Совершенствование технологии заряжания обводненных трещиноватых блоков
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.