CC BY
13
УДК 622.235
А.А.ЕРЕМЕНКО, В.М.СЕРЯКОВ, В.А.ЕРЕМЕНКО
Институт горного дела СО РАН, Новосибирск, Россия С.В.ФЕФЕЛОВ, Д.Н.ЗИНЧЕНКО
Абаканский филиал ОАО «Евразруда», Россия
ВЗРЫВНАЯ ОТБОЙКА РАЗРЕЗНОГО БЛОКА ПУЧКОВЫМИ И ВЕРТИКАЛЬНЫМИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ЗАРЯДАМИ ВВ В МАССИВЕ С ТЕКТОНИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЙ
Одним из наиболее энергоемких процессов разработки месторождений железных руд является взрывоподготовка горной массы, которая во многом определяет результаты работы всего технологического комплекса и полноту извлечения полезных ископаемых из недр. Практика показала целесообразность применения скважин большого диаметра в подземных условиях, крупномасштабную отбойку. Помимо пучковых сближенных зарядов ВВ, предлагается использовать вертикальные концентрированные заряды, в результате чего возможно практически реализовать идею сокращения числа массовых взрывов.
One of the most power-intensive processes of development of deposits of iron ores is explosive breaking mountain weight, which in many respects defines results of work of all technological complex and completeness of extraction of minerals from bowels. Practice has shown expediency of application of chinks of the big diameter in underground conditions, large-scale breaking. Besides puchec pulled together charges ВВ, it is offered to use the vertical concentrated charges. It enables to realize practically idea of reduction of number of mass explosions.
Технология освоения Абаканского месторождения в значительной мере связана с разработкой совместно залегающих на участках Главный и V рудных тел на глубине 450 м. В этих условиях отработку блоков с массовым обрушением руд на нижележащих горизонтах ведут от центра к флангам. На выбор параметров технологии отработки разрезных блоков существенное влияние оказывают высокие тектонические напряжения в массиве горных пород, действующие как по простиранию, так и вкрест простирания рудных тел.
В результате проведения экспериментальных исследований на месторождении установлено, что максимальные сжимающие исходные напряжения вне зоны влияния горных работ действуют в горизонтальной плоскости, при этом направление действия наибольшего из них - северо-западное (2,2уН), наименьшего - северо-восточное (1,8уН, где у - объемный вес налегающих пород, Н - расстояние до земной поверхности). На гори-
зонте +65 м их значения соответственно составляют а2 = -75 МПа; а = -63 МПа*.
На месторождении в смежных Главном и V рудных телах в этаже +(65) - (145) м отрабатываются в первую очередь разрезные блоки № 11-12 (1 секция), во вторую -блок № 7. В пределах блоков наибольшее распространение получили тектонические зоны субширотного простирания с падением под углом 60-80°, мощностью до 7 м, выполненные хлоритом, эпидотом и др. Блоки № 11-12 (1 секция) расположены в центральной части Главного рудного тела. Ширина, длина и высота взрываемого массива горных пород равны соответственно 53, 36 и 80 м. Обрушение блоков осуществлялось пучковыми сближенными скважинными зарядами ВВ. Сейсмостанция «Таштагол» зарегистрировала массовый взрыв с сейсмической
* Курленя М.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений / М.В.Курленя, А.А.Еременко, Б.В.Шрепп. Новосибирск: Наука, 2001. 184 с.
- 129
Санкт-Петербург. 2009
энергией 3,1109 Дж. Толчок ощущался на земной поверхности. В шахте отмечены частичные нарушения в выработках.
Недалеко от блоков № 11-12 (1 секция) расположен разрезной блок № 7 в V рудном теле. Выемка блока № 7 может привести к опасной концентрации напряжений в межрудном целике. Поэтому оценка напряженного состояния массива для этих ситуаций является необходимым условием проведения горных работ. Для выбора технологических решений проведены теоретические расчеты и экспериментальные исследования. Предварительная информация о геомеханическом состоянии вмещающего массива горных пород получена по результатам математического моделирования. Оценка напряженного состояния массива была проведена для сечения массива горных пород горизонтальной плоскостью на глубине 685 м (гор. +65 м). (Исследования выполнены при поддержке гранта имени академика М.А.Лаврентьева конкурса молодых ученых 2006 г.).
На рис.1 показана часть расчетной области в районе расположения разрезного блока № 7 в V рудном теле. Ориентация границ расчетной области совпадает с направлениями действия главных напряжений в рассматриваемом сечении, поэтому на горизонтальных границах области расчета (рис.1) заданы нормальные напряжения 75 МПа, на вертикальных - 63 МПа. По распределению Ст1 устанавливаются зоны концентрации сжимающих напряжений, по распределению ст2 - области действия растягивающих напряжений, по ^тах - области возможных разрушений за счет проявления касательных усилий.
Механические характеристики рудного тела и вмещающих пород при моделировании были выбраны в соответствии с данными экспериментальных исследований на Абаканском месторождении и составляли соответственно: модуль Юнга Е - 75000 и 60000 МПа, коэффициент Пуассона V - 0,28 и 0,26. Модуль Юнга горных пород, заполняющих после обрушения объем взорванного блока, был взят на порядок меньше, чем рудного тела.
Рис.1. Характер распределения в массиве горных пород главных напряжений Ст! (а), ст2 (б) и максимальных касательных напряжений ттах (в) после отбойки блока № 7 в V рудном теле; значение напряжения 30-100 МПа
Рис.2. Распределение в массиве горных пород главных напряжений Ст! (а), ст2 (б) и максимальных касательных напряжений ттах (в) после выпуска руды из блока № 7 в V рудном теле; значение напряжения 40-120 МПа
Анализ распределения полей напряжений в окрестности расположения блока № 7 показал, что областей действия растягивающих напряжений в рудном теле и вмещающих породах не наблюдается. За счет действия исходных наибольших сжимающих напряжений северо-западного направления в окрестности горизонтальных границ блока (рис.1) образуются зоны концентрации сжимающих напряжений, значения которых превышают 100 МПа. В этих же зонах отмечаются и области концентрации максимальных касательных напряжений. Отмеченные особенности напряженного состояния массива в первую очередь определяются исходными полями напряжений Абаканского месторождения, которые в горизонтальной плоскости близки к условиям гидростатического сжатия.
Выпуск рудной массы из блока приведет к ослаблению давления обрушенных пород на окружающий массив, что вызовет в нем перераспределение полей напряжений. Для оценки такого перераспределения проведен расчет напряженного состояния рудного тела и вмещающих пород при полном освобождении границ блока № 7 от усилий (рис.2). Качественного изменения напряженного состояния в окрестности блока не происходит. В отмеченных выше зонах концентрации напряжений а2 и ттах происходит рост уровня сжатия: а2 превышает 120 МПа, а ттах - 40 МПа. Такие величины сравнимы с пределами прочности рудного тела и вмещающих пород на разрушение и при выпуске рудной массы из блока в этих областях необходим постоянный контроль изменения напряженного состояния инструментальными методами.
В межрудном целике, сформированном в результате отработки блоков № 11-12 в Главном рудном теле и № 7 в V рудном теле взаимовлияния зон концентрации напряжений от образования и выпуска каждого из этих блоков не происходит. Однако дальнейшая отработка рудных тел неизбежно приведет к усилению концентрации сжимающих напряжений в межрудном целике, а горно-техническая и геомеханическая си-
туации на гор. +65 м будут требовать постоянного контроля.
Блок № 7 подготовлен к обрушению системой этажного принудительного обрушения на четыре компенсационные камеры прямоугольной формы шириной 19,8 м. Мощность рудного тела в верхней части блока изменяется от 40 до 75 м, в нижней части - от 25 до 70 м. Магнетитовая руда мелкозернистая, пятнистой текстуры, обусловленной рассеянной вкрапленностью, средней трещиноватости и устойчивости, коэффициент крепости по Протодьяконову 12-14. В пределах блока широко развита дизъюнктивная тектоника, снижающая устойчивость руд и пород в зоне ее влияния.
Ширина блока 40 м, длина 70 м, высота 80 м (рис.3). Запасы руды в блоке 663 тыс.т, удельный расход ВВ на отбойку 0,43 кг/т.
Взрывная отбойка массива горных пород производилась нисходящими, восходящими и горизонтальными пучковыми сближенными скважинными зарядами ВВ (рис.4). Линия наименьшего сопротивления (ЛНС) колебалась от 5 до 8 м. Масса пучковых зарядов ВВ составила 276,0 т. В панели блока располагались три вертикальных концентрированных заряда (ВКЗ) ВВ диаметром 1 м каждый. ЛНС составила 10 м. Суммарная масса зарядов ВКЗ равна 66 т. В качестве инертных промежутков в ВКЗ использовались опилки объемом 75 м3 (рис.5).
Взрывание зарядов ВВ производилось с помощью СИНВ-Ш, ДШ и электродетонаторов с использованием шести интервалов замедлений от 0 до 100 мс.
При производстве подготовительных и нарезных работ в блоке № 7 наблюдались случаи проявления горного давления в динамической форме и заколообразования. Проведенные измерения методом электрометрии в районе блока показали, что электросопротивление в массиве горных пород в период подготовительных и нарезных работ в блоке снижалось от 12500 до3500 Омм; после массового взрыва несколько увеличилось - до 4000 Омм на гор. +145 м (рис.6, 7). Скорость среднего электросопротивления колебалась от 1 до 22 Омм/сут.
А-А
131
Б-Б
Рис.4. Конструкции пучковых сближенных зарядов: а - нисходящие скважины; б - восходящие скважины 1 - ВВ; 2 - патроны ВВ; 3 - парашют; 4 - капсюль; 5 - магистральный провод; 6 - сеть ДШ; 7 - ДШ; 8 - магистраль ДШ; 9 - деревянная пробка; 10 - бумажная пробка; 11 - бумага; 12 - буровой шлам; 13 - шнур; 14 - устройство СИНВ-Ш
Qbb 4,2
1
4,2
4,2
5,2
4,2
-I-
l, м Qbb
I 5 4,2
: 10
= 15 4,2
-I
I
20
25 4,2 30
: 35 5,2
I
40
45 4,2
50
1
l, м Qbb
5 4,2
10
15 4,2 20
25 4,2 30
35 5,2 40
45 4,2 50
1
l, м 5
10 15
Рис.5. Конструкции вертикальных концентрированных зарядов QВВ - масса зарядов ВВ; l - длина ВКЗ
Рис.6. Схема расположения пунктов измерений на гор. +145 м
ст. 1-2, ст. 3-4 и ст. 5-6 - станции контурных реперов; 1-Х11 - станции для измерения электросопротивления в массиве горных пород
Дата замера
Рис.7. Изменение параметров электросопротивления на гор. +145 м (1) и +65 м (2)
-30,0
Рис.8. Графики максимальных сдвижений контурных реперов в орте № 5 и штреке № 2 на гор. +145 м
- 133
Санкт-Петербург. 2009
Сейсмостанция «Таштагол» зарегистрировала массовый взрыв энергетического класса 8,6. Работы выполнены при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта № 93 и Фонда содействия отечественной науке.
На рис.8 приведены данные, полученные по результатам четырехлетних систематических наблюдений за сдвижением горных пород при подготовке к отработке блока. Из графиков видно, что на протяжении ряда лет происходили процессы периодической пригрузки массива горных пород. При этом деформации сжатия составили 12-27 мм. После массового взрыва в штреке № 2 произошла достаточная разгрузка - деформации растяжения равны 5 мм. Экспериментальные исследования показали, что с развитием горных работ на участке и процессов сдвижения ожидается тенденция роста на-
пряжений и снижения устойчивости пород, что может привести к изменению напряженно-деформированного состояния массива. С учетом геомеханических условий, реального горного давления, практики отработки месторождения следует регулировать напряженное состояние путем последующей отработки очистных блоков на участках Главный и V рудного тела с оптимальной скоростью подвигания забоев.
Таким образом, взрывная отбойка разрезного блока пучковыми и вертикальными концентрированными зарядами ВВ в массиве с тектоническими полями напряжений показала, что для повышения безопасности и эффективности горных работ следует в период ведения подготовительных и нарезных работ, а также проведении технологических и массовых взрывов осуществлять контроль за геомеханическим состоянием массива.
