Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса. Задачи и методы исследований 9
1.1. Анализ практики разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой 9
1.2. Теория и методы расчета параметров взрывного разрушения 20
1.3. Современное представление о механизме разрушения пород и методах управления энергией взрыва при наличии естественных трещин 33
1.4. Цель, задачи и методы исследований.. 42
Глава 2. Обоснование методики исследований 44
2.1. Характеристика состояния отрабатываемого массива при камерных системах разработки с твердеющей закладкой очистного пространства .44
2.2. Обоснование механизма взрывного разрушения сильнотрещиноватых РУД 48
2.3. Обоснование и выбор методов исследований 53
2.4. Методы оценки трещиноватости и блочности массива горных пород 56
2.5. Методы изучения механических свойств массива горных пород 60
Глава 3. Исследование состояния очистных камер и физико-механических свойств нарушенных руд 65
3.1. Исследование структурно-тектонических особенностей рудных массивов очистных камер 65
3.2. Физико-механическая характеристика руд и пород медноколчеданных месторождений южного Урала 70
3.3. Определение акустических свойств в зависимости от типа заполнителя, количества и расстояния между трещинами 73
3.4. Исследование изменения динамических характеристик пород от акустических свойств массива 81
3.5 Исследование энергонасыщенности массива при взрыве зарядов различной длины и различного их расположения 84
Глава 4. Методика расчета цараметров буровзрывных работ. Технологические схемы отбойки. Промышленные испытания и экономическая оценка эффективности технологических решений 93
4.1. Методика определения параметров расположения зарядов и
промышленные испытания результатов при массовой отбойке руд .93
4.2. Обоснование и промышленная реализация технологических рекомендаций при массовой отбойке трещиноватых руд 103
4.3. Экономическая эффективность технологических решений 117
Заключение 123
Библиографический список 126
- Современное представление о механизме разрушения пород и методах управления энергией взрыва при наличии естественных трещин
- Характеристика состояния отрабатываемого массива при камерных системах разработки с твердеющей закладкой очистного пространства
- Физико-механическая характеристика руд и пород медноколчеданных месторождений южного Урала
- Обоснование и промышленная реализация технологических рекомендаций при массовой отбойке трещиноватых руд
Введение к работе
Актуальность. Разработка месторождений камерными системами с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, характеризуется многостадийностью отработки. Массовая отбойка руды скважинными зарядами и применение самоходного оборудования на очистных работах позволяют достигать высоких показателей добычи. Однако, при выемке запасов камер второй и последующих очередей ухудшается качество отбойки, повышается разубоживание рудной массы закладочным материалом и вмещающими породами, не выдерживаются проектные контуры камер, что нарушает порядок отработки и может вызвать аварийную ситуацию. Увеличивается выход негабарита, снижающий производительность оборудования на доставке и, в конечном итоге, это влечет возрастание затрат на очистную выемку в целом.
Основной причиной, снижающей эффективность отработки запасов вторичных камер, является несоответствие параметров буровзрывных работ физико-механическим свойствам и структурным особенностям разрушаемого массива, которые меняются в процессе стадийной отработки. Для обеспечения сохранности проектных контуров очистного пространства, высоких показателей очистной выемки необходимо обоснование параметров подготовки рудной массы к добыче проводить с учетом наведенной трещиноватости массива горных пород в процессе стадийной выемки и степени устойчивости формируемых рудных обнажений.
Несмотря на имеющийся опыт и ряд новых технологических решений, процесс подготовки руды к выпуску при камерных системах разработки с закладкой нуждается в совершенствовании. Поэтому разработка теоретически обоснованных способов сохранения проектных контуров очистной выемки и методов расчета оптимальных параметров буровзрывных работ является актуальной задачей.
Цель работы - разработка технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности очистных работ при стадийном порядке освоения месторождений камерными системами разработки с закладкой.
Идея работы состоит в использовании зависимости требуемой энергонасыщенности массива при подготовке его к выпуску и доставке от степени техногенной нарушенности и прочностных характеристик рудного массива на предыдущих стадиях выемки.
Основные задачи исследований:
анализ опыта очистной выемки при системах разработки с закладкой и методов определения параметров буровзрывных работ;
исследовать факторы, влияющие на эффективность подготовки рудной массы к добыче при отработке запасов, находящихся в состоянии повышенной нарушенности;
установить закономерности влияния параметров структурной нарушенности массива на его свойства, показатели взрыва и состояние обнажений очистного пространства;
- разработать инженерные методы расчета параметров расположения
зарядов с учетом свойств трещиноватого массива;
- разработать рациональные технологические схемы отбойки запасов при
стадийном порядке отработки запасов;
опытно-промышленная реализация результатов разработанных технологических и методологических решений.
Объектом исследований является технология очистных работ при подземной разработке медно-колчеданных месторождений камерными системами разработки с твердеющей закладкой.
Методы исследований: анализ литературных источников и опыта подготовки трещиноватых руд к добыче, исследование упругих и акустических свойств руд и пород в лабораторных условиях, натурные замеры параметров трещиноватости массива горных пород, аналитические исследования механизма разрушения, опытно-промышленные испытания предлагаемых рекомендаций.
Защищаемые научные положения:
Требуемое качество подготовки рудной массы к выемке и соблюдение проектных контуров очистных камер при отработке техногенно измененных частей массива обеспечивается дифференцированным обоснованием параметров расположения зарядов с учетом стадийности отработки запасов, степени наведенной трещиноватости и требований сохранности обнажений очистных выработок.
Необходимое колігчество энергии для качественного дробления руд определяется закономерностями изменения прочностных свойств рудного массива в процессе стадийной выемки и может быть учтено изменением критических скоростей смещения.
Методика расчета параметров сетки расположения зарядов основывается на определении расстояний, на которых реализуются критические деформации, приводящие к разрушению массива, и использовании закономерностей изменения акустических свойств среды и возникающих от взрыва заряда ВВ напряжений.
Научная новизна работы:
Сформулирован новый подход к процессу подготовки руд блочной
структуры к выпуску, предполагающий снижение энергозатрат при отбойке.
Предложена математическая зависимость акустических свойств массива от параметров блочности.
Предложен метод определения степени энергонасыщенности массива при взрыве удлиненных скважинных зарядов, основанный на законе энергетического подобия.
Разработан метод определения параметров сетки расположения зарядов при очистной выемке, учитывающий динамические прочностные характеристики среды в зависимости от ее структурной нарушенности.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных;
5 положительными результатами опытно-промышленной проверки разработанных научно-технических решений; сопоставимостью результатов аналитических расчетов и данных практики.
Практическая значимость работы заключается:
в создании методики расчета, позволяющей рекомендовать параметры сетки расположения зарядов и способы их размещения в отбиваемом слое для обеспечения качественного дробления массива и снижения законтурных нарушений сплошности массива;
в обосновании вариантов схем расположения скважинных зарядов и способов создания устойчивых контуров камер при стадийной разработке месторождений, обеспечивающих снижение разубоживания рудной массы и сокращения объемов закладочных работ, вызванных самопроизвольным обрушением вмещающих пород и монолитной закладки.
Личный вклад автора состоит: в его участии в экспериментальных исследованиях; аналитической оценке влияния трещиноватости на процесс взрывного разрушения, свойства и состояние горных пород; в адаптации методов оценки сейсмического действия взрыва для определения параметров расположения зарядов в отбиваемом слое.
Реализация работы. Результаты исследований положены в основу рекомендаций и технических решений при проектировании массовых взрывов на Гайском и Сибайском подземных рудниках.
Теоретические и экспериментальные результаты исследований по расчету параметров буровзрывных работ и способов отбойки используются в лекционных курсах, лабораторных и практических занятиях по дисциплинам: «Теория разрушения горных пород», «Технология и безопасность взрывных работ», «Процессы подземных горных работ».
Апробация работы. Результаты работы, основные положения и выводы опубликованы в печати, доложены на международных научных симпозиумах «Второй молодежной научно-практической конференции ООО «УГМК-Холдинг», Верхняя Пышма 2006 г; «Неделя горняка», Москва 2007 г; на международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи», г Сибай 2007 г; «5-я международная научная школа молодых ученых и специалистов», Москва 2008 г; на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 123 наименований и содержит 137 стр. машинописного текста, 41 рисунков, 20 таблиц.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И.Носова на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Исследования, представленные в диссертации,
выполнялись в рамках хоздоговорных НИР, гранта РФ, гос.контракт №02.740.11.0038.
Современное представление о механизме разрушения пород и методах управления энергией взрыва при наличии естественных трещин
Естественные трещины частично или полностью отражают волны напряжений, поэтому их воздействию подвержена лишь часть массива, расположенная вокруг скважины. Остальная часть массива смещается и разрушается только при своём движении.
В сильно трещиноватых, ослабленных различными нарушениями породах, первичные трещины, возникающие и развивающиеся под воздействием статического давления газов взрыва, встречая препятствия на границах естественных отдельностей, затухают быстрее и не доходят до обнажённой поверхности. Поэтому на некотором удалении от заряда отрыв породы происходит уже только по естественным трещинам.
Наиболее важной особенностью механизма разрушения трещиноватого массива взрывом является то, что на определённом расстоянии от заряда разрушение массива происходит без образования новых поверхностей, путём разделения массива на слагающие его отдельности, т.е. в трещиноватом массиве всегда существует некоторая зона, которая не подвергается дроблению взрывом, а распадается на естественные отдельности.
Анализ проведённых работ [58] показывает, что при разрушении пород, рассеченных густой сетью крупных макротрещин и полостей, основная част ь массива, за исключением той его части, которая примыкает к заряду и расположена до первой от заряда разделяющей трещины, распадается на естественные отдельности (рис. 1.12). Степень полезного использования энергии волн напряжения при этом зависит от ширины трещины, а также характеристики ее заполнителя.
Установлено [108], что при ширине трещины порядка 2 мм и ее воздушном наполнителе напряжения на фронте волны снижаются по отношению к монолитной среде в 25 раз. При заполнении же трещины шириной в 2 мм водой напряжения coqтaвляют 0,85—0,9 от напряжений, получаемых на данном расстоянии в монолитных средах, и 0,7—-0,75 при ширине трещин порядка 20 мм. Данными исследованиями доказано, то при наличии в трещинах воды волна распространяется без существенных потерь, в особенности при трещинах небольшой ширины и зарядах большой массы, определяющих длину волны. При этом указывается, что микротрещипы и плоскости спайности легко преодолеваются волнами при взрывании больших зарядов и труднее — при взрывании малых зарядов.
Таким образом, наиболее существенное влияние на разрушение нарушенных горных пород должны оказывать направление трещин и других неоднородностей, их ширина и длина, характер заполнителя, длина волны, возбуждаемой в среде при взрыве заряда ВВ, и длительность ее воздействия на нарушенные горные породы, начальное напряжение, создаваемое в среде при взрыве. Изучение этих факторов, по мнению [59], и должно бь пь положено в основу разработки физической модели разрушения предварительно нарушенных горных пород.
Установлено [58, 59], что с увеличением количества трещин и других неоднородностей напряжение снижается на порядок, что исключает какую-либо вероятность разрушения трещиноватых горных пород за счет действия волн напряжения.
Первой особенностью дробления нарушенных горных пород является резкое затухание волн напряжений и формирование в связи с этим лишь первичного поля напряжений при полном отсутствии вторичного поля напряжений. Это обстоятельство резко сокращает возможные в таких породах методы управления энергией взрыва.
Второй важной особенностью дробления нарушенных пород является то, что разрушение достигается лишь в результате соударения разрушаемых масс. Это обстоятельство при повторном разрушении горных пород требует их зажима, что ведет к снижению скорости смещения последующих отдельностей и в связи с этим к увеличению энергии соударения. Для повышения собственно энергии соударения как первой, так и последующих отдельностей целесообразно на границе раздела сред получение наиболее однородного первичного поля напряжений при максимально возможной из условий безопасной кинетической энергии разлета энергии волн. Такое положение может быть достигнуто путем формирования однородного первичного поля напряжений при уменьшении л.н.с. зарядов, размещаемых в породах, и одновременном увеличении расстояния между ними, т.е. при увеличении коэффициента сближения зарядов. Не менее важным методическим приемом, вытекающим из рассмотренных положений при дроблении нарушенных горных пород, является применение зарядов повышенной массы. Помимо того, что при этом повышается общая напряженность первичного поля напряжений, формируемая при этом длина волны значительно больше, чем при использовании зарядов малой массы, что обусловливает ее менее резкое затухание на различного рода неоднородностях при прохождении по разрушенной горной массе. Эффективным приемом повышения продолжительности формирования первичного поля напряжений и общей длины волны является запирание продуктов детонации зарядов.
Третьей важной особенностью дробления нарушенных горных пород и вытекающей из нее технологии взрывания является то, что основным фактором, обусловливающим резкое снижение параметров волн напряжений, их затухание, является отличие в акустических жесткостях монолитных отдельностей и разделяющих их различного рода трещин и неоднородностей. Направленное изменение физического состояния горных пород, подлежащих повторному разрушению, с приданием им определенных, заранее заданных свойств, например, путем предварительного гидростатического замачивания, позволяет в десятки раз повысить эффективность использования энергии взрыва в таких условиях. Технологически такое замачивание возможно и весьма эффективно при повторном взрывании блоков руды, подготовленных к подземному выщелачиванию, смерзшихся грунтов и горных пород.
Дробление в массивах, сложенных примерно равными по величине оїдельностями, снижается относительно равномерно с удалением от заряда (рис. 1.13). В породах же, отличающихся разной величиной слагающих отдельностей, процесс дробления имеет еще более сложный характер.
Характеристика состояния отрабатываемого массива при камерных системах разработки с твердеющей закладкой очистного пространства
Результат анализа научно исследовательских работ, маркшейдерских и геологических материалов свидетельствует о наличии и развитии процессов ослабления массива вторичных камер, которые в итоге приводят к самопроизвольному разрушению и обрушению как самого рудного массива очистной камеры, так и граничащих с ним элементов системы разработки. Процесс обрушения зачастую становится неуправляемым, что приводит к образованию большого объема пустот и нередко к потере технологических подземных горных выработок.
Исследования, направленные на оценку устойчивости рудного массива и влияния порядка отработки этажа на его напряженно-деформированное состояние были произведены группой исследователей УГГА совмесшо с ИГД УрО РАН г. Екатеринбург.[67, 31].
С целью оценки устойчивости рудных массивов камер второй и третьей очередей отрабатываемых камер, включенных в план отработки в настоящий период времени на гор.750 м подземного рудника ОАО «Гайский ГО.К» (камеры 75-132, 75-134) проведено математическое моделирование методом конечных элементов, в результате которого установлено, что на контакте рудного массива камеры 75-134 с отработанной камерой 75-133 величина максимальных действующих сжимающих напряжений ст2 будет достигать 192,2 МПа. А с камерой 75-135, соответственно, 211,9 МПа, что в несколько раз превышает предел прочности рудного массива, который составляет 60 -ь 80 МПа. На контакте рудного массива камеры 75-132 с отработанными камерами 75-133 и 75-127 величина а2 несколько ниже (соответственно 165 МПа и 131 МПа), но и это значительно выше прочности массива. В таких условиях рудные целики камер 75-132 и 75-134 должны будут разрушаться.
Влияние порядка отработки этажа на напряженное состояние массива определялось также на основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) рудного и искусственного (закладочного) массивов. Рудное тело моделировалось полосой, имеющей размер по простиранию 320 м и 300 м вкрест простирания: 5 панелей длиной 60 м по 16 камер с пролетом 20-30 м в панели.
Моделирование проводилось в упругой постановке методом конечных элементов, причем решалась задача плоского деформирования, а расчетная плоскость была ориентирована горизонтально (по нормали к наибольшему размеру камеры и параллельно двум максимальным сжимающим напряжениям). В расчеты были заложены следующие деформационные и прочностные характеристики: модуль деформации и прочность руды составили соответственно 5000 МПа и 100 МПа, модуль деформации и прочность вмещающих пород - 3500 МПа и 60 МПа соответственно, модуль деформации и прочность закладки - 200 МПа и 3 МПа.
В ходе моделирования решались две основные задачи: отработка камер в пределах панели и порядок отработки панелей в пределах этажа. Все расчеты были проведены для глубины 1000 м, граничные условия были приняты следующими: напряжения по простиранию рудного тела составили 30 МПа, вкрест простирания - 50 МПа. Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что на больших глубинах во всех рассмотренных схемах отработки запасов на какой-либо стадии величина напряжений на обнажении массива превышает предел прочности на одноосное сжатие руды или закладки. При этом нельзя однозначно утверждать, что концентрация напряжений приведет к полному разрушению целиков, т.к. их несущая способность не равна прочности слагающего материала. Тем не менее, необходимо ориентироваться на то, что при превышении действующими напряжениями пределов прочности на одноосное сжатие материала начнется его запредельное деформирование, т.е. возникнут сложности с бурением растрескавшейся руды в контурах камер 2-й и 3-й очередей, а также возрастет разубоживание извлекаемой руды закладкой. Как показывает опыт разработки месторождений при выемке запасов 1 -х очередей и образования камер длиной более 30 м, происходит разрушение рудных массивов 2-х и 3-х очередей. Разрушения бывают такими, что оказывается невозможным проходка буровых ортов на верхних подэтажах. Анализ распределения напряжений в рудном массиве II и III очередей в зоне двух вынутых камер I очереди показывает, что их величина достигает 50-90 МПа и более при прочности рудного массива 60-80 МПа (рис.2.1). По мере развития очистных работ и роста размеров выработанного пространства по простиранию величины напряжений в массивах II и III очередей возрастают. Анализ распределения напряжений, в призабойных рудных массивах и тем более после выемки камер 1-х очередей при отработке гор. 750-1070 м показывает, что рудный массив будет находиться в неустойчивом состоянии, что приведет к разрушению целиков 2-х и 3-х очередей. После образования в массиве очистной камеры во всех случаях напряжения в смежных камерах последующих очередей превысят предельные. Таким образом, по результатам проведенных исследований возможно изложить следующие заключения.
Физико-механическая характеристика руд и пород медноколчеданных месторождений южного Урала
В случае, если разрушаемый массив разбит большим количеством трещин, прямая волна напряжений, идущая от заряда, независимо от степени нарушенности будет достигать открытой поверхности. В то время как отраженная волна, результатом действия которой являются возникающие растягивающие напряжения, претерпевает множественное преломление и отражение от каждой поверхности раздела среды и вблизи контура свободной поверхности, величина её становится значительно меньше, чем сопротивление пород разрушению.
Исследованиями [58] установлено, что волновая теория не позволяет достаточно корректно определить характеристики процесса взрывного разрушения трещиноватого массива, но тем не менее исключить волновую природу описания процесса при этом невозможно.
Поскольку трещиноватый массив в первую очередь разрушается по естественным отдельностям, в то время как образование новых трещин и связанное с этим дробление массива существенно мало по сравнению с монолитной средой. При условии, что фракционный состав преобладающих отдельностей, слагающих массив, меньше кондиционного куска, можно предположить, что для отбойки сильнотрещиноватых руд необходимо затратить энергию, достаточную для вывода горной конструкции из состояния равновесия и отделения требуемого объема от основного массива. Таким образом, необходимо создать в массиве напряжения, достаточные для отделения отбиваемого слоя и приведения его в движение, а дальнейшее разрушение его будет происходить за счет действия гравитационных сил в процессе перемещения структурных блоков и раскрытия имеющихся трещин. Величина выделяющейся энергии при взрыве заряда должна быть такова, чтобы возникающие напряжения были достаточны для разрушения связей, но не превышали необходимой величины, приводящей к нарушению сплошности прилегающего к месту взрыва законтурного массива.
В результате анализа теоретических основ разрушения пород взрывом установлено, что в относительно монолитных породах перенос энергии может осуществляться за счет изменения плотности среды и ее перемещения. В трещиноватых средах перенос энергии осуществляется перемещением массы, а поскольку процесс взрывного разрушения является динамическим, на наш взгляд существует возможность использовать закономерности методики прогноза сейсмического действия взрыва, основанные на принципе автомодельности, т.е. на реализации критической скорости смещения пород [54, 60], для расчета параметров отбойки.
В этом случае степень нарушенности массива может характеризоваться его акустическими свойствами, а в качестве основных прочностных характеристик могут использоваться динамические пределы прочности сжатия и растяжения.
При оценке сейсмики взрыва широко используется понятие скорости смещения частиц. Расстояния, на которых реализуются критические скорости смещения массива от сжимающих и растягивающих напряжений, будут различны. В сторону обнаженной поверхности область разрушения массива складывается из зон действия сжимающих и растягивающих напряжений, что отражает волновую природу процесса разрушения. Величина предельных напряжений сжатия и растяжения пропорциональна скоростям смещений массива. Согласно энергетическому закону подобия, скорость смещения определяется величиной приведённого расстояния, при котором проявляются заданные уровни предельных скоростей (напряжений) сжатия или растяжения. Необходимое количество взрывчатого вещества для разрушения горных пород можно найти через эквивалентное приведенное расстояние (1.7), которое характеризует энергонасыщенность массива при взрыве заряда определенной массы. Закон изменения скоростей смещения, в зависимости от свойств массива и приведенного расстояния, выражается известной зависимостью (1.9) в виде степенной функции [60] Условие, при котором будет происходить разрушение связи отбиваемого объема от массива и его перемещение, это превышение или равенство возникающих при взрыве скоростей смещения допустимым, критическим для массива. Поскольку прямая волна, идущая от заряда и создающая напряжения сжатия, независимо от степени нарушенности будет достигать обнаженной поверхности [111], а также обуславливать разрушение пород между зарядами, условие нарушения устойчивости отделяемого участка массива может быть представлено в следующем виде: где Усж — возникающие при взрыве заряда скорости смещения от сжимающих нагрузок; [Усж] - допустимые, критические скорости смещения массива от воздействия сжимающих напряжений, при которых разрушение массива не происходит. Такой подход к механизму взрывного разрушения трещиноватых пород позволяет учесть волновую природу процесса разрушения, прочностные динамические характеристики и свойства трещиноватого массива, а также, независимо от масштабов взрыва, определить необходимое для его разрушения количество взрывчатого вещества. Основными параметрами взрывных работ, подлежащих расчету или выбору, являются: удельный расход ВВ, величина линии наименьшего сопротивления, расстояние между скважинными зарядами или концами скважин при веерном и пучковом их распбложении, а также диаметр заряда. Многочисленными исследованиями установлено, что выход негабарита и удельный расход ВВ взаимосвязаны. Однако связь эта не однозначна, особенно при разрушении трещиноватых руд. Если в работах [27] доказано, что с увеличением удельного расхода пропорционально снижается выход негабарита, то в работах[96, 58, 61] установлено, что увеличение удельного расхода ВВ дает эффект по снижению выхода негабарита лишь до определенных значений, превышение которых ведет к ухудшению качества дробления.
Обоснование и промышленная реализация технологических рекомендаций при массовой отбойке трещиноватых руд
С точки зрения положений разработанной методики, если рассматривать трещиноватый массив как конструкцию, состоящую из отдельностей, и то, что для его разрушения необходимо затратить энергию, достаточную лишь для нарушения связей между структурными блоками и приводящую к выводу конструкции из состояния равновесия, важными принципами, определяющими эффективность технологии буровзрывных работ при массовой отбойке техногенно измененных частей отрабатываемого ассива, являются: - отбойка запасов, находящихся в состоянии повышенной нарушенности, требует меньшего количества энергии, выделяемой при взрыве, следовательно, меньшего расхода взрывчатого вещества и меньших затрат на создание зарядных полостей - бурение скважин, что достигается уменьшением диаметра заряда и увеличением сетки их расположения; - разрушение трещиноватого массива достигается путем создания условий для разрастания и раскрытия имеющихся трещин и отделения структурных отдельностей друг от друга, т.е. таких условий, когда возможно развитие процесса самообрушения; при отработке запасов камер второй и последующих очередей, когда рудный массив окружен закладочным материалом, необходимо снизить вероятность нарушения искусственного массива и примешивания закладки к рудной массе.
Практика отработки большинства рудных месторождений Южного Урала, а также горнотехнические особенности систем разработки определили эффективность применения при массовой отбойке руд веерных зарядов скважин. Скважины бурятся установками типа «SOLO», «Симба», НКР-100М и Др. из буровых ортов и штреков. В среднем длина скважин находится в пределах от 15 до 20-25 м. Заряжание скважин механизированное, ВВ — гранулированное.
До последних лет при отбойке руд камерных запасов использовались схемы пробуренных веерных скважинных зарядов, расположенных в одной плоскости (сплошной веер). Для обеспечения установленного пракшкой проектного расстояния между концами соседних, достаточно длинных скважинных зарядов (L = до 15-25 м) в веере при значении л.н.с. W=2-3 м требуется очень точное соблюдение угловой ориентации соседних скважин. Однако из-за нарушенности массивов камер 2-й и 3-й очередей не всегда удаётся выдержать предусмотренные проектом углы ориентации скважин (при относительно малом расстоянии между их дальними концами). Нередко происходит слияние устьев соседних скважин на контуре буровой вьірабоїки, нарушаются массы зарядов в отдельных скважинах, что влечёт ухудшение дробления и увеличивает трудоёмкость отбойки руды. Известен способ отбойки при расположении веерных зарядов по схеме «рассредоточенный веер» (рис 4.4).
Скважины располагают следующим образом: первый ряд (веер 1) скважин, ближний по отношению к компенсационному пространству, бурят на расстоянии W, второй ряд, дальний (веер Г), отстоит от первого на расстоянии W. Расстояние между концами скважин в каждом ряду равно величине «а», расстояние между концами рассредоточенных скважин ближнего и дальнего рядов - а . Взрывание скважинных зарядов производится с замедлением 25 -50 мс между ближними и дальними рядами вееров рассредоточенных скважин, в первую очередь взрывается ближний к компенсационному пространству веер. Один такой рассредоточенный веер образует один отбиваемый слой.
Проведенные исследования влияния параметров расположения зарядов на эквивалентное приведенное расстояние (гл.З, рис 3.12) показали, что при отбойке запасов по схеме «рассредоточенный веер» распределение энергии в массиве происходит более равномерно, что предполагает лучшее дробление, т.е. схема рассредоточенного расположения вееров скважин является более предпочтительной по отношению к традиционному расположению вееров скважин (сплошной веер). Анализ расположения зарядов в рассредоточенной схеме вееров скважин позволяет корректировать параметры сетки. Путем отнесения плоскости дальнего веера от ближнего существует возможность увеличения толщины отбиваемого слоя при соответствующем изменении
При взрыве заряда ВВ в массиве с одной открытой поверхностью образуется конусообразная зона разрушения, которую принято называть воронкой разрушения или воронкой взрыва. Для нормального показателя действия взрыва угол раскрытия воронки принято считать равным 90. При взрыве двух зарядов границы зоны их действия будут пересекаться вблизи плоскости обнажения. Место положения дальнего заряда при рассредоточении вееров скважин должно определяться из условия, что расстояние от этого заряда до точки пересечения образуемых воронок двух ближних к плоскости обнажения зарядов не должно превышать величины линии наименьшего сопротивления (W). Задавшись шагом удаления дальнего заряда от ближнего W = 0,5 м, при W = 3 м, места расположения дальних зарядов в зависимости от расстояния между ближними будут определятся следующим образом (рис. 4.4): для заряда 1 - заряд Г при W = 1,5 м, а = 3 м; для заряда 2 - заряд 2 при W = 1 м, а = 4 м; для заряда 3 - заряд У при W = 0,5 м, а = 5 м.
