Исследование технологии приготовления и применения акватолов в комплексе взрывных работ на карьерах

С ростом масштабов и глубины открытых горных работ в отечественной и зарубежной практике прослеживается четкая тенденция увеличения объемов взрывных работ за счет вовлечения в разработку глубоких горизонтов карьеров и возрастания доли скальной горной массы в общих объемах выемки. Наряду с отмеченным, значительно усложняются горногеологические и горнотехнические условия разработки месторождений, возрастает доля трудновзрываемых и обводненных горных пород. В частности, на карьерах Качканарского ГОКа, где проводились основные исследования и производственные эксперименты, доля труднои средневзрываемых пород в настоящее время достигла 99% общего объема, а обводненность взрываемых блоков превысила 50%.

Соответственно, с ростом объемов ведения взрывных работ растут и потребности во взрывчатых веществах. Всё больше требуется ВВ высокой мощности, обеспечивающих разрушение крепких скальных и, часто, обводненных массивов.

Затраты на буровзрывные работы в общей стоимости единицы добываемой горной массы в России составляют порядка 30%, причем основная статья расходов — взрывчатые вещества. Производство взрывчатых веществ сконцентрировано на отдельных специализированных предприятиях и только незначительное количество простейших и водосодержащих ВВ изготавливается на местах применения, в то время как в мировой практике наблюдается устойчивая тенденция повышения доли взрывчатых веществ местного изготовления.

В связи с чрезмерно возросшей стоимостью ВВ заводского изготовления и железнодорожных тарифов, опасностью и ужесточением требований к перевозке разрядных грузов, резко возросла целесообразность изготовления взрывчатых веществ на горных предприятиях. Увеличение объемов применения ВВ местного приготовления является одним из путей снижения затрат на взрывные работы. Для подготовки горной массы в трудновзрываемых обводненных массивах одним из перспективных направлений является применение водосодер

— 5 жащих взрывчатых веществ (акватолов). Их широкое использование сдерживается отсутствием рецептур, содержащих безопасные и дешёвые компоненты, недостаточной физической стабильностью и водоустойчивостью составов, а также отсутствием эффективных технологий и технических средств для приготовления ВВ и заряжания скважин.

В этой связи разработка рецептур акватолов, обладающих физической стабильностью и водоустойчивостью, из безопасных и дешевых компонентов, создание технологии и технических средств для их приготовления в условиях горных предприятий и заряжания ими скважин на карьерах является актуальной задачей: в научном плане это установление взаимосвязей между компонентным составом, и взрывчатыми и технологическими характеристиками водосодер-жащих ВВв практическом плане это разработка способов и средств придания эксплуатационных свойств составам водосодержащих ВВ, обеспечивающих заданное качество дробления массива горных пород.

Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института горного дела Уральского отделения РАН.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ настоящей диссертационной работы является взрывная подготовка горной массы на карьерах с использованием акватолов, приготовляемых в условиях горного предприятия.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ являются закономерности формирования рецептур акватолов с требуемыми энергетическими и детонационными характеристиками, а также способы управления их технологическими свойствами в зависимости от горнотехнических условий применения.

— 6.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ — исследование зависимостей между рецептурой, взрывчатыми характеристиками и эксплуатационными свойствами акватолов, влияющих на технологию их приготовления и качество заряжания скважин и обеспечивающих повышение эффективности и безопасности взрывных работ на карьерах.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в установлении и использовании многофакторной зависимости взрывчатых характеристик акватолов от их рецептуры для управления параметрами технологии их приготовления на карьерах.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ В РАБОТЕ:

1. Управление параметрами технологии приготовления и заряжания скважин акватолами различных рецептур достигается за счет использования многофакторной зависимости их взрывчатых характеристик и эксплуатационных свойств от компонентного состава.

2. Максимальная эффективность и надежность работы заряда аквато-ла достигается за счет применения предложенных способов, исключающих попадание буровой мелочи в нижнюю часть колонки и обеспечивающих фиксацию в ней промежуточного детонатора, а также технических средств, позволяющих подать взрывчатую композицию под столб воды.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Исследовать зависимости взрывчатых характеристик ВВВ от компонентного состава, разработать алгоритм и программу для ЭВМ с целью автоматизированного определения композиции ВВВ и их взрывчатых характеристик. Разработать новые рецептуры акватолов.

2. Установить диапазон изменения технологических параметров приготовления жидкой фазы взрывчатой смеси, разработать технологию и технические средства дозирования и смешивания компонентов, транспортирования.

— 7 взрывчатой смеси в обводненную скважину и формирования из нее заряда в едином непрерывном процессе.

3. Провести опытно-промышленную проверку и технико-экономическую оценку разработанной технологии и технических средств приготовления и применения новых рецептур водосодержащих взрывчатых веществ в условиях горных предприятий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Впервые доказана многофункциональная зависимость между компонентами, входящими в состав водосодержащих взрывчатых веществ, в том числе включающих комбинированное горючее (ТНТ + жидкое углеродное топливо), окислитель и воду, на энергетические и детонационные характеристики взрывчатой смеси, и на ее основе разработана методика формирования рецептур ВВВ с требуемыми взрывчатыми свойствами, обеспечивающими необходимое качество подготовки горной массы к выемке.

2. Установлена зависимость взрывчатых свойств водосодержащих ВВ от количества в их составе воды и соотношения горючего, представленного индивидуальным ВВ (гранулотол) и жидким углеводородным топливом в случае применения комбинированного горючего, исходя из условий ограниченного по верхнему (18%) и нижнему (12%) пределам содержания воды и кислородного баланса, близкого к нулевому.

3. Разработан алгоритм расчета композиций взрывчатых смесей, состоящих из горючего, окислителя и воды, основанный на многофункциональной связи компонентов в рецептуре водосодержащих ВВ при нулевом кислородном балансе.

4. Разработан метод расчета параметров и количества раствора окислителя, исходя из технологических требований, обусловленных конструкцией зарядов и принятыми способами придания им физической стабильности.

5. Обоснованы способы придания физической стабильности зарядам акватолов и в зависимости от этого рекомендованы способы заряжания скважины.

6. Разработаны алгоритм и программа определения энергетических и детонационных характеристик водосодержащих ВВ, не имеющих в составе металлического горючего.

7. Разработан способ оперативного регулирования энергетических и детонационных характеристик акватолов и их технических свойств в зависимости от горнотехнических условий их применения.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит: в разработке методики формирования рецептур ВВВ с требуемыми энергетическими, детонационными и технологическими характеристиками в зависимости от физико-механических свойств и обводненности горных пород, в обосновании способов придания физической стабильности зарядам акватолов и технологических приемов их приготовленияв разработке технологии взрывного разрушения горных пород с применением акватолов, которая полностью вписывается в комплекс взрывных работ, применяемый на предприятиив разработке способа заряжания обводненных скважин с изоляцией нижнего торца колонки заряда, исключающей перемешивание акватола с буровой мелочьюв разработке способа фиксации промежуточного детонатора в колонке заряда при механизированном заряжании акватола под столб водыв определении области применения акватолов и способов их заряжания в зависимости от горно-геологических условий массива.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ включают аналитический метод, содержащий исследование физической сущности, анализ теоретических и экспериментальных исследований по данному вопросудедуктивный и индуктивный методы для установления общих принципов формирования рецептур ВВВ и частных решений по регулированию отдельных характеристиклабораторные и натурные эксперименты.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается удовлетворительной сходимостью аналитических расчетов с данными натурных экспериментов, широким внедрением результатов исследований на горных предприятиях.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ базируются на исследованиях, проведенных на карьерах Качканарского ГОКа. Использованы материалы исследований лаборатории разрушения горных пород Института горного дела УрО РАН (бывший ИГД МЧМ СССР, г. Екатеринбург).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы систематически докладывались на конференциях и Ученых Советах ИГД МЧМ СССР и ИГД УрО РАН, 1977;1999 гг., Всесоюзных конференциях по взрывным работам (г.Качканар, 1989;1996 гг., г. Междуреченск, 1997 г.), III Международной конференции по буровзрывным работам (Москва, 1997 г.), Международной конференции по открытым горным работам (Москва, 1998 г.), на технических совещаниях по повышению эффективности буровзрывных работ (Качканарский ГОК, ССГОК, разрез Красногорский). Материалы исследований использованы при разработке ТУ на акватолы «Т» и «ТН», институтом НИПИГОРМАШ при разработке технической документации и создании смесительно-зарядной машины МЗВ-10, Качканарским ГОКом при разработке, строительстве и освоении технологии приготовления и внедрении водосодержащих взрывчатых веществ.

ПУБЛИКАЦИИ. Автором опубликовано 28 статей, основные положения диссертационной работы представлены в 9 статьях и 3 авторских свидетельствах.

— 10.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 170 страниц, содержит 21 таблицу, 28 рисунков, 5 приложений.

Список использованных источников

включает в себя 91 наименование.

4.6. Выводы.

1. Установлено, что технология приготовления и заряжания акватолов полностью вписывается в существующий на предприятии комплекс взрывных работ. Так подготовка компонентов акватолов осуществляется на имеющемся базисном складе и стационарном пункте подготовки ВВ, раствор окислителя готовится на специальном пункте, и эта операция не оказывает прямого влияния на существующую организацию взрывных работ, ориентированную на взрывчатые вещества заводского приготовления. Акватолы могут применяться для заряжания отдельных блоков, а так же отдельных скважин и группы скважин наряду с взрывчатым веществом заводского приготовления.

2. Результаты, полученные в ходе крупномасштабного эксперимента, проведенного в производственных условиях, показали, что качество подготовки горной массы при частичной замене ВВ заводского приготовления на акватолы не ухудшилось. Во время экспериментальных работ, которые проводились в течение 12 месяцев, приготовлено и заряжено 3863 т акватола, которые были применены совместно с гранулотолом и граммонитом без выделения опытных и контрольных участков. Оценка качества дробления горной массы производилась по коэффициенту среднеквадратических отклонений времени погрузки локомотивосостава и выхода негабарита. Этот показатель не превышает 10%.

3. Экспериментально доказано, что взрывная эффективность акватолов «Т» и «ТН» с учетом тротилового эквивалента идентична ВВ заводского приготовления, применяемых на предприятии. Анализ результатов, полученных в ходе экспериментальных работ на опытных (использовался акватол «Т» и «ТН») и контрольных (применялся гранулотол, граммонит) участках, показал, что коэффициент вариации по развалу горной массы, времени погрузки локомотивосостава и выхода негабарита составил Уб=6,78%. Средняя арифметическая величина соотношения взрывной эффективности между акватолами «Т» и «ТН» и заводскими ВВ равна 0,973, что говорит в пользу первых.

— 118.

4. Внедрение технологии приготовления и заряжания акватолов «Т» и «ТН» в условиях Качканарского ГОКа позволило заменить часть гранулотола и тротилсодержащих ВВ и получить удельный экономический эффект от применения акватола «Т» — 1790 руб./т, акватола «ТН» — 2430 руб./т (в ценах 1999 г.) за счет сокращения затрат на приобретение взрывчатых веществ.

5. Сокращение выбросов пыли компонентов, входящих в состав акватолов «Т» и «ТН» и газообразных ядовитых продуктов взрыва в атмосферу и горную массу, а также в грунтовые воды в 5−10 раз по сравнению с ВВ заводского приготовления позволяет в результате внедрения технологии приготовления и заряжания этих ВВ улучшить экологическую обстановку в зоне ведения взрывных работ и прилегающих территориях.

— 119 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В работе дано новое решение актуальной научной задачи — разработка технологии приготовления и применения акватолов в существующем комплексе взрывных работ на карьерах путем придания взрывчатым смесям требуемых энергетических, детонационных и эксплуатационных характеристик, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности работ.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлена многофакторная зависимость между компонентами, входящими в состав водосодержащих взрывчатых веществ, в том числе включающих комбинированное горючее (ТНТ + жидкое углеводородное топливо), окислитель и воду и на ее основе разработана методика формирования рецептур ВВВ с требуемыми взрывчатыми свойствами. Доказано, что до 10% гранулотола, входящего в состав водосодержащих ВВ в качестве горючего (ифзаниты и ГЛТ-20 содержат 20% ТНТ), может быть заменено более дешевым и безопасным углеводородным топливом.

2. Разработаны алгоритм и программа расчета композиций взрывчатой смеси (горючее — окислитель — вода), основанные на взаимосвязи содержания отдельных компонентов при нулевом кислородном балансе, обеспечивающие максимальное выделение энергии и полное газообразование продуктов взрыва.

3. Установлена зависимость тепловых и детонационных характеристик ВВВ от содержания в них воды и горючего, представленного индивидуальным ВВ (гранулотол) или смесью ТНТ и жидкого углеводородного топлива, исходя из условий ограниченного по верхнему (18%) и нижнему (12%) пределам содержания воды и кислородном балансе, близком к нулевому.

Обоснованы способы придания физической стабильности зарядам акватолов и в зависимости от этого рекомендованы различные приемы заряжания скважин.

— 120.

4. Разработан способ заряжания скважин водосодержащими ВВ, исключающий перемешивание взрывчатой смеси с буровой мелочью, что обеспечивает максимальные взрывчатые свойства ВВ в нижней части колонки заряда.

5. Разработан способ механизированного заряжания обводненных скважин текучими взрывчатыми веществами, обеспечивающий надежную фиксацию промежуточного детонатора с детонирующим шнуром в колонке скважинного заряда, сформированного высокоплотными водосодержащими ВВ.

6. Разработаны и изготовлены смесительно-зарядные машины МЗ-ЗБ-В и МЗВ-10 для механизированного приготовления и заряжания акватолов.

7. Разработана технология приготовления и применения акватолов, которая полностью вписывается во взрывной комплекс существующий на горном предприятии, ориентированный на заводские ВВ. Ее внедрение на современных карьерах не требует больших капитальных вложений.

8. Рекомендации диссертационной работы внедрены на карьерах ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий». Экономический эффект от внедрения акватола «Т» составляет 1700 руб./т, акватола «ТН» 2400 руб./т (в ценах 1999 г.) за счет сокращения затрат на приобретение взрывчатых веществ при сохранении качества дробления горной массы.