Опыт ведения буровзрывных работ на карьере Тейского месторождения

А.А.Еременко, д.т.н., В.А.Еременко, к.т.н., ИГД СО РАН
Г.П.Ермак, к.т.н., С.Н.Эйсмонт, А.А.Терещенков, Тейский филиал ОАО «Евразруда»

Тейское железорудное месторождение отрабатывается открытым способом. Руда представлена магнетитом, магнезиоферритом и гематитом с содержанием железа 25–32%, удельной плотностью 3.5 кг/дм3 и крепостью 12–14 по шкале Протодьяконова. Рудное тело – крутопадающее с углом падения 50–70°. Мощность рудного тела составляет 30–50 м, длина по простиранию – 200 м. Вмещающими породами являются песчаники и туфопесчаники с крепостью 10–13, удельной плотностью 2.7 кг/дм3. В технологических операциях на погрузочных работах применяются экскаваторы ЭКГ-10, ЭКГ-8И и ЭКГ-5. На транспортных работах используются БелАЗы грузоподъемностью 42, 55 и 120 т. Годовая производительность по сырой руде составляет 2.6–2.7 млн.т. Остаточный коэффициент вскрыши составляет 0.52 м3/т. Карьер вскрыт до отметки +745 м и имеет глубину со стороны нагорной части 355 м. Высота уступов равна 15 м. Отбойка горного массива осуществляется скважинными зарядами диаметром 215 и 250 мм, глубиной 17–17.5 м. Бурение производится станками СБШ-250МН. Годовой объем бурения скважин – 60–80 тыс.м.

Тейское месторождение является одним из основных поставщиков железорудного сырья на Кузнецкий металлургический комбинат. В настоящее время потребность в железорудном сырье комбината возрастает. Появилась необходимость расконсервации временно нерабочих уступов и увеличения скорости углубки карьера с целью вскрытия новых рудных горизонтов. Одной из наиболее реальных возможностей по достижению поставленной задачи является переход на бурение и взрывание сдвоенных уступов высотой до 30 м, что требует пересмотра технологии буровзрывных работ. Для этого проведены экспериментальные исследования с взрыванием высоких (сдвоенных) уступов, которые выявили ряд преимуществ перед взрыванием уступами высотой 15 м. Основными из них являются: обеспечение взорванной горной массой при минимальных размерах площадок; реализация метода многорядного короткозамедленного взрывания; повышение производительности буровых работ (за счет сокращения числа перебуров и переездов станка в процессе бурения); увеличение длины скважинных зарядов и, как следствие, равномерное распределение ВВ в массиве.

Для оценки результатов взрывания высоких уступов проведен массовый взрыв в северной части карьера. Блок представлял собой два участка: участок нижнего горизонта +805 м и верхнего горизонта +820 м. Бурение производилось до горизонта +790 м. Таким образом, участок представлял собой уступ высотой 15 м, а участок гор. +820 м – уступ высотой 30 м (рис. 1).

Опытный блок представлен породой с коэффициентом крепости 11 по Протодьяконову. Блок частично обводнен, высота столба воды составляет 3 м. Объем взрываемого блока 180 тыс.м3. Диаметр скважин – 250 мм; линия наименьшего сопротивления – 6 м. Удельный расход ВВ по блоку принят 0.92 кг/м3. В качестве ВВ использовали эмульсолит, граммонит 79/21, игданит и аммонит 6ЖВ. Конструкция скважинных зарядов комбинированная, сочетающая применение промышленных ВВ с ВВ собственного приготовления (рис. 2).

При заряжании в верхней части сухих скважин помещали более мощное ВВ – граммонит 79/21. В обводненных скважинах нижнюю часть заряда до перекрытия уровня воды заполняли водоустойчивым ВВ – эмульсолитом. Заряды инициировали тротиловой шашкой ТГ-П850, установленной в нижней части скважины и зарядом из аммонита 6ЖВ, расположенного в верхней части скважины.

Для преодоления линии сопротивления по подошве 30-метрового уступа в последнем ряду скважин на участке гор. +805 м местами были пробурены скважины под углом 75° в сторону 30-метрового уступа, а по первому ряду применена технология, которая ранее применялась на предприятии: спарены два ряда в первом ряду наклонных скважин под углом 75°, во втором – под углом 90°.

После проведения массового взрыва был произведен гранулометрический анализ состава взорванной горной массы, который показал, что средний размер кусков горной породы на опытном участке аналогичен среднему куску взорванной горной массы при взрывании 15-метровыми уступами и равен 30–45 см. Установлена качественная проработка подошвы, превышение подошвы на уступе составляло 0.5 м. Таким образом, было установлено, что применение технологии взрывания сдвоенных уступов является приемлемой и эффективной в условиях Тейского месторождения.

Отмечено, что с понижением горных работ обводненность массива увеличивается и в среднем составляет 400 м3/ч. Максимальный водоприток равен 900 м3/ч и приходится на весенний и осенний периоды. На месторождении выделяются две зоны с повышенной обводненностью, приуроченные к геологическим разломам. Высота столба воды в скважинах на горизонтах составляет 6–10 м и прослеживается закономерность увеличения высоты столба воды от первого ряда вглубь массива. Скважины нижних горизонтов полностью обводнены. Ранее обводненную часть скважин заряжали гранулотолом с перекрытием столба воды на 1–1.5 м выше с учетом вытеснения воды, верхняя часть заряжалась граммонитом 79/21 или игданитом. Удельный расход ВВ на отбойку руды составлял 0.9–1.05 кг/м3.

Разработана и освоена технология заряжания граммонитом 79/21 в гидроизолирующих оболочках из полиэтиленового рукава (рис. 3). Пакеты с массой ВВ 30–40 кг формировались на заряжаемом блоке в процессе подготовки взрыва и спускались в скважину на веревке. Реализация данного способа ведения взрывных работ позволила получить экономический эффект 1 млн. рублей.

После выпуска в 2002 году заводом «Знамя» патронированного эмульсолита П диаметром 180 мм и массой 6 кг, была освоена отбойка обводненных массивов этим видом ВВ. Заряжание скважин осуществляется ручным способом. При высоте столба воды более 5 м скважину заряжают эмульсолитом П. Масса эмульсолита П в скважине составляет 600–800 кг. В качестве промежуточного детонатора применяются две шашки ТГ-П850: одну шашку размещают в нижней части, а другую – в средней части заряда. Инициирование осуществляется с помощью ДШ или СИНВ (рис. 4).

Скважины располагались по сетке 5(5 и 6(6 м. К недостаткам следует отнести отсутствие механизации при заряжании и увеличение удельного расхода на 1.24 кг/м3 по сравнению со штатным ВВ. Объем применения эмульсолита П за 2002 и 2003 годы составил 700 т, что позволило получить экономию, в сравнении с применением гранулотола (в донной части скважины), 6.7 млн. руб. Доля использования эмульсионных ВВ при взрывных работах в обводненных скважинах составляет 80%.

Опыт применения эмульсионных ВВ показал существенные преимущества их по сравнению с другими промышленными ВВ. При этом следует отметить следующее:

-    высокая водоустойчивость (срок пребывания заряда в скважине от 3 до 15 суток, причем в проточной воде), позволяет производить заряжание скважин вслед за бурением;

-    крайне низкая чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, обеспечивает безопасность в обращении;

-    экологически чистое и безотходное производство, низкая газовая вредность ВВ (25–40 л/кг);

-    сравнительно низкая цена.

Основное требование, предъявляемое к технологии буровзрывных работ на предельном контуре карьера, состоит в создании условий, гарантирующих долговременную устойчивость высоких уступов в 24–30 м. Причиной разрушения уступов является воздействие при отбойке скважинными зарядами на массив горных пород, приводящее к появлению или раскрытию трещин, при этом несущая способность породного массива существенно снижается.

В середине 1970-х годов данная проблема решалась путем применения опережающего контурного взрывания. Бурение производилось станками СБШ-250МН, диаметр штанг которых составлял 134 мм, долота – 146 мм. Скважины бурились на глубину 32 м под углом 75° и заряжались патронами диаметром 90 мм, уложенными в специально сшитую гирлянду с карманами под патрон. Расстояние между скважинами составляло 3 м, расход патронов 3 кг/м3. Эта технология отработана достаточно хорошо, но себестоимость взрывных работ довольно высокая.

Для уменьшения затрат на контурное взрывание были использованы шашки баллиститные твердотопливные (ШБТ-1.0/54). Предприятие уже имело опыт применения (1989–1995 гг.) конверсионных ВВ разных типов, в т.ч. марки РСИ-9А для контурного взрывания. Скважины бурили глубиной 32 м под углом 75° и заряжали шашками ШБТ. Опускание шашек осуществляли на шнуре из синтетических нитей, пропущенных через центральное отверстие в шашках. После опускания шашек в скважину гирлянда крепилась к опоре, расположенной над устьем скважины (рис. 5). Все заряды взрывали мгновенно. Линейный расход шашек составлял 3.1 кг/м. В 2003 году был произведен взрыв 1966 кг ШБТ и 150 м ДШ. После взрыва на поверхности образовались видимые трещины с раскрытием от 5 до 20 см между контурными скважинами, что позволило образовать магистральную трещину. Выполненные экономические расчеты показали преимущество этой технологии в сравнении с применением аммонита диаметром 90 мм. Экономический эффект составил 10 тыс. 200 рублей.

Таким образом, внедрение передовых буровзрывных технологий позволяет значительно снизить себестоимость ведения буровзрывных работ с достижением требуемого уровня дробления горной массы.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2004