Особенности взрывной, шпуровой и скважиной отбойки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное автономное общеобразовательное учреждение

Учалинский горно-металлургический техникум

Реферат

Особенности взрывной шпуровой, скважиной отбойки

Содержание

1. Взрывная отбойка

2. Скважинная отбойка

3. Шпуровая отбойка

Список литературы

1. Взрывная отбойка

Как правило, на подземных рудниках применяется взрывной способ отбойки, причем в ближайшее время, превалирующее значение этого способа отбойки (около 85%) сохранится. Заряды располагают в скважинах, шпурах или в горных выработках (минные или сосредоточенные заряды). Соответственно, эффективность взрывного способа отбойки, помимо свойств пород, зависит в первую очередь от способа бурения и типа ВВ.

К недостаткам этого способа отбойки относятся:

* неравномерное дробление руды с определенным количеством негабаритных кусков, которые приходится подвергать вторичному дроблению;

* прерывистость процесса, связанная с простоями из-за проветривания;

* трудности с обеспечением полной безопасности работ;

* неблагоприятные условия с точки зрения поточности производства, а значит, и автоматизации технологического процесса и т. п.

Однако для взрывной отбойки в рудах средней крепости и тем более крепких до сих пор не создано конкурентоспособных способов отбойки, хотя трудоемкость этого способа отбойки, как уже отмечалось выше, весьма значительна, а затраты на взрывную отбойку обычно превышают затраты на другие технологические процессы, доходя в отдельных случаях до 60 и даже 80 % общих затрат на очистную выемку.

Для оценки результатов отбойки применяют следующие технико-экономические показатели:

* производительность труда бурильщика, выражаемая в тоннах или кубических метрах обуренного шпурами или скважинами массива в смену (т/смену, м /смену);

* удельный расход взрывчатого вещества (ВВ) на отбойку тонны или кубометра руды (кг/т, кг/м3);

* выход руды при отбойке с одного метра шпура или скважины (т/м, м3/м);

* выход негабарита в процентах по весу от общего количества отбитой руды.

Негабаритом называют куски отбитой руды, имеющие размеры больше допустимых, кондиционных.

Кондиционными называют куски руды, размеры которых позволяют беспрепятственно перемещать их на всем пути от забоя до поверхности или до подземного дробильно-перегрузочного узла.

Негабаритные куски необходимо дробить дополнительно, пока они не будут разделены на кондиционные. Чем меньше выход негабарита, тем лучше качество отбойки.

На эффективность отбойки влияет ряд факторов.

Одним из основных факторов является крепость руды. С увеличением крепости понижается скорость бурения и растет расход ВВ. Для размещения увеличенного количества ВВ требуется гуще располагать скважины, т. е. увеличить их расход на тонну отбиваемой руды. Производительность труда бурильщика (т/смену) указывается в нормативных справочниках для различных буровых станков и различной крепости руды.

Трещинноватость руды на трудоемкость отбойки влияет косвенным образом. Массив расчленяется по естественным трещинам даже при уменьшенном расходе ВВ. Если расстояние между трещинами 0,5 - 1 м, то условия отбойки хороши, так как отбитая руда разделяется на куски, удобные для выпуска и погрузки. В этом случае обеспечивается хорошее дробление руды при относительно небольшом объеме буро-взрывных работ. При более значительном расстоянии между трещинами образуется большое количество кусков, нуждающихся во вторичном дроблении. Это происходит в результате того, что трещины ограничивают распространение энергии взрыва, поэтому участок руды, заключенный между трещинами, часто остается не разрушенным, если не будет взорван заряд именно в нем. Из этого следует, что при редкой сети трещин необходим увеличенный объем буро-взрывных работ (с тем чтобы минимальное число рудных участков, ограниченных трещинами, оказалось в интервалах между зарядами) и даже при этом возможен значительный выход негабарита.

Ширина забоя и мощность залежи сказывается на производительности отбойки руды, поскольку в узком забое приходится бурить плотнее шпуры или скважины, чем в широком (т.к. заряды там работают в худших условиях, чем в широком), а на крайние скважины ряда приходится уменьшенный объем руды. Следовательно, в узких забоях и маломощных залежах средний выход руды с 1 м скважины меньше и, очевидно, больше удельный расход ВВ.

Значительное влияние на эффект отбойки оказывает число плоскостей обнажения.

Влияние различных факторов на трудоемкость отбойки оценивается лишь в общих чертах, без четкой количественной оценки, так как ввиду их многообразия такая оценка затруднительна.

2. Скважинная отбойка

Взрыванием скважинных зарядов ВВ отбивается около 60 % руды, добываемой взрывным способом. Скважины, используемые для отбойки руды, обычно имеют глубину от 5 до 100 м. Диаметр их от 40 до 200 мм и более. Максимальная глубина взрывных скважин ограничена, т.к. при бурении глубоких скважин происходит их искривление и поэтому невозможно добиться заданного направления и, как следствие хорошего качества дробления.

Основные параметры скважинной отбойки:

* линия наименьшего сопротивления (л.н.с.);

* расстояние между соседними скважинами.

Л.н.с. - кратчайшее расстояние между зарядом и поверхностью забоя. Оно зависит от крепости и вязкости руды, диаметра скважин и мощности ВВ.

Отбойку осуществляют послойно, вертикальными или горизонтальными слоями, при этом скважинные заряды размещают, как правило, в одной плоскости, параллельной открытой поверхности забоя. Толщина слоя в этом случае будет равна л.н.с.

Расположение скважин в отбиваемом слое бывает:

* параллельное;

* параллельно-сближенное;

* веерное;

* пучковое.

К достоинствам при параллельном расположении скважин относятся:

* равномерное размещение зарядов ВВ в отбиваемом массиве, что способствует качественному дроблению с небольшим выходом негабарита;

* меньше удельный расход скважин;

* более полно используется длина всех скважин, поскольку нет сближенных участков, не заполняемых ВВ.

Параллельное расположение скважин имеет недостатки:

* большой объем трудоемких нарезных работ, так как на каждый отбиваемый слой нужно проходить дополнительную буровую выработку (закрытую или открытую заходку);

* с каждой позиции установки станка можно пробурить только одну скважину;

* труднее чем при шпуровой отбойке обеспечить полноту отбойки при изменчивых элементах залегания рудного тела;

* целики между закрытыми буровыми заходками при небольшом расстоянии между рядами скважин слишком узкие и неустойчивые.

Поэтому при отбойке вертикальными слоями нередко приходится переходить на так называемые открытые заходки (балконы), работа в которых требует соблюдения особых мер безопасности.

По этим причинам отбойку параллельными скважинами применяют в устойчивых труднодробимых рудах, когда повышенные затраты на отбойку компенсируются уменьшением расходов на вторичное дробление негабарита. Отбойку параллельными скважинами применяют на некоторых рудниках, в том числе на руднике им. Губкина в КМА.

Для сохранения преимуществ параллельного расположения скважин и уменьшения недостатков на многих железорудных рудниках Сибири и при разработке железистых кварцитов в Кривбассе успешно применяют отбойку комплектами параллельно-сближенных скважин. Их отличие состоит в том, что вместо одной скважины в ряду бурят несколько близко расположенных (сближенных) скважин. Расстояние между ними 3 - 4 диаметра одной скважины, число скважин в комплекте составляет 3 - 10. При производстве взрыва несколько сближенных скважин работают как одна скважина большого диаметра. Это позволяет увеличить расстояние между буровыми заходками и уменьшить их число, а следовательно, затраты на проходку.

Наиболее распространено веерное расположение скважин в слое (скважины расходятся веером из одной точки) (рис.9.1.б). В этом случае с одной позиции станка бурится несколько скважин станок переставляют только для бурения скважин в следующем веере. При этом, резко сокращаются трудозатраты на монтаж-демонтаж и перестановку станка, возрастает сменная производительность бурильщика. Необходимо меньшее число буровых выработок. Недостатки отбойки веерными скважинами связаны с неравномерным размещением ВВ по по объёму взрываемого массива. Так как вблизи буровой выработки скважины расположены густо, некоторые из них заряжают не полностью (это вызывает повышенный расход скважин на отбойку), расстояние между концами скважин составляет около полутора л.н.с., по этому качество дробления здесь более низкое (велик выход негабарита).

Пучковое расположение скважин отличается от веерного тем, что из одной буровой камеры, одной позиции станка бурят несколько веерных комплектов в различных плоскостях: первый с уклоном 5 - 8°, второй 10 - 15°, третий 50 - 60° (см. рис.9.2.). Это позволяет с помощью скважин, пробуренных из одной камеры, отбить слой руды толщиной 6 - 8 м; при этом сокращается количество буровых камер.

Пучковое расположение скважин применяют в основном для посадки кровли и разрушения целиков. Взрывают скважины в пучке одновременно или с коротким замедлением по веерам. По отбойке пучками скважин в очистной камере имеются лишь отдельные примеры (Нижне-Тагильский горно-металлургический комбинат).

Следует отметить, что помимо расположения скважин в отбиваемом слое, немалое значение имеет:

* расположение скважин по отношению к проектным контурам отбойки;

* расположение скважин по углу наклона слоев рудного массива.

Если эти проектные контуры се внутри рудного массива, то сохранение окружающего массива и получение ровных стенок в наилучшей мере обеспечиваются оконтуриванием очистного пространства скважинами, расположенными в плоскостях его проектных границ, но это требует дополнительных буровых выработок (рис. 9.3). Если же очистное пространство оконтуривают торцами скважин, то во избежание сужения его по сравнению с проектными контурами обычно необходим перебур, равный 0,2 - 0,4 л. н. с . В случае отбойки до контактов залежи расположение буровых выработок и скважин зависит от характера контактов. Покажем это на примере отбойки руды на всю мощность залежи веерами скважин из выработки, пройденной у контакта с лежачим боком. При четких ослабленных контактах почва бурового восстающего может быть совмещена с почвой залежи, что обеспечит отбойку до контакта без дополнительного разубоживания руды и ослабления боковых пород (по сравнению с заглублением восстающего в лежачий бок). Торцы скважин не должны доходить до контакта висячего бока на 10 - 20 см во избежание подрыва пустых пород. Если это необходимо для полноты отбойки, то скважины немного наклоняют в сторону очистного пространства. При отсутствии же четких контактов буровой восстающий может быть заглублен в лежачий бок на 0,5 - 1 м с тем, чтобы оконтуривающие скважины располагались в плоскости контакта. Скважины верхней части веера должны иметь перебур в породы висячего бока.

По углу наклона слоев можно выделить:

* отбойку вертикальными и крутонаклонными слоями;

* отбойку горизонтальными и слабонаклонными слоями.

При вертикальных слоях разбуривают блок с одного или двух-трех ярусов, тогда как при горизонтальных слоях необходимо гораздо большее число ярусов.

Первоначально обе эти схемы имели одинаковое распространение, в последующем решительное предпочтение получила отбойка вертикальными (или крутонаклонными) слоями, так как малое число ярусов бурения снижает объем работ по доставке станков, улучшает их эксплуатацию, удаление бурового шлама из скважин и уменьшает объем подготовительных выработок.

При вертикальных и крутонаклонных слоях различают подэтажную скважинную отбойку, этажную скважинную отбойку. В первом случае отбивают всю руду в камере или блоке из выработок, пройденных на уровнях только верхней или нижней его границ; во втором случае буровые выработки имеются также на промежуточных уровнях (подэтажах).

Соблюдать с достаточной точностью проектное расположение скважин проще при вертикальном положении отбиваемых слоев. Однако иногда целесообразно наклонять слои под углом 45 - 80°. Выбор угла наклона слоев может зависеть от трещиноватости руды, точнее, от слоистости руды, если она явно выражена, а также от угла падения залежи. При большом расстоянии между плоскостями ослабления целесообразно располагать скважины перпендикулярно к плоскости основной системы трещин, с тем чтобы исключить отделение взрывом крупных блоков массива и уменьшить утечку газов взрыва по трещинам. При мелкослоистой руде (при относительно малом расстоянии между плоскостями трещин), наоборот, целесообразно бурить скважины параллельно плоскостям господствующей трещиноватости; это позволяет отделять большие объемы руды каждой скважиной при удовлетворительном дроблении.

Угол падения залежи имеет значение преимущественно при этажной отбойке в крутых залежах средней мощности с углом падения 30 - 70°. Здесь лишь при наклоне слоев по падению залежи можно отбить по основной схеме весь запас блока.

При обычных типах ВВ наибольшее число отказов при взрывании имеет место в обводненных скважинах. Поэтому стараются располагать скважины так, чтобы бурить их снизу вверх, а скважины нисходящие пробуривать до подсечного пространства, т.е. делать их скважинами.

Эта поверхность может граничить как со значительным свободным пространством, достаточным для увеличения объема взорванной руды в 1,3 - 1,5 раза (отбойка на свободное пространство), так и с разрыхленной горной массой осевших вниз вмещающих пород (отбойка в зажиме)

По возможности следует располагать отбиваемые слои вертикально и взрывать их одновременно с противоположных сторон очистного пространства, чтобы обеспечить соударение слоев для лучшего дробления руды.

Долгое время отбойку считали возможной лишь на свободное пространство. В 1954 году на комбинате "Апатит" вынуждены были произвести крупный взрыв в условиях зажима и получили удовлетворительные результаты.

Рассмотрим более подробно особенности скважинной отбойки руды в зажиме. Отбойкой в зажиме называется отбойка на контактирующую вплотную с забоем отбитую руду или обрушенную вмещающую породу.

Свободного пространства около взрываемого массива или нет, или его недостаточно для нормального разрыхления: не более 10 - 20 % объема взрываемого массива. Взорванная руда разрыхляется (увеличивается в объеме) в основном за счет уплотнения зажимающего материала. Обычно отбойка в зажиме бывает секционной: многорядной с короткозамедленным взрыванием каждого ряда. Однорядная (порядная) отбойка в зажиме менее эффективна.

Исследования возможности скважинной отбойки руды в зажиме и особенностей ее технологии впервые выполнены в 1956 году Московским горным институтом (в н. в. Московский государственный горный университет) совместно с Зыряновским свинцовым комбинатом, и к настоящему времени этот метод отбойки нашел широкое распространение на подземных рудниках.

Основные требования к технологии скважинной отбойки в зажиме заключается в следующем:

* Отбивать руду в зажиме следует секциями, используя многорядное взрывание, с коротким замедлением для каждого ряда.

* В залежах крепких руд мощностью 18 - 25 м ширина секции Вс должна составлять 15 - 18 м, а ширина прилегающей зоны зажимающего материала В3 не должна быть меньше 25 - 30 м. Меньшая ширина зоны зажимающего материала требует соответствующего уменьшения ширины секции так, чтобы Вс < 0,7 В3. м.

* В залежах мощностью около 10 м ширина секции должна быть снижена до 10 - 12 м (примерно в 1,5 раза), так как в этом случае влияние стенок очистного пространства противодействует равномерному уплотнению зажимающего материала.

* В весьма мощных залежах руд средней крепости возможно увеличение ширины секции до 20 - 30 м, но при условии принятия специальных мер против выброса руды в буровые выработки, а также при наличии значительных размеров зоны зажимающего материала (до 60 - 80 м).

* В первом ряду скважин линию наименьшего сопротивления целесообразно увеличить (до 1,3 - 1,5 раза при пониженной устойчивости руды) во избежание разрушения их предшествующим взрывом, а чтобы дробление массива и уплотнение зажимающего материала были достаточными, нужно увеличить соответственно и число скважин в этом ряду.

* Интервал короткозамедленного взрывания зарядов должен быть примерно в 1,5 раза больше по сравнению с обычным (на пример 25 мс вместо 15 мс), во-первых, чтобы реализовать преимущества более продолжительного действия взрыва на массив, связанного с сопротивлением зажимающего материала и противодавлением газов, и, во-вторых, чтобы успел образоваться просвет между массивом и отбитой рудой.

* После взрыва должен быть произведен частичный выпуск отбитой руды (в объеме примерно 20%), что создает нормальное разрыхление и уменьшает потери энергии взрывной волны в зажимающем материале при следующем взрыве.

Основными преимуществами отбойки в зажиме являются:

* отсутствие необходимости в предварительном образовании открытого компенсационного пространства, что повышает устойчивость массива и позволяет вести выемку в одну стадию с однотипной технологией;

* возможность выпускать руду непосредственно в торец буровой выработки, т. е. применить так называемый торцевой выпуск, при котором в отличие от обычного донного выпуска нет необходимости проводить трудоемкие и дорогостоящие работы по устройству выпускных выработок (воронок или траншей).

К недостаткам отбойки в зажиме можно отнести: затруднения, возникающие при выпуске первых доз уплотненной взрывом руды (зависания руды над выпускным отверстием), а также выброс руды в буровые выработки или некоторое усложнение схем подготовки блока, направленное на устранение этого выброса. В большинстве случаев эти недостатки менее существенны, чем отмеченные достоинства.

Выбор варианта отбойки для конкретных условий производится на базе соответствующих технико-экономических расчетов. Причем оптимальным не обязательно будет самый экономичный вариант отбойки (по затратам на бурение и взрывание, а также на проведение и поддержание буровых выработок).

Необходимо учесть еще сравнительные затраты на последующие производственные процессы (вторичное дробление и доставку руды), поскольку эффективность их существенно зависит от результатов отбойки. Возможен и учет ущерба от потерь и разубоживания, если в сравниваемых вариантах отбойки показатели извлечения руды из недр заметно отличаются. Таким образом, в общем случае оптимальным будет вариант отбойки, в котором сумма сравнительных удельных затрат на процессы отбойки, вторичного дробления и доставки, а также ущерба от потерь и разубоживания руды наименьшая.

Основные технико-экономические показатели скважинной отбойк

3. Шпуровая отбойка

Отбойку руды зарядами, расположенными в шпурах, начали применять со времени изобретения пороха.

Шпуры - цилиндрические полости диаметром до 75 мм и длиной до 5 м пробуренных в массиве горных пород. Шпуровые заряды обладают меньшей мощностью, по сравнению со скважинными: в 1 м шпура диаметром 40 - 50 мм вмещается 0,8 - 1,5 кг ВВ, тогда как в 1 м скважины диаметром 105 - 150 мм до - 15 - 20 кг ВВ. Этим определяется значительная трудоемкость шпуровой отбойки, так как для добычи одного и того же количества руды нужно пробурить шпуров в несколько раз больше, чем скважин. Поэтому шпуровую отбойку используют, как правило, в тех случаях, где невозможно или невыгодно применять скважинную.

Выемка руды при шпуровой отбойке бывает слоевой (рис. 9.7. а, б.), потолкоуступной (рис. 9.7. в, г, д.) и подэтажной (рис.9.7.е, высота отбиваемого слоя в подэтаже превышает высоту выработок, из которых бурят шпуры).

Слои, обычно горизонтальные, отрабатывают последовательно снизу вверх или сверху вниз. В слое шпуры располагают горизонтально или вертикально (крутонаклонно).

Порядок выемки руды с использованием шпуров - послойный в восходящем или в горизонтальном направлении. При восходящей выемке массив руды отрабатывают горизонтальными слоями снизу вверх. Так как при этом люди работают под рудным массивом, он должен иметь устойчивость не ниже средней. Отбойку руды в каждом слое осуществляют восходящими шпурами, если руда устойчива, или горизонтальными шпурами, если устойчивость массива недостаточна (рис. 9.8). Последнее объясняется тем, что при отбойке горизонтальными шпурами кровля забоя получается более гладкой и в ней образуется меньше заколов - кусков, слабо связанных с массивом и способных отделиться от него в любой момент. При отбойке восходящими шпурами можно бурить шпуры одновременно несколькими бурильными машинами по длине забоя и отбивать руду в больших объемах, чем при отбойке горизонтальными шпурами, длина которых (до 3 - 4 м) ограничивает разовый объем отбиваемой руды.

Отбойку в горизонтальном направлении осуществляют в длинных забоях на две обнаженные поверхности (выемка уступом) или в узких забоях с одной обнаженной поверхностью, как при проведении горных выработок (см. рис. 8.2,в).

С точки зрения взрывных работ шпуры целесообразно располагать нормально к основной системе трещин для уменьшения экранирующего действия трещин. взрывной шпуровой скважиной отбойка руда

Технико-экономические показатели шпуровой отбойки:

* Производительность труда бурильщика изменяется от 5 - 50 м3/смену при использовании перфораторов, до 400 - 600 м3/смену при применении самоходных бурильных установок, имеющих 2 - 3 манипулятора с бурильными машинами (большие величины - в рудах средней крепости и забоях достаточной площади);

* удельный расход ВВ на отбойку - 0,6 - 3 кг/м3;

* выход отбитой руды на 1 м шпура - 0,3 - 1,5 м3/м;

* выход негабарита - от 0 до 3 - 5 %.

Преимущества шпуровой отбойки:

* возможность применения при любой мощности залежи и при искусственном поддержании выработанного пространства;

* наиболее полная выемка руды у контактов залежи и относительно меньшее разубоживание пустой породой;

* достаточно мелкое дробление руды.

Недостатки шпуровой отбойки:

* высокие материально-трудовые затраты;

* работа бурильщика в непосредственной близости к разрушаемой части блока, что не всегда в достаточной мере безопасно;

* сложность или практическая невозможность одновременного обрушения больших объемов руды;

* повышенная запыленность рудничной атмосферы (при пневматическом бурении).

Область применения шпуровой отбойки:

* маломощные рудные залежи;

* рудные тела сложной формы и ценные руды, если необходимы точная выемка руды по контактам и небольшое разубоживание;

* отрабатываемые с креплением или закладкой недостаточно устойчивые руды, которые меньше нарушаются при взрывах мелких шпуровых зарядов;

* при работе людей в очистном пространстве и при выемке руды забоями ограниченного сечения;

* при необходимости оставления рудных целиков для поддержания кровли очистных камер.

Список литературы

1. Расчет процессов подземных горных работ. В.В. Стряпунин, В.А. Осинцев, М.А. Лукоянов. Екатеринбург 2006.

2. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. В.Р. Именитов. Москва "Недра" 1984.

3. В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрин, А. М. Якушев - "Общая металлургия", 1979

Размещено на Allbest.ru