Скважинная отбойка

Взрывная отбойка руды скважинами применяется при разработке месторождений средней и большой мощности залежей. Скважины имеют глубину от 5 до 50-60 м. Их диаметр принято подразделять на малый (от 40 до 85 мм) и большой (от 90 до 250 мм).

Руду отбивают вертикальными, горизонтальными или наклонными слоями параллельными плоскости обнажения на открытое пространство или обрушенные породы (рис. 4.5). Толщина отбиваемых слоев колеблется от 1, 5 до 15-18 м. Размеры обрушаемого слоя руды определяются параметрами выемочного участка (блока, панели, камеры), характера контактов рудного тела с окружающими породами, принятого диаметра скважин, мощности ВВ и наличия обрушенных пород.

а б

Рис. 4.5. Отбойка руды вертикальными скважинами.

а – на открытое пространство; б – обрушенную породу (зажатую среду).

По направлению бурения скважины бывают вертикальные (восходящие и нисходящие), горизонтальные и наклонные. Расположение скважин в слое – параллельное, веерное и пучковое.

При послойной отбойке в разбежку вертикальными параллельными нисходящими скважинами (рис. 4.6) бурение осуществляется из буровых ортов – 1, пройденных из штрека – 2 на расстоянии равном толщине слоя (t _сл) или линии наименьшего сопротивления.

Такой способ практикуется при камерной выемке крутопадающих рудных тел с отбойкой на открытое очистное пространство (предварительно пройденную отрезную щель). В нижнем основании камеры до начала проходки отрезной щели образуется подсечная траншея, служащая для выпуска руды.

Рис. 4.6. Отбойка вертикальными слоями с параллельным расположением скважин. 1 – буровой орт; 2 – буровой штрек; 3 – днище блока; 4 – выработки доставки руды.

В практике подземных рудников Канады отбойка руды в камере, разбуренной сверху вертикальными параллельными скважинами, производится горизонтальными слоями (способ WCR – вертикально-камерная разработка).

Заряжание скважин производится из бурового горизонта секциями. Толщина взрываемого горизонтального слоя 2, 5-3, 0 м. Взрывание зарядов осуществляется с использованием детонирующего шнура (ДШ) и электродетонаторов замедленного и короткозамедленного действия.

Такой способ отбойки позволяет уменьшить сейсмическое воздействие на окружающий массив, снизить техногенное трещинообразование и обрушения вмещающих пород. Это особенно важно при камерно-целиковом порядке выемки с твердеющей закладкой. Отработка целиков во вторую очередь в искусственном массиве, как правило, сопровождается разрушением его стенок при взрывных работах и разубоживанием руды цементно-содержащим материалом, что крайне отрицательно сказывается на извлечении полезных компонентов при обогащении.

На российских подземных рудниках способ WCR не получил распространения. Он используется лишь для проходки отрезных восстающих на рудниках Алтая-Саянского региона и др.

Отметим также, что способ WCR может вызвать повышенное трещинообразование рудного массива в камере с преждевременным обрушением крупнокусковых отдельностей и нарушением фронта отбойки. В результате осложняются зарядка ВВ последующей секции отбойки и затрудняется выпуск отбитой руды.

В этой связи на руднике «Кируна» (Швеция) успешно прошел промышленное испытание и освоен в небольших масштабах модернизированный вариант отбойки параллельными нисходящими скважинами (рис. 4.7). Участок залежи делят на блоки размером 30х33 м в плане. На 7-10 м ниже кровли камеры проходят три буровых штрека, из которых разбуривают массив скважинами диаметром 165 мм. Верхнюю часть блока обуривают веерами скважин диаметром 57 мм. В основании его нарезают погрузочные заезды и осуществляют траншейную подсечку.

а б

Рис. 4.7. Схема отработки панелей системой разработки этажным обрушением.

а – после подсечки панели; б – перед массовым взрывом.

1 – обрушенные породы; 2 – отрезной восстающий; 3 – компенсационное пространство.

В центре участка проходят бурением отрезной восстающий и последовательным секционным взрыванием скважин, прилегающих к восстающему, образуют компенсационное пространство объемом 30% от объема запасов взрываемого блока. Далее массовым взрывом обрушают основные запасы руды и погрузочно-доставочными машинами через заезды производят ее выпуск.

Нисходящие скважины бурят установками «Симба-269». В ее состав входит буровая машина на гусеничном ходу с двумя погружными пневмоударниками, выносная на 30-50 м кабина оператора с телеэкраном и компьютерным управлением, дожимной компрессор, пылесборник, оборудованный системой отбора проб бурового шлама и экспресс-анализа содержания полезных и вредных компонентов.

Колонна буровых штанг набирается из жестких труб большого диаметра, что повышает точность направления бурения скважин. Оператор настраивает установку и выбирает в соответствии с проектом направление бурения. Работа установки далее осуществляется в автоматическом режиме, включая процессы наращивания и демонтажа бурового става. Производительность установки – 80 м/смену.

Веерное расположение скважин (рис. 4.8) уступает схемам с параллельным их расположением по удельному расходу бурения на 1 м³ отбойки и качеству дробления руды. Их широкое распространение в практике рудников оправдывается значительным сокращением длины и объемов проходки буровых выработок.

Число буровых выработок, их взаимное расположение определяются сложностью форм рудной залежи, характером контактов ее с вмещающими породами и прочностью руды. При прочных контактах концы скважин углубляются в боковые породы, на величину 0, 1 W (W – линия наименьшего сопротивления – ЛНС) при неустойчивости последних, наоборот, недобуривают до контура отбойки на величину 0, 1-0, 15 W. В рудных телах с весьма изменчивыми формами для повышения полноты и качества отбойки запасов буровые выработки приходится сгущать и уменьшать длину скважин.

Рис. 4.8. Схемы веерного расположения скважин.

1 – рудное тело; 2 – породный вмещающий массив; 3 – буровые выработки; 4 – скважины.

Для повышения качества дробления руды на некоторых рудниках используют встречно-перекрестное (рис. 4.9) или шахматное (рис. 4.10) расположение скважин в соседних веерах. Это позволяет более равномерно разместить заряды ВВ в массиве и улучшить их дробящее действие.

Рис. 4.9. Встречно-перекрестное расположение скважин.

Рис. 4.10. Шахматное расположение скважин.

Примером эффективной отбойки руды при веерном расположении скважин может служить рудник «Кируна» (Швеция). При подэтажном обрушении с торцовым выпуском руды ромбовидная панель высотою до 36 м разбуривается двумя полувеерами скважин. Число скважин в полувеере, благодаря точности бурения, удалось сократить с шести до четырех. Технико-экономические показатели процесса по руднику для примера приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Показатели отбойки скважин на руднике «Кируна» (Швеция)

В практике разработки железных руд Горной Шории, используется технология отбойки рудного массива зарядами ВВ, расположенными в пучках параллельно-сближенных скважин (рис. 4.11).

Основной объем бурения на этих производствах выполняется станками НКР-100М или НКР-100МА с помощью погружных пневмоударников. Созданная в 60-тые годы прошлого столетия в Институте горного дела СО РАН, к сожалению, эта машина остается единственной отечественной дееспособной буровой техникой для подземных работ до настоящего времени.

Буровой агрегат установлен на колонке и способен бурить скважины в любом направлении. Диаметр скважин 105-125 мм. Глубина бурения – 50-60 м. Производительность бурения по породам крепостью 10-14 по шкале М.М. Протодьяконова – до 14-16 м в смену. Более подробно буровая техника, в том числе НКР, будет рассмотрена при чтении курса «Основы горного машиноведения».

Рис. 4.11. Отбойка параллельными комплектами сближенных скважин. а – общая схема; б – план комплекта диаметром 600 мм; в – то же, 900 мм.

Для сокращения времени подготовительно-заключительных операций и перехода станка НКР от скважины к скважине, на рудниках Горной Шории было предложено бурить их с одной стоянки с расположением пучком или по дуге с ориентацией выпуклости в сторону отбойки. Расстояние между пучковыми зарядами 4-5 м, между рядами 5-6 м. ЛНС при взрывании на зажатую среду – 4 м, при отбойке на компенсационную камеру – 5 м. Удельный расход ВВ – 0, 5-0, 6 кг/т, на вторичное взрывание при кондиционном куске равном 1000 мм – 0, 07-0, 08 кг/т.

Для соблюдения проектных параметров отбойки крайне важно контролировать направление и глубину скважин. При существующей технологии бурения станками НКР-100М точность ориентирования скважин в несколько раз ниже требуемой. Эти машины не имеют средств для регулируемой установки буровой колонны в заданном направлении и не обеспечены приспособлениями для устранения угловых отклонений, возникающих в процессе забуривания скважин.

Проведенные экспериментальные работы на рудниках Горной Шории показали, что угловые отклонения нисходящих скважин отличаются от проектного направления до 5 и более градусов. Линейные отклонения скважин на глубине 50 м достигают 4, 7 м и составляют в среднем по Шерегешскому руднику 1, 57 м, по Абаканскому – 0, 85 м.

Анализ результатов выполненных экспериментов показал, что более точное размещение скважин создает возможность уменьшить выход негабарита на 18-20% и снизить вероятность отказов зарядов ВВ при взрывных работах.