Совершенствование технологии заряжания обводненных трещиноватых блоков

В.И.Почекутов, В.С.Шаповал, Е.М.Сапронов, Н.А.Вяткина (ОАО «Карельский окатыш»)
Д.Р.Красовский (Костомукшский филиал ИТЦ «Взрывиспытания»)
В.И.Захаров, В.А.Матвеев, Д.В.Майоров, А.Р.Алишкин (Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН)

Ко­с­то­мукшское же­ле­зо­руд­ное ме­с­то­рож­де­ние ха­рак­те­ри­зу­ет­ся силь­ной об­вод­нен­но­с­тью. Из ка­рь­е­ров ОАО «Ка­рель­ский ока­тыш» еже­год­но от­ка­чи­ва­ют мил­ли­о­ны ку­бо­ме­т­ров во­ды, а про­изо­шед­шее в свя­зи с рас­ши­ре­ни­ем бор­тов ка­рь­е­ра «Цен­т­раль­ный» раз­ру­ше­ние на­гор­ной ка­на­вы еще бо­лее обо­ст­ри­ло про­бле­му осу­ше­ния. Кро­ме то­го, раз­ра­ба­ты­ва­е­мое ме­с­то­рож­де­ние ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ано­маль­ной тре­щи­но­ва­то­с­тью и на­ли­чи­ем под­зем­ных во­до­то­ков.

Слож­ные ги­д­ро­ге­о­ло­ги­че­с­кие ус­ло­вия в зна­чи­тель­ной ме­ре ос­лож­ня­ют ве­де­ние бу­ро­вз­рыв­ных ра­бот, тем бо­лее что ос­нов­ное ко­ли­че­ст­во гор­ной мас­сы от­би­ва­ет­ся с ис­поль­зо­ва­ни­ем во­до­со­дер­жа­щих взрыв­ча­тых ве­ществ (ВВВ) ти­па «Ак­ва­тол», ко­то­рые до­ста­точ­но ус­той­чи­вы в сто­я­чей во­де, но ма­ло­ус­той­чи­вы к дей­ст­вию про­точ­ной во­ды. По­это­му на ка­рь­е­рах по­сто­ян­но стал­ки­ва­ют­ся с яв­ле­ни­ем раз­мы­ва и ухо­да, ино­гда пол­но­го, за­ря­дов из сква­жи­ны.

Про­ве­ден­ное те­ле­зон­ди­ро­ва­ние сква­жин со­труд­ни­ка­ми Мос­ков­ско­го го­су­дар­ст­вен­но­го гор­но­го уни­вер­си­те­та по прось­бе ОАО «Ка­рель­ский ока­тыш» по­ка­за­ло, что по­верх­ность око­ло 66% сква­жин яв­ля­ет­ся раз­ру­шен­ной. В от­дель­ных сква­жи­нах об­на­ру­же­ны за­ко­лы и за­ва­лы, а в каж­дой пя­той сква­жи­не вы­яв­ле­но на­ли­чие про­точ­ной во­ды.

Оче­вид­но, что в дан­ной си­ту­а­ции воз­мож­ны лишь два ва­ри­ан­та со­хра­не­ния це­ло­ст­но­с­ти за­ря­да и сни­же­ния по­терь ВВ: ли­бо ВВВ долж­ны быть при­да­ны спе­ци­фи­че­с­кие свой­ст­ва, обес­пе­чи­ва­ю­щие их ма­лую по­движ­ность и вы­со­кую ус­той­чи­вость в про­точ­ной во­де, ли­бо за­ряд ВВ дол­жен быть за­щи­щен ме­ха­ни­че­с­ки от кон­так­та с раз­ру­шен­ны­ми стен­ка­ми сква­жин и от дей­ст­вия про­точ­ной во­ды.

Опыт ве­де­ния гор­ных ра­бот на ОАО «Ка­рель­ский ока­тыш», а так­же ана­лиз оте­че­ст­вен­ной и за­ру­беж­ной ли­те­ра­ту­ры, в том чис­ле па­тент­ной, по­ка­зы­ва­ет, что пер­вое на­прав­ле­ние — из­ме­не­ние фи­зи­че­с­ких свойств «Ак­ва­то­лов» — яв­ля­ет­ся прак­ти­че­с­ки бес­пер­спек­тив­ным. Про­бле­ма мо­жет быть ре­ше­на лишь пу­тем ме­ха­ни­че­с­кой за­щи­ты за­ря­да.

На­и­бо­лее рас­про­ст­ра­нен­ным и де­ше­вым ме­то­дом за­щи­ты за­ря­дов яв­ля­ет­ся раз­ме­ще­ние их в по­ли­эти­ле­но­вых ру­ка­вах. Суть ме­то­да за­клю­ча­ет­ся в том, что пе­ред по­гру­же­ни­ем в сква­жи­ну ниж­ний тор­це­вой ко­нец ру­ка­ва по­сле раз­ме­ще­ния в нем гру­за пол­но­стью гер­ме­ти­зи­ру­ют.

Об­щим не­до­стат­ком та­ко­го ме­то­да яв­ля­ет­ся низ­кая ме­ха­ни­че­с­кая проч­ность по­ли­эти­ле­на, ко­то­рая еще бо­лее сни­жа­ет­ся при раз­ме­ще­нии в нем го­ря­че­го (до 80°С) ВВВ, а так­же труд­ность по­гру­же­ния за­ряд­но­го шлан­га в сдав­лен­ный под дав­ле­ни­ем во­ды ру­кав.

Ав­то­ра­ми на­сто­я­щей ста­тьи пред­ло­же­ны и ап­ро­би­ро­ва­ны ме­то­ды за­ря­жа­ния ВВВ, ког­да во­да, со­дер­жа­ща­я­ся в сква­жи­не, ис­поль­зу­ет­ся для раз­дви­га­ния сте­нок ру­ка­ва в про­цес­се его по­гру­же­ния в сква­жи­ну. В ка­че­ст­ве ма­те­ри­а­ла ру­ка­ва ис­поль­зо­ван во­до­про­ни­ца­е­мый пле­те­ный по­ли­про­пи­лен, а так­же во­до­не­про­ни­ца­е­мые по­ли­эти­лен и ла­ми­ни­ро­ван­ный по­ли­про­пи­лен.

При по­гру­же­нии во­до­про­ни­ца­е­мо­го ру­ка­ва под дей­ст­ви­ем гру­за в об­вод­нен­ную сква­жи­ну во­да че­рез по­ры ма­те­ри­а­ла про­ни­ка­ет внутрь ру­ка­ва. В ре­зуль­та­те вы­рав­ни­ва­ния дав­ле­ния вне и вну­т­ри ру­ка­ва за­ряд­ный шланг без вся­ко­го со­про­тив­ле­ния опу­с­ка­ет­ся до дна за­боя сква­жи­ны. При за­ка­чи­ва­нии ВВВ под столб во­ды по­след­няя вы­тес­ня­ет­ся по на­прав­ле­нию к ус­тью сква­жи­ны, а по­ры ма­те­ри­а­ла ру­ка­ва за­би­ва­ют­ся кри­с­тал­ли­зу­ю­щи­ми­ся ча­с­ти­ца­ми ВВ, за счет че­го до­сти­га­ет­ся от­но­си­тель­ная гер­ме­ти­за­ция за­ря­да. Про­ве­ден­ные ис­пы­та­ния с ис­поль­зо­ва­ни­ем бо­лее 1000 ру­ка­вов по­ка­за­ли, что при­ме­не­ние во­до­про­ни­ца­е­мых ру­ка­вов поз­во­ля­ет до­ста­точ­но на­деж­но пре­до­хра­нить за­ряд от рас­те­ка­ния по тре­щи­нам в ус­ло­ви­ях не­про­точ­ной во­ды. Од­на­ко в слу­ча­ях про­то­ка все-та­ки на­блю­дал­ся «уход» ВВВ из сква­жи­ны.

По­это­му с це­лью пол­ной гер­ме­ти­за­ции за­ря­да пред­ло­же­но раз­ме­щать за­ряд в ру­ка­ва из во­до­не­про­ни­ца­е­мо­го ма­те­ри­а­ла. Прин­ци­пи­аль­ным от­ли­чи­ем пред­ла­га­е­мо­го спо­со­ба за­ря­жа­ния от из­ве­ст­ных яв­ля­ет­ся то, что ниж­нюю тор­це­вую часть ру­ка­ва не гер­ме­ти­зи­ру­ют, а, на­про­тив, в ней фор­ми­ру­ют от­вер­стие оп­ре­де­лен­но­го се­че­ния. При по­гру­же­нии ру­ка­ва в об­вод­нен­ную сква­жи­ну во­да под дей­ст­ви­ем ста­ти­че­с­ко­го дав­ле­ния по­сту­па­ет че­рез сфор­ми­ро­ван­ное от­вер­стие внутрь ру­ка­ва, раз­дви­гая его стен­ки, что обес­пе­чи­ва­ет бес­пре­пят­ст­вен­ное раз­ме­ще­ние в нем за­ряд­но­го шлан­га. При по­па­да­нии на за­бой сква­жи­ны от­вер­стие за­ку­по­ри­ва­ет­ся, в ре­зуль­та­те че­го до­сти­га­ет­ся пол­ная изо­ля­ция за­ря­да от сте­нок сква­жи­ны. В про­цес­се ме­ха­ни­зи­ро­ван­ной по­да­чи ВВВ под столб во­ды по­след­няя вы­тес­ня­ется по на­прав­ле­нию к ус­тью сква­жи­ны. Кро­ме то­го, по­сту­па­ю­щая во­да ох­лаж­да­ет плен­ку, что пре­дот­вра­ща­ет сни­же­ние ее ме­ха­ни­че­с­кой проч­но­с­ти. Дан­ный спо­соб за­ря­жа­ния поз­во­ля­ет со­здать ус­ло­вия ана­ло­гич­ные то­му, как ес­ли бы стен­ки сква­жи­ны с не­про­точ­ной во­дой не име­ли ка­ких-ли­бо по­верх­но­ст­ных де­фек­тов. Бо­лее то­го, при дан­ном спо­со­бе за­ря­жа­ния со­дер­жа­ща­я­ся в сква­жи­не во­да вы­пол­ня­ет еще од­ну по­лез­ную функ­цию, иг­рая роль за­бой­ки.

Про­ве­ден­ные ис­пы­та­ния по­ка­за­ли, что пред­ла­га­е­мый ме­тод за­ря­жа­ния ВВВ в ру­ка­ва лишь не­зна­чи­тель­но уве­ли­чи­ва­ет тру­до­ем­кость про­цес­са, в то вре­мя как пре­иму­ще­ст­ва при­ме­не­ния дан­ной тех­но­ло­гии оче­вид­ны: за­ря­жа­ние ВВВ мож­но ве­с­ти в сква­жи­ны с прак­ти­че­с­ки лю­бой сте­пе­нью раз­ру­ше­ния сте­нок и про­точ­ной во­дой. На­ря­ду с этим сни­жа­ет­ся так­же воз­мож­ность опас­но­го вза­и­мо­дей­ст­вия ВВВ с суль­фи­да­ми, ко­то­рые мо­гут при­сут­ст­во­вать в по­ро­дах.

Журнал "Горная Промышленность" №5 1999