Способ снижения рисков возникновения аварийных ситуаций в шахте при массовой отбойке напряженных железных руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.233:622.235:622.831

Г.Н. Волченко (канд. техн. наук, доцент ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»)

В.Н. Фрянов (д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»)

Способ снижения рисков возникновения аварийных ситуаций в шахте при массовой отбойке напряженных железных руд

Предложен способ взрывного разрушения напряженных железных руд на удароопасных рудниках Сибири, позволяющий значительно снизить объем выплеска взрывосейсмической энергии во вмещающий массив и риски возникновения аварийных ситуаций в шахте.

Ключевые слова: РУДНИК, ГОРНЫЙ МАССИВ, ВЗРЫВ, ЗАРЯД, ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, СЕЙСМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, ГЕОДИНАМИКА, ЭНЕРГИЯ, ДЕФОРМАЦИИ

В условиях высоких гравитационно-тектонических и техногенных напряжений при взрывном разрушении крепких руд приходится сталкиваться с двумя основными проблемами. Первая заключается в снижении управляемости массовой отбойкой за счет увеличения потерь взрывных полостей до 30%. Но даже при удовлетворительном техническом осуществлении взрыва в данных условиях непременно возникает вторая проблема, связанная с провоцированием динамических событий высокого класса в горных породах в окрестностях отбиваемого технологического блока. Это объясняется тем, что в процессе отработки подземных железорудных месторождений Сибири происходит изменение сейсмической активности массива горных пород в сторону повышения. При этом из всех техногенных факторов горного производства массовые взрывы являются наиболее сильными инициаторами динамических проявлений горного давления. С глубиной ведения горных работ отмечается тенденция увеличения частоты и энергетического класса динамических проявлений горного давления, растут трудозатраты на ликвидацию их последствий, создается реальная угроза для работающих людей [1, 2]. На рисунке 1 представлены тенденции проявлений горного давления в динамической форме на шахте Горно - Шорского филиала ОАО «Евразруда».

Основными факторами, способными вызвать динамические проявления горного давления в массиве пород после массовых взрывов, являются упругие сейсмические волны и процессы, вызванные изменением формы очистного пространства. Величина сейсмической энергии взрыва пропорциональна величине его заряда, а короткозамедленное взрывание при использовании замедлений, равных 20 мс и выше, снижает сейсмическое действие взрыва до уровня соответствующих масс зарядов, инициируемых одной ступенью замедления [1].

В работе [2] для условий Таштагольского рудника установлена устойчивая статистическая зависимость энергии динамических проявлений горного давления, вызываемых сейсмическим эффектом взрыва, от величины максимального заряда ВВ в ступенях замедлений взрыва. Математическое выражение функции регрессии имеет вид:

tg Е = 0,230 • етх - 3,1, где ^ Е - класс величины энергии динамического проявления;

ешах __

вв - величина максимального заряда ВВ в ступени замедления массового взрыва, т.

ш

ф

гз

т

>

ц

о

о

ш

н

о

ф

т

5

ц

о

00

о

00

о

00

о

00

о

00

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

Ъ год

Рисунок 1 - Частота проявления горного давления в динамической форме на Шерегешевском месторождении

Исходя из представленного выше анализа, очередность взрывания и определение оптимальной массы заряда ВВ в ступенях замедления при короткозамедленном взрывании напряженных массивов возможны по следующей методике.

Известно [3], что равновеликие динамические импульсы вызывают меньшую реакцию напряженной среды, чем равные им по суммарной энергии разновеликие. Количество ступеней замедления должно быть максимально возможным (по условиям сохранения коммутационной сети пучков скважин). Масса зарядов в первых ступенях замедления (1, 2, 3) должна плавно нарастать с выходом на расчетный уровень равновеликих масс зарядов последующих ступеней замедления. После воздействия на вмещающий массив равномерными динамическими нагрузками необходимо обеспечить плавный выход из события (процесса короткозамедленного взрыва) с минимальным последним возмущением. Иначе говоря, масса зарядов последних ступеней замедления (13, 14, 15) должна плавно уменьшаться. Такой принцип проведения короткозамедленного взрывания технологического блока в условиях действия высоких гравитационно-тектонических и техногенных напряжений наиболее оптимален с целью снижения рисков провоцирования динамического события высокого класса. На рисунке 2 сплошной линией (кривая 1) показано распределение массы зарядов ВВ по ступеням замедления при короткозамедленном взрывании технологического блока № 57 (вторая очередь) участка Главный в этаже +185...+255 м на шахте Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда». В качестве примера на рисунке 2 пунктирной линией (кривая 2) показан вариант распределения массы зарядов ВВ в ступенях замедления по предлагаемой методике с равным суммарным зарядом 280356 т ВВ. При проектировании массового взрыва возможно несоответствие расчетных масс зарядов в ступени замедления с практическими (из-за отсутствия плоскостей обнажения и др.), однако с целью снижения вероятности провоцирования динамического события высокого класса необходимо стремиться к предлагаемому алгоритму.

Дальнейшее снижение массы зарядов ВВ в ступени замедления возможно за счет использования эффективной схемы короткозамедленного взрывания с формированием отбиваемого массива в виде синусоиды [4], показанной на рисунке 3. Схематично отбойку блока можно разде-

лить на несколько этапов (рисунок 2, кривая 3). Первыми ступенями замедления (1 - 6) по предлагаемому выше алгоритму в массиве панели образуют ослабляющие полости со стороны компенсационных камер и массива зажимающей среды и формируют в плане синусоидальный массив отбиваемого блока (первый этап массового взрыва).

№т

1 - фактическое; 2 - по предлагаемой методике; 3 - по предлагаемой методике с отрезкой

от вмещающего массива Рисунок 2 - Распределение массы зарядов ВВ Qвв по ступеням замедления Ыст при короткозамедленном взрывании технологического блока № 57 (вторая очередь) участка Главный в этаже +185.+255 м на шахте Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда»

С большой долей вероятности можно предположить, что формирование синусоидального массива позволит вернуть часть энергии из вмещающих пород, которая затрачивается на деформационные процессы в массиве синусоиды с образованием обширных зон растягивающих напряжений, в поле которых процесс взрывного разрушения происходит менее энергоемко [4].

Второй этап взрыва (7 - 9 ступень замедления) заключается в отрезке массива синусоиды от вмещающих пород в торцевых частях блока взрыванием расположенных там зарядов ВВ. Данное мероприятие преследует две цели. Первая - динамическое воздействие на предварительно ослабленный растягивающими напряжениями массив при взрыве зарядов ВВ, расположенных на флангах блока и осуществляющих отрезку. При этом, по данным работы [5], возможна реализация малоэнергоемкого механизма разрушения вследствие изменения типа разрушения: от одноочагового разрушения в области квазистатического нагружения к многоочаговому при импульсном растяжении.

1-компенсационная камера; 2- зажатая среда; 3- пучки сближенных скважин;

4 - ослабляющие полости; 5 - массив блока синусоидальной формы;

1...У- очередность взрывания; <тлшх - максимальные сжимающие напряжения

Рисунок 3 - Схема расположения и взрывания пучковых зарядов ВВ при отбойке панели с формированием развального ряда по синусоиде

Вторая цель - это дальнейшее разрушение изолированного массива последующими ступенями замедления 10 - 12, а это около 60% от объема разрушаемого блока, без контакта с вмещающими породами, что максимально ограничит выплеск энергии взрывных волн напряжений во вмещающий массив даже при максимальных зарядах ВВ в указанных ступенях замедления [6]. При этом увеличение массы зарядов ВВ на данном этапе отбойки позволит сократить общее количество ступеней замедления. Третий, заключительный этап, - обрушение потолочины, взрывы по оконтуриванию рудного тела в торцах блока и др., - осуществляют последними ступенями замедления (13-15) с плавным убыванием массы зарядов ВВ в ступени.

Реализация предлагаемого способа разрушения целиков планируется на железорудных шахтах филиалов ОАО «Евразруда». Опытно - промышленные испытания способа позволят установить оптимальные параметры БВР. При мониторинге взрывов автоматизированными системами непрерывного микросейсмического и сейсмоакустического контроля напряженного состояния массива горных пород (АСНК), поверхностными сейсмодатчиками возможно получить экспериментальные данные о сейсмобезопасности предлагаемой схемы взрывания. Возможно, степень дезактивации и упрощения сейсмоактивной динамической обстановки в пределах шахтного поля при использовании разработки будет недостаточной, т.к. определяющее влияние на эту обстановку оказывают более значительные (доминантные) гравитационно-тектонические процессы во всей земной литосфере. Однако технология позволит стать инструментом регионального управления напряженно-деформированным состоянием массива, снижающим долю провоцирования высокоэнергетических динамических событий массовыми взрывами по специальным проектам. Очевидно и то, что снижение сейсмического эффекта взрыва повысит качество дробления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Курленя, М.В. Влияние массовых взрывов на сейсмическую энергию при динамических проявлениях в массиве горных пород/ М.В. Курленя, А.А.Еременко, И.Ф. Матвеев [и др.] // Горный журнал. - 1996. - №5. - С.12-14.

2 Матвеев, И.Ф. Управление удароопасностью горного массива изменением параметров взрывной отбойки при разработке железорудных месторождений Сибири: автореф. дис. ... докт. техн. наук / И.Ф. Матвеев. - Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - 34 с.

3 Мохначев, М.П. Влияние статических равномерных и динамических пульсирующих нагрузок на прочностные свойства горных пород/ М.П. Мохначев, М.М. Протодьяконов // Исследование физико-механических свойств и взрывного способа разрушения горных пород. -М.: Недра, 1970.

- С.99-104.

4 Волченко, Г.Н. Разработка способов взрывной отбойки рудных блоков с учетом напряженно-деформированного состояния массива: дисс. ... канд. техн. наук. - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2003. - 142 с.

5 Белендир, Э.Н. Сопротивление разрушению горных пород при временах нагружения 10

- 106с / Э.Н. Белендир, В.Ф. Клятченко, А.И. Козарчук [ и др.] // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1991. - № 2. - С.46-49.

6 Адушкин, В.В. Подземные взрывы /В.В. Адушкин, А.А. Спивак. - М.: Наука, 2007. - 579 с.

METHOD OF DANGEROUS SITUATION DEVELOPMENT RISK REDUCTION IN THE MINE AT MASS CUTTING OF STRESSED IRON ORES

G.N. Volchenko, V.N. Frianov Method of stressed iron ores blast crushing at dangerous for shock Siberian iron ore mines is suggested which allows to reduce considerably the amount of explosion seismic energy outburst into the enclosing massif and the risks of mine accident.

Key words: ORE MINE, ROCK MASSIF, EXPLOSION, CHARGE, ESPLOSIVES, SEISMIC ENERGY, GEODYNAMICS, ENERGY, DEFORMATIONS.

Волченко Гоигорий Николаевич Е-mail: [email protected] Фрянов Виктор Николаевич E-mail: [email protected]