Введение к работе
Актуальность темы. В конце XX в. в Восточной Сибири открыт ряд уникальных месторождений ценного ювелирного и камнесамоцветного сырья (Малханское месторождение цветного турмалина; Инаглинское месторождение ювелирного хромдиопсида; месторождения чароита «Сиреневый камень» и др.).
При всем разнообразии как самих полезных ископаемых с точки зрения их свойств, характеристик, практического использования, так и их генезиса и условий залегания, все они объединяются одним общим к ним требованиям со стороны промышленности - они должны извлекаться из недр неповрежденными.
Поэтому одной из главных проблем при добыче ювелирных и поделочных камней является обеспечение максимальной кристаллосохранности, их естественной целостности и монолитности. Учитывая, что подавляющее большинство камнесамоцветного и ювелирного сырья залегает в крепких вмещающих породах, требующих применения буровзрывных работ, особую актуальность приобретает разработка щадящих технологий разработки таких месторождений.
При добыче чароита одной из нерешенных технологических задач является проблема «щадящего» отделения блоков чароита от горного массива с максимальным сохранением естественной монолитности. Применение взрывчатых веществ, даже слабобризантных, губительно для чароита из-за образования макро- и микротрещин, препятствующих использованию такого уникального ювелирно-поделочного сырья по своему назначению.
В связи с этим исследования по разработке и внедрению минералосбере-гающих технологий при добыче ценного ювелирного и самоцветного сырья являются весьма актуальными.
Объектами исследований являются вскрышные и очистные горные работы при эксплуатации месторождений камнесамоцветного и кристаллического ювелирного сырья (турмалина, чароита, горного хрусталя).
Предмет исследований: технологические процессы буровзрывной и невзрывной отбойки самоцветного минерального сырья.
Цель работы - повысить эффективность разработки месторождений ювелирно-поделочного минерального сырья за счет внедрения кристалло- и минералосберегающих технологий ведения горнодобычных работ.
Идея работы заключается в комплексном (комбинированном) использовании невзрывных и «щадящих» буровзрывных методов отбойки камнесамоцветного сырья и их оптимизации с учетом конкретных горногеологических условий и форм нахождения полезного ископаемого во вмещающих породах.
На разрешение были поставлены следующие основные задачи.
1. Дать анализ специфических горно-геологических условий наиболее уникальных месторождений ювелирно-поделочного минерального сырья Восточной Сибири и специфических условий их отбойки и технологий добычи.
-
Обосновать рациональные принципы обеспечения сохранности кристаллического и поделочного минерального сырья при использовании буровзрывной технологии вскрышных работ.
-
Исследовать оптимальные режимы и параметры отбойки камнесамо-цветного сырья с использованием невзрывных разрушающих составов и технических устройств.
-
Разработать и испытать комбинированные технологии добычи ювелирно-поделочного минерального сырья на основе рационального комплек-сирования щадящих буровзрывных и невзрывных методов отбойки при добыче цветного турмалина, чароита и хромдиопсида.
-
Разработать рациональную технологию отбойки жильного кварца с обеспечением его оптимальной кусковатости для промышленного использования.
Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы аналитические исследования, лабораторные и производственные испытания, теоретическое обобщение и математическая обработка экспериментальных данных. Оценка эффективности результатов работ проводилась путем практического внедрения разработок, осуществленных на подземных разведочно-эксплуатационных объектах производственных объединений «Востоккварсамоцветы» и ЗАО «Турмалхан».
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Защита продуктивных зон ювелирного кристаллосырья от негативного действия взрывов на стадии вскрышных работ обеспечивается внедрением щадящей технологии буровзрывных работ, предусматривающей взрывание контурных шпуровых зарядов на безопасном расстоянии, использовании метода предварительного щелеобразования и рациональных конструкций шпуровых зарядов. На стадии очистных работ сохранность ценного кристаллосырья (цветного турмалина) обеспечивается за счет использования для вскрытия турмалиноносных «миарол» (гнезд) невзрывных разрушающих составов (НРС) и ручной выборки ювелирного кристаллического сырья из вскрытых «миарол».
-
Сохранность естественной монолитности и блочное чароита и интенсификация процессов его отбойки может быть обеспечены за счет комбинированной технологии, предусматривающей одновременное применение саморасширяющихся цементов (НРС) и клиновых устройств невзрывного разрушения.
Достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований и результатами внедрения щадящих минералосберегающих технологий при разработке месторождений поделочного и ювелирного минерального сырья.
Научная новизна заключается в следующем.
1. Выявлены критерии и условия сохранения прочностных свойств кристаллосырья в гнездах (турмалина, пьезокварца) и уточнены закономерности влияния сейсмовзрывных волн на продуктивную кристаллоносную зону.
2. Дано обоснование и пути реализации принципов и методов снижения
интенсивности негативного воздействия взрывных работ на крпсталлосырье
(защита расстоянием; экранирование действия взрыва, предварительное ще-
леобразование; контурное взрывание).
-
Установлены аналитические зависимости изменения безопасного расстояния от зарядов ВВ до продуктивной зоны, а также снижения напряжения во фронте падающей волны деформаций на экранирующей щели от физико-технических свойств пород и детонационных характеристик ВВ.
-
Применительно к горно-геологическим условиям разработки месторождения цветного турмалина разработана кристаллосберегающая технология его добычи на основе учета геологической зональности приконтактных вмещающих пород, использования щадящих параметров БВР при вскрытии продуктивных зон и их последующей отработки с использованием невзрывных методов отбойки.
-
Обоснована и разработана комбинированная минералосберегающая технология отбойки чароита.
Личный вклад соискателя заключается в:
физическом и математическом обосновании кристаллосберегающих технологий для добычи цветного турмалина и пьезокварца;
проведении экспериментальных исследований щадящих технологий БВР для вскрытия кристаллоносных продуктивных зон на Малханском месторождении цветного турмалина;
установлении оптимальных параметров комбинированной отбойки чароита на базе использования невзрывных разрушающих составов и универсального буроклинового устройства.
Практическое значение работы заключается в:
обосновании эффективных методов защиты кристаллического минерального сырья от действия взрыва на стадии вскрытия продуктивной зоны;
разработке и внедрении комбинированной кристаллосберегающей технологии разработки Малханского месторождения цветного турмалина;
- разработке минералосберегающей невзрывной отбойки чароита.
Реализация работы.
Кристалло- и минералосберегагошие технологии добычи ювелирного и поделочного камнесамоцветного сырья внедрены на разведочно-эксплуатационных объектах ЗАО «Турмалхан» и 1111 «Востоккварцсамоцветы».
Результаты исследований использованы при разработке отраслевых методических рекомендаций по совершенствованию технологии и повышению безопасности работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного самоцветного минерального сырья.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:
V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинскис чтения», г. Чита, 2005 г.; V научной конференции Горного института, г. Чита, 2004 г.; Международной научно-практической конференции в области эколо-
гаи и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна 2006», г. Комсомольск-на-Амуре, 2006 г.; IX Международной молодежной научно-практической конференции, г. Чита, 2005 г.; расширенном семинаре кафедр «Подземная разработка МПИ», «Открытые горные работы» и «Безопасность жизнедеятельности» ЧитГУ, 2007 г.
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 14 работах, в том числе 13 статьях и Отраслевых методических рекомендациях.
Структура и объем работы.
