CC BY
23
© А.А. Галимьянов, 2015
УДК 622.235 А.А. Галимьянов
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВНОГО РЫХЛЕНИЯ МЁРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Изложены результаты экспериментальных массовых взрывов в мёрзлых породах с обычной забойкой и комбинированной с элементами каменного материала. Комбинированная забойка увеличивает объём разрушения мёрзлых пород. Сравнение результатов взрывов блоков с традиционной забойкой и укороченной рациональной показало, что применение рациональной каменно-засыпной забойки позволило снизить удельный расход ВВ с 0,60 до 0,23 кг/м3, увеличить выход взорванной горной массы с 30 до 45 м3/м, уменьшить развал горной массы и в 2,5 раза снизить затраты по сырью — с 14,4 руб/м3 до 5,7 руб/м3. Однако тяжёлый и малопроизводительный ручной труд при формировании комбинированной забойки сводит к минимуму указанные экономические преимущества. Поэтому главной задачей становится механизация работ для применения такой забойки.
Ключевые слова: массовый взрыв, массив мёрзлых пород, комбинированная забойка.
Запасы энергетических углей, планируемые к разработке в разрезе «Буреинский-2» ОАО «Ургалуголь», составляют 29,5 млн т. Угольные пласты мощностью от 2 до 6 м залегают группами, имеют сложное и весьма сложное строение и представлены чередованием пластов угля, углистого аргиллита, аргиллита, алевролита, туффита. Мощность внутрипластовых породных прослоев и пачек угля не выдержана как по падению, так и по простиранию. Литологические прослои также изменчивы и на коротких расстояниях переходят из одной разновидности в другую. Таким образом, условия взрывного рыхления и выемки скальных горных пород существенно осложнены.
На разрезе бурение взрывных скважин осуществляется шарошечными станками с диаметром долот 215 и 245 мм по сетке 5x5 м и 6x6 м. В мягких мёрзлых породах увеличить сетку бурения не представляется возможным из-за наличия в нижних горизонтах крепких мелкозернистых песчаников, поэтому удельный расход ВВ составляет 0,8-0,9 кг/м3.
433
Мёрзлая порода представляет собой многофазную систему, в которой обязательно содержится вода в твёрдой и жидкой фазах и которая объединена в единый конгломерат структурным сцеплением. Качественное отличие мёрзлой породы от талой — присутствие в первой льда, а от скальной — наличие жидкой фазы, заключённой между льдом и минеральным скелетом. От толщины этой прослойки и зависит структурное сцепление и прочность мёрзлой породы. Увеличение толщины слоя льда снижает прочность его связи с минеральной прослойкой. Значительное влияние на механическую прочность грунта оказывает степень его водонасыщенности — наибольшей прочности соответствует влажность, равная максимальной молекулярной влагоёмкости. При меньшей влажности прочность мёрзлого грунта снижается за счёт снижения цементирующего действия льда наличием не заполненных водой пор. При влажности, превышающей максимальную влагоёмкость, наибольшее влияние на прочность мёрзлого грунта оказывает структура льда. Для структуры кристаллической решётки льда характерна очень слабая водородная связь, обусловливающая сцепление его молекул, т.е. прочность. Это снижает вязкость льда, увеличивает его текучесть и приближает к жидкости. Предел упругости льда достаточно мал, упругие и пластические свойства льда проявляются совместно и зависят от скорости приложения нагрузок — при длительном приложении нагрузок прочность льда при сжатии уменьшается в 5-7 раз, при срезе — в 2-3 раза. Поэтому очень важно увеличивать время действия взрывного импульса либо применением гранулированных взрывчатых веществ (ВВ) с широкой зоной химической реакции, либо увеличением времени запирания газов забойкой [1].
Исследования ВНИИ-1 [2] показали, что при разрушении мёрзлых пород для увеличения времени действия взрывного импульса целесообразно применять ВВ с увеличенной зоной химической реакции в детонационной волне и с высокой объёмной концентрацией энергии взрыва, что достигается зарядкой игданита в шпуры пневмозарядчиками.
Механизм разрушения горных пород определяется величиной и формой взрывного импульса, который характеризуется не только давлением на фронте детонационной волны, но и продолжительностью действия продуктов детонации на разру-
434
шаемую среду. Чем больше длительность приложения нагрузки, тем значительнее длина развивающихся трещин и интенсивнее дробление пород. Забойка увеличивает длительность поршневого воздействия продуктов детонации на стенки зарядной полости и первичных радиальных трещин, образовавшихся на границе с зарядной полостью в процессе возникновения и прохождения ударной волны взрыва, что повышает продолжительность взрывного импульса и долю энергии взрыва на дробление.
Для проверки эффективности предложенной конструкции каменно-засыпных забоек в зимних условиях на разрезе «Буре-инский-2» проведены два полномасштабных экспериментальных массовых взрыва в мёрзлых горных породах крепостью f = 2, представленных суглинком, супесью и галечниковыми отложениями.
Первый блок на гор. +370-358 был взорван 06.02.15.
Зарядку ВВ в скважины производили при отрицательной температуре окружающей среды (-15 С). Некоторые скважины были обводнены на длину до 1 м, поэтому нижнюю часть таких скважин заряжали патронированным ЭВВ — эмуласт АС-30ФП. Схема взрывания диагональная с помощью неэлектрической системы ИСКРА-П: замедление между скважинами в ряду 109 мс, между рядами — 151 мс. Инициирование внутрискважинной сети выполнено устройством ИСКРА-С с замедлением 500 мс.
Параметры взрываемого блока: 378 скважин (18 рядов по 21 скважине) диаметром 215 мм и глубиной 12 м пробурены по сетке 6,0x6,0 м, расчётный объём блока 151,0 тыс. м3 при перебуре 0,0 м, расчётный удельный расход ВВ — 0,50 кг/м3. Кон-
Рис. 1. Конструкция скважинных зарядов экспериментальных блоков: а —
блок, взорванный 06.02.15; б — блок, взорванный 16.02.15
435
струкция скважинных зарядов с обычной забойкой приведена на рис. 1, а.
После взрыва линейным методом определили средний размер куска — 0,30 м. Фактический перебур после прохода экскаватора составил 2,0 м, поэтому фактические параметры блока составили: объём 126 тыс. м3, удельный расход 0,6 кг/м3, выход горной массы 30 м3/м, себестоимость по сырью 14,4 руб/м3 (расчётная 12 руб/м3).
Второй блок на гор. +373-365 был взорван 16.02.15.
Зарядку ВВ в сухие скважины производили при отрицательной температуре окружающей среды (-12 С). Схема взрывания диагональная с помощью неэлектрической системы ИСКРА-П: замедление между скважинами в ряду 109 мс, между рядами — 151 мс. Инициирование внутрискважинной сети выполнено устройством ИСКРА-С с замедлением 500 мс.
Параметры взрываемого блока: 672 скважины (32 ряда по 21 скважине) диаметром 215 мм и глубиной 8 м пробурены по сетке 6,0x6,0 м, расчётный объём блока 183,0 тыс. м3 при перебуре 0,0 м, расчётный удельный расход ВВ — 0,30 кг/м3.
Конструкция зарядов скважин приведена на рис. 1, б.
Рациональную укороченную комбинированную каменно-за-сыпную забойку формировали следующим образом.
Чтобы не повредить волновод при формировании рациональной забойки и создать воздушный промежуток длиной 1 м под забойкой, опускали на глубину 3 м полипропиленовый рукав. Рациональную забойку формировали следующим образом. Сначала, чтобы не оторвать рукав от крепления на устье скважины и создать газонепроницаемую пробку, засыпали в рукав буровой шлам на длину 1 м. Затем на длину 0,5 м засыпали гравий с фракциями размером от 1 до 15 см, далее засыпали буровой шлам на длину 0,5 м, потом снова засыпали гравий на высоту 0,5 м, и оставшиеся 0,5 м засыпали буровым шламом (рис. 2).
При формировании рациональной забойки соблюдались следующие меры предосторожности:
- до начала работ по формированию забойки проводили инструктаж по технике безопасности задействованного на этих работах персонала;
- на волноводах боевиков за рукавом оставляли слабину;
- предварительной засыпкой бурового шлама в нижнюю часть проводили распор полипропиленового рукава в стенки
436
Рис. 2. Формирование рациональной каменно-засыпной забойки
скважины и прижатие волновода к стенке скважины;
- каменный материал подбирали с окатанными краями и засыпали его медленно и осторожно.
За счёт натяжения полипропиленового рукава нижней подсыпкой бурового шлама (рис. 2, а, б) камни скользили по нему до подсыпки и там, после удара друг о друга и погашения скорости, сползали к стенкам скважины, не нанося ударов по волноводу боевика, расположенному за рукавом. Таким образом, мы ещё раз убедились, что формирование каменно-засыпной забойки в подвесной рукав типа «чехла Матрёнина» безопасно для волновода боевика, расположенного за рукавом.
После взрыва линейным методом определили средний размер куска — 0,31 м. Фактический горизонт после прохода экскаватора составил + 363 м, т.е. экскаватор углубился на 2,0 м ниже проектной отметки, поэтому фактические параметры блока составили: объём 228 тыс. м3, удельный расход 0,23 кг/м3, выход горной массы 45 м3/м, себестоимость по сырью 5,7 руб./м3.
Сравнение результатов взрывов блоков с традиционной забойкой и укороченной рациональной показало, что при одинаковых горно-геологических условиях и качестве взорванной горной массы, применение рациональной каменно-засыпной забойки позволило снизить удельный расход ВВ с 0,60 до 0,23 кг/м3, увеличить выход взорванной горной массы с 30 до 45 м3/м, уменьшить развал горной массы и в 2,5 раза снизить затраты по сырью — с14,4 руб./м3 до 5,7 руб/м3.
Однако тяжёлый и малопроизводительный ручной труд при формировании комбинированной забойки сводит к минимуму указанные экономические преимущества. Поэтому главной задачей становится механизация работ для применения такой забойки.
437
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Постнов В.В., Бойко И.Ф., Мезин О.И. Опыт ведения взрывных работ в мерзлых грунтах. Взрывное дело № 81/38. — М., 1979. — С. 230-238.
2. Егупов А.А. Опыт и основные направления совершенствования буровзрывных работ на разработке многолетнемерзлых россыпей. Взрывное дело № 77/34. — М., 1976. — С. 200-204.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Галимьянов Алексей Алмазович — горный инженер, ОАО «Ургалуголь», п. Чегдомын, e-mail: [email protected]
UDC 622.235
IMPROVING THE EFFICIENCY OF THE EXPLOSIVE LOOSENING OF FROZEN ROCKS
Galimyanov Alexey B, Mining Engineer, JSC «Urgalugol'», p. Chegdomyn, e-mail: [email protected]
The results of an experimental mass explosions in frozen rocks with conventional tamping and combined with stone material. Combined tamping increases the amount of destruction of permafrost. The comparison of the results of explosions of blocks with conventional tamping and shortened rational showed that the rational use of stone backfill tamping is possible to reduce specific consumption of explosives from 0.60 to 0.23 kg/m3, to increase the output of blasted rock mass from 30 to 45 m3/m, to reduce the collapse of the rock mass and 2.5 times to reduce the cost of raw materials — from 14.4 RUB/m3 to 5.7 rubles/m3. However, heavy and unproductive manual labor in the formation of Artemis-bath tamping minimizes these economic advantages. Therefore, the main objective is the mechanization of works for the use of such tamping.
Key words: mass explosion; an array of frozen rocks; a combined tamping.
References
1. Postnov V.V., Boiko I.F., Mezin I.O. Experience of blasting in frozen soils vzryv No. 81/38, Moscow, 1979, pp. 230-238.
2. Egupov A.A. Experience and main directions of improvement of drilling and blasting at the development of permafrost alluvial vzryv No. 77/34, Moscow, 1976, pp. 200-204.
438
