автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Новая технология взрывных работ на карьерах при комбинированной разработке месторождений полезных ископаемых

р р д ^АЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

* ЗДСД правах рукописи

ЖАРКЕНОВ МАРАТ ИСКЕНДИРОВИЧ

УДК 622.271.3:622,235

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Специальности: 05.15.11 — "Физические процессы горного

производства" 05.15.03. — "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических

наук в виде научного доклада

Алматы —1994

Работа выполнена в научно-исследовательском проектном институте "ЖезказганНИПИцветмет".

Научный консультант — доктор технических наук, профессор, член-корр. НАН Республики Казахстан Ракишев Б. Р.

Ведущая организация — Институт горного дела НАН Республики Казахстан

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор — Ерофеев И.Е. доктор технических наук, профессор — Нифадьев В.И. доктор технических наук — Серегин Ю.Н.

доктор технических наук

Защита состоится" 3 "¿¿/-г«'.» 994 г. в 14-00 часов в аудитории 301НК на заседании специализированного Совета Д. 14.13.04 в Казахском национальном техническом университете по адресу: 480013, г.Апматы, ул. Сатпаева,22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического универ-• ситета.

Автореферат разослан" ? 1594 г.

Ученый состарь сгода'широзгнного созега, кандидат технических нг'уК,

дсаант Кенжеоаэз А.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Комбинированная, открытоподземная разработка рудных место-зждений, получающая все большее распространение на практике, предопределяет ряд специфиче-;их требований ¡¿¡технологии открытых горных работ. Одно из главных требованийсостоит в обеспе:. 5нии сейсмической.безопасности взрывных работ в карьере вблизи с наземкышГи подземными сожжениями шахт, а также объектами инфраструктуры.

Решение этой проблемы осложняется в связи с переходом к особому варианту комбинированной ¡зработки - повторной открытой разработке месторождений в зоне влияния на действующие подземке горные работы систем с открытым очистным пространством. Извлечение открытым способом за-юов, оставленных в недрах при первичной подземной разработке, позволяет укрепить сырьевую ба-' горно-металлургического комплекса. Чтобы стать экономически эффективным, оно должно сопро-)ждаться резким сокращением затрат по всем технологическим процессам, в том числе по процессу вдготовки горных пород к выемке. Важность решения такой проблемы наглядно видна на примере >мбинированной разработки крупнейшего в Республике Казахстан Жезказганского меднорудного деторождения с плотной насыщенностью вблизи карьерного поля различного рода сейсмоохраняе-з1х объектов. Это вызывает необходимость разработки такой технологии буровзрывных работ (БВР), >торая в равной мере удовлетворяла бы двум основополагающим требованиям - их сейсмобезопас-)сти и высокой экономической эффективности.

Решени^оэтой крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное знание, посвящена настоящая диссертация.

Планирование работы. Исследования производились по планам НИР института "ЖезказганНИПИ-¡етмет»и АО "Жезказганцветмет" в 1981-1993 гг., связанным с решением научно-технических проб-!м, включенных в государственные и отраслевые планы, в т.ч. по: научно-технической .программе Издать и освоить новые взрывчатые материалы и средства механизации, обеспечивающие повыше-ю эффективности и безопасности взрывных работ на предприятиях народного хозяйства" (1981-)85 гг.), отраслевой научно-технической программе МП-1Г на 1986-1990 гг. "Повысить технический гавень взрывных работ на карьерах и подземных рудниках", программе НИР на 1982-1985 гг. по про-геме обеспечения устойчивости выработанного пространства и рационального использования недр I ДГМК" и "Программе научно-исследовательских, проектных и опытно-промышленных работ по по-■орной разработке Жезказганского месторождения на 1986-1990гг.".

Целью_работы является теоретическое обоснование и разработка новой, экономически эффектив->й и сейсмобезопасной технологии взрывных работ на карьере при комбинированной разработке ме-орождений полезных ископаемых.

Эсновная идея диссертации заключается в целенаправленном управлении качеством дробления по->д и сейсмическим воздействием карьерных взрывов на здания и сооружения путем регулирования юргетических и частотных характеристик взрыва.

Метода исследований. Для достижения поставленной цели применялись: корреляционный анализ, ¡бораторные и натурные эксперименты, графоаналитические и численные методы, а также технико-ономический и инженерный анализ результатов опытно-промышленного внедрения.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

! .Повышение эффективности взрывных работ при комбинированной разработке рудных месторож-¡ний с одновременным обеспечением устойчивости бортов карьера, сохранности близлежащих ахтных сооружений и промышленных объектов достигается за счет регулирования энергии взрыва важинного заряда и совершенствования технологии взрывания скважинных зарядов /1, 2, 11, 12, I, 23, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 35, 37-40, 45-51/.

'.Целенаправленное регулирование энергии разрушения при ведении взрывных работ вблизи охра-1емых объектов обеспечивается применением зарядов с промежутками, заполненными легким мате-¡алом - гранулированным пенополистиролом (ГПП) горючей марки и новых смесевых ВВ - джезполи-в для повышения или снижения концентрации заряда ВВ по высоте уступа /3-70,12,17-19, 22, 24, ¡,30,33,45,46,47,48,50,51,53/.

3.Многократное снижение сейсмического воздействия карьерных взрывов на охраняемые объекты

достигается при трапециевидной схеме коммутации зарядов с использованием разночувствительны; ВВ. Это позволяет при повторной разработке месторождений приблизить взрывные работы к охраня емым объектам и увеличить объем открытой добычи полезных ископаемых /25,26,27,28, 30,33,34 50,52/.

4.Новые конструкции скважинных зарядов и схемы взрывания способствуют возбуждению сейсмо колебаний, генерируемых взрывов с частотой значительно превышающей частоту собственных коле баний сооружений. Такая технология практически исключает вероятность возникновения разруши тельных резонансных явлений/30,33,34,38,43,44,47-51/.

5. Аппаратурный комплекс КАРС-1А-Н01 позволяет не только контролировать сейсмику производи мых взрывов на карьерах, но и управлять ими посредством спектрального анализа результатов изме рений с использованием ЭВМ. Наличие нескольких сейсмоакустических станций, размещаемых вокру карьера, обеспечивает независимость прохождения сейсмоволн по разным направлениям горноп массива (44).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается глубокой проработ кой теоретического обоснования новой эффективной и сейсмобезопасной технологии взрывных рабо на карьерах; достаточным объемом полигонных и опытно-промышленных испытаний предложенны конструкций скважинных зарядов; удовлетворительной сходимостью теоретических расчетов с экспе риментальными данными; положительными результатами и значительным экономическим эффектов от внедрения разработанной технологии взрывных работ на карьерах АО "Жезказганцветмет".

Научная новизна результатов заключается в теоретическом обосновании и разработке новой техно логии взрывных работ на карьерах при комбинированной эксплуатации месторождений полезных ис копаемых.

Автором предложены новые способы регулирования энергии скважинных зарядов, включающие за ряды с промежутками из гранулированного пенополистирола (ГПП) и смесевые ВВ - джезполиты, ус тановлены закономерности распределения и воздействия взрывных волн, в частности, влияния час тотного спектра сейсмических колебаний от массовых карьерных взрывов на устойчивость охраняе мых шахтных сооружений.

Совокупностью результатов работы решена крупная научно-техническая проблема обеспечения эф фективной и сейсмобезопасной технологии взрывных работ на карьерах при комбинированной разра ботке месторождений полезных ископаемых, что имеет важное значение в теории и практике горноп производства.

Научное значение работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании новых эконо мически эффективных способов регулирования энергии взрыва скважинных зарядов и создании сейс мобезопасной технологии взрывных работ при комбинированной разработке рудных месторождений.

Практическая ценность работы. Результаты работы имеют важное практическое значение при ком бинированной разработке месторождений полезных ископаемых.

На основе проведенных исследований разработан и внедрен на карьерах НПО "Жезказганцветмет новый вид простейших ВВ - джезполиты: внедрены эффективные и сейсмобезопасные конструкцш зарядов для отбойки породных массивов на предельном контуре карьера и вблизи охраняемых под земных шахтных сооружений при комбинированной разработке месторождения; за счет применена джезполитов и промежутков из ГПП достигнута экономия дорогостоящих промышленных ВВ, повы шено качество дробления пород и улучшены условия работы карьерных экскаваторов.

Лично автором разработан и экспериментально проверен новый вид ВВ - джезполиты; разработань и внедрены способы взрывания скважинных зарядов ^использованием промежутков из ГПП; теоре тически обоснована и внедрена сейсмобезопасная технология взрывных работ при комбинированно! разработке Жезказганского месторождения.

Автор является научным руководителем проблемы по повторной разработке Жезказганского мес торождения.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались и были одоб рены на межреспубликанских (г.Челябинск, 1983, г.Свердловск, 1986, г.Жезказган 1992гг.), областно( (г.Жезказган, 1985,1993гг.) научно-технических конференциях, а также на ряде отраслевых научно технических совещаниях, на заседаниях научно-технических советов НПО „Жезказганцветмет" и ин

титута'ЖезказганНИПИцветмет" (1974-1993 гг.).

Публикации. Автором опубликовано 65 научных работ и получено 19 авторских свидетельств на изо--------

¡ретения; основное содержание проблемы, которой посвящен научный доклад, изложено в 46 печатях работах" й в 7 авторских свидетельствах. Под научным руководством и при участии автора выпол-юно 9 научно-исследовательских работ по теме диссертации.

Реализация работы. Разработанные автором технические и технологические решения внедрены на .арьерах НПО "Жезказганцветмет" с суммарным экономическим эффектом в 4,195 млн.руб.(в ценах 991г.).

Автор глубоко благодарен научному консультанту работы чл.-корр. HAH Республики Казахстан >.Р.Ракишеву и академику РАН К.Н.Трубецкому за научно-методическую помощь и оценку результате исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ЖЕЗКАЗГАНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ-КАК ОБЪЕКТ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ

/1,11,13-15,28,29,31,32,35-37,39,40/

■ 1 fr '

Одной из главных тенденций в теории и практике горного дала последних лет является широкое ис-юльзование комбинированной открыто-подземной разработки месторождений, что позволяет с высо-;ой экономической эффективностью увеличить производственные мощности горно- металлургическо-о предприятия, более полно использовать минеральные ресурсы недр, снизить отрицательное воз-(ействие горных разработок на окружающую среду.

В то же время сближение открытых и подземных работ в пространстве вызывает ряд сложностей, в 1ервую очередь, при производстве массовых взрывов на карьерах. Разрушающее воздействие на йахтные здания и сооружения оказывают сейсмические волны карьерных взрывов. Близость к карье-iy подземных выработок и сооружений ограничивает массу одновременно взрываемых зарядов по ритерию сейсмического воздействия.

С другой стороны, это ограничение не должно приводить к ухудшению качества дробления горной (ассы, увеличению количества производимых взрывов и повышению затрат* при переходе на повторяю открытую разработку месторождения, ранее отработанного подземным способом. Примером сочетания открытого и подземного способов разработки является Жезказганское рудное (есторождение. Оно представлено комплексом-осадочных пород с многочисленными пластообразны-ш залежами медных и полиметаллических руд. Продуктивная толща сложена перемежающимися лоями красных и серых песчаников и алевролитов. Рудные залежи мощностью от 1,5 до 30 м с углом вдения 3-12, глубиной залегания от 100-150 до 300-400 м и более расположены одна над другой и язделены между собой прослоями пустой породы. Коэффициент крепости по Протодьяконову: крас-1ых песчаников и алевролитов 6-10; серых песчаников и руд 12-14; конгломератов 16-18. Плотность уды в среднем - 2,6 т/м, коэффициент разрыхления при взрывной отбойке -1,6. Разработка месторождения началась в предвоенные годы преимущественно подземным способом с |рименением сначала камерностолбовой, а затем панельно-столбовой систем с использованием вы-окопроизводительного самоходного оборудования. В конце 50-х годов на северном фланге место-юждения начата открытая разработка наиболее близких к земной поверхности залежей. Построений на этом участке Златоуст-Беловский карьер (КЗБ) вскоре стал одним из крупнейших в подотрас-1и цветной металлургии СССР, в 1971 г. годовой объем вывозимой горной массы достиг 18,5 млн.м3. 1одготовка горной массы к выемке осуществляется буровзрывным способом. Горные работы на КЗБ ведутся уступами высотой 15-20м. Вскрышу с верхних горизонтов вывозят железнодорожным транспортом на внешние отвалы, а с нижних - автотранспортом во внутренний и иешний отвалы. Руду автосамосвалами доставляют на внутрикарьерные перегрузочные пункты, от-уда с помощью железнодорожного транспорта - на обогатительную фабрику, В карьере работает со-

временное оборудование: буровые станки СБШ-250МН, экскаваторы ЭКГ-4,6Б, и ЭКГ-8И, автосамо свалы БелАЗ-549, БелАЗ-7921.

В настоящее время горные работы на КЗБ подошли к проектному контуру и приблизились на рассто яние менее 100 м к действующим шахтным сооружениям и подземным выработкам (рис.1) Подземна? добыча на отдельных шахтных полях также близка к завершению.

В результате применения систем разработки с открытым очистным пространством в недрах остав лены значительные запасы руды в поддерживающих целиках, кровле и почве выработок, в кромка) залежей - всего в среднем 22% от погашенных запасов, а на отдельных участках до 30-35% и более Кроме того, в междупластьях и изолированных пачках остались большие запасы бедных и забалансо выхруд.

В целях поддержания сырьевой базы НПО"Жезказганцветмет" специалистами с участием авторг разработана новая технология доработки оставленных в недрах запасов. Выемка их подземным спо собом с учетом фактического состояния выработок и целиков возможна лишь в ограниченном объем« и связана со значительными затратами. Более реальной и перспективной признана доработка запасоЕ открытым способом, т.е. повторная открытая разработка месторождения. Наряду с вовлечением е эксплуатацию недоработанных запасов она к тому же позволит решить и проблему погашения много численных подземных пустот, представляющим опасность для находящихся на поверхности коммуни каций, промышленных и гражданских объектов.

Разрез по границе открытых и подземных работ карьера КЗБ и шх. 57*"

SUSI

sasa-iw

■W? — — —- —

^ ^ ^ ^ ""ST1

^ ^ ^ jA

¿4С

4990

Ш медная руда

ш бедная руда

Е23 красные песчаники

О серые песчаники

@ конгломерат

КЗ известняк

Рис.1

Повторная открытая разработка, имея несомненные преимущества в техническом плане, в конкретных условиях Жезказганского месторождения сопряжена рядом осложняющих факторов. К числу их относятся:

—большая (до 150-250м) глубина залегания основной массы запасов, подлежащих доработке; — застроенность поверхности карьерного поля промышленными зданиями и сооружениями, различ-

1ми коммуникациями и жилыми домами с садовыми участками;

— наличие в породном массиве значительного количества незаложенных подземных пустот (общий >ъем свыше 160млн.м3) с площадью обнажения до 60 тыс.м2 и высотой до 20-30м (в среднем 8-1 Ом), ¡сть пустот носит многоярусный характер;

—наличие в пределах карьерного поля ослабленных зон и зон обручения, местами выходящих на терхность: . "

Все это предопределяет весьма значительные затраты при повторной открытой разработке. По >едварительной оценке, для того, чтобы оправдать предстоящие расходы по добыче недоработан-.IX запасов руды на глубоких горизонтах, необходимо снизить себестоимость 1мз вскрыши в 2 раза, в :новном за счет комплекса буровзрывных работ, доля которых в структуре технологических процес-«40%.

Очевидна также целесообразность развития открытых работ "малыми карьерами" на наиболее дос-пных участках, находящихся в непосредственной близости от действующих сооружений, с обеспече-юм их полной сохранности. При взрывном погашении пустот и последующей селективной выемке ру->1 должно быть также применено направленное действие взрыва. Это определяет следующие требо-шия к буровзрывным работам при комбинированной, в т.ч. и повторной открытой разработке рудно-> месторождения;

— максимальное снижение затрат на взрывные работы;

— обеспечение сейсмобезопасности карьерных взрывов;

— управление взрывным разрушением в зависимости от физико-механических свойств породного ассива.

Решению этой проблемы, т.е. созданию более эффективной и сейсмобезопасной технологии взрывах работ на карьерах при комбинированной разработке месторождений посвящена тема данной дис-¡ртации.

Исследования по данной тематике под научным руководством и при личном участии автора велись в ПО"Жезказганцветмет" в течение 20 лет в соответствии с государственными и отраслевыми научно-

¡хчическими программами.

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

/1,2,9,11,12,20, 21,23-25, 29, 36-41/

Технологические аспекты комбинированной разработки месторождений достаточно полно отраже->1 в трудах М.И.Агошкова, К.Н.Трубецкого, Д.М.Кдзичаева, В.В.Куликова, Г.И.Черного, М.Ф.Шнайде-¡, В.А.Щелканова, Б.П.Юматова и других ученых.

В дополнение к этому специальные вопросы повторной открытой разработки рудных месторождений осматривались в работах В.В.Е^евского, В.И.Борщ-Компанийца, Д.Г.Букейханова, С.А.Ильина, К.Полищука, С.Л.Шашурина, Г.Г.Ломоносова, В.С.Хохрдцова, Е.А.Сапакова, Г.С.Сафаргалиева, ,И.Андреевой.

Теория взрывного разрушения горных пород и сопутствующего взрыву сейсмического эффекта из-)жена в трудах О.А.Байконурова, Н.В.Мельникова, Е.И.Шемякина, И.Т.Айтматова, Е.Г.Баранова, М.Бейсербаева, О.Е.Власова, Г.П.Демидюка, М.М.Докучаева, М.Ф.Друкованого, И.Е.Ерофеева, Ж.Жубаева, Н.Н.Казакова, В.М.Комира, Б.Н.Кутузова, Ф.И.Кучерявого, С.В.Медведева, В.Н.Мосин-В.И.Нифадьева, Б.Р.Ракишева, Н.Я.Репина, В.Н.Родионова, М.А.Садовского, И.А.Тангаева, АДХа-'каева и других.

Анализ этих работ указывает на необходимость комплексного исследования процесса взрывания по-, здного массива в карьерном поле с учетом его влияния на объекты подземной разработки месторо-дений. Дело в том, что в плане общего повышения эффективности взрываобщепризнанным являет-I применение зарядов ВВ рассредоточенных воздушными полостями и промежутками. Однако широкое внедрение данной технологии в производство сдерживается из-за отсутствия тех->логического и надежного способа создания промежутков и полостей в скважине. Существующие юсобы к тому же не обеспечивают управление удельной концентрацией энергии заряда по высоте

уступа.

Снижение затрат на выполнение вскрышных работ связано с обеспечением высокопроизводител ной горной и транспортной техники, достаточным объемом взорванной горной массы с гарантирова ной степенью дробления и связанности. Последняя полностью предопределяется технологией взры ных работ в специфических условиях совместной разработки месторождений. Исследования таш рода находятся в начальной стадии.

Что касается сейсмического воздействия взрыва на близлежащие объекты, то при развитой теор| резонансных явлений в физике колебаний и волн остаются недостаточно изученными закономерное изменения интенсивности и частотного состава сейсмических колебаний в зависимости от констру ции заряда, типа ВВ и схем коммутаций.

Не в полной мере изучена и технология взрывного погашения подземных пустот при подходе откр| тых работ к отработанному ранее шахтному полю.

На основе изложенного для достижения поставленной цели в работе рассмотрены и решены след ющие задачи:

— регулирование энергии взрыва скважинного заряда ВВ за счет изменения его состава и констру ции в зависимости от условий взрывания;

— совершенствование технологии взрывания на карьерах, в том числе и при погашении подземнь пустот, за счет изменения параметров сетки скважин и схем конструкции;

— снижение сейсмического воздействия карьерных массовых взрывов на здания, сооружения и го, ные выработки.

Ввиду очевидной сложности применения аналитических методов при решении перечисленных задг широко использован универсальный, не менее продуктивный, комплексный метод экспериментальнь исследований с теоретическим обобщением полученных результатов.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАРЬЕРНЫХ ВЗРЫВОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИИ

/3-10,12,16-19,22-24,27,28,30,33,38,41,42,44,47-51/

Общая задача регулирования энергии взрыва состоит в выборе таких способов размещения заряде в массиве и режиме их действия во времени, при которых бы обеспечивались равномерное дробленн горной массы и минимальная стоимость буровзрывных работ. При этом сокращения удельного расх< да ВВ можно достичь за счет дифференцированного распределения энергии заряда по высоте взрь ваемого массива с учетом его сопротивляемости динамическому разрушению.

Характерной чертой мировой практики в области взрывных работ является применение простейшк ВВ с регулируемой концентрацией энергии. В то время как в странах дальнего зарубежья доля пр< стейших составов (аммиачная селитра + дизельное топливо) в общем количестве используемых В составляет около 80%, на отечественных карьерах она не превышает 15%. Это различие объясняете низкой водостойкостью и невысокой объемной концентрацией энергии у применяемых в Республик простейших ВВ (игданит, ифзанит). В настоящее время в Казахстане ведется разработка новых, б< лее мощных ВВ с регулируемыми энергетическими и детонационными параметрами.

На регулирование энергии взрыва скважинного заряда направлено и устройство в нем полостей пор. Процесс их создания и заряжания скважин должен быть механизирован, удовлетворять требов; ниям безопасности и экономики.

Создание новых пластических масс, тщательное изучение их физико-механических свойств и спос< бов переработки позволило впервые в практике горного дела выявить возможность применения нек< торых из этих материалов для управления действием и энергией взрыва скважинных зарядов. При и< пытаниях лучшие технологические качества установлены у бисерного полистирола горючей марк ПСВ. Данный материал во вспененном гранулированном виде можно применять для заполнения поле стей и пор в скважинных зарядах, а также для плавающих зарядов из неводоустойчивых сортов В при полной механизации процесса заряжения скважин.

Бисерный полистирол марки ПСВ представляет собой бесцветные гранулы диаметром 0,2—2,5 ми

-бладающие свойством вспениваться в кипящей воде или насыщенном паре, образуя при этом разду-ые газонаполненные шарики диаметром 6—7 мм, превышающие первоначальный объем в 30—50 >аз. При плотности полистирола 1,04—1,06 г/смз объемная масса вспененного полистирола' составляет 0,015—0,030 г/смз, т.е. содержание воздуха в микропорах вспученных гранул достигает 97—98% от |бъема. Кроме того, в зависимости от однородности и крупности гранул величина межгрануловых пу-:тот составляет 30—40% от объема воздушной полости:

Обладая многими положительными качествами (пористость, рассыпчатость, легкость, горючесть), 1ТОТ материал в качестве заполнителя по сравнению с существующими средствами создания воздуш-1ых полостей значительно упрощает операцию зарядки скважин. Газонаполненными шариками поли-тирола заполняется воздушная полость необходимой длины в любом месте скважины. В зависимо-;ти от условий взрывания гранулированный пенополистирол можно применять для заполнения полос-ей между рассредоточенными частями заряда, забоечным материалом и верхним торцом колонки за->яда, забоем скважины и нижним торцом заряда.

По данным расчета и опытно-промышленной проверки установлено, что для создания 1 м полости в :кважинах диаметром 250 мм необходимое количество ГПП (при объемной массе 0,02 г/смЗ) не пре-1ышает. 1 кг. При стоимости 1 т бисерного полистирола 700 руб. (здесь и далее в ценах 1991 г.) за-раты на создание полости длиной в 1 м по расходу материалов составляют 1,05 руб. Эффективная длина полости из ГПП определяется из условия того, что давление продуктов детона-[ии в полости и по всей длине скважины имело бы величину одного порядка, прежде чем ударная ¡олна достигает свободного конца забойки и начнется выброс ее из скважины:

^ва= Цзаб Р1 р3 , м; (1)

°2(°1+рЗ)

где Ивп — эффективная длина полости, м; '-заб—длина забойки, м;

01 — скорость ударной волны по ГПП, м/с, в зависимости от плотности ГПП и типа ВВ, 0^2400— ООО м/с;

02 — скорость подающей волны в забойке, м/с, для грунтовой или песчаной забойки и при взрывами аммонита № 6, Р2=2000 м/с;

03 — скорость отраженной ударной волны от жесткой стены, м/с, в зависимости от начальной плот-¡ости ГПП и типа взрываемого ?В, 03=1 ООО—1250 м/с.

Так, для условий Жезказганских карьеров величина Ьвп в зависимости от начальной насыпной плот-ости ГПП и типа ВВ составляет Ивп<(0,2^0,4) 1за6, м.

В качестве теплоносителя при вспенивании бисерного полистирола используется кипящая вода, пар, орячий воздух и др. В настоящее время в НПО "Жезказганцветмет" построена и работает промыш-:енная установка для вспенивания бисерного полистирола, обеспечивающая годовую производитель-ость в количестве 39 тыс. кг пенополистирола.

Оценка эффективности взрыва скважи^ных зарядов с применением ГПП в условиях Жезказганских арьеров проводилась методом сравнительных взрывов зарядов сплошной колонковой конструкции и арядов с промежутками из ГПП в одинаковых горно-технических условиях (табл. 1). Эффективность спытываемых конструкций зарядов сопоставлялась по следующим показателям: качество дробления орной массы; степень проработки подошвы уступа; нарушенность массива за последним рядом сква-<ин; ширина и форма развала; удельный расход ВВ.

Первый показатель оценивался по гранулометрическому составу и диаметру среднего куска, кото-

ые определялись фотолинейным методом по откосу развала. Степень проработки подошвы уступ, еличина и форма развала на экспериментальном и контрольном участках устанавливалась маркшей-ерской съемкой уступа до и после взрыва. Она показала, что на участках с промежутками из ГПП азвал имел более компактную форму при нормальном отрыве массива по подошве уступа и хорошем ачестве дробления.

Результаты, полученные в серии опытно-промышленных взрывов, показали, что применение конст-укции заряда с промежутками из ГПП значительно повышает степень использования энергии взрыва

на полезную работу, позволяет управлять шириной и формой развала и качеством дробления, привс дит к уменьшению удельного расхода ВВ на 10—15%.

Таблица

Условия и результаты опытно-промышленных зарядов различной конструкции

Конструкция зарядов

Показатели сплошная с промежутками

из ГПП

Коэффициент крепости взрывных пород -

по шкале проф. М. М. Протодьяконова 12-14 12—14

Высота уступа, м 18 18

Диаметр скважин, мм 250 250

Сопротивление по подошве, м 10 10

Расстояние между скважинами в ряду, м 8 8

Расстояние между рядами скважин, м 7 7

Средняя глубина скважин, м 21 21

Длина перебура, м 3 3

Длина промежутка из ГПП, м — 2

Средняя масса заряда в скважиНе, кг 588 504

Длина забойки, м 7 7

Удельный расход ВВ, кг/м3 0,560 0,460

Выход горной массы с 1 лог.м.

скважины, мЗ/пог.м. 43 42

Диаметр среднего куска, мм 348 206

Широкие промышленные испытания, а также результаты проведенных экспериментальных и теор< тических исследований позволили рекомендовать рациональные параметры БВР с применением рас средоточенных скважинных зарядов с промежутками из ГПП. В настоящее время эта технология noj ностью внедрена на карьерах АО "Жезказганцветмет".

Малая плотность вспененного полистирола позволяет также использовать его в качестве своео< разного поплавка-разделителя в частично обводненных скважинах, заряжаемых комбинациями. BE По этому способу заряд из водоустойчивого ВВ перекрывается поплавком из ГПП, и далее заряжени скважин производится из дешевых неводоустойчивых ВВ. Экспериментами, проведенными на КЗЕ установлено, что для скважин диаметром 243 и 267 мм высота поплавка (слоя ГПП) может не превь шать1м.

Применение данного способа заряжания обводненных скважин позволяет расширить область и 061 ем применения дешевых неводоустойчивых ВВ и сэкономить дорогостоящие ВВ, а также уменьшил количество отказов. С использованием его на КЗБ было взорвано более 6 тыс. шт. скважин и получе экономический эффект 59 тыс. руб.

Способ создания в заряде воздушной полости путем заполнения ее газонаполненным гор,ючим сып; чим материалом с низкой объемной массой ГПП защищен авторским свидетельством (47).

Рассредоточенные заряды с полостями из ГПП могут с успехом использоваться при оформлении у< тупов в их проектное положение (контурное взрывание) с помощью вертикальных скважин переме! ной глубины. Для снижения бризантного действия взрыва рекомендуется максимальное рассредот< чение колонки заряда по длине скважины промежутками из ГПП с компенсационной полостью в них ней ее части, также заполненной ГПП (рис. 2). Изменяя в широких пределах плотность за счет там промежутков, можно регулировать давление взрыва и, тем самым, практически исключить разруш< ние массива за пределами конечного контура, получая гладкие откосы уступов (48).

Технология заоткоски бортов карьера по данному методу была экспериментально проверена на Зл; тоуст-Беловском карьере, в результате чего были определены рациональные параметры БВР. Устан( влено, что использование рассредоточенных зарядов с промежутками из ГПП обеспечило заданнь углы откосов, устойчивость уступов, уменьшило затраты на бурение и взрывание. За 10 лет примен! ния этой технологии на КЗБ получен экономический эффект в сумме 431 тыс. руб.

Конструкции скважинных зарядов при оформлении откосов уступов с применением вертикальных скважин

а)

б)

□

забойка заряд ВВ полость из ГПП

• для легко- и средневзрываемых пород; ■ для трудно и весьма трудновзрываемых пород.

Рис. 2.

Цля более эффективного инициирования скважинных зарядов с промежутками из ГПП и регулиро-1ния энергии заряда по его длине возникла необходимость в изучении возможности и установлении ггимальных параметров передачи детонации от одной части заряда ВВ к другой через промежуток ; ГПП различной длины.

Первая часть задачи была решена в полигонных условиях; экспериментальные взрывы рассредото-¡нных зарядов проводились в асбестоцементных трубах с внутренним диаметром 100 мм с использо-!нием прибора ИВИ-1 и ионизационных датчиков для измерения интервалов времени. При проведении полигонных испытаний заряд ВВ (граммонит 79/21), рассредоточенный промежут-м из ГПП, состоял из двух частей: активной и пассивной. Активная часть заряда постоянной длины м) инициировалась с помощью боевика — двух патронов (400 г) детонита М с детонирующим шну-1М. Детонация пассивной части заряда осуществлялась с некоторым замедлением через промежу-к из ГПП. Длина пассивного заряда, в зависимости от величины промежутка ГПП, составляла 0,5 и ..

Зависимость времени передачи детонации 1 от активного заряда к пассивному от длины промежутка 1.вп из гранулированного пенополистирола

Рис. 3.

Полнота детонации активного и пассивного зарядов устанавливалась по наличию разрушения п< родного целика на месте укладки труб и отсутствию остатков ВВ и ГПП. Интервал времени меж; взрывами обеих частей заряда определялся по замыканию электрической цепи ионизационных датч! ков. Размеры воронок (канавок) разрушения измерялись после взрыва с помощью рулетки и дв> стальных реперов, выставленных на расстоянии 3 м от торцов асбестовой трубы до взрыва..

Анализ результатов полигонных экспериментов показал, что при величинах промежутков из ГПП. с 0,3 до 1,1 м наблюдается устойчивая передача детонации от взрыва активного заряда к пассивной (рис. 3). При этом скорость детонации пассивного заряда составляла 0,8—0,85 от скорости детонаци активного заряда, что позволяет регулировать мощность заряда по его длине.

Параметры инициирования и практическая эффективность применения способа передачи детонаци через слои ГПП были определены путем взрывов на Златоуст-Беловском карьере. Были приняты сл< дующие параметры скважин: диаметр — 250 мм, глубина —13,5—14,0 м. Длина промежутка из ГП варьировалась в пределах 0,5—2,0 м.

Результаты промышленных испытаний показали, что при указанной длине промежутков наблюдав ся устойчивая передача детонации от взрыва нижнего активного заряда к пассивному верхнему, пр| чем взрывание последнего происходит с замедлением по отношению к первому. Взрыв верхнего зар: да создает дополнительный импульс напряжений, который способствует более интенсивному дробл< нию горной породы.

Кроме того, взрыв верхнего заряда увеличивает время расширения газообразных продуктов детон; ции нижнего заряда, вследствие чего нижняя часть уступа, так же как и верхняя, будет находиться напряженном состоянии более длительное время по сравнению с одновременным взрыванием обе) частей заряда, и поэтому разлет кусков горной массы наблюдается небольшим.

Таким образом, результаты полигонных и промышленных опытных взрывов показали принципиал

Рациональные параметры скважинных зарядов переменной энергоемкости (высота уступа 15 м, диаметр скважин 250 мм)

Категория и степень взрываемое™ пород Глубина скважин, м Предельная ЛСПП, м Расстояние между скважнами в ряду и рядами скважин, м Масса заряда в скважине, кг Длина заряда, м Длина ■ промежутка, заполненного ГПП,м Длина забойки, м Средний уд.расход ВВ при трехрядном взрывании, кг/м^ Выход горной массы с 1 м скважины, м^/м Интервал замедления, м/с

активная (нижняя) пассивная (верхняя) общая

1. Легковзрываемые (1-6-8) 18 9 8,9 336 5 •з. 8 2 8 0^284 60,1 45-56

2. Средневзрываемые ((=8-10) 18 8 8 378 6 3 9 2 7 0,365 50уЗ 35-40

3. Трудновзрываемые 0=10-16) 18 7 7 471 7,5 3 10,5 1,5 6 0,621 40 30-35

4. Весьма трудно-взрываемые ({=16—19) - 18 6 6 504 9 3 12 1 5 0,907 30 20-25

ную возможность регулирования энергии заряда из одного типа 88 по высоте взрываемого уступа за счет передачи детонации от одной части заряда к другой через промежуток из ГПП. Это дало основание для широкомасштабного внедрения технологии БВР с использованием полостей из гранулированного пенополистирола в качестве регулятора энергии взрыва на Жезказганских карьерах. 8 ходе внедрения были установлены рациональные параметры скважинных зарядов с регулируемой энергией ВВ (табл. 2). ;

Ведение БВР по новой технологии позволило осуществить многократное короткозамедленное взаимодействие продуктов детонации отдельных частей рассредоточенных зарядов, подвергать породный массив более длительному воздействию взрыва и поднимать колонку заряда для качественного дробления пород уступа по всей его высоте. В итоге удалось уменьшить удельный расход ВВ на 10—15%, снизить выход негабарита в 2,5 раза. За счет лучшего дробления горной массы достигнуто повышение технической производительности погрузочного оборудования на КЗБ на 15—20%.

За 16 лет на Жезказганских карьерах с применением способов управления энергией скважинных зарядов на основе применения ГПП взорвано 56,6 млн. м3 горной массы, получен экономический эффект в сумме более 3,248 млн.руб.

Способ отбойки горных пород с передачей детонации через промежуток из ГПП также защищен авторским свидетельством на изобретение (50).

В рассмотренных способах регулирование энергии взрыва скважинного заряда происходило путем его рассредоточения по длине с сохранением постоянного поперечного сечения заряда. Между тем

известно, что коэффициент использования энергии взрыва, идущей на дробление горных пород, прямо пропорционален периметру контакта ВВ - среда. Энергия центральной части заряда при неизменном его сечении, но разной сопротивляемости массива разрушению затрачивается нерационально, вызывая переизмельчение прилегающих к зарядной полости слоев породы.

Новым способом управления энергией взрыва является дифференцированное изменение объемной концентрации энергии ВВ по длине скважины путем применения зарядов с осевыми полостями переменного сечения.

Суть этого способа, при постоянном диаметре скважин, состоит в регулировании энергии заряда ВВ по его длине в зависимости от изменения сопротивляемости массива разрушению путем постепенного уменьшения линейной массы заряда к устью скважины. Для получения заданной кусковатости горной массы необходимо установить закономерность изменения требуемой линейной массы заряда ВВ Рвв (П) в зависимости от длины скважины Ь. Применительно к условиям Жезказганских карьеров выведены расчетные формулы по определению величины Рвв (п) и соответствующего ей диаметра осевой полости г (И):

Рвв (Ь)=0,88{3 + 0,268Ь)2; кг/м

Гп(ьи0,0149-3,12х10-4(3 + ,0,26811)г]х0,5;м (3) '

В результате теоретических исследований установлено, что для условий карьеров Жезказгана при высоте уступов 15 м и фактическом диаметре скважин 243 мм осевая полость должна образовываться непосредственно ниже забойки последовательно тремя цилиндрами высотой 3,2 м каждый, при диаметрах сечений соответственно 150,96 и 67 мм. .

Для уточнения полученных расчетным путем параметров скважинных зарядов с осевой полостью переменного сечения были проведены экспериментальные исследования и промышленные испытания. Постепенное уменьшение погонной массы заряда к устью скважины достигалось с помощью пенопластовых блоков цилиндрической формы с отверстиями диаметром 200 мм по всей длине блока. Экспериментальным путем была определена толщина стенок пенопластовых блоков, исключающая возможность передачи детонации от детонирующего шнура (ДШ) к ВВ.

Сущность экспериментов заключалась в следующем. В полиэтиленовые толстостенные трубы с внутренним диаметром 100-200 мм и длиной 1000 мм размещались пенопластовые блоки цилиндрической формы различного диаметра. По центру их через отверстия протягивался ДШ. Пространство между стенками полиэтиленовой трубы и пенопластом заполнялось ВВ (граммонит 79/21). Полнота передачи детонации определялась по наличию ВВ и пенопласта на месте укладки труб.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что при указанных выше диаметрах пено-

ластовых блоков и толщине их стенок соответственно 23,5; 38;65 мм детонация от ДШ к ВВ не пере-

ается.

Для определения рациональных параметров скважинных зарядов с осевыми полостями переменно-о сечения были проведены промышленные испытания методом сравнительных взрывов скважинных арядов сплошной конструкции из штатного ВВ (граммонит 79/21) и зарядов с осевой полостью из пе-юлластовых блоков в одинаковых горно-технических условиях. В целях лучшей сопоставимости взры-¡аемый блок делится на контрольный и опытный участки. Критериями для оценки эффективности |рименения зарядов с осевыми полостями Являлись: средний удельный расход ВВ, диаметр среднего уска взорванной горной массы и выход негабарита.

Промышленные испытания показали/что применение конструкций скважинных зарядов с осевой по' юстью переменного сечения позволяет регулировать концентрацию энергии ВВ по всей длине сква-кины, поднимать колонку заряда, осуществить обратное инициирование, значительно улучшить каче-:тво дробления горной массы, снизить выход негабарита 8 2 раза и удельный расход ВВ на 10-15% по равнению со сплошными конструкциями зарядов, i !

В результате проведенных экспериментальных взрывов' и промышленных испытаний установлены штимальные параметры пенопластовых блоков цилиндрической формы, позволяющие создать осе-|ую полость переменного сечения в скважинном заряде. Так, для условий КЗБ при взрывании трудно-«рываемых пород осевая полость переменного сечения состоит и? 10 блоков: двух - диаметром 67 ш и по четыре - диаметром,' соответственно, 96 и 150 мм. Общая длина блоков в скважине равна 8 м. Ласса ВВ в скважинном заряде составляет 460 кг, удельный расход 6В - 0,6 кг/м3. Новизна рассмотренного способа регулирования энергии взрыва подтверждена авторским свиде-■ельством на изобретение (51). . ' :

По инициативе и с участием автора на карьерах НПО "Жезказганцветмет" был испытан и внедрён ¡ще один способ регулирования энергии взрыва скважинного заряда - применение простейших смесе-¡ых ВВ с изменяющейся энергоемкостью заряда.

При использовании вертикальных скважин сопротивляемость массива разрушению с увеличением лубины скважины возрастает; соответственно с глубиной должна повышаться и энергоемкость заря-ia ВВ с тем, чтобы была обеспечена одинаковая удельная концентрация энергии заряда по всей высо-'е уступа.

Исходя из условия соблюдения постоянного удельного расхода ВВ в любой точке уступа по его вы-:оте (в расчете на элементарный объем призмы разрушения), были определены рациональный диаметр скважины dCKB и требуемая плотность заряда Рвв в зависимости от расстояния от устья скважи-<ы до данного горизонтального сечения уступа:

„ а . кт/5

^ = -- , /та

^ 0 .185 • <31

где Ш - линия наименьшего сопротивления по верху уступа, м;

Н - расстояние от устья скважины до рассматриваемого сечения уступа, м;

а - расстояние между скважинами, м; «I - угол откоса уступа, град;

д - оптимальный удельный расход 8В для пород данной категории взрываемости, кг/м3.

Расчеты показали, что при использовании штатных ВВ, наличии постоянного диаметра и неизменен плотности заряда в средней и верхней частях уступа имеется избыток энергии взрыва. Это приводит к усиленному выбросу горной массы и увеличению ширины развала без видимого улучшения каче-;тва дробления пород.

Составы, физико-химические и взрывчатые характеристики джезполитов

Марки джезполитов Содержание компонентов Вода • (све-рх 100% Взрывчатые характеристики

ВВ, '/о по ооъ ему Расчетные Экспериментальные

Гранулированная селитра ГПП КМЦ (сверх 100%) Кислородный баланс Теплота взрыва «кал/кг Скорость детонации м/с Работоспособность относительно аммонита 6 ЖВ Бризант-ность.мм Критический диаметр,мм

ДП-1АМ 80 20 0,8 4,0 +17,4 424 0.92.

ДП-2АМ 70 30 0,8 3,5 +15,7 466 1800-1850 0,98 18,4 150

ДП-ЗАМ 50 50 1,0 3,4 +10,2 635 2500-2600 1,18 19,7 150

ДП-4АМ - 30 70 1,0 3,0 -2,0 890 2500-2800 1,30 18,7 150

ДП-5АМ 20 80 1,0 3,0 -16,0 743 1600-1700 0,89 17,7 150

Промышленные ВВ обладают определенным содержанием энергии на единицу объема и определенной мощностью взрыва, которая может оказаться слишком высокой для верхних частей заряда. Следовательно, возникает потребность в создании такого ВВ, энергетические характеристики которого можно было бы регулировать непосредственно, в процессе заряжания скважин; соответственно, требуются разработка метода расчета и технические средства для реализации этой идеи._______

В результате разработаны безопасные смесевые ВВ, регулируемая плотность заряжания и скорость детонации которых достигаются изменением соотношения компонентов взрывчатого состава. Такие ВВ, получившие название джезполиты, представляют собой механическую смесь промышленных ам-миачно-селитренных ВВ (граммонита 79/21 или гранулированной аммиачной селитры) и гранулированного пенополистирола (ГПП).

Применение синтетического материала - полистирола горючей марки ПСВ в качестве компонента взрывчатой смеси обосновано тем, что шарики пенополистирола, находящиеся между гранулами ВВ в определенной пропорции с ним, позволяют регулировать плотность смеси за счет собственной низкой объемной массы (0,015-0,03 г/см3) и вместе с тем участвуют в реакции взрывчатого превращения, вследствие воспламенения шариков и их деструкции при высоких температурах и давлениях. При этом, в зависимости от содержания пенополистирола в пределах от 10 до 80% объема, насыпная плотность смесевого ВВ меняется от 0,2 до 1,0 г/см^, а скоростьдетонации - от 1600 до 4200 м/с. Таким образом, ГПП, являясь углеводородным соединением, выполняет в смеси одновременно роль горючего наполнителя и регулятора плотности.

Разработанные смесевые ВВ - джезполиты позволяют регулировать количество энергии ВВ в единице объёма скважины путем повышения или снижения концентрации энергии заряда по мере изменения сопротивляемости породного массива по высоте уступа.

Новые ВВ были подвергнуты госконтрольным испытаниям в ВостНИИ, где были установлены их основные взрывчатые характеристики (табл.3). В ходе последующих промышленных испытаний на Жез-казганских карьерах методом сравнительных взрывов штатного и нового ВВ в одинаковых горно-технических условиях выявлялись возможности применения джезполитов для взрывного дробления скальных пород. В качестве штатного ВВ применялись граммониты 79/21-В и 30/70. Глубина заряжаемых скважин изменялась от 6 до 28 м, диаметр скважин составлял 243 мм. Взрывание скважинных зарядов многорядное, короткозамедленное с применением КЗДШ, интервал замедления - 35мс. Схема взрывания - диагональная, инициирование зарядов осуществлялось от промежуточного детонатора Т-400. Для усиления инициирующего имульса после опускания промежуточного детонатора в скважину засыпали промышленное ВВ в количестве 4-10% от общей массы заряды скважины. Это увеличение инициального импульса было обусловлено тем, что для развития стационарного процесса детонации необходимо вовлечение некоторой минимальной массы ВВ.

Для сравнения результатов взрываемый блок делится на контрольный и опытный участки. С применением джезполитов было проведено шесть опытно-промышленных взрывов. Критериями оценки эффективности новых ВВ являлись; удельный расход ВВ на первичную отбойку; качество дробления горной массы, оцениваемое диаметром среднего'куска и выходом негабарита; степень проработки подошвы уступа; затраты на разработку 1 м^ горной массы по фтатье расхода ВВ.

Результаты производственных испытаний показали, что применение джезполитов в породах'средней крепости ((=6-12), по сравнению со скважинными зарядами из штатных ВВ, позволяет, не ухудшая качества дробления горной массы и проработки подошвы уступа, снизить на 50-70% затраты на взрывные работы за счет уменьшения массы и средней стоимости ВВ в заряде (табл.4).

С целью выявления возможности использования джезполитов при контурном взрывании скважин большого диаметра были проведены испытания джезполитов марки ДП-4АМ. Было установлено, что применение низкоплотных ВВ при контурном взрывании позволяет получать откосы уступов у проектного контура с минимальным отрывом породы массива и снизить удельный расход ВВ.

В целом, промышленные испытания джезполитов на карьерах НПО "Жезказганцветмет" показали целесообразность их применения для дробления легко- и средневзрываемых трещиноватых пород и заоткоски уступов карьера. Технология взрывных работ с применением новых ВВ защищена двумя авторскими свидетельствами на изобретение (47,49).

На карьерах Жезказгана при проведении опытно-промышленных взрывов с применением новых ВВ

со

Сравнительные технико-экономические показатели взрывов с применением джезполитов

Показатели Скважинный за-. рядизграммо-нита 79/21 Скважинный заряд из джезполитов

ДП-ЗАМ ДП-2АМ ДП-4АМ (контурный заряд)

Длина скважинного заряда, м 12 15 22 3

Плотность ВВ, г/см3 0,87 0,53 . 0,70 0,33

Масса скважинного заряда, кг 504 400 748 51

Общий расход ВВ, кг 26208 6000 9724 663

Средняя стоимость 1 кг ВВ в заряде, руб/кг 0,28 0,1 0,082 0,132

Стоимость 1 пог.м заряда, руб/м 11,78 2,6 2,48 2,24

Стоимость заряда ВВ в скважине, руб. 141,12 40 61,15 6,73

Себестоимость 1 м3 горной массы (по статье расхода ВВ), руб/м-* 0,14 0,042 0,05 0,02

было взорвано более 200 тыс.м3 горной массы. При этом общий расход джезполитов составил 90000 кг.

Приготовление джезполитов и заряжание ими скважин легко механизируются: для этих целей можно использовать серийные смесительно-зарядные машины, а также рекомендуемое в работе устройство (53).

Разработанные составы смесевых ВВ и конструкций скважинных зарядов позволяют решить не только задачу эффективного дробления пород массива, но и способствуют снижению сейсмического действия взрывных волн на охраняемые объекты промышленного и гражданского строительства.

СНИЖЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ НА КАРЬЕРАХ

/17,20,25-28,30,33,34,44,52/

Рассмотренные выше технические решения по регулированию энергии взрыва скважинного заряда послужили основой для разработки сейсмобезопасной технологии взрывных работ при комбинированной разработке месторождения.

Несмотря на наличие многочисленных публикаций, в которых рассматривается сейсмическое воздействие массовых карьерных взрывов на различные сооружения, закономерности изменения интенсивности и частотного состава сейсмических колебаний в зависимости от технологических факторов изучены недостаточно.

В задачи исследований по данной тематике входили: изучение параметров сейсмических колебаний; оценка влияния различных типов ВВ, конструкций скважинных зарядов и схем взрывания на интенсивность и частотный состав колебаний; разработка сейсмобезопасных способов ведения буровзрывных работ.

Для установления интенсивности сейсмических колебаний были проведены сейсмометрические измерения, которые регистрировались многоканальной сейсмической аппаратурой. Наблюдательные станции были размещены в зонах влияния карьеров Златоуст-Беловский (КЗБ) и Акчий-Спасский. Сейсмодатчики располагались на грунтовом основании жилых зданий и промышленных сооружений, а также в ближайших к карьеру подземных выработках.

В результате корреляционного анализа на ЭВМ ЕС-1020 данных измерений получены следующие зависимости скорости колебаний грунта от приведенного расстояния:

- оъ

(5)

- для поверхностных сооружений; Иг = -М&

V- (6)

• для подземных сооружении: ("2.

где 1)г - скорость колебаний грунта;

Ч - расстояние от места взрыва до места регистрации;

Ос - масса ВВ в ступени замедления.

Зависимости (5,6) могут быть использованы для прогноза скорости колебаний грунта в основании сооружений при взрывах без учета их динамики. Но кроме этого должен учитываться и частотный спектр колебаний, так как все инженерные сооружения, являясь колебательными резонансными системами, избирательно реагируют на воздействие различных по частоте колебаний. При этом наибольшую опасность представляют составляющие спектра колебаний, совпадающие с частотой колебаний охраняемых сооружений или близкие к ним по значению. Опасность в этом случае представляют резонансные явления. Вероятность разрушения сооружений существенно уменьшается с увеличением частоты генерируемых взрывами колебаний. Интенсивность раскачки охраняемых сооружений определяется известным коэффициентом динамичности М.А. Садовского &. В нем ключевую роль играет отношение частот (Мо) воздействующих колебаний 1к частотам собственных колебаний сооружения

<о, Гц. Оно показывает степень обеспечения надежности сохранения зданий и сооружений с точки зрения возможности появления резонансных явлений, т.е. интенсивность раскачки сооружений.

В результате аналитических расчетов выведена формула, определяющая зависимость интенсивности колебаний с их частотным составом, а также с динамическими характеристиками самого сооружения:

№

Эзо

6.06

О .бЬ

+ а.

(7)

где - допустимая (заданная) интенсивность колебаний, вызванных массовым взрывом, в зави-. симости от вида охраняемых объектов, балл (по шкале балльности ИФЗ АН СССР).

В соответствии с этой формулой построены номограммы для определения сейсмобезопасных массы заряда и расстояний до охраняемых объектов (рис.4,5). Полученная зависимость (7) позволяет достоверно оценивать сейсмическое действие карьерных

Номограмма для определения массы заряда в группе замедления

<и

0

X

1

а

ш ю

О. С

0.( 02. ■ 0&

Масса ВВ в ступени замедления, О с, кг

Рис. 4.

Номограмма для определения безопасного расстояния

¿Ь

v?-

8 СО

о.

СП

600 «о 200 в.» 02 ш оа

Безопасное расстояние, г, м Коэффициент динамичности,В

о. С

зрывов на близлежащие сооружения и обосновывать тем самым допустимые параметры. Особо от-(етим, что при Ы0 достигается минимизация энергии колебаний в диапазоне собственных частот ох-аняемых сооружений, имеющих в большинстве случаев величину ^=4Гц. Учет частотного состава сейсмических колебаний велся с помощью спектрального анализа. Пред-тавление колебаний в форме спектра позволяет определить диапазон преобладающих частот где осредоточена основная часть энергии колебаний, и наметить возможности их сдвига в желаемом на-

равлении технологическими приемами. ____________ _______________

С целью оценки влияния конструкции скважинных зарядов, типов ВВ и схем взрывания на интенсив-¡ость и частотный состав колебаний в полигонных условиях были проведены экспериментальные зрывы. Проведение их сопровождалось измерением скорости колебаний грунта. По полученным осциллограммам записи путем их аппроксимации и перерасчета динамических напряжений были полу-ены параметры поля напряжений в зоне упругих колебаний. Испытывались все конструкции заряда, ассмотренные выше (рис.6).

Из рис.6 следует, что при зарядах с полостями из гранулированного пенополистирола (ГПП) напряжения и их длительность имеют большие значения; чем напряжения и длительность от взрыва заряда плошной конструкции. Это обстоятельство указывает на пребывание разрушаемого массива в напряженном состоянии более длительное время. Следовательно, такое воздействие взрыва приводит к овышению полезной работы взрыва скважинных зарядов с полостями из ГПП. Оценка сейсмического эффекта испытываемых конструкций зарядов по максимальной амплитуде корости колебаний грунта не позволила выявить различия в действии взрыва из-за равного уровня мплитуд. Поэтому был осуществлен спектральный анализ сейсмических колебаний, который произ-

Графики изменения динамических напряжений при г=100,200,300

о*

02

ОА

/

0\ № 05 1,С

МП а

01 0Й 03

Г>/00

<Ь,МПа

0 СИ 02 0.5 1,С ¿,МПа

ОА 02 |

г \ [

Г=$о о <в,Ш1а

о о.г 0.1 1,с

•¡Щ

о О^ 02 05

6, МП<*

04 0.2 0.5 1,С

1 — заряда с промежутком из ГПП;

0 0.1 0.2. 2 — сплошного заряда;

ОА

оа

МПа

> О.А 0.2 0.5 1,С

3 — заряда с осевой полостью переменного сечения

и

водился по программе частотного анализа, разработанной на кафедре геофизики Карагандинско ПТИ. На выходе программы получали амплитудный и энергетический спектры, которые позволили к личественно сравнивать различные импульсы.

Как видно из рис.7, максимальная сейсмическая энергия колебаний при взрыве скважинных заряда с полостями из ГПП соответствует диапазону частот 10-20 Гц, а при взрыве сплошного заряда - 0-' Гц. Таким образом, при взрыве зарядов с полостями из ГПП основная энергия сейсмических колеб ний в упругой зоне соответствует более высоким значениям частот. В зоне пластических деформащ также выявлено повышение частоты при взрыве зарядов с осевой полостью по сравнению со взр| вом заряда сплошной конструкции, что подтверждают указанные закономерности изменения инте сивности и частотного состава колебаний.

Из приведенных результатов следует, что конструкции скважинных зарядов являются одним из с щественных факторов, определяющих сейсмическое действие взрыва на охраняемые сооружени Сдвиги диапазона преобладающих частот в сторону более высоких при зарядах с полостями ГП способствует более интенсивному затуханию амплитуд скорости колебаний по сравнению со crnioi ным зарядом, а также позволяет вводить коррективы при расчете допустимой массы заряда в стор ну ее увеличения.

При оценке влияния типов ВВ испытанию подверглись заряды из граммонита 30/70 и гранулита А< 8, взрывание велось одинаковых условиях (глубина скважин 14м, длина заряда 8м, длина забойки б! диаметр скважин 243мм).

Из полученных осциллограмм записи колебаний и спектров установлено, что при всех взрывах ам литудный уровень колебаний оставался равным, а спектры имеют различия. Взрыв заряда ВВ с бол( высокой скоростью детонации (граммонит 30/70, Д=5500-6000м/с) вызвал излучение более высокоча тотных колебаний, чем взрыв заряда ВВ с относительно низкой скоростью детонации (гранулит АС-Д=3000-3600м/с). При одновременном взрыве зарядов из указанных ВВ спектры характеризуется б лее широким диапазоном частот. Такое изменение интенсивности и частотного состава колебаний п зволяет заключить, что, применяя ВВ с различными временными характеристиками, можно регулир вать сейсмическую энергию взрыва в широком диапазоне частот.

Отдельно было изучено сейсмическое действие взрывов с использованием смесевых ВВ-джезпол тов, его оценивали по данным обработки осциллограмм записи сейсмических колебаний. Всего бьи выполнено три опытно-промышленных взрыва, испытания велись на КЗБ.

При первом взрыве блок был разделен на два участка: скважины участка №1 заряжались промьи ленным ВВ- граммонитом 30/70 (51 скважина), а скважины участка №2 - джезполитом ДП-ЗА (15скважин). ЛНС, сетка скважин, глубина скважин, длина заряда и забойки оставались одинаков! ми. Взрывание короткозамедленное, величина интервала замедления-35 мс. Скважины, заряженнь граммонитом, имели 16 замедлений, а джезполитом-6 замедлений.

При визуальном, наблюдении было видно, что взрыв на участке №1 сопровождался большим выбр сом пород, чем на участке №2; на последнем навал горной массы был более компактным.

Полученные осциллограммы показали, что записи колебаний частиц среды от взрывов участков N и №2 отличаются интенсивностью и длительностью. Колебания от взрыва скважин, заряженнь джезполитом, более растянуты по времени, что связано с большим временем воздействия взрыва > среду.

После обработки осциллограмм вычислялись величины максимальных скоростей колебаний от о дельных замедлений и оценивалось сейсмическое действие взрыва различных по массе зарядов > одинаковых приведенных расстояниях. Сравнение полученных значений скоростей показало, ч' сейсмический эффект взрыва заряда из джезполита ДП-ЗАМ снижается в 1,2-1,5 раза по сравнени со взрывом заряда из граммонита 30/70.

Последующие два проверочных взрыва подтвердили ранее полученные результаты. И в сейсмич ском отношении применение джезполитов для легко-и средневзрываемых пород оказалось более к фективным, чем дорогостоящих промышленных ВВ. Заметим, что джезполиты могут успешно прим няться и при взрывании в более крепких породах в качестве составной части комбинированного зар да.

С целью дальнейшего совершенствования взрывных работ исследовано влияние на сейсмичесю

фект схемы коммутации скважинных зарядов.

1рименяемые на карьерах Жезказгана порядная и диагональная схемы короткозамедленного взры-ния вследствие прямолинейного расположения серии зарядов, усиливают сейсмические волны в эпендикулярном направлении.... _

1а основе изучения механизма разрушения пород во времени разработан метод взрывной отбойки ___ )ных пород, основанный на короткозамедленном взрывании зарядов из разночувствительных ВВ. взрываемом блоке выбуривают скважины, условно делят на две части. Одну часть скважин блока зяжают высокочувствительными ВВ, другую- низкочувствительными и коммутируют их по трапеци-4дной схеме, после чего производят короткозамедленное взрывание. Такое размещение одинако-х по энергоемкости, но различных по скорости детонации зарядов ВВ полностью исключает взаимо компенсацию напряжений от встречных зарядов ВВ в зоне низкого дробления. 1ри инициировании группы зарядов в каждом замедлении в отбиваемой части массива сначала воз-<нут взрывные напряжения от зарядов ВВ с большей скоростью детонации, которые распростроня-ся в сторону зарядов ВВ с меньшей скоростью детонации. Через определенный промежуток време-который образуется за счет различия скоростей детонации зарядов ВВ, возникнут напряжения от эыва зарядов ВВ с меньшей скоростью детонации,направленные на встречу зарядам ВВ с большей зростью детонации. Они распространяются по уже нагруженной части массива и ослабевают на бо-з далеких расстояниях, тем самым увеличения время взрывного нагружения. 1спользование описанного метода отбойки исключает зоны низкого дробления во встречных схемах зоткозамедленного взрывания и способствует созданию эффекта повторяющихся взрывных нагру-(. Многократность нагружения среды взрывом обусловлена разновременностью возникновения

Спектры сейсмических колебаний при

Частота колебаний

взрывных напряжений и фронтов ударных волн, что и снижает сейсмическое действие взрыва в глуС массива из-за разделения взрывных волн по времени.

Таким образом, применение зарядов ВВ с различными временными характеристиками в блоке и ко» мутация их по трапециевидной схеме короткозамедленного взрывания позволит повысить эффекта ность взрыва.

При взрывной отбойке горных пород в качестве высокочувствительного ВВ используют граммом 30/70, гранулотол, детонит М, алюмотол, граммоналы, в качестве низкочувствительного ВВ - грамм< ниты 79/21 и 50/50, гранулиты М, АС-4, АС-8, а также простейшие составы взрывчатых смесей

Спектры колебаний при диагональной (1) и трапециевидной (2) схемах взрывания

Частота колебания, /. Гц

Частота колебания, /. Гц

Рис. 8.

кезполиты.

Цля оценки эффективности разработанного метода короткозамедленного взрывания по сравнению ;ущ. эу.-ищими были проведены промышленные взрывы на карьерах Петро-Холм Жезказганского рно-металлургического комбината. Скважины контрольного участка заряжали граммонитом 79/21 и

ммутировали по диагональной схеме. -------------------------- ------------- --------------------------

-1а опытных участках одни скважины заряжали граммонитом 79/21, другие - граммонитом 30/70. Эффективность метода оценивали по сравнительным показателям контрольного и опытного участ-в каждого взрыва и данным сейсмических инструментальных наблюдений на одинаковых расстоя-ях от места взрыва.

\нализ результатов проведенных взрывов показывает, что применение метода короткозамедленно-взрывания снижает сейсмическое действие взрыва в 1,4-3,0 раза и существенно улучшает качест-дробления пород. Это позволяет проводить взрывы в стесненных условиях малых карьеров при по-орной разработке с уменьшением расстояния до охраняемых объектов до 50 м. Кроме того, спект-льный анализ результатов сейсмозаписи экспериментальных взрывов показал, что при диагональ-й схеме взрывания преобладающие частоты колебаний находятся в диапазоне 10-15Гц, а при тра-циевидной схеме 25-30 Гц (рис. 8). Такой характер распределения интенсивности колебаний по час-гам определил более высокую сейсмичность диагональной схемы взрывания, связанную созначи-пьной вероятностью резонансного сотрясения охряняемых объектов.

)ценка влияния различных типов ВВ, конструкций скважинных зарядов и схем взрывания с установ-нием диапазона преобладающих частот позволяет дать полную количественную характеристику ко-баний, значительно расширить приемы расчета безопасных расстояний для охраняемых сооруже-й и разработать сейсмобезопасные способы ведения взрывных работ в конкретных горно-геологи-ских и производственных условиях комбинированной разработки месторождения. Нужный эффект стигается целенаправленным подбором конструкции заряда, типа ВВ и схемы коммутации. 1ереход на короткозамедленное взрывание скважинных зарядов, по рекомендуемой схеме, при ко-эом генерируются высокочастотные колебания, дал возможность за счет минимизации сейсмиче-зй энергии в диапазоне собственных частот охраняемых сооружений существенно повысить безо-сность ведущихся на карьерах массовых взрывов.

) целью повышения эффективности охраны объектов промышленного строительства на Жезказ-■юком месторождении испытан и внедрен способ взрывного разрушения горных пород, включаю-1й бурение в пределах взрываемого блока горных пород контурных и основных скважин, их заряжа-

3 и предварительные образование взрывом зарядов в контурных скважинах криволинейной поверх-:ти отражения между охраняемым объектом и взрываемым блоком с последующим последователь-м взрыванием на эту поверхность зарядов основных скважин, отличающийся тем, что с целью по-шения эффективности охраны объектов и снижения объема бурения контурных скважин, контуре скважины бурят в плоскости внешнего контура блока, а после взрывания зарядов в контурных ижинах производят короткозамедленное взрывание через один зарядов смежных с образованной нтурной щелью основных скважин, причем эти скважины бурят с наклоном к щели, а скважины ме-¡у ними - с наклоном от щели. . ,

: 1985г. на карьерах Жезказгана по инициативе и под руководством автора проведена промышлен-

4 проверка разработанной сейсмобезопасной технологии БВР. Анализ интенсивности колебаний и «ства взорванной горной массы на экспериментальных участках показал, что сейсмическое дейст-з взрыва снизилось в 2-3 раза при уменьшении среднего диаметра куска в среднем на 20% по сравню с контрольными. Установлено снижение удельного расхода ВВ на 12% (от 0,659 до 0,591 м3)и повышение производительности горнотранспортного оборудования на 10-12%(от 128,4 до ),3 м3/ч).

асчет допустимой массы ВВ в ступени замедления по формулам (5,6) позволил увеличить ее при швании вблизи охраняемых сооружений в 2-4 раза по сравнению с.допустимой массой ВВ.опреде-той в соответствии с "ЕПБ при ведении взрывных работ". Это обеспечило извлечение потерянных 1асов руд, прилегающих к шахтным сооружениям, при граничной интенсивности колебаний 6 бал) согласно ГОСТу 6249-52.

[ля обеспечения сейсмической безопасности промышленных взрывов и оценки степени их воздей-

Сейсмический аппаратурный комплекс КАРС-1А-Н-01

Сейсмическая станция воспроизведения

1-регистратор; ^ осцилограф;

2- блок обработки; 5- накопитель

3- пульт управления;

Автономная станция АСС—3/12

1-блок питания;

2- сейсмоприёмник СК—1П; 3- блок регистратора

1/лема раышлилчсппи паилтидо ■ спопшл ь ■ апцпп ншш^и ■ ц/иш V нишш.

в центральном поле Жезказганского месторождения

13 „х. ~г

I» I Стволы шахт

1 ж | Поверхностные охраняемые объекты |езв! Контуры карьера I У I Наблюдательные станции

ствия на охраняемые объекты с 1993 г. применяется сейсмический аппаратурный комплекс КАРС-Н-01, предназначенный для регистрации и воспроизведения сейсмических сигналов и их обработ Комплекс состоит из пяти автономных станций записи - АСС-3/12 и одной станции вocпpoизвeдe^ -ВСС-3/6 (рис.9).

Станция записи АСС-3/12 предназначена для автономной долговременной регистрации на магн: ную ленту сейсмической информации с указанием времени прихода сейсмоволн. Станция воспроиз! дения ВСС-3/6 является лабораторной частью аппаратурного комплекса и предназначена для восп| изведения информации, ее визуализации с помощью светолучевого осциллографа, преобразовак воспроизводимой информации в цифровую форму и записи результатов на магнитную ленту нако! теля.

Наличие в станции записи АСС-3/6 трехкомпонентных сейсмоприемников СК-1П позволяет ориен-ровать их в пространстве в декартовой системе координат по составляющим Х,У, и!с помощью б; соли.

Станции записи размещаются вблизи охраняемых объектов и ведут непрерывную запись сейсми> ских колебаний в течение 48 часов. Интенсивность сейсмических колебаний оценивается в баллах шкале ИФЗ АН СССР по скорости и смещению фунта.

В результате эксплуатации сейсмического аппаратурного комплекса выявлена его высокая эфф< тивность и разрешающая способность в диапазоне низких частот (до 64 Гц). Например, этим комгок сом регистрируются не только карьерные, но и шахтные мелкошпуровые взрывы по отдельным очер дям замедлений. Зарегистрированы также динамические проявления горного давления в налегающ породах над подземнымыи пустотами перед обрушением старых выработок шахты Покро в апре 1993г. ПЫЯОАЯ&Т Н£ Тошо контроАцробаЛ слншищ /¡рыцод.

Накопленные результаты измерений около пятидесяти промышленных взрывов на карьерЖ^нои у равлять ими посредством спектрального анализа результатов измерений с использованием-ЭВМ разработки технологических мер по снижению амплитудных всплесков сейсмоволн, а наличие н скольких сейсмоакустических станций, размещаемых вокруг карьера, обеспечивают независимое результатов прохождения сейсмоволн по разным направлениям горного массива (рис.10). В дальне шем намечается внедрить систему телеметрической связи с целью достижения оперативности и н прерывности наблюдений за взрывами, а также динамическими изменениями в налегающей тот горных пород Жезказганского месторождения.

Предложенная технология БВР опробована и при отработке участка Петро-Холм - первоочередж объекте повторной открытой разработки Жезказганского месторождения. Запасы участка были отр ботаны подземным способом полвека назад по системе открытого забоя с нерегулярным оставление опорных целиков. По этой причине расстояние между целиками, их высота, а, следовательно, и объ мы изменяются в широких пределах. Состояние кровли очистных выработок неустойчивое, хотя с новная часть непосредственной кровли и породы потолочины представлена сероцветными песчаник ми плотностью 2,6 т/м?,и крепостью пород по шкале М.М.Протодьяконова 10-16.

Особенность повторнйй отработки участка состоит в том, что горные работы ведутся на подработа ных по вертикали площадях. Это потребовало принятия специальных мероприятий, позволяющих у пешно отработать оставленные в недрах запасы руды.

Они включали предотвращение проникновения продуктов взрыва в подземные выработки с пом щью установки перемычек в местах возможного прохода газов, точное определение местоположем целиков, высоты потолочины подземных камер при помощи разведочного бурения по сетке скваж! 10x10 м, обоснование очередности и порядка взрывного обрушения отдельных блоков горных поро уменьшение сейсмического воздействия карьерных взрывов на поверхностные и подземные сооруж! ния. Причем последнее - одно из основных мероприятий по обеспечению безопасности повторной о работки, так как направлено на исключение возможных обрушений и вывалов пород от взрыва, оо бенно на участках с неудовлетворительным состоянием кровли выработанного пространства.

Взрывные работы в карьере ведутся в непосредственной близости от подземных камер, целико, Это ограничивает масштабы массовых взрывов из-за их сильного сейсмического воздействия, коп рое может привести к вывалам в кровле, нарушенийподземных выработок и разрушениггцеликов. П< этому на участке Петро-Холм использованы указанные выше сейсмобезопасные способы взрывнс

План разделительного целика между карьерами Златоуст-Беловский и шахтой 57Бис с прилегающими панелями

УуУА Рудные целики

Рис.11.

отбойки, основанные как на рациональной конструкции скважинного заряда, так и на эффективных схемах короткозамедленного взрывания. Они позволили существенно уменьшить сейсмическое воздействие взрывов и исключили самообрушение пород кровли выработанного пространства близлежащих к месту взрыва участков в период ведения горных работ.

Общая масса заряда каждого отдельного массового взрыва составляла 10-30т, при этом достигнуто устойчивое состояние целиков и подземных пустот. При ведении буровзрывных работ применялись вертикальные скважинные заряды ВВ, взрываемые короткозамедленно с применением КЗДШ с интервалом замедления 20-35 мс. За период 1987-1989 г.г. на участке Петро-Холм произведено шесть-массовых взрывов. Отбито около 1800,0 тыс. м3 горной массы, что обеспечило высокие технико-экономические показатели горны£работ при повторной отработке открытым способом.

Данные сейсмометрических наблюдений за взрывами показали, что максимальные значения скорости колебаний для поверхностных сооружений не превышали 1,5 см/с, а для подземных выработок близлежащего горизонта (гор. +230 м) -0,4 см/с против допустимого 3 см/с. Визуальный осмотр после каждого взрыва также освидетельствовал о целостности массива горных пород.

Снижению сейсмического воздействия способствовали как сейсмобезопасные способы взрывания, так и естественные экраны в виде подземных пустот на пути распространения сейсмоволн, экранирующие массив и поглащающие энергию волн.

Другой сферой применения разработанной технологии взрывных работ явилась комбинированная отработка разделительного целика между карьером Златоуст-Беловский (КЗБ) и шахтой 57-бис Вос-точно-Жезказганского рудника (ВЖР) (рис. 11).

Как видно из рис. 11, по восточному и южному бортам КЗБ граничит с подземными панелями шахты. По проекту института „Гипроцветмет" ширина разделительного целика принята 100 м из расчета устойчивости борта карьера'и междукамерных целиков (МКЦ) в прибортовых панелях. До подхода открытых работ к предельному контуру на юго-восточном борту целик был частично отработан шахтой по камерно-целиковой системе с закладкой выработанного пространства (панели 8а и 8" рис. 11).

В1988 г. по заказу НПО „Жезказганцветмет" ЖезказганНИПИ-цветметом, ИГД АН РК, МГРИ, МГИ и ВНИПИгорцветметом выполнен технологический регламент для проектирования отработки запасов в разделительном целике между КЗБ и шахтой 57-бис, в котором дано геомеханическое обоснование устойчивости борта карьера и подземных выработок, разработаны технологические схемы комбинированной отработки, а также мероприятия по изоляции действующих подземных выработок от вероятного проникновения взрывных газов из карьера. С целью одновременной разработки запасов полезного ископаемого в разделительном целике подземными и открытыми горными работами восточный участок (севернее панели 8а) предусматривается к разработке шахтой 57-бис, а Южный участок к западу от панели 8°) — карьером.

Вследствие этого была рассмотрена возможность более эффективной отработки запасов в разделительном целике в районе панели 32 за сравнительно короткий срок. Эта задача решалась по условиям обеспечения устойчивости отдельных уступов и в целом борта на участке панели 32 при приближении открытых горных работ, а также устойчивости МКЦ при сейсмическом воздействии карьерных взрывов и уменьшении площади нетронутого массива в основании борта за счет его подработки до 30 м. ■

Геомеханическая оценка устойчивости участка выявила возможность среза МКЦ в кровле панели за счет касательных напряжений и выхода обрушения на борт карьера.

В связи с этим разработаны организационно-технические мероприятия, предусматривающие ограничения массы одновременно взрываемого в карьере ВВ, улавливание кусков породы, отслаивающихся с откосов уступов, локализацию зоны обрушения в случае выхода ее на борт карьера, изоляцию участка от действующих подземных выработок и постоянный приборный контроль за геомеханическим состоянием целиков в панели 32 и налегающего массива. .

С этой целью в целиках установлены датчики сейсмической станции АСН-6, связанной с управляющим комплексом СМ-1420. Кроме того, на поверхности в непосредственной близости от бровки верхнего уступа заложена профильная линия, по которой производятся инструментальные наблюдения за репером. Визуальное обследование целиков проведенное в декабре 1992 г., показалонезначительные сколы целиков и отслоение кровли. В целом состояние панели хорошее.

В течение 1991-1992 гг. из разделительного целика открытыми горными работами добыто 1200 тыс. т. руды с экономическим эффектом более 60 млн. руб. Горные работы в карьере планируется завершить в 1994 г. При этом в общей сложности будет добыто 1800 тыс. т руды. Оставшиеся запасы будут отрабатываться подземным способом со стороны шахты 57-бис.

Добыча потерянных запасов в разделительном целике производилась путем обеспечения защиты панели 32 от сейсмического действия карьерных взрывов за счет применения сейсмобезопасной технологии буровзрывных работ.

В целом, экономический эффект от внедрения всех предложенных в работе технологических решений на карьерах НПО „Жезказганцветмет" за период 1975-1991 гг. составил 4,195 млн. руб. (в ценах 1991 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представленной в форме научного доклада, решена крупная научно-техническа? проблема: дано научное обоснование экономически эффективной и сейсмобезопасной технолога взрывных работ на карьерах при комбинированной разработке рудного месторождения; внедрение предложенных разработок внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса на горных предприятиях НПО „Жезказганцветмет".

Основные выводы и рекомендации работы состоят в следующем:

1. Эффективность комбинированной — открыто-подземной разработки рудного месторождения определяется состоянием обеспечения высокопроизводительной горной и транспортной техники достаточным объемом качественно взорванной горной массы, сохранения длительной устойчивости шахтных сооружений, подземных выработок и объектов инфраструктуры.

2. Разработан и обоснован новый метод регулирования плотности заряда ВВ путем оптимизации конструкции скважинного заряда. Он обеспечивает соответствие взрывного нагружения сопротивляемости породного массива разрушению в зависимости от геометрических параметров.

3. Эффективным средством регулирования энергии заряда в скважине и снижения сейсмического воздействия взрыва на охраняемый объект служит вспененный гранулированный полистирол (ГПП). Последний широко может быть использован в качестве заполнителя поперечных и осевых полостей в заряде, а также регулируемых добавок в состав смесевых ВВ (джезполитов).

4. Заполнение промежутков в заряде пенополистиролом на длину до 2 м позволяет осуществлять детонацию рассредоточенных частей заряда, исключить подвод дорогостоящих средств инициирования ко всем их частям.

5. Применение джезполитов дает возможность варьировать плотность заряда по длине скважины, обеспечивает необходимую концентрацию энергии ВВ по всей высоте уступа. При использовании джезполитов достигается не только экономия дорогостоящих промышленных ВВ, но и снижается сейсмический эффект массовых взрывов в карьере.

6. Сейсмическое воздействие карьерных взрывов на промышленные и гражданские объекты можно уменьшить как за счет ограничения массы зарядов в одной ступени замедления, так и за счет сдвига частот сейсмических колебаний в зону более высоких значений, снижающих вероятность всплеска резонансных явлений. Это достигается применением рекомендуемых конструкций скважинных зарядов с полостями из ГПП, а также специальных схем коммутации.

7. Разработанная система регистрации карьерных взрывов с применением аппаратурного комплекса КАРС-1А-Н-01 позволяет не только осуществлять контроль, но и управлять взрывами посредством спектрального анализа результатов измерений и разработки технологических мер по снижению амплитудных всплесков сейсмоволн.

8. Предложенные конструкции зарядов и технология взрывных работ получили широкую экспериментальную проверку и внедрены на карьерах Златоуст-Беловский, Акчий-Спасский НПО .Жезказганцветмет".

Сейсмобезопасная технология взрывных работ была успешно испытана в условиях повторной открытой разработки Жезказганского месторождения на участке „Петро-Холм" и применена при отработке разделительного целика между карьером Златоуст-Беловский и шахтой 57-бис. Суммарный экономический эффект от внедрения в производство технологических решений, рекомендованных в данной работе, составил 4,195 млн. руб. (в ценах 1991 г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Развитие открытых горных работ на Джезказганском комбинате. Горный журнал,-1972-. №11. С. 16-22 (соавторы Асатов С.К., Вахрушев В.В., Кинеев Т.Д., Лукер Л.М. Ах-матчин А.Х).

2. Совершенствование буровзрывных работ на карьерах Джезказгана //Горный журнал.-1972,- №11. С. 38-40 (соавторы Асатов С.К., Вахрушев В.В., Кинеев Т.Д.).

3. Новая эффективная конструкция заряда с воздушной подушкой// „Экспресс-информация". Серия 07,- Вып. 79.-Алма-ата: Каз НИИНТИ.-1974. -5 с. (соавторы Жунусов К.Ж., Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.Д.)

4. Эффективный способ создания воздушных полости в скважинном заряде //Цветная металлургия.- 1975.-№7,- С. 14-15 (соавторы Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.Д. , Жунусов

К.Ж.).

5. Способ управления энергией взрыва скважинных зарядов на основе применения гранулированного пенополистирола в составе промышленных ВВ //Применение взрыва в горном и строительном деле.-Фрунзе: Илим, 1976.-С. 25-30 (соавторы Баранов Е.Г., Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.Д.).

6. Опыт применения гранулированного пенополистирола в скважинных зарядах на карьерах И Горный журнал.-1977,- №7.- С. 54-56 (соавторы Вахрушев В.В., Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.Д., Парфенов Г.К., Богатырева Т.П.).

7. Разделение зарядов ВВ в скважинах вспененным полистиролом,- Инф. листок.-Се-рия 07-03,- №668,- М.:Цветметинформация.- 1977 (соавторы Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.Д. , Богатырева Т.П.).

8. Результаты промышленных испытаний скважин зарядов с промежутками из гранулированного пенопластирола //Взрывное дело.- М.: Недра.-1977,- №78/35.- С. 102-106 (соавторы Бекетаев Е.Б., Кинеев Т.А., Жунусов К.Ж.).

9. Опыт совершенствования технологии буровзрывных работ на карьерах Джезказгана//Цветная металлургия.-1978,- №20.- С.10-13 (соавторы Бекетаев Е.Б., Юнг А.А., Пло-шенко Т.П., Урумов Т.Т., Берг А.И.).

10. Исследование работоспособности взрывчатых смесей джезполитов с регулируемой плотностью // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1981.-№2- С. 45-49 (соавторы Баранов Е.Г., Бекетаев Е.Б., Урумов Т.Т., Болдина С.А.).

11. Вторичная разработка месторождений руд цветных металлов Казахстана. Аналитический обзор.- Алма-Ата: КазНИИНТИ.- 1981.- 66 с. (соавторы Серазутдинов A.M., Мальченко Ю.Н., Мауленкулов С.М., Урумов Т.М., Мещеряков Г.В., Сафаргалиев Г.С., Маркус Н.С., Гердт В.К., Шабанбаев Э.Х.).

12. Совершенствование технологии буровзрывных работ при заоткоске уступов зарядами большого диаметра на карьерах Джезказганского ГМК //Цветная металлургия.-1982.-№7.-С. 8-10 (соавторы Урумов Т.Т., Бекетаев Е.Б., Кондаров И.Д., Гонзаров О.Ш.).

13. Вторичная разработка списанных в потери запасов — резерв сырьевой базы руд-

ников Джезказгана //Цветная металлургия.-1982.-№21. С. 10-12 (соавторы Сафаргалиев Г.С., Сапаков Е.А., Писарев А.Ф., Андреева Н.И.).

14. Возможности открытой разработки Джезказганского месторождения.-Тез. докл. Всеросс. конф. „Богатству недр — общественный контроль" - Челябинск. 1983.-С. 47-49 (соавторы Галиакпаров Н.А., Сафаргалиев Г.С., Андреева Н.И.).

15. Джезказганский горно-металлургический комбинат // Горная энциклопедия,- Том 2,- М.: Советская энциклопедия,— 1983.-С. 218-219.

16. Способ взрывной отбойки горных пород.—Инф. листок.-№84-3.-Джезказган:ЦНТИ. -1984,-4с. (соавторы Урумов Т.Т.).

17. Безопасная технология буровзрывных работ//Цветная металлургия.-1984.-№6.-С.' 9-12 (соавторы Урумов Т.Т., Сатов М., Бекетаев Е.Б.).

18. Регулирование концентрации энергии скважинного заряда с помощью осевой полости переменного сечения.-Инф. листок.-№85.-2.-Джезказган: ЦНТИ.-1985.-4с. (соавторы Урумов Т.Т.).

19. Йовый сособ взрывной отбойки горных пород на карьерах Джезказгана //Цветная1 металлургия.-1985.-№2.-С. 21-23 (соавтор Урумов Т.Т.).

20. Величины сейсмобезопасных зарядов при массовых взрывах на карьере //Безопасность труда в промышленности.-!985.-№9,- С. 42-43 (соавторы Урумов Т.Т., Сатов М.Д.).

21. Новая техника и технология — основа безопасности //Безопасность труда в про-мышленности.-1985.-№11 .-С, 44-46.

22. Повыение эффективности отбойки скважинными зарядами //Горный журнал.-1986.-№11.-С. 29-30. (соавторы Сатов М.Д., Урумов Т.Т.).

23. Метод повышения интенсивности разрушения пород взрывом. Тез. докл. Всесоюз. научно-тех. конф. „Эффективность и безопасность буровзрывных работ на карьерах и рудниках цветной металлургии.-Свердловск.-1986.-С. 15-16 (соавторы Урумов Т.Т., Сатов М.Д.).

24. Новая технология взрывных работ на карьерах на основе применения гранулированного пенополистирола в скважинных зарядах. Аналитический обзор.-Алма-Ата: Каз-НИИТИ.-1987.-57с. (соавторы Урумов Т.Т., Бекетаев Е.Б.,Плошенко Т.П.).

25. Короткозамедденное взрывание скважинных зарядов ВВ на карьерах Джезказгана //Цветная металлургия.-1988.-№1.С. 4-6 (соавторы Урумов Т.Т., Сатов М.Д.).

26. Технология горных работ при повторной отработке Джезказганского Месторождения открытым способом //Комлексное использование минерального сырья.-1988.-№5.-С. 9-11 (соавторы Урумов Т.Т.,Сапаков Е.А., Сатов М.Д., Плошенко Т.П.).

27. Совершенствование технологии взрывных работ на карьерах, Джезказгана //Цветная металлургия.-1988.-№10.-С. 12-12 (соавторы Бекетаев Е.Б.,Урумов Т.Т., Плошенко Т.П.).

28. Повторная разработка Джезказганского месторождения открытым способом

/Цветная металлургия.-1988.-№10.-С. 11-11 (соавторы Вахрушев В.В:, Сапаков Е.А., /румов Т.Т., Сатов М.Д.).

29. Научно-технический прогресс — основа интенсификации горного производства Горный журнал.- 1988.-№11,- С. 6-8.------------------------- - -----------------------

30 Сейсмобезопасная технология взрывных работ на карьерах //Горный журнал.-1988.-№11.- С. 19-20 (соавторы УрумовТ.Т., Косыбаев М.К., Сатов М.Д.).

31. Перспективы повторной разработки Джезказганского месторождения //Горный курнал.-1988.-№12.-С. 33-35 (соавторы Сапаков Е.А.).

32. Комплексное использование минеральных ресурсов — основа экономикяНПО Джезказганцветмет" //Комплексное использование минерального сырья.-1990.-№11.-С. 6-19 (соавтор Сапаков Е.А.),

33. Влияние карьерных взрывов на охраняемые объекты //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1991.-№4-С. 55-62 (соавторы Ермеков Т.М., Сатов /1.Д.).

34. Повышение сейсмобезопасности взрывных работ на карьерах Джезказгана //Гор-1Ый журнал.-1991-№8.-С. 36-38 (соавторы Сатов М.Д.).

35. Технико-экономическое обоснование контуров открытой повторной разработки

Джезказганского месторождения //Комплексное использование минерального сырья.-991,- №10.-С. 12-16 (соавторы Мулькибаев О.М., Сапаков Е.А.).

36. Научно-технический прогресс — основа успешной работы горных предприятий НПО Жезказганцветмет" в условиях рыночной экономики — Тез. докл. Межресп. научно-|ракт. конф. „Научное наследие академика О.А.Байконурова и проблемы развития гор-юдобывающей промышленности".-Жезказган.-1992.-С. 3 (соавтор Сапаков Е.А.).

37. Комбинированная разработка разделительного целика между открытыми и под-¡емными работами Жезказганского месторождения // Горный журнал.-1993.-№6.-С. 18-!0 (соавторы Сапаков Е.А., Сабденбеков У.С.).

38. Прогноз отрицательных воздействий карьерных взрывов // Горный журнал.-1993.-Й11.-С. 59-61 (соавторы Сатов М.Д., Косыбаев М.К.).

39. О технической политике объединения // Горный журнал.-1993.- №11.-С. 3-6.

40. К вопросу повторной открытой разработки Жезказганского месторождения // Гор-1Ый журнал.-1993.-№11. С. 15-17 (соавторы Косыбаев М.К., Сапаков Е.А., Андреева 1.И., Кондров И.Д.).

41. Совершенствования ассортимента ВВ, применяемого при взрывной отбойке в НПО Жезказганцветмет"// Горный журнал.-1993.- №11.- С. 31-33.

42. Опыт применения ВВ местного приготовления гранулита А-6 в условиях НПО „Жез-азганцветмет" // Горный журнал.-1993.-№11.- С. 33-35.

43. Управление процессом взрыва с использованием пенополистирола.- Тез.докл. Об-

ластной научно-практ. конф. „Проблемы, перспективы и направления социально-эконо мического развития Жезказганской области в условиях рыночных отношений", Жезказ ган, 1993.

44. Новый способ регистрации промышленных взрывов на карьерах АО „Жезказган цветмет". — Тез. докл. областной научно-практ. конф. „Проблемы, перспективы и напра вления социально-экономического развития Жезказганской области в условиях рыноч ных отношений". Жезказган, 1993.

45. Большой Жезказган (становление, развития, перспективы АС „Жезказганцветмет"). Тематическая книга, Алматы-1994. (председатель редакционное колегии, соавторы Имангалиев А.И., Кулаев Ю.М., Лавецкий В.И., Лопан С.Л.)

46. Открытые горные работы. Тематическая книга „БольшойЖезказган", Алматы 1994г.—С. 64-69

47. A.c. №620599 СССР. Способ отбойки полезных ископаемых (соавторы БекетаеЕ Е.Б., Кинеев T.A.). Заявлено 30.06.75.

48. 48. A.c. №676136 СССР. Способ взрыва заряда взрывчатого вещества в скважина: (соавторы Бекетаев Е.Б., Урумов Т.Т., Аманжолов Э.А., Смирнов A.A., Казимир В.Т.).За явлено 01.09.77.

49. A.c. №726819 СССР. Взрывчатый состав (соавторы Баранов Е.Г., Бекетаев Е.Б. Ким П.П., Урумов T.T., Плошенко Т-П.).Заявлено 8.02.78.

50. A.c. №726858 СССР. Способ взрывной отбойки горных пород (соавторы Бекетае* Е.Б.,Урумов T.T., Косыбаев М.К., Юнг A.A.). Заявлено 18.09.78.

51'. A.c. №861595 СССР. Способ регулирования концентрации энергии, взрыва заряд; взрывчатого вещества (соавторы Урумов T.T., Юнг A.A.). Заявлено 26.12.79.

52. A.c. №142644 СССР. Способ взрывного разрушения грных пород вблизи охраняе мы* объектов (соавторы Сатов'М.Д., Урумов Т.Т.). Заявлено 25,12:86.

53. A.c. №1565198 СССР. Устройство для приготовления и заряжания взрывных сме сей , (соавторы Узаков А.Б., Бейсенбаев А.М., Долгов A.C., Костюченко В.В., Ким П.П.) Заявлено 3.11.87.

Пайдалы кдзба байлык,тарын к,уранды эдкпен игеру кез1нде карьерлерде аттыру жумыстарын журпзудщ жаца технологиясы.

МАРАТ 1СКЕНД1РУЛЫ ЖЭРКЕНОВ К,ОРЫТЫНДЫ

Диссертацияда скважиналардагы зарядтар куаттарын реттеудщ жаца жолдары, оныц ¡шшде арядтарды 6ip-6ipmeH тушршектелген кебш полистирол арк^ылы белу, жарылшш заттар к,ос-[асы — джезполитпен аттыру тэсь\дер1 кврсетиген; сак,талуга Tiiic шахта гимараттарыньщ iepiKTÏriHe жарылыс толк^щдары мен олардьщ к;айталай согу спекторы эсерлершщ зацды-,ык,тары аньщталган.

Ipi гылыми-техникалык, мэселе: кен орындарын к,уранды эд!спен 6ip мезплде игеру кагдайында карьерлерде аттыру жумыстарын журпзудщ экономикалык, тшмдд жэне цаутсю ехнологиясына гьиыми талдау жасалып memÏMi табылган.

New technology of explosion works on open pits with combined development of natural resourses deposits Zharkenov Marat Iskanderovich

Summary

The present dissertation work has elaborated the new methods of monitoring borehole charges lower, which include charges with spaces for granulated special polyster /GSP/ and mixed W -

Izhezpolytes: established explosion waves distribution phenomena, their effect and frequency specrum on protected mine installation foundations.

The important scientific-technical problem is determined: in this work the scientific basis is given or economically effective and seismosafe technology during explosion works on open pits with ombined development for ore deposits.