Подготовка горных пород к выемке.
Процесс подготовки горных пород к выемке является основным процессом в технологии разработки их, от которого зависит производительность горнотранспортного оборудования, безопасность ведения горных работ и, в конечном счете, затраты на разработку.
При выборе эффективной технологии подготовки горных пород к выемке необходимо учитывать свойства массива и качество подготовленной горной массы.
С технологических позиций подготовки горных пород к выемке их можно разделить на две группы:
1. Породы, которые можно разрабатывать механическими или гидравлическими способами без предварительного рыхления (глина, суглинки, супеси, мягкие угли, выветренные изверженные и метаморфические породы, мел, глинистые руды).
2. Породы, для выемки которых необходимо предварительное рыхление (глинистые и песчанно-глинистые сланцы, песчаники, железные руды, гипс, каменная соль, каменные и бурые угли, известняки, кварциты, граниты, базальты).
Способы подготовки горных пород к выемке.
1. Подготовка горных пород к выемке в зависимости от свойств массива может включать:
- в мягких породах при сильной обводненности – осушение той части массива, которая является непосредственным объектом текущей разработки;
- в полускальных и скальных породах – рыхление механическим или взрывным способом.
В зимнее время возникает необходимость предварительного рыхления мерзлоты рыхлителями, либо бурения и взрывания (сетка бурения и глубина скважин на величину промерзания).
2. Подготовка скальных и полускальных пород к выемке должна обеспечить:
- необходимую степень дробления горных пород при сохранении сортности и качества полезного ископаемого и полное разрушение массива взрываемого блока;
- соответствие размеров и формы развала параметрам конкретного комплекта оборудования технологического потока;
- объем горной массы в забое достаточный для бесперебойной и производительной работы выемочно-погрузочного оборудования;
- экономичность и безопасность ведения горных работ.
Технологические требования к качеству рыхления пород и методы взрывных работ.
Механическое рыхление применяется при подготовке плотных, полускальных и мерзлых пород при относительно небольшой глубине промерзания. В этих условиях механическое рыхление предпочтительнее буровзрывного способа подготовки пород и сопровождается существенно меньшими затратами.
Рыхление производится ковшами экскаваторов или специальными агрегатами - тракторными рыхлителями, которые получили наиболее широкое применение. Такой рыхлитель представляет собой мощный бульдозер с навесным (гораздо реже - с прицепным) рыхлителем, управляемым при помощи гидравлической системы.
После завершения рыхления разрушенная порода перемещается бульдозерно-рыхлительным агрегатом в штабель и отгружается из него экскаватором или колесным погрузчиком обычно в автосамосвалы.
Механическое рыхление характеризуется достаточно высокой производительностью и может успешно применяться при добыче угля, фосфоритных и апатитовых руд, при разработке песчаников, сланцев, полускальных известняков и других пород.
Разрушение горных пород взрывом является в настоящее время основным способом подготовки к выемке полускальных и скальных пород. А при подготовке скальных пород он остается единственным, поскольку взрывному разрушению не могут противостоять никакие породы, вплоть до самых прочных, встречающихся на Земле. С другой стороны, подавляющая часть объемов разрабатываемых на карьерах горных пород представлена именно скальными и полускальными породами, качество подготовки которых оказывает зачастую определяющее влияние на производительность карьерного оборудования и на технико-экономические показатели горных работ в целом.
Взрывные работы должны обеспечивать:
1) Оптимальное качество дробления (кусковатость) взорванной горной массы, при котором достигаются минимальные суммарные затраты по всем технологическим процессам. Общая закономерность состоит здесь в том, что при разработке породного массива, характеризующегося той или иной блочностью, с увеличением мощности выемочно-погрузочного оборудования допустимо определенное снижение требований к качеству дробления и соответствующее увеличение диаметра среднего куска взорванной горной массы. И, наоборот, при применении экскаваторов с ограниченной вместимостью ковша (5-8 м3) необходимо обеспечивать высокое качество дробления породы.
2) Наиболее благоприятные параметры развала взорванной горной массы, к которым относятся высота и ширина развала, а также коэффициент разрыхления породы в развале. Коэффициент разрыхления взорванной породы в развале (Кр) не должен быть меньше, чем 1,3-1,4. При меньших значениях Кр резко возрастает сопротивление копанию, увеличиваются время черпания и общая продолжительность экскаваторного цикла, падает производительность экскаватора.
3) Высокое качество проработки взрывом подошвы уступа без образования так называемых порогов и иных неровностей из не взорванной породы, которые крайне осложняют работу экскаваторов при выемке взорванной породы, подготовку трасс автомобильных дорог и железнодорожных путей, работу буровых станков.
4) Требуемое качество и сортность полезного ископаемого, его минимальные потери и разубоживание при взрывании сложноструктурных забоев.
5) Минимальные разрушения породного массива за пределами контура взрываемого блока и четкое оконтуривание вновь образуемого откоса уступа. Это позволяет обеспечить бурение скважин по следующей заходке в точном соответствии с их проектным положением, повышает безопасность работ по бурению и заряжанию скважин, а в конечном счете способствует повышению качества буровзрывных работ. Основным средством достижения указанных результатов является применение наклонных скважин, особенно при разработке высоких уступов.
6) Допустимый уровень сейсмического воздействия взрыва, исключающий повреждение окружающих зданий и сооружений.
7) Высокую безопасность работ в связи с использованием при их выполнении опасных в обращении взрывчатых веществ и средств взрывания.
Выполнение указанных требований возможно при правильном выборе метода, параметров и технологии буровзрывных работ в соответствии со свойствами горных пород и параметрами основного горно-транспортного оборудования.
Взрывная подготовка горных пород на карьерах осуществляется в настоящее время практически только методом скважинных зарядов. Взрывчатое вещество при этом размещается в скважинах, диаметр которых составляет от 105 до 400 мм, а глубина достигает 40-45 м и более.
Метод шпуровых зарядов, при котором для размещения зарядов ВВ используются шпуры диаметром от 32 мм до 50-60 мм и глубиной до 5 м, используется на карьерах при выполнении так называемых вторичных взрывных работ, в основном при разрушении негабаритных кусков и ликвидации «порогов» и неровностей, образующихся в подошве уступа при первичном взрывании.
Таким образом, взрывная подготовка пород включает два последовательно выполняемых этапа: бурение скважин, или буровые работы, и взрывные работы, включающие заряжание скважин, монтаж взрывной сети и непосредственно взрывание.