных работ;
- опытно-промышленные эксперименты.
Научные положения, выносимые на защиту:
использование универсальных запирающих устройств в конструкции забойки сильнообводненных скважин, заряжаемых эмульсионными ВВ, позволяет увеличить выход горной массы на 9,0 - 14,0 % без снижения качества подготовки горной массы, а при использовании их в контурных скважинах - увеличить расстояние между скважинами в 1,2 - 1,3 раза;
предварительное контурное взрывание, как специальное средство снижения обводненности взрываемых блоков, целесообразно применять при про-
ектной глубине скважин более 8 м и высоте столба воды до 4 м с последующей зарядкой скважин только неводоустойчивым ВВ, а также при глубине скважин 15 - 30 м и высоте столба воды от 4 до 12 м при последующем применении рассредоточенных комбинированных зарядов;
- удаление воды из слабоприточных скважин глубиной до 30 м осу
шающими машинами целесообразно при любой высоте столба воды и обеспе-
чивает экономию затрат на подготовку горной массы 1-3 руб./м в зависимо
сти от прочности вскрышных пород и является в этих условиях более эффек
тивным по сравнению с предварительным контурным взрыванием.
Научная новизна работы заключается:
в обосновании эффективности применения универсальных запирающих устройств (УЗУ) в конструкции забойки сильнообводненных скважин, заряжаемых эмульсионными ВВ, и контурных скважинах, а также в случае, когда по объективным причинам невозможно осуществить традиционную инертную забойку из бурового штыба.
в установлении области применения предварительного контурного взрывания уступов высотой до 30 м, как специального технологического мероприятия, направленного на снижение уровня обводненности блока перед бурением и зарядкой основной системы скважин;
в установлении совокупности горнотехнических параметров, определяющих условия применения осушающих машин при удалении воды из взрывных скважин.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования; формулировании основной идеи достижения цели; организации и проведении опытно-промышленных взрывов; в разработке структуры экономико-математической модели и обобщении результатов исследования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждается:
применением для описания, исследования и анализа изучаемых технико-экономических закономерностей методов математического моделирования с обоснованием адекватности всех элементов модели;
непротиворечивостью результатов и выводов и их сопоставимостью с ранее выполненными исследованиями;
положительными результатами опытно-промышленной проверки отдельных рекомендаций;
фактически имеющимся опытом буровзрывных работ в обводненных условиях угольных разрезов.
Научное значение работы состоит в создании системы комплексной оценки обводненности взрываемых породных блоков и установлении закономерностей формирования скважинных зарядов, обеспечивающих эффективность разработки угольных месторождений Кузбасса.
Практическая ценность работы заключается: в снижении удельного расхода эмульсионных ВВ при заряжании сильнообводненных скважин; в уменьшении объема бурения и расхода взрывчатых материалов при предварительном контурном взрывании; в повышении уровня информативности при принятии оперативных решений по выбору типовых конструкций заряда в об-
водненных скважинах; в снижении расхода относительно дорогих водоустойчивых ВВ при ведении взрывных работ в обводненных условиях.
Отличие от ранее выполненных работ заключается в разработке принципов обоснования эффективных технических средств и технологических способов подготовки обводненных вскрышных блоков к взрыванию.
Реализация работы подтверждается письмом Южно-Сибирского управления Ростехнадзора от 17.09.10 о проведении приемочных испытаний универсальных запирающих устройств, актом испытаний от 24.12.10, подписанным представителями Ростехнадзора, новационной фирмы «Кузбасс-НИИОГР» и ООО «Кузбасспромресурс», актом внедрения универсальных запирающих устройств и средств осушения обводненных скважин.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на XI, XII международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России - новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово. -2009, 2010), на технических совещаниях УК «Кузбассразрезуголь», на техническом совете ООО «Кузбассразрезуголь-Взрывпром» (2002 - 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 - в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК по специальности 25.0022 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)».
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, пяти глав, заключение и приложения, изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 30 рисунков и список литературы из 81 наименования.
Анализ исследований по ведению взрывных работ при подготовке обводненных вскрышных блоков
Структура зарядов в обводненных скважинах предопределяет совокупность технологичных средств для их формирования, которые должны включать в себя средства гидроизоляции неводоустойчивого ВВ при размещении заряда на столб воды, средства создания воздушного или водно-воздушного промежутка, средства рассредоточения заряда в сильно обводненных, специальные средства забойки скважин, заряженных эмульсионными ВВ, для которых использование традиционной инертной забойки из бурового штыба связано с изменением плотности этих ВВ и снижением детонационных свойств.
Основная проблема формирования зарядов связана с забойкой обводненных скважин, заряженных эмульсионными- ВВ, поскольку использование бурового штыба или другого инертного материала в этом случае не рекомендуется. Количество таких скважин составляет около 15 % всех обводненных скважин. Отсутствовали также технологичные средства рассредоточения комбинированных зарядов и зарядов эмульсионного ВВ в сильнообводненных скважинах.
На этом основании сформулирована первая задача исследования -разработать и исследовать эффективность применения средств формирования зарядов в обводненных скважинах, обеспечивающих возможность снижения удельного расхода ВВ.
Контурное взрывание, как специальное мероприятие для снижения обводненности взрывных блоков, связано с увеличением объемов бурения на 25 — 30 %. Поэтому сравнительная экономическая эффективность должна определяться не только с учетом затрат на взрывчатые материалы, но и затрат на бурение в зависимости от первичной и остаточной обводненности блока.
Имеющиеся рекомендации по обоснованию параметров предварительного контурного взрывания при подготовке высоких уступов в силу различного состава затрат не могут быть использованы в тех случаях, когда заоткоска уступа не является обязательной. Отсюда вытекает вторая задача настоящей работы — обосновать условия применения предварительного контурного взрывания при подготовке обводненных взрывных блоков, как специального технологического« мероприятия, направленного на снижение уровня обводненности блока перед бурением и зарядкой основной системы скважин.
Использование осушающих машин возможно только для 12 — 14 % от всех обводненных скважин, дает возможность применять только неводоустойчивые ВВ. Технологическая возможность этого способа подготовки к зарядке не означает его экономическую целесообразность. Поэтому требуется технико-экономическое сравнение типовых конструкций заряда без осушения и с осушением с учетом затрат на осушение и производительности осушающих машин.
Кроме того, требуется исследование соотношения таких мероприятий, как удаление воды, осушающими машинами и предварительного контурного взрывания.
В связи с этим в работе была поставлена третья задача — обосновать технологически возможные и экономически целесообразные условия применения, осушающих машин при удалении воды из отдельных взрывных скважин и выполнить сравнительную технико-экономическую оценку этого способа с предварительным контурным взрыванием для снижения обводненности блока в целом.
Решение поставленных задач осуществлялось на основе обобщенных научных методов исследования, включающих в- себя теоретическую часть, экспериментальные и опытно-промышленные взрывы, математическое моделирование технологических процессов с обоснованием адекватности составляющих элементов модели. В частности, по сформулированным задачам более детально методические подходы заключались в следующем.
Задача 1. Проведение специальных экспериментальных взрывов на разрезах для исследования времени задержки продуктов детонации при различных видах забойки высокообводненных скважин в сравнении с забойкой, включающей универсальные запирающие устройства.
Проведение опытно-промышленных взрывов с разделением взрываемого блока на контрольную и опытную часть с различными параметрами буровзрывных работ.
Хронометражные наблюдения времени выполнения забоечных работ и продолжительности наполнения ковша экскаватора с последующей обработкой результатов наблюдений стандартными методами статистического анализа.
Задачи 2, 3. Приисследовании:производительности бурового станка использовались результаты хронометражных наблюдений продолжительности отдельных его операций а также технической скорости бурения в сухих и обводненных породах. Предлагаемые формулы расчета продолжительности операций проверялись на качественную и количественную адекватность путем определения статистической величины достоверности.
Кроме того, вэтой части работы выполнен анализ фактических данных разрезов, УК «Кузбассразрезуголь» о производительности буровых станков и затратах на бурение, которые служили средством проверки достоверности расчетных показателей;
Расчет параметров буровзрывных работ выполнялся на основе существующих нормативных положений, заложенных в проектах массовых взрывов с использованием существующего перечня штатных ВВ и действующего прейскуранта.цен на взрывчатые материалы.
Закономерности сравнительной технико-экономической эффективности типовых вариантов зарядки обводненных скважин устанавливались на основе многовариантных расчетов с использованием адекватных математических моделей и- с учетом общих методологических принципов принятия технических решений [13, 61, 66, 80]:
Условием для разработки модели является наличие так называемой «информационной достаточности». Это означает, что разработчик должен иметь достаточное представление о том, что является входными и выходными пере 35 менными в исследуемой системе и какие факторы оказывают влияние на процесс ее функционирования. Если уровень информационной достаточности невысок, то создать модель, с помощью которой можно получать новые знания об объекте-оригинале, невозможно. Если же уровень информационной достаточности велик, т.е. система уже хорошо изучена, то вопрос о создании модели теряет смысл, так как новых знаний она также не даст. Следовательно, разрабатывать модель имеет смысл только в том случае, когда объект-оригинал еще недостаточно изучен или вообще не существует в природе и только проектируется. Если объект-оригинал существует, то модель считается адекватной ему в том случае, если зависимость выходных переменных от входных параметров в модели и в объекте-оригинале практически совпадает.
В целом по работе использованы следующие методы исследования — статистическая обработка производственных данных и результатов хрономет-ражных наблюдений, математическое моделирование технико-экономических показателей буровзрывных работ, опытно-промышленные эксперименты.
Разработка средств формирования зарядов в обводненных скважинах
Одним из основных параметров для всех перечисленных видов забойки скважинных зарядов является ее длина — расстояние между зарядом и поверхностью взрываемого массива. В частности, для длины инертной забойки из буровой мелочи существуют разные рекомендации по рациональному ее значению, основные из которых представлены в разделе 2.1.
В общем случае в качестве забоечного материала при механизированном способе забойки применяют бетон, щебень, песок, глину, отсев обогащения. При забойке скважин вручную в основном используется, буровая мелочь, которая в зимнее время еще и перемешивается со снегом.
В практических условиях на разрезах Кузбасса наиболее распространенной является инертная забойка из бурового штыба, который собирается около скважины при работе бурового станка и вручную размещается взрывниками в верхней части скважины. Считается также, что вода находящаяся в сильнооб-водненном массиве и расположенная над зарядом ВВ является гидрозабойкой. У обоих видов забоек существует ряд существенных недостатков: 1. Высокая трудоемкость выполнения работ; 2. Отсутствие материала,имашин-для механизации процесса забойки; 3. Негативный эффект влияния забойки на протекание процесса газогенерации заряда эмульсионного ВВ. 4. Вода с плотностью 1 кг/ дм3 не является существенной забойкой взрывных скважин. Кроме традиционной забойки из инертного материала известно относительно немного способов заменяющих инертную забойку. Наиболее известным является активная забойка или запирающий заряд. Сущность запирающих зарядов состоит в том, что их (обычно один) размещают в забойке и взрывают одновременно с основным зарядом. Однако этот способ не нашел широкого применения из-за определенного удорожания работ, трудоемкости формирования активного заряда, а также невозможности произвести одновременное инициирование активной забойки и основного заряда с применением неэлектрических систем инициирования.
Также известны исследования Катанова И.Б. [30, 32, 65] по пеногелевой забойке скважин, основанные на теории затухания ударной волны в низкоплотной пористой забойке. Данная забойка не нашла применения на угольных разрезах Кузбасса из-за ряда недостатков: сложность выполнения; узкая область применения — только сухие и предварительно осушенные скважины с высотой столба воды до половины скважины; относительно небольшой срок хранения в скважинах и вследствие этого возможность негативного влияния водяной составляющей на заряд неводоустойчивого ВВ.
В научной литературе опубликованы результаты исследования влияния на качество дробления горной массы специальных видов забойки. Известно запирающее газодинамическое устройство, предложенное Молдован Д.В. [40] Запирающее газодинамическое устройство представляет собой цилиндр с профилированным осевым каналом, изготовленный из пластического материала и располагаемый в скважине в непосредственной близости от заряда. После преломления детонационной волны в воздушное пространство скважины происходит взаимодействие ударной волны с входным диффузором устройства, приводящее к повышению давления на его поверхности, и как следствие, к распиранию и фиксации его в скважине, отражению ударной волны и истечению продуктов детонации через осевой канал.
Известны эксперименты ученых Тихоокеанского Государственного университета Е. Б.Шевкун, А. В.Лещинский, Н. К.Лукашевич [77] с металлическими запирающими устройствами, одновременно позволяющими создать воздушный промежуток между зарядом и забойкой. Механизм влияния специальных видов забойки рассматривается также в работах Джигрина А. В., Жарикова И. Ф., Марченко л. Н., Парамонова Г. П. и других авторов [25, 27, 47, 78, 81]. В настоящее время отсутствует определенная систематизация этих средств, хотя возможно выделить те из них, которые наиболее масштабно используются в производстве, а также средства и методы создания забойки, которые, по данным научных исследований, более эффективно повышают качество дробления горной массы по сравнению с наиболее распространенной забойкой из буровой мелочи. Основные требования, которым должна соответствовать забойка в производственных условиях являются: — безопасность в части разлета отдельных кусков породы; — создание промежутка между зарядом и забойкой; — качественное и надежное запирание продуктов взрыва; — возможность расположения на расстоянии не менее 2-х метров от устья скважины (за границей массива, разрыхленного предыдущим взрывом); — низкая стоимость изготовления; — технологичность установки в скважине; — устойчивость во времени. Рассмотренные выше виды и конструкции забоек, обладая безусловным положительным влиянием на качество дробления горной массы, тем не менее, не в полной мере удовлетворяют таким требования как низкая стоимость изготовления, технологичность установки в скважине, устойчивость во времени.
Единые правила безопасности при взрывных работах дают право руководителю предприятия устанавливать допустимость взрывания зарядов без забойки. Поэтому на разрезах по объективным причинам, перечисленным выше, ведут взрывные работы в определенных объемах без забойки.
Трудоемкость забоечных работ с использованием бурового штыба весьма высокая. По статистическим данным на 1 т взрывчатого вещества необходимо в среднем до 1,3 т твердой забойки. Поэтому на практике при возможности забойку не выполняют, компенсируя потери энергии скважинного взрыва заряда без забойки увеличением удельного расхода ВВ на 5 - 10 %. В табл. 2.2 представлены данные об объемах забоечных работ, выполненных ООО «Кузбассразрез-уголь-Взрывпром» за первый квартал 2010 г. При этом забойка производилась только буровым штыбом на полную длину или частично. Среднестатистическое время на забойку одной скважины, как можно получить из итоговых данных, составляет более 6 минут.
Правила безопасности ведения взрывных работ предусматривают возможность производства массовых взрывов без забойки. Поэтому при взрывании высокообводненных скважин, заряженных эмульсионными ВВ, контурных скважин забойка не производилась. Кроме того, при зарядке скважин в условиях отрицательных температур, а также в межсезонье забойка производилась только частично, что компенсировалось увеличением удельного расхода ВВ.
На разрезах угольной компании с 2003 года начали проводиться экспериментальные взрывы с укороченными забойками, расположенными в верхней части скважины с одновременным созданием воздушного промежутка. Забойка создавалась при помощи бумажного пыжа и бетона. Экспериментами была доказана положительная роль создания дополнительной зарядной полости между забойкой и зарядом. Увеличение КПД взрыва достигается при этом путем воздействия продуктов взрыва на стенки зарядной камеры. Основным недостатком являлось трудоемкость и продолжительность создания бетонной забойки.
В 2009 году после ряда экспериментов в УК «Кузбассразрезуголь» было предложено устройство, наиболее полно отвечающее этим требованиям - универсальное запирающее устройство, которое защищено патентом [49] и в настоящее время используется на-всех разрезах компании.
Особенности расчета технико-экономических показателей ведения буровзрывных работ в обводненных условиях
Целесообразность использования предварительного контурного взрывания для осушения блока зависит, в частности, от соотношения затрат на буровые работы в сравнении с традиционной технологией взрывной подготовки массива., Основные методические положения и. некоторые результаты этого сравнения приведены в нашей статье [34].
В качестве бурового оборудования рассмотрен станок DML-1200 , отличающийся от отечественных установок типа СБШ значительно более высокой производительностью, маневренностью и автономностью. По данным статистической отчетности сменная производительность установки с диаметром долота 215 мм составляет 300 - 700 м/смену (в зависимости от крепости вскрышных пород) при средней себестоимости бурения 83 руб./м.
Расчет производительности станка выполнялся по результатам обработки хронометражных наблюдений технической скорости бурения и вспомогательных операций (передвижка, горизонтирование, наращивание штанг и т. д.) в различных горнотехнических условиях, а также с учетом регламентированных перерывов (Рис. 3.4).
В записанном выражении первое слагаемое представляет собой чистое время бурения скважины при скорости бурения VQ (м/мин), второе - время на соединение и разъединение штанг длиной /шт (м), третье - время перемещения станка от одной скважины до другой (мин.), последнее — чистое время извлечения штанг из скважины (мин.). При обуривании обводненного массива с коэффициентом обводненнно сти &0бв скорость бурения различна для верхней сухой части массива (Vgj, м/мин.) и нижней обводненной части (v , м/мин.). Нетрудно получить, что продолжительность цикла бурового станка будет вычисляться по формуле
Исходными данными для расчета послужили технические характеристики буровых станков DML с диаметром бурения скважин dCKB = 216 мм, а также результаты хронометражных наблюдений таких операций продолжительности цикла бурового станка, как время перемещения от-скважины к скважине, время бурения скважины на глубину одной штанги в сухих и обводненных породах различной крепости и т. д. [34].
В частности, в табл. 3.2 представлены значения скорости бурения в сухих и в обводненных породах различной крепости, определенных по времени за-буривания скважины на глубину одной штанги. Среднеквадратичное отклонение наблюдаемой скорости бурения в стационарном режиме не превышало 7 % от приведенных в таблице значений. Основной результат заключается в установлении влияния фактора обводненности блока на сменную производительность станка. Так при 100 % обводненности (коэффициент обводненности скважин =1) расчетная сменная производительность в породе прочностью сгсж = 40 МПа снижается на 7 %, а в породах с С7СЖ = 120 МПа — на 11 %. Этот факт объясняется уменьшением технической скорости бурении обводненных пород за счет снижения эффективности удаления буровой мелочи из забоя скважины. Глубина скважин (а, следовательно, количество смен штанг) в диапазоне /скв = 10 -г- 45 м существенного влияния на производительность не оказывает. Затраты на эксплуатацию станка определялись на основе фактических данных по элементам затрат (амортизация, ГСМ, услуги производственного характера и т. д.) с учетом цены и стойкости бурового инструмента (табл. 3.3). В частности, анализ причин замены шарошечных долот показал, что их стойкость в обводненных породах практически определяется стойкостью опор. Заклинивание опоры шарошки вызывает прекращение ее вращения, следствием чего является износ зубьев ее вооружения. При этом нарушается нормальная работа остальных шарошек долота, поскольку значительная часть крутящего момента и осевого усилия приложенных к долоту, воспринимается невращающейся шарошкой. Стойкость долота в обводненных породах на 25 - 30 % меньше по сравнению с необводненными породами [34].
Недостаток контурного взрывания связан.с повышением объема буровых работ. Вместе с тем частичное осушение взрывного блока предопределяет более благоприятные условия для работы станков при бурении основной системы скважин за счет повышения производительности и снижения удельных затрат на буровой инструмент. В ряде случаев это компенсирует дополнительные затраты на бурение контурного ряда. На рис. 3.5 показана расчетная зависимость уд ель ных затрат (на 1 м горной массы) на обуривание обводненного взрывного блока от коэффициента его обводненности при использовании предварительного контурного взрывания и без такового. При исходном коэффициенте обводненности обв = 0 5 затраты на бурение в рассматриваемых вариантах равны. При больших значениях коэффициента обводненности использование предварительного контурного взрывания способствует экономии затрат на бурение.
Многовариантные расчеты показывают, что значение коэффициента обводненности, начиная с которого возможна экономия затрат на бурение, зависит от геометрических параметров взрываемого блока, крепости вскрышных пород, диаметра скважин, типоразмера экскаватора и остаточного коэффициента обводненности (коэффициент обводненности после контурного взрывания). Представленный на рисунке фрагмент результатов расчета соответствует высоте уступа Н = 15 м, прочности взрываемой породы Осж = 90 при использовании экскаватора Liebher-994.
Исходный коэффициент обводненности взрывного блока, дол. ед. Рис. 3.5. Зависимость удельных затрат на обуривание взрывного блока от коэффициента его обводненности при использовании предварительного контурного взрывания (I) и без него (II) Экономия затрат на бурение не является окончательным признаком целесообразности предварительного контурного взрывания с целью частичного осушения блока. Возможность использования более дешевых неводоустойчивых ВВ при заряжании основной системы скважин также вносит свой вклад в расшире 83 ниє области применения данной технологии буровзрывных работ. Затраты на взрывные работы планируемого к отработке блока определяются соответствующими параметрами буровзрывных работ, которые в свою очередь зависят от горнотехнических условий: прочности взрываемых пород; применяемого вы-емочно-погрузочного оборудования.
Производительность осушающих машин
Использование осушающих машин (ОМ) является одним из технических средств, которое позволяет снизить расход более дорогих водоустойчивых взрывчатых веществ при подготовке вскрышных пород к экскавации. Вместе с тем очевидно, что целесообразность их применения может иметь, технико-экономические ограничения, связанные, например, с тем, что затраты на осушение скважин в некоторых горнотехнических условиях не будут окупаться экономией затрат на взрывчатые вещества. В настоящее время отсутствуют обобщенные рекомендации по данному вопросу, что затрудняет принятие обоснованных технических решений по организации и технологии буровзрывных работ при подготовке обводненных вскрышных блоков.
Исходя из того, что одним из условий, обеспечивающих возможность применения осушающих машин при последующей зарядке скважин неводоус 98 тойчивыми ВВ, является такая скорость восстановления воды в скважине после ее осушения, при которой за время зарядки скважины неводоустойчивым ВВ в полиэтиленовый рукав уровень воды в скважине не превысил 1 - 1,5 м. В настоящем разделе рассматриваются результаты оценки затрат по элементу «Взрывчатые материалы» при использовании осушающих машин с учетом сформулированных выше ограничений.
Затраты на взрывчатые материалы при использовании рассмотренных выше конструкций зарядов (Рис. 2.4) при-отсутствии предварительного осушения скважин будем называть базовыми. Очевидно, что осушение слабоприточных скважин, которыми ограничивается область применения осушающих машин, значительно расширяет возможность применения конструкций зарядов только неводоустойчивого взрывчатого вещества. На рис. 4.2 показаны технологически возможные области типовых конструкций заряда в слабоприточных скважинах до осушения и после осушения.
Расширение области применения только неводоустойчивых ВВ предопределяет экономию затрат на взрывчатые материалы с учетом затрат на осушение. Следовательно, в качестве критерия использования осушающих машин при удалении воды из слабоприточных скважин можно принять разность стоимости взрывчатых материалов в одной скважине (АСВМ, руб.) при зарядке ее без осушения и после осушения с использованием технологически возможных вариантов, представленных на рис. 4.2: АСвм = Qaa - (Сщ, + Сос ) (6) где Сбаз- стоимость ВМ. в скважине при ее зарядке по базовому варианту без осушения, руб.; Спр- стоимость ВМ в скважине при ее зарядке по проектному варианту осушения, руб.; Сос— стоимость осушения, руб. Расчеты эффективности осушения выполнены с учетом основных методических положений по расчету параметров буровзрывных работ утвержденных в УК «Кузбассразрезуголь», которые учитывают обводненность массива при-обосновании проектного удельного рассредоточения и перебура скважин. Цены и энергетиче ские характеристики соответствовали неводоустойчивому ВВ УП-1 и водоустойчивому ВВ Сибирит-1200 (Приложение 4.). В табл. 4.8 представлен фрагмент расчета эффективности осушения сла боприточных скважин при наиболее распространенной на разрезах УК «Кузбас-сразрезуголь» крепости взрываемых пород УСЖ = 70 МПа. Следует заметить, что относительно небольшие затраты на осушение скважин, которые составляют всего 1 - 2 % от стоимости взрывчатых материалов, позволяют утверждать, что типоразмер осушающей расхода ВВ, а также требования к величине забойки, промежутков машины не окажет существенного влияния на общее соотношение затрат.
Представляет интерес сделать оценку эффективности слабоприточных скважин в расчете на 1 м взорванной горной массы при различных значениях прочности. В табл. 4.9 представлен удельный эффект на 1 м при удалении воды из слабоприточных скважин осушающей машиной при различных значениях глубины скважин, высоты столба воды до осушения и двух крайних практически существующих на разрезах Кузбасса значениях рочности взрываемых.
Приведенные результаты расчета показывают, что в области технологически возможного применения осушающих машин предварительная откачка воды из слабоприточных скважин всегда экономически оправдана и обеспечивает экономию затрат по взрывчатым материалам от 1,0 руб./м для мелкоблочных легковзрываемых пород до 3,0 руб./м3 для крупноблочных трудновзрываемых пород. При этом типоразмер экскаватора и диаметр скважин не оказывают существенного влияния на качественную и количественную сторону полученных результатов.
