Управление качеством взрывной подготовки горной массы на основе оптимизации параметров БВР

Ф.И. Галушко, руководитель направления по БВР, АО «МХК «ЕвроХим»

А.О. Комягин, главный инженер рудника «Железный», АО «Ковдорский ГОК»

И.Н. Мусатова, специалист технического бюро рудника «Железный», АО «Ковдорский ГОК»

На сегодняшний день буровзрывные работы являются одним из наиболее эффективных методов разрушения горных пород при разработке месторождений открытым способом, когда речь идет о массивах, которые не поддаются экскавации без предварительного рыхления. C увеличением глубины карьера эффективность ведения буровзрывных работ должна возрастать: необходимо стремиться к оптимальному среднему куску взорванной горной массы с минимальным выходом негабарита.

В общем случае качество дробления взорванной горной массы определяется энергетическими характеристиками применяемого взрывчатого вещества, соответствием параметров взрывания условиям производства массового взрыва, а также корректностью методик оценки и анализа критериев качества.

Представляется целесообразным организовать на системной основе работу по созданию единой базы данных с целью последующего использования для корректировки категорий взрываемости руд и пород карьера/удельного расхода промышленных взрывчатых веществ по фактическим результатам взрывания блоков.

Единая база должна содержать следующую информацию:

  • горизонт и номер (серия) взрываемого блока;
  • тип породы или руды;
  • существующая категория трещиноватости/взрываемости;
  • диаметры взрывных скважин;
  • тип использованных ВВ;
  • данные гранулометрического состава взорванной горной массы;
  • коэффициент качества взорванной горной массы (К3) и т.д.

На руднике «Железный» на системной основе ведется районирование карьера по категориям взрываемости. С углублением карьера физико-механические свойства пород меняются, и становится необходимой систематическая актуализация и корректировка данного районирования карьера. Одним из способов корректировки карты взрываемости является оценка качества дробления взорванной горной массы. Важным технологическим показателем, характеризующим качество дробления взорванной горной массы, является средний размер куска (dср, мм).

До 2012 г. на руднике «Железный» применялся классический метод замера гранулометрического состава горной массы. Обмеру подлежали куски горной массы, пересекаемые мерной лентой. После обмера всех кусков по всей длине ленты подсчитывалась суммарная длина проекций всех кусков по каждому классу крупности. На рис. 1 представлен пример определения гранулометрического состава на отгруженной автосамосвалами горной массе.Рис. 1 Определение гранулометрического состава на отгруженной автосамосвалами горной массе

Рис. 1 Определение гранулометрического состава на отгруженной автосамосвалами горной массе

С 2012 г. до 2016 г. применялся фотопланиметрический метод с помощью программы K-MINE «Granules». В забое устанавливались 2 метровые линейки, которые задавали масштаб. С использованием фотоаппарата получали фотоснимки по всей ширине забоя.

После обработки данных получали пофракционное распределение кусков, значение среднего размера куска взорванной горной массы и выход негабаритов. На рис. 2 представлен фрагмент определения гранулометрического состава горной массы и обработки данных в программе K-MINE.Рис. 2 Определение гранулометрического состава горной массы с помощью программы K-MINE

Рис. 2 Определение гранулометрического состава горноймассы с помощью программы K-MINE

С 2016 г. для оценки гранулометрического состава взорванной горной массы на руднике «Железный» используется прибор Porta Metrics, представленный на рис. 3.Рис. 3 Определение грансостава в забое с помощью прибора Porta Metrics

Рис. 3 Определение грансостава в забое с помощью прибора Porta MetricsРис. 3 Определение грансостава в забое с помощью прибора Porta Metrics

Пользователю доступна следующая информация:

  • размеры распределения взорванных кусков,
  • размеры каждого куска взорванной массы,
  • средний размер куска,
  • выход негабаритов.

Для каждого замеренного блока после обработки фотографий забоя и определения основных показателей грансостава производится оценка качества взорванной горной массы по критерию К3, методика определения которого была разработана и предложена доктором т. н. Фокиным В.А.

Для комплексной оценки качества дробления горной массы с разными конструкциями скважинных зарядов были разработаны следующие критерии:

  • критерий первый: 065 f1 (рассчитывается на основе данных среднего размера куска, диаметра скважины и выхода негабаритов);
  • критерий второй: 065 f1 (рассчитывается на основе данных среднего размера куска, диаметра скважины и выхода мелких фракций);
  • критерий третий: 065 f1 (показывает, насколько оптимально выбраны параметры взрывания).

Кроме того, поскольку приведенный к диаметру скважинного заряда размер среднего куска характеризует лишь степень дробления, в качестве сомножителя к критерию K3 введена дополнительная поправка, учитывающая соответствие абсолютного значения размера среднего куска (dср) технологически требуемому значению (dср(треб)), которое в данном случае принято равным 200 мм по руде и 300 мм по вскрыше.

Окончательная формула критерия комплексной оценки качества дробления:

Окончательная формула критерия комплексной оценки качества дробления

На основе критерия K3 разработана шкала классификации качества дробления взорванной горной массы с соответствующими границами раздела категорий качества («плохое», «удовлетворительное», «хорошее» и «отличное»).

Если значения критерия попадают в область «Хорошее» или «Отличное» взрывание, то параметры, заложенные при проектировании блоков, выбраны верно. Если значения критерия попадают в область «Удовлетворительное» или «Неудовлетворительное» взрывание, значит необходимо их откорректировать.

Одним из способов данной корректировки является выявление признаков наличия объемов некачественного дробления.Рис. 4 Шкала классификации качества дробления горной массы

Рис. 4 Шкала классификации качества дробления горной массы

В зоне, где энергия взрыва недостаточно высокая, влияние естественной структуры массива (блочность) становится существенным фактором, и все естественные породные отдельности подвергаются дроблению в минимальной степени. Поэтому в развале взорванной горной массы присутствует определенный объем породы, дробление которого не соответствует закономерностям дробления основного объема породы. Именно по этому признаку можно выявить наличие или отсутствие в развале взорванной горной массы объема некачественного дробления.

Зона некачественного дробления определяется по графику накопленной частости (рис. 5), построенного на основе анализа гранулометрического состава взорванного блока. В соответствии с графиком накопленной частости (рис. 5) от фракции +60 см начинается зона некачественного дробления.Рис. 5 График накопленной частости

Рис. 5 График накопленной частости

Вероятной причиной некачественного дробления может быть увеличение сетки скважин, то есть расчетный удельный расход ВВ на дробление породы (qрасч, кг/м3) необходимо увеличить на определенное количество процентов или во сколько-то раз. Коэффициент сужения сетки размещения скважин составит: . Параметры новой сетки получают путем умножения параметров прежней сетки на коэффициент. При наличии очевидных признаков некачественного дробления технологически значимых объемов породы необходимо:

1. уточнить геолого-структурные особенности взорванного породного участка (не являются ли выявленные отклонения следствием сложной структуры);

2. проверить результаты скорости детонации скважинных зарядов и соответствие энергетических параметров взрыва режиму нормальной детонации (не являются ли выявленные отклонения следствием низкого качества использованного эмульсионного взрывчатого вещества).

С набором определенного объема статистики авторами на руднике «Железный» была создана программа «БВР Менеджер» (рис.6) по фактическим результатам взрывания блоков.Рис. 6 Интерфейс единой базы данных «БВР Менеджер»

Рис. 6 Интерфейс единой базы данных «БВР Менеджер»

По каждому взорванному блоку набирается статистика. На рис. 7 представлен фрагмент используемых статистических данных.Рис. 7 Набор статистических данных взорванного блока

Рис. 7 Набор статистических данных взорванного блока

После накопления в единой базе данных достаточно большого объема информации (например, в пределах определенной инженерно-геологической зоны) отстраивается поле распределения выбранного параметра. Цветовая шкала позволяет оценить каждый параметр, как в отдельности, так и в совокупности. Например, наибольшее значение критерия К3 будет являться ориентиром, который определяет наиболее эффективный вариант производства БВР.

При наименьшем значении критерия К3 на основе полученных результатов рассматриваемый участок карьера переводится в более высокую категорию взрываемости или при некачественном взрывании одного блока с учетом низкой производительности экскаватора принимается оперативное решение по уменьшению сетки скважин последующего взрываемого блока нижележащего горизонта в одинаковых геологических условиях (рис. 8).Рис. 8 Корректировка карты взрываемости на руднике «Железный»

Рис. 8 Корректировка карты взрываемости на руднике «Железный»

Рис. 8 Корректировка карты взрываемости на руднике «Железный»

Иногда может возникнуть обратная задача – перевести какой-либо участок карьера в категорию взрываемости ниже утверждённой. Например, при вводе экскаваторов с большей ёмкостью ковша на выемке вскрыши, когда технологически требуемое значение среднего куска больше 300 мм, без уменьшения производительности экскавации.

В итоге, за 2016 г. имеем распределение критерия К3 при взрывании рудных/вскрышных блоков в разделе «удовлетворительное взрывание» (рис. 9).

Рис. 9 а) - Шкала классификации качества дробления взорванной вскрышной массы на основе критерия K3 за 2016 г.; б) Шкала классификации качества дробления взорванной рудной массы на основе критерия K3 за 2016 г.

Рис. 9 а) - Шкала классификации качества дробления взорванной вскрышной массы на основе критерия K3 за 2016 г.;
б) Шкала классификации качества дробления взорванной рудной массы на основе критерия K3 за 2016 г.

С 2017 г. при достаточном наборе статистики в единой базе данных «БВР Менеджер» при проектировании блоков параметры БВР подбираются индивидуально. В связи с этим распределение критерия К3 при взрывании рудных блоков стремится к разделу «хорошее взрывание» (рис. 10 б). При взрывании вскрышных блоков распределение критерия К3 стремится к верхнему пределу раздела «удовлетворительное взрывание» (рис. 10 а). На это повлиял ряд причин: в 2014 г. на руднике «Железный» не используется ЦПТ скальной вскрыши, на вскрышных породах работают экскаваторы вместимостью ковша 12 м3, к 2018 г. планируется ввести в работу экскаватор вместимостью ковша 18 м3. Для уменьшения затрат на себестоимость при взрывании вскрышных пород нет необходимости уменьшать средний размер куска.

Рис. 10 а) - Шкала классификации качества дробления взорванной вскрышной массы на основе критерия K3 за 2017 г.; б) Шкала классификации качества дробления взорванной рудной массы на основе критерия K3 за 2017 г.

Рис. 10 а) - Шкала классификации качества дробления взорванной вскрышной массы на основе критерия K3 за 2017 г.;
б) Шкала классификации качества дробления взорванной рудной массы на основе критерия K3 за 2017 г.

Выводы

Начиная с конца 2016 г., на руднике «Железный» началась активная работа по использованию базы данных «БВР Менеджер». При проектировании блоков по данным гранулометрического состава с учетом карты взрываемости происходит выбор оптимальных параметров БВР. На сложных участках оперативно увеличивается/уменьшается сетка скважин для повышения эффективности взрывания горной массы.

Применение базы данных «БВР Менеджер» дает положительные результаты, как в процессе проектирования, так и по результатам взрывания.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Бayм Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Физматгиз. 1959. –792 с.
2. Фокин В.А. Проектирование и производство буровзрывных работ при постановке уступов в конечное положение на предельном контуре глубоких карьеров // Апатиты. Издво Кольского научного центра РАН. 2004. 231 с.
Ключевые слова: средний размер куска, карта взрываемости, критерий комплексной оценки качества взрывания, зона некачественного дробления, база данных «БВР Менеджер»

Журнал "Горная Промышленность"№5 (135) 2017, стр.65