Особенности скважинной отбойки и направления развития буровзрывных работ на шахте им. Губкина

С.С. Солодянкин, управляющий директор АО «Комбинат КМАруда»

П.В. Бугаец, главный инженер АО «Комбинат КМАруда»

С.Н. Кубликов, зам. главного инженера по БВР шахты им. Губкина, АО «Комбинат КМАруда»

Шахта им. Губкина комбината «КМАруда» разрабатывает Коробковское месторождение железистых кварцитов, осваиваемый участок которого расположен в черте города в застроенной зоне и залегает под рыхлой обводненной толщей пород, включающей два мощных водоносных комплекса. Железистые кварциты и вмещающие их сланцы относятся к категории весьма крепких горных пород. Крепость магнетитовых железистых кварцитов различных минералогических типов, являющихся объектом разработки, составляет 15–18 един. по шкале М.М. Протодьяконова, средневзвешенная плотность – 3450 кг/м3, средневзвешенное содержание железа общего Fе – 34,5 % [1]. Весь 65-летний период эксплуатации месторождение разрабатывалось в один этаж, в абсолютных отметках – 71–125 м. Особенности скважинной отбойки и направления развития буровзрывных работ на шахте им. Губкина

Добыча кварцитов осуществляется без осушения покрывающих пород этажнокамерной системой разработки с оставлением регулярных целиков, которые гарантируют поддержание надрудной толщи горных пород и выработанного пространства. Для исключения прорыва воды из водоносных горизонтов в кровле месторождения оставлен рудный целик (потолочина) мощностью не менее 60 м. Отбойка руды в камерах ведётся зарядами глубоких скважин на высоту этажа, глубина скважин ≤ 56 м, диаметр – 105–110 мм. Исключительная крепость и высокая абразивность кварцитов предопределяют большие затраты на буровзрывные работы (БВР) по отбойке уступов.  Особенности скважинной отбойки и направления развития буровзрывных работ на шахте им. ГубкинаПараметры БВР формируют схему нарезки бурового горизонта и первичные затраты на бурение и взрывание. Общеизвестно, что от размеров кусков взорванной горной массы в камерах зависит производительность и безопасность труда при погрузке руды, а также состояние выработок горизонта выпуска и ритмичность работы предприятия в целом. В связи с этим оптимизация параметров БВР при очистной выемке является одним из важнейших направлений для повышения производительности и соответственно снижения себестоимости по предприятию в целом.

Конструктивное исполнение применяемой этажно-камерной системы разработки представлено на рисунках. Рудная площадь в плане разбивается на прямоугольные блоки шириной 55 м, длиной от 50 до 200 м. Границы блока по высоте проходят: внизу – по почве выработок откаточного горизонта; вверху – по кровле выработок вентиляционного горизонта или в 15-ти м выше кровли выработок вентиляционного горизонта, если граница потолочного предохранительного целика под водоносным комплексом проходит выше этой границы блока. Блоки, следующие друг за другом и объединенные одной откаточной выработкой, составляют панель. Очистная камера шириной 30 м располагается по центру блока таким образом, чтобы ширина целиков между камерами соседних блоков (МКЦ) в одной панели составляла 20 м. Соответственно целик между камерами двух соседних панелей должен составлять 25 м.

Верхняя граница камеры совпадает с верхней границей блока, нижняя ее граница – по почве горизонта подсечки, который располагается на 10 м выше откаточного горизонта. В нижней части камеры, в кровле откаточного орта под прямым углом проходятся несколько (в зависимости от длины камеры) вибровыпускных штреков, которые оборудуются виброустановками ВВДР-5. Отбитая руда поступает на виброустановку через выпускные воронки, борта которых выставлены под углом 60°, и которые располагаются в центре камеры, по обе стороны от выпускных штреков, и соединяют последние с горизонтом подсечки. Для ликвидации периодических заторов руды на выходе из выпускной воронки они оборудуются пневмопушками.Буровой горизонтБуровой горизонт

Буровой горизонт

Горизонт подсечки представляет собой орт, пройденный по длинной оси камеры над выпускными воронками (см. рис.). Ширина орта подсечки принимается равной ширине воронок. Общая ширина подсечного пространства регулируется штреками подсечки и составляет 10,5 м. Наклонные части днища по обе стороны от орта подсечки формируются во время отбойки руды взрыванием рядов параллельных вертикальных скважинных зарядов переменной длины. Угол наклона плоскостей днища составляет 45°.

Для проветривания вибродоставочных штреков и обеспечения доступа в ниши пневмопушек, штреки со стороны, противоположной откаточному орту, сбиваются с вентиляционным ортом горизонта выпуска. В свою очередь вентиляционный орт горизонта выпуска посредством вентиляционного штрека сбивается с вентиляционным восстающим, который связан с ортом на вентиляционном горизонте, что позволяет организовать обособленное проветривание вибродоставочных штреков.

Отбойка руды осуществляется последовательным взрыванием 2–3 рядов скважинных зарядов диаметром 105 мм.

Бурение нисходящих взрывных скважин производится из буровых штреков, которые располагаются параллельно друг другу в поперечном направлении камер на вентиляционном горизонте. На границах камеры буровые заходки соединяются между собой буровыми ортами, которые через вентиляционные сбойки соединяются с вентиляционными ортами, проходимыми по границам панели.

Расстояние между буровыми штреками и их ширина, рассчитываются исходя из расстояния между параллельными рядами скважин, которые бурятся по бортам выработки (один ряд скважин располагается у правого борта, другой ряд – у левого борта). Перед началом отбойки руды для создания компенсационного пространства, в пределах камеры между подсечным и буровым горизонтами проходится отрезной восстающий, который впоследствии развивается в поперечном направлении камеры в отрезную щель. Затем начинается последовательная, преимущественно встречная, отбойка уступов. Для проходки отрезного восстающего применяется технология секционного взрывания скважинных зарядов.

Заряжание скважин ВВ Граммотол-20 выполняют зарядными машинами МЗКС-160. Промежуточным детонатором зарядов служит патрон аммонита №6 ЖВ, средством инициирования зарядов – электродетонаторы короткозамедленного действия ЭД-1-З-Т, гарантийный ток срабатывания 6А. По скважине прокладывается нить ДШЭ-6. Нисходящие скважины, пробуренные под с наклоном ≤ 35º к вертикали заряжаются также насыпным ВВ, подаваемым по зарядному шлангу, заводимому через устье скважин. Первичная плотность таких зарядов составляет 850–860 кг/м3. Другие нисходящие и восходящие скважины заряжаются подачей и перемещением шланга по скважине вручную; средняя первичная плотность пневмозаряда достигает 1110–1125 кг/м3. Удельный объём выработок бурового горизонта 11,6 м3/1000 т. извлекаемых камерных запасов. Массовые взрывы в камерах проводятся один раз в неделю, их усреднённые параметры приведены в таблице.

Отбойку руды в камерах осложняют обводненность массива, широкое развитие трещиноватости железистых кварцитов и разрывных нарушений, выполненных неустойчивыми дайками вмещающих пород. Перед заряжанием ≈ 65 % скважин осушаются продувкой сжатым воздухом, подаваемым по жёсткому шлангу, перемещаемому вручную. В результате массового взрыва ≈ 6 % скважин в смежных уступах оказываются перекрытыми на различной глубине от устья. Такие скважины восстанавливаются продувкой сжатым воздухом, подаваемым по металлическому трубчатому наконечнику, нанося при этом удары по перекрытию. Этот процесс – трудоёмкий и не управляемый, поэтому ≈ 1 % скважин теряется безвозвратно и перебуривается заново.

Средние показатели массовых взрывов по камереСредние показатели массовых взрывов по камере

Качество отбойки камерных запасов шахты в последнее десятилетие, несмотря на поиски оптимальных параметров БВР, не улучшается: среднегодовой удельный расход ВВ на выпуск и вторичное дробление руды составляет 37–39,6 г/т, частота зависаний руды при выпуске из воронок – 2–2,4 шт./1000 т руды. Основной причиной, не позволяющей эффективно управлять процессом отбойки рудных уступов на шахте им. Губкина, включая гранулометрический состав взорванной массы и полноту отбойки, по нашему мнению, является неконтролируемое отклонение глубоких скважин от проектного положения. Величина отклонения вертикальных нисходящих скважин, замеренная с помощью мобильной инклинометрической станции МИС-42.80 [2], колеблется от 0,15 до 3,95 м. Негативное влияние отклонения скважин на качество отбойки уступов давно известно [3, 4, 5], также известно, что решающее значение в величине отклонения имеет точность забуривания скважин. К сожалению, серийно выпускаемые в РФ станки для бурения глубоких подземных скважин не имеют системы для замера и точного задания направления забуривания скважин по зенитному и азимутальному углам. Вторым слагаемым величины отклонения является искривление скважин, вызванное рядом причин: анизотропией свойств массива, (коэффициент анизотропии руд шахты – 1,18–1,56); массой пневмоударника при бурении горизонтальных и наклонных скважин, и др.

Попытки улучшить дробление массива взрываемых уступов, за счет увеличения удельного расхода ВВ на отбойку путем сгущения сетки скважин, не дали ожидаемого результата, что лишь подтвердило большое значение отклонения скважин и, соответственно, искажения схем расположения и порядка взрывания зарядов в нижней части камер. Откло-нение вглубь массива на величины ≥ 2 м настолько увеличивало линию наименьшего сопротивления скважины, что теоретически происходил «прострел» заряда без отрыва и разрушения массива. Если «простреливались» несколько скважин на уступе, то нижняя часть уступа могла остаться не обрушенной и зависшей над выпускными воронками по всей площади подсечки. Подобные «затяжки» уступов на высоту до 15 м происходили на многих камерах, их ликвидация является сложным, дорогостоящим, длительным и опасным процессом. В настоящее время для улучшения показателей БВР при отбойке руды в камерах и снижения затрат на очистную выемку намечен ряд направлений.Разрезы

Разрезы

В первую очередь – стратегической задачей признано внедрение эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ), позволяющих полностью механизировать процессы изготовления ВВ и заряжания скважин. Их высокие водоустойчивость, скорость детонации и работоспособность, в отличие от применяемых ВВ, обеспечит улучшение качества отбойки руды в целом. Для успешного решения этой задачи на данном этапе выполняются работы по внедрению эмульсионных ВВ «Тован» производства Лебединского ГОКа. Также находится в стадии рассматрения вопрос строительства подземного завода и внедрения эмульсионных ВВ фирмы «INTERRIN» (Республика Казахстан). Для внедрения ЭВВ на шахте им. Губкина разрабатывается технология и подбирается соответствующее оборудование для доставки ВВ (или компонентов) к месту зарядки; для заряжания скважин диаметром 105–110 мм, включая восходящих длиной ≤ 30 м и нисходящих ≤ 50 м. При этом рассматриваются способы и технологии, обеспечивающие предупреждение вытекания подвижного заряда малой вязкости из сквозных (подсечённых) скважин.

Во-вторых, для снижения негативного влияния отклонения скважин на качество взрыва массивов предусматривается уменьшение их глубины и переход на технологию отбойки части рудного массива взрыванием коротких веерных скважин (глубиной до 12 м), пробуренных из выработок горизонта подсечки с помощью самоходной буровой установки.

Подобные конструктивные изменения системы разработки уже внесены и применяются на некоторых камерах стретенской залежи, принося существенный экономический эффект.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Подземная разработка железистых кварцитов / Г.М. Бабаянц, Л.К. Вертлейб, Н.Я. Журин и др. М.: Недра, 1988. 169 с.
2. Лебедев В.В. О рациональной длине взрывных скважин в связи с их отклонением при бурении / В.В. Лебедев, Э.С. Ивановский, Л.Н. Антонов // Цветная металлургия , 1965.- №10. С. 38-39.
3. Панов А.И. Влияние искривления скважин на качество дробления руды при взрывной отбойке / А.И. Панов // Сборник №66/23 «Взрывное дело». М.: Недра, 1969. С. 146–152.
4. Валухин Ю.К. Оценка влияния отклонений скважин на дробление руды / Ю.К. Валухин, М.И. Агеев, Н.Б. Долинин // Горный журнал, 1979. №3.– С. 36–39.
5. Эмульсионные взрывчатые вещества, зарядное оборудование и взрывные техноло-гии для подземных горных работ / А.С. Сакерин, Д.О. Константинов, С.А. Козырев, М.Н. Оверченко // Горный журнал, –2014. №10. С. 38–41.
Ключевые слова: Шахта им. Губкина, КМАруда, Коробковское месторождение, скважинная отбойка, буровзрывные работы

Журнал "Горная Промышленность"№5 (135) 2017, стр.74