Управление процессами подготовки мерзлых золотоносных аллювиальных пород к разработке методом промывки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.11, кандидат технических наук Бельченко, Евгений Леонидович

• Бельченко, Евгений Леонидович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бельченко, Евгений Леонидович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ РОССЫПНЫХ МЕСТРОЖДЕНИЙ СЕВЕРА

1.1 Основные технологические решения при разработке мерзлых

пород россыпных месторождений Севера

1.2. Анализ способов взрывного рыхления породных массивов

1.3. Анализ исследований по проблеме гидравлической оттайки мерзлых золотоносных аллювиальных пород

1.4. Задачи исследований

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕРЗЛОГО ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ЕГО ВЗРЫВНОМ РЫХЛЕНИИ

2.1. Анализ закономерностей распространения цилиндрических

волн напряжений в неограниченном пространстве

2.2. Обоснование рационального распространения отбойных скважин

на уступе в квазиоднородном породном массиве

2.3. Обоснование критерия эффективности взрывного рыхления породного массива

2.4. Анализ результатов расчета и обоснование рекомендаций

2.5. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРЕДОХРАНЕНИЯ ПРОМЕРЗАНИЯ ТАЛЫХ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОРОД В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

3.1. Оценка параметров процесса промерзания талых аллювиальных пород в зимний период на основании приближения Лейбензона

3.2. Оценка параметров промерзания талых аллювиальных пород в зимний период

3.3. Предотвращение промерзания талых аллювиальных золотоносных пород в зимний период

3.4 .Теплоизоляция талых аллювиальных золотоносных пород в отвале при условии допущения их промерзания на заданную глубину

3.5. Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

4.1. Исследование процессов игловой гидрооттайки мерзлых пород

4.2. Анализ гидродинамических потерь напора при гидрооттайке

4.3. Обоснование технико-экономических критериев оптимизации

гидрооттайки

4.4. Методика расчета себестоимости гидрооттайки в зависимости от свойства пород, режима гидрооттайки и геометрических параметров водопроводов

4.5. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление процессами подготовки мерзлых золотоносных аллювиальных пород к разработке методом промывки»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время золото в России добывают главным образом на россыпных месторождениях в суровых климатических условиях (Чукотка, Якутия, Магаданская обл.), где до девяти месяцев в году аллювиальные золотоносные породы находятся в мерзлом состоянии. Основная технология добычи золота - это промывка золотоносных аллювиальных пород на полигонах и получение шлихового золота с последующим его обогащением на стационарных обогатительных фабриках.

В указанных выше регионах добычи золота аллювиальные золотоносные породы находятся в мерзлом состоянии, и только верхний их слой оттаивает за летний период на глубину не более 2 метров. Оттаявшие за летний период породы, зимой снова промерзают на всю глубину.

Добыча россыпного золота из аллювиальных пород методом промывки в районах Чукотки, Якутии, северной части Магаданской области является малоэффективной из-за длительности периода года с отрицательными температурами и короткого срока промывочного сезона (максимум четыре месяца). Для этих регионов главной проблемой добычи золота при разработке золотоносных аллювиальных пород методом промывки является увеличение сроков промывочного сезона. Решение этой проблемы может быть осуществлено за счет более раннего ее начала. Для этого необходимо к началу сезона с положительными температурами воздуха (середина мая - начало июня) создать запас талых аллювиальных золотоносных пород и интенсивно проводить мероприятия по оттаиванию многолетне- и сезонномерзлых пород. Это можно обеспечить за счет создания в предыдущем промывочном сезоне специальных утепленных складов (отвалов) талых пород, а также за счет применения мероприятий по интенсификации оттайки мерзлых пород: взрывное и механическое их рыхление и оттаивание за счет солнечной радиации, гидрооттаивание многолетне- и сезонномерзлых пород с помощью гидроигл.

Решению задач по промерзанию талых и оттаиванию мерзлых пород, их взрывному и механическому рыхлению посвящены работы Богданова Е.И., Викторова С.Д., Гольдмана В.Г., Гончарова С.А., Демидюка Г.П., Дробаденко В.П., Друкованного М.Ф., Емельянова В.И., Ефремова Э.И., Закалинского В.М., Знаменского В.В., Казакова H.H., Крюкова Г.М., Кутузова Б.Н., Кудрявцева

B.А., Мосинца В.Н., Некрасова Л.Б., Оловина Б.А., Павлова A.B., Перлыптейна Г.З., Порхаева Г.А. Рябеца Н.М., Савенко ЛИ., Сулина Г.А., Чистопольского

C.Д., Ханукаева А.Н., Шувалова Ю.В. и других.

Несмотря на существенные достижения в указанных выше направлениях проблема удлинения промывочного сезона при разработке россыпных месторождений золота в районах Чукотки, Якутии, Магаданской области все еще не решена.

В связи с этим целью диссертационной работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по увеличению длительности промывочного сезона и повышению эффективности добычи золота из аллювиальных многолетнемерзлых и сезонномерзлых пород.

Идея работы заключается в создании в предыдущем промывочном сезоне специальных утепленных складов - отвалов талых золотоносных аллювиальных пород с параметрами утепления, обеспечивающими предотвращение промерзания пород отвала сверху за зимний период, а также в интенсификации оттаивания многолетне- и сезонномерзлых пород за счет их взрывного рыхления и применения гидрооттаивания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

- обосновать параметры взрывного рыхления мерзлых аллювиальных пород, обеспечивающих заданную степень их дробления;

- обосновать необходимые параметры теплоизоляционных покрытий складов - отвалов талых золотоносных аллювиальных пород, при которых бы предотвращалось их промерзание в зимний период;

- обосновать оптимальные режимные и технологические параметры гидрооттаивания мерзлых золотоносных аллювиальных пород.

Научные положения, разработанные лично автором , и шс новизна

1. Установлена закономерность изменения напряженного состояния и энергонасыщения массива мерзлых аллювиальных пород при их взрывном рыхлении в зависимости от схемы расположения взрывных скважин на промывочном золотодобывающем полигоне и очередности их инициирования. Максимально равномерное энергонасыщение взрываемых пород достигается при расположении скважин в плане по схеме параллелограммов с острыми углами в их вершинах равными 50-70°.

2. Предложен метод решения задач теплопроводности, позволяющий определить глубину промерзания талых аллювиальных золотоносных пород и толщину теплоизоляционного покрытия, при которой промерзание пород за зимний период происходит на допустимую глубину. Он заключается в том, что на первом этапе определяется приближенно глубина проникновения изотермы Т=0°С для абсолютно сухой породы, а на втором этапе производится уточнение глубины с учетом количества тепловой энергии, необходимой для охлаждения породы от температуры ее талого состояния до температуры фазового перехода «вода-лед».

3. Установлена закономерность изменения радиуса гидроиглового оттаивания мерзлых аллювиальных пород во времени в зависимости от их тепловых свойств и льдистости, а также расхода воды в гидроиглах и ее температуры. На основании ее разработана методика оптимизации режима нагнетания воды в гидроиглы во времени.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются:

- совпадением результатов решения тепловых задач с применением предложенного метода с результатами ранее известных методов (отличие не более 5%);

- положительными результатами внедрения рекомендаций диссертационной работы.

Научное значение работы

Установлена закономерность изменения напряженного состояния и энергонасыщения мерзлых аллювиальных пород при их взрывном рыхлении в зависимости от схем расположения взрывных скважин и их инициирования.

Разработан новый метод решения тепловых задач с внутренним источником тепла.

Установлена закономерность формирования таликов в мерзлых аллювиальных породах при их гидроигловом оттаивании в зависимости от льдистости и тепловых свойств пород, а также расхода воды через гидроиглы.

Практическое значение работы

Разработана «Инструкция по производству БВР в условиях Билибинского горно-обогатительного комбината»; ее использование позволило без дополнительных затрат оптимизировать процесс взрывного рыхления мерзлых аллювиальных пород.

Разработан инженерный метод определения толщины теплоизоляционного покрытия складов талых золотоносных аллювиальных пород, при которой предотвращается их промерзание в зимний период.

Разработана «Методика расчета технологических показателей игловой гидрооттайки мерзлых аллювиальных пород в условиях Билибинского ГОКа»; ее использование позволило снизить себестоимость оттаивания мерзлых золотоносных пород на 7-10%.

Реализация выводов и рекомендация работы.

«Инструкция по производству БВР в условиях Билибинского ГОКа» и «Методика расчета технологических показателей игловой гидрооттайки мерзлых аллювиальных пород в условиях Билибинского ГОКа» используются на Били-бинском ГОКе при проектировании и производстве работ на промывочных полигонах.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на технических советах Билибинского ГОКа, а также на секции «Физические процессы горного производства» ежегодной конференции «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 22 рисунка, 5 таблиц, 2 приложения и список литературы из 79 наименований.

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ РОССЫПНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРА

1.1. Основные технологические решения при разработке мерзлых россыпных месторождений Севера

При создании новых эффективных технологий в условиях Севера необходимо глубокое исследование физической сущности процессов, протекающих в мерзлом породном массиве, предназначенном для разработки. В современных экономических условиях, характеризующимися нестабильными ценами на технику и оборудование, особое значение приобретают вопросы оперативного изменения технологических режимов работы предприятий, корректировки проектных решений с целью снижения производственных затрат при разработке полезных ископаемых и сокращения сроков окупаемости инвестиций.

При разработке россыпных месторождений Севера открытым способом большое влияние на технико-экономические показатели оказывают климатические условия, определяющие температуру многолетнемерзлых пород и оказывающие влияние на глубину промерзания талых пород в зимний период.

В особых климатических условиях Севера при разработке россыпных месторождений нашел применение бульдозерно-скреперный способ, отличающийся простотой, надежностью, высокой производительностью при разработке легких, средней тяжести и тяжелых разрыхленных пород. Широкое применение этого способа на приисках в зоне вечной мерзлоты обусловлено возможностью послойной отработки золотоносных аллювиальных пород по мере их сезонного оттаивания. К достоинствам этой технологии также относится высокая маневренность техники, что позволяет применять простые технологические схемы вскрытия и добычных работ. К недостаткам бульдозерно-скреперного способа относится снижение производительности при повышенной влажности, наличии мерзлых включений, валунности, а также зависимость от климатических условий, которые определяют глубину оттаивания мерзлых пород и промерзания талых.

Подготовку мерзлых пород к выемке можно осуществлять рыхлением с помощью рыхлителей на базе тракторов [55]. Процесс рыхления мерзлых пород осуществляют мощным навесным рыхлителем при его движении параллельными или взаимно-перпендикулярными заездами на глубину. Следует отметить, что глубина рыхления сезонномерзлых пород выше, чем многолетнемерзлых. Это объясняется тем, что сезонномерзлые породы предварительно обезвоживаются, в результате чего уменьшается их льдистость, прочность и, соответственно, удельное сопротивление разрушению.

Наиболее дорогим способом рыхления мерзлых пород является буровзрывной. Однако, учитывая его универсальность и независимость от климатических условий, он наиболее широко применяется на приисках летом и зимой. При этом для взрывного рыхления пород применяют шпуровые и скважинные заряды, а для проходки скважин используют буровые станки ударно-вращательного, вращательного (шнекового), вибровращательного и шарошечного бурения. К буровзрывным работам при подготовке мерзлых пород к выемке предъявляются требования по кусковатости, развалу взорванной горной массы при полной безопасности работ.

С точки зрения физики процесса разрушения многолетнемерзные породы отличаются от скальных пород отсутствием в них естественных трещин. При этом наиболее трудоемкими при дроблении являются крупнообломочные мерзлые породы с глинистым заполнением.

Наиболее экономичным способом подготовки россыпи к выемке является предварительное оттаивание многолетне и сезонномерзлых пород. Наибольшее распространение получил способ естественного оттаивания под действием солнечной радиации. Этот способ, несмотря на низкую производительность, получил наибольшее распространение, так как отличается простотой организации работ при невысоких материальных затратах на стадии подготовки. На приисках северо-востока России этим способом оттаивают преобладающее количество продуктивных пород. Глубина естественного оттаивания за летний период колеблется в пределах 0,5-2 м. В то же время, в зоне распространения мерзлоты в зимний период происходит полное промерзание верхнего слоя.

Кроме естественного оттаивания в случаях, когда требуется более производительная подготовка мерзлого массива, оттайку производят паром, горячей водой, электронагревом. Однако эти способы требуют высоких материальных затрат и оправданы в исключительных случаях.

Кроме указанных способов на приисках Севера используют гидроигловой, фильтрационно-дренажный и дождевально-дренажный способы оттаивания. В этих способах, как правило, используют воду без предварительного подогрева. Учитывая высокую теплоемкость воды, эти способы гораздо более производительны, чем естественная радиация.

После перевода мерзлых пород в талое состояние, дальнейшую разработку можно осуществлять с использованием экскаваторов и автосамосвалов. Эта технология выемки обеспечивает высокую производительность и надежность. Экскаваторы могут разрабатывать рыхлые отложения различного состава и взорванные породы. При разработке россыпей преобладающее применение нашли одноковшовые экскаваторы, которые технологически связаны с промывочными установками.

Высокие показатели достигаются при применении гидравлического способа разработки, в котором размыв золотоносных аллювиальных пород осуществляется водой непосредственно в забое, в процессе которого получают шлиховое золото [51]. Основным достоинством гидравлического способа является простота оборудования (наносы, гидромониторы и ее высокая надежность), Основной недостаток его в условиях Севера -кратковременность сезонных работ (только летом) в течение 3,5-4 месяцев и высокий расход электроэнергии по сравнению с другими способами. Этот недостаток не является определяющим, поскольку целесообразность применения той или иной технологии определяется по экономическим критериям.

Во всех перечисленных способах разработки серьезной технической проблемой является необходимость повышения эффективности, экономичности и производительности оттаивания мерзлых пород перед разработкой. Другая, не менее актуальная проблема - предохранение талых пород от сезонного промерзания. Решение этих проблем позволило бы увеличить длительность летнего промывочного сезона при разработке золотоносных аллювиальных пород.

При больших площадях разработки многолетнемерзлых россыпей естественное оттаивание обеспечивает основной объем перерабатываемых пород. Отвалы (склады) оттаявших за лето аллювиальных золотоносных пород можно создавать на полигонах с целью переработки их в последующие годы. При этом необходимо выполнить комплекс мероприятий по уменьшению глубины промерзания пород в отвалах за зимний период. Для предохранения поверхности россыпи от промерзания и интенсификации оттаивания используют водовоздушные твердеющие пены, прозрачные синтетические пленки (для создания парникового эффекта), полистирольные щиты, битумные эмульсии и др.

Если породы по технологическому регламенту должны разрабатываться сразу после начала периода с положительной температурой, то допускается такая глубина промерзания ,которая не представляла бы трудностей при разрушении этого слоя бульдозерами.

Эффективность пенного покрытия зависит от его механической прочности и стойкости к температурным воздействиям. Применение водовоздушных и полимерных быстросхватывающих пен при толщине слоя 0,5-0,8 м существенно уменьшает глубину промерзания талой породы. По известным оценкам [14] при мощности талых пород россыпи 5 м и толщине пенного покрытия 1 м затраты на подготовку 1 м3 горной массы в 3-4 раза ниже, чем при гидрооттайке. Недостаток пенных покрытий - сложность утилизации и невозможность повторного использования.

Для защиты от сезонного промерзания талых пород с ровной горизонтальной поверхностью применяют теплоизоляционные материалы, например, щиты из пенополистерола. Щиты шестигранной формы толщиной 0,15

л 2

м, площадью 2 м каждый укладывают на поверхность полигона в период осеннего похолодания и выдерживают до весеннего потепления. Щели между щитами заделывают , а поверх щитов укладывают полиэтиленовую пленку. Покрытие этого типа уменьшает глубину сезонного промерзания в 2,3-2,5 раза [14] по сравнению с промерзанием на незащищенных участках.

Использование прозрачных полимерных пленок позволяет интенсифицировать процесс оттаивания в 1,3-1,5 раза. Основной недостаток

применения пленок - трудность закрепления пленочного покрытия, трудоемкость обслуживания больших площадей, низкая долговечность.

Для зачернения поверхности полигона с целью уменьшения отражательной способности используют битумную эмульсию, синтетические смолы, лаки, которые наносят на поверхность путем разбрызгивания. Плотный слой толщиной 1-2 мм не разрушается от воздействия солнца и мороза и способствует преобразованию энергии излучения в тепловую.

Кроме естественного оттаивания на практике широко используют способы воздействия на мерзлые породы водой в том числе: фильтрационно-дренажное гидрооттаивание, дождевально-дренажное и фильтрационно-игловое. При фильтрационно-дренажном гидрооттаивании теплообмен происходит в результате теплоотдачи фильтрационного потока в талом слое под действием разности уровней воды в оросителе и дрене. Теплоносителем является свободный горизонтальный фильтрационный поток в толще оттаиваемых пород. Применение этого способа на практике ограничено значениями коэффициента фильтрации (не менее 50 м/сут).

Дождевально-дренажный способ оттаивания мерзлых пород реализуется путем дождевания склона, отвалов [50]. В процессе дождевания создается дополнительный тепловой эффект нагрева капель воды при полете в воздухе. Данный способ может применяться для подготовки мерзлых аллювиальных пород в период повышения температуры воздуха выше 0°С. При оттаивании целиковых пород с поверхности полигона удаляют верхний растительный слой и торфяные породы с целью обеспечения вертикальной водопроницаемости массива. По затратам дождевальный способ относится в наиболее экономичным.

Гидроигловое оттаивание, несмотря на высокую трудоемкость, дает удовлетворительные результаты в достаточно широком диапазоне мерзлотно-гидрологических условий [59,60,71]. Основное достоинство - возможность оперативного управления оттаиванием путем изменения режимных и технологических параметров. Гидрооттаивание применяют при необходимости оттаивания за короткий отведенный промежуток времени. Гидрооттайку производят водой с естественной температурой или искусственно нагретой, для чего применяют специальные нагревательные устройства. Технология гидрооттайки предусматривает бурение скважин, погружение гидроигл на глубину

сравнимую е оттаиваемым слоем. При подаче воды в гидроиглы формируется талая зона, которая постепенно увеличивается в радиальном направлении. Процесс завершается при слиянии смежных таликов и образования единого талого массива.

Расход воды на одну гидроиглу задается в пределах 0,5-4 м3/ч. Расстояние между гидроиглами изменяется в пределах 3-5 м. Для подведения воды к гидроиглам применяются магистральные и распределительные трубопроводы различного диаметра. В связи с этим себестоимость гидрооттайки зависит от энергетических и материальных затрат. Оптимизация этих параметров по экономическому критерию представляет большой практический интерес. Решению данной задачи посвящен один из разделов представленной научной работы.

1.2. Анализ способ взрывного рыхления породных массивов

При разработке многолетнемерзлых россыпей Северо-Востока России большой объем земляных работ производят буровзрывным способом. Как отмечалось, благодаря своей универсальности и высокой производительности этот способ подготовки мерзлых пород к выемке занимает доминирующее положение среди применяемых. В условиях Севера особенно проявляются следующие недостатки существующей технологии буровзрывной подготовки: высокие материальные и трудовые затраты на производство работ и недостаточная эффективность результатов взрывов при пониженных удельных расходах взрывчатых веществ. Объясняется это в основном недостаточной изученностью особенностей буровзрывных работ в мерзлых отложениях [34].

Взрывные работы при разработке многолетнемерзлых россыпей производят для дробления мерзлых пород с целью создания искусственных зон проницаемости для последующей водно-тепловой мелиорации.

В ряде научно-исследовательских работ описаны комбинированные способы подготовки мерзлых грунтов и выемке на основе создания взрывом в мерзлом массиве искусственных зон проницаемости с целью последующего оттаивания массива способами водно-тепловой мелиорации.

Однако в этих способах открытым остается вопрос оптимизации технологии взрывной подготовки массива с целью создания условий интенсивного трещинообразования при сокращенном удельном расходе ВВ.

Удельный расход взрывчатых веществ на рыхление и дробление горной массы является главным показателем, который определяет качество взорванной горной массы. Себестоимость буровзрывных работ в зависимости от удельного расхода ВВ имеет минимум, соответствующий оптимальному технологическому варианту, поиск которого является предметом многочисленных научных исследований [28, 29, 46, 53, 54]. В то же время удельный расход ВВ может быть уменьшен при прочих равных условиях, например, за счет повышения коэффициента полезного действия (КПД) взрыва. Возможно сохранение такого же удельного расхода ВВ при улучшении качества дробления горной массы (уменьшение выхода негабаритов, повышения степени дробления и др.).

Несмотря на значительное количество исследований в данной области, проблема повышения эффективности взрывного дробления еще далеко не исчерпана, что обусловлено многообразием условий ведения горных работ, различием физических свойств породных массивов и сложностью теоретического описания процесса. При этом, с точки зрения эффективности использования энергии взрыва, в науке и практике имеются большие потенциальные возможности, реализация которых осуществляется на базе изучения особенностей процесса распространения динамических напряжений, их суперпозиции и исследования механизма разрушения. Рассмотрим наиболее известные исследования по проблеме взрывного дробления массива.

Вид функциональной зависимости давления продуктов детонации как функции от времени отражается на механизме взрывного дробления. В работах [53, 54] отмечается, что уменьшение пика давления приводит к увеличению КПД взрыва за счет увеличения длительности контакта продуктов детонации ВВ в ближней от заряда зоне. На практике эта идея реализуется при конструкции зарядов с воздушными промежутками или применения ВВ с малой скоростью детонации.

Интенсивность дробления горной массы зависит также от пространственного распространения зарядов по высоте уступаю. При взрывании

высоких уступов продукты детонации контактируют со стенками скважины более длительное время, обеспечивая высокие показатели взрывных работ.

Термический способ расширения скважин позволяет использовать в полной мере преимущества рассредоточения зарядов. Эффект достигается за счет интерференции волн напряжений, а также запирания продуктов детонации в скважине [19, 20]. Эксперименты, проведенные в производственных условиях Михайловского и Оленегорского ГОКов, свидетельствуют о возможности повышения КПД взрыва при меньшей величине удельного расхода ВВ.

Достаточно хорошо изучена роль забойки как средства запирания продуктов взрыва в скважине [27, 28, 32, 57]. Определены рациональные геометрические параметры забойки и состав материала по крупности. Для усиления эффекта запирания изучены варианты с размещением в забойке дополнительного заряда ВВ небольшой массы (5-7 кг). При использовании забойки исследователи отмечают снижение выхода негабарита на 60-80%, повышение степени дробления. Однако, несмотря на очевидные преимущества, массовые взрывы с забойкой скважин применяются не повсеместно, что обусловлено дополнительными затратами на достаточно трудоемкую операцию формирования забойки.

Качество дробления можно повысить путем реализации взрыва в зажатой среде [27], например, путем отбойки породного массива на неубранную горную массу. В данном варианте энергия взрыва расходуется более рационально, исключая потри энергии на разлет породы от места взрыва. Однако реализация этой технологии связана с необходимостью производства опережающих горных работ, что связано с дополнительными материальными затратами и задержкой времени вовлечения полезного ископаемого в переработку.

Повышение степени дробления в ряде случаев [54] достигается путем совершенствования схем инициирования скважинных зарядов. Установлено, что инициирование зарядов с расположением детонаторов в нижней части скважины предпочтительнее, чем при верхнем расположении. Нижнее инициирование обеспечивает лучшую проработку подошвы уступа и уменьшение выхода негабаритов на 4-5%. С этой целью реализуют технические решения, предусматривающие встречу детонационных волн на заданном уровне, например, на уровне подошвы уступа. Положительные результаты взрывов отражаются на

последующих технологических процессах: повышается производительность работы экскаваторов, уменьшается энергоемкость последующего механического дробления пород.

Многорядное короткозамедленное взрывание в зажатой среде является весьма эффективным способом взрывной подготовки массива [28, 33, 44]. Различная последовательность взрывания скважинных зарядов позволяет реализовать интерференцию волн динамических напряжений и достичь увеличения их амплитуды, что превышает вероятность развития трещин в разрушаемых породах. Высокая степень дробления достигается при взрывании зарядов с внутрискважинным замедлением путем размещения двух боевиков в скважине, разделенных забоечным материалом.

В исследованиях [12, 28, 43, 44, 45] анализируется влияние длительности взрывного импульса и величины пикового давления на эффективность дробления. Установлено, что при одинаковой энергии взрыва увеличение длительности взрывного импульса оказывает на качество дробления большее влияние, чем увеличение пикового давления. Это, по всей видимости, связано с ограниченной скоростью распространения трещин, составляющей примерно 0,3-0,6 от скорости продольной волны, и необходимостью поддержания этого процесса в течении всего времени роста трещин.

Снижение удельного расхода ВВ при лучшем качестве дробления достигается в технологии термического расширения взрывных скважин [19]. Формирование зарядных полостей нужной конфигурации позволяет создать в породном массиве соответствующие напряжения. Существенным фактором является также лучшее запирание продуктов детонации за счет различия диаметров скважины в заряжаемой части и в верхней части.

Большое количество исследований посвящено взрывной отбойке слоистых породных массивов [29, 42]. Главная проблема заключается в анизотропии прочностных свойств пород вдоль и поперек слоистости, что требует учета при проектировании взрывных работ. Управляемым технологическим параметром, влияющим на качество дробления, является направление и порядок коммутации скважинных зарядов относительно слоистости. Рекомендации по оптимизации

направлений отбойки носят разноречивый характер, что вероятно определяется свойствами породных массивов.

В работе [69] обращается внимание на то, что эффективность взрывного дробления можно повысить за счет рационального расположения сетки скважин на поверхности уступа. Показано, что традиционно применяемая прямоугольная в плане сетка скважин не является оптимальным техническим решением. Произведена оценка энергии деформаций в статической постановке задачи при ромбической в плане сетке скважин. В зависимости от угла наклона сторон ромба отмечено изменение величины упругого потенциала с наличием максимума. Данная задача анализировалась применительно к взрывной отбойке слоистых железистых кварцитов, где весьма существенен фактор пространственной анизотропии. Большой практический интерес представляет данная идея в задаче взрывной отбойки квазиоднородных породных массивов какими являются мёрзлые аллювиальные породы.

В настоящее время не существует единой точки зрения относительно связи направления взрывной отбойки с ее результатами. Исследователи считают решающим фактором влияние основной системы слоистости и трещиноватости массива. В ряде случаев направление отбойки рекомендуется выбрать параллельно направлению слоистости, предполагая, что в этом случае разрушение будет происходить преимущественно по слоям наименее энергоемким способом. Экспериментально зафиксировано уменьшение среднего размера кусков породы, по сравнению с результатами отбойки, выполненной по перпендикулярному направлению.

В работе [12] получены количественные зависимости величин средних диаметров продуктов разрушения от расположения зарядов ВВ относительно плоскости слоистости. Относительное направление отбойки установлено на базе факторного анализа результатов производственной деятельности рудника по корреляционной связи «направление взрывной отбойки относительно направления слоистости - себестоимость отгружаемой горной массы». Установлены следующие значения оптимальных углов отбойки относительно слоистости и трещиноватости: при отбойке гранитов - 70°-75°; строительного камня - 35°-40°; железистых кварцитов - 60°-70°.

В отличие от перечисленных работ, в работе [69] оптимальное направление отбойки связано не только с проектированием системы трещиноватости или слоистости, но также с углом их падения к горизонту. Основная идея заключается в перераспределении энергии напряжений таким образом, чтобы ее часть, приходящаяся на касательные напряжения, была максимальной именно на плоскостях слоистости.

При рассмотрении перечисленных работ необходимо отметить большое разнообразие рекомендаций при решении задачи оптимизации взрывной отбойки пород. Это связано, по всей видимости, с различием физических свойств разрушаемых породных массивов и влиянием дополнительных факторов, не учитываемых в теоретических моделях. Одним из таких существенных факторов является влияние угла между направлением коммутации и бровкой уступа. Это фактор существенен не только для слоистых и трещиноватых пород, но и в случае отбойки однородных или квазиоднородных трещиноватых породных массивов. На практике угол отбойки относительно линии бровки уступа выбирают, как правило, близким 45°. Производственный опыт подтверждает целесообразность такого решения по ряду технологических показателей: развал горной массы, качество дробления, экскавируемость и др. В то же время более точное обоснования этого угла представляет большой практический интерес. Решение этой задачи представляет интерес при дроблении и рыхлении аллювиальных пород.

1.3. Анализ исследований по проблеме гидравлической оттайки мерзлых золотоносных аллювиальных пород

При гидравлических способах оттаивания мерзлых аллювиальных пород реализуются различные виды теплообмена, в том числе кондуктивный теплоперенос (теплопроводность) в мерзлых породах, конвективный теплоперенос в талых породах в процесс^теплообмена с внешней средой, а также радиационный теплоперенос, зависящий от поглотительной способности поверхности пород.

Интенсивность нагрева и охлаждения мерзлых пород определяется удельной теплоемкостью Сп, зависящей от их влажности, теплоемкости скелета и воды:

С IV + с

Сп = —1--— , кДж/(кг-К), (1.3.1)

где Св - теплоемкость воды, Св= 4,18 кДж/(кг-К); Сп - теплоемкость минерального скелета,

Ш- весовая влажность, кг/кг.

Затраты тепла на оттаивание мерзлых пород и нагрев талых до положительной температуры определяются выражением [14]:

буд = спР1\ - _ тшу Жрс(ТиСп + ГТСВ +1), 41.3.2)

V Рл )

где рс - плотность минерального скелета, кг/м3; рп - плотность льда, рл = 920 кг/м3; рп - плотность породы, Рп «2650 кг/м ; Тч, Тт - температура мерзлой и талой породы, соответственно, °С;

Ь - теплота плавления льда, Ь = 334 кДж/кг.

Температурное поле в мерзлом грунте при его оттаивании определяется значениями тепловых потоков и тепловыми свойствами пород. В расчетах процесса оттаивания пользуются следующими значениями коэффициента теплопроводности (размерность Вт/(м-К): вода неподвижная - 5,58; лед - 2,33; суглинок талый (влажность 20%) - 1,39; суглинок мерзлый - 2,09; песок сухой, талый, мерзлый -0,58; галечник сухой - 0,58...1,63; галечник льдонасыщенный, мерзлый - 3,14.

В случаях, когда одновременно с кондуктивным теплопереносом имеет место фильтрационный процесс перемещения теплоносителя, в расчетах используют коэффициент эффективной теплопроводности, учитывающий особенности обеих процессов. Зависимость коэффициента эффективной теплопроводности от скорости фильтрации можно выразить суммой

Лэ=я+/Ж (1.3.3)

где X - коэффициент теплопроводности талого грунта при неподвижной воде, Вт/(м-К);

О - коэффициент теплового рассеивания фильтрационного потока, V - скорость фильтрации, м/ч.

Для мелкого гравия принимают £)=1, для гальки с коэффициентом фильтрации 350 м/сут, этот показатель составляет

В = 7 Вт-ч/(м2-К).

Учитывая широкое применение на практике способа игловой гидрооттайки, проблеме повышения ее эффективности посвящено значительное количество теоретических работ [35, 59, 60, 71]. Игловой способ оттаивания основан на теплообмене между восходящим из скважины потоком воды (теплоноситель) и окружающими мерзлыми породами. Вокруг скважины формируются объем талой породы, который постепенно увеличивается во времени, превращаясь в цилиндрический талик с диаметром равным расстоянию между гидроиглами. На границе мерзлой породы с талой постоянно сохраняется температура плавления льда - 0°С. Следовательно, теплообмен происходит при постоянной температуре при соблюдении граничных условий первого рода с подвижной границей.

При формирования талика вокруг гидроиглы, одновременно с ростом радиуса талика, увеличивается площадь соприкосновения теплоносителя с мерзлой породой, уменьшается средняя скорость восходящего фильтрационного потока, и, соответственно, изменяются условия теплообмена. С одной стороны, за счет увеличения площади контакта «талик - мерзлая порода», теплообмен возрастает, а с другой стороны, по причине уменьшения конвективной составляющей теплоотдачи, падает. Значительное количество неиспользованного на размораживание тепла уносится теплоносителем на дневную поверхность или в сторону от талика по сезоннотталому верхнему слою.

В условиях лабораторного физического моделирования процесса формирования талика было установлено, что его форма несколько отличается от цилиндрической, более точно - имеет грушевидную форму с постоянными

относительными размерами: выше полусферического основания,талик имеет форму тела вращения, которое постепенно переходит в цилиндр.

При формировании талика в неоднородной среде его форма зависит от фильтрационных свойств и изменения льдистости по высоте.

В процессе теплопереноса за счет теплопроводности окружающих пород тепло переносится в радиальном и вертикальном направлениях. Принято считать, что в радиальном направлении отводится 10-15%, а в вертикальном 3-5% от общих затрат тепла на образования талика [14].

Большой практический интерес для производственников представляют расчеты продолжительности формирования талика и действия гидроиглы в зависимости от режима подачи теплоносителя.

При условии постоянства температуры воды у начала фильтрационного потока и постоянства расхода этого потока в работах [14, 60] представлена расчетная формула для определения длительности действия гидроиглы в виде функциональной связи

г = /(св, сп, ж, ри, ря,ь9 кб)9 (1.з.4)

где Св,Сп,Ш, ри, рл, Ь, К^ - известные постоянные физические характеристики, описанные выше;

Кб -средняя относительная боковая теплоотдача (безразмерная),

Кб = 1-0; в = (1-3.5)

о

Величина 6 показывает, какая часть начального запаса тепла воды, входящей в грунт с температурой Т% выносится без использования выходящей водой с температурой Тс, если температура таяния грунтов Т0.

Представленная модель дает весьма приближенные оценки поскольку не ясно, какое значение 0 следует использовать в расчете. По существу значение

величины 9 зависит не только от расхода воды, но, в большей степени, от радиуса талика, который непрерывно увеличивается с течением времени.

Следовательно, для учета значения величины 6 необходимо получение

дополнительной аналитической зависимости, при отсутствии которой достоверные расчеты проблематичны.

В работе [71] описана методика определения теплоотдачи фильтрационного потока на основе использования теоретической модели, учитывающей распространение тепла в цилиндрическом теле. В теоретической модели принято, что возникающий в цилиндрическом теле тепловой поток направлен из внутренних его частей к боковой поверхности. Кондуктивный теплоперенос в вертикальном направлении не учитывается. На боковой поверхности установлены граничные условия первого рода, То=0°С, тогда средняя относительная температура цилиндра (талика) выражается через критерий Фурье:

в = (1.3.6)

В данном случае

Р0=М/г2, а = (Я + /Ж)/(Сп-/?п) (1.3.7)

где а- температуропроводность талика, м2/с; время, ч; г- радиус талика, м;

Х- коэффициент кондуктивной теплопроводности в радиальном направлении, Вт/(м-К);

о

р - плотность породы, кг/м .

На наш взгляд, в данном подходе при решении задачи сделаны следующие неоправданные допущения.

Во-первых, радиус цилиндра не является величиной постоянной и увеличивается во времени. Кроме того, при достаточно больших расходах воды, что имеет место в практике формирования талика, скорость увеличения радиуса талика намного превышает скорость кондуктивного теплопереноса в мерзлой зоне, и поэтому основной теплообмен происходит на границе «талик-мерзлота» с поглощением тепла в процессе фазового перехода льда в воду.

Во-вторых, в формулах (1.3.3) и (1.3.7) для коэффициентов тепло - и температуропроводности в представленной постановке задачи скорость К движения теплоносителя в радиальном направлении равна 0 и нет необходимости ее учитывать при расчете указанных коэффициентов в данном направлении.

В работе [15] отмечается, что на опытном участке россыпи (долина р. Чай-Урьи) производительность оттаивания достигает максимального значения при некотором значении расхода воды. В конкретных условиях гидрооттайки пород с пылеватой супесью, галькой и небольшими валунами максимальная

о

производительность была отмечена при расходе воды 1 м /ч. В то же время при расходе 1,5-3,5 м3/ч, несмотря на повышенный расход воды, талик, развивался медленнее, что противоречит теоретическим прогнозам. Причиной противоречия явилось образование суффозионных каналов, промытых восходящим поток(эм. По этим каналам происходили потери воды и талик расширялся неравномерно. Этот механизм потерь воды вероятно реализуется в сильно неоднородных мерзлых аллювиальных породах, особенно при наличии валунов.

При проектировании игловой гидрооттайки важное значение имеют исходные производственно-технические и экономические показатели, в том числе размеры полигона, сроки начала и окончания работ на отдельных участках, глубина оттаивания и продолжительность хранения талых пород до момента их переработки. Экономичность процесса зависит от параметров насосных станций и трубопроводов, стоимости материалов, электроэнергии, величины отчислений на оборудование.

Вычисление себестоимости гидрооттайки с учетом производственных и экономических показателей позволяет найти экономически оправданный технологический вариант. Решение такой задачи возможно в случае достоверного расчета ожидаемой производительности гидрооттайки в зависимости от режима работы гидроиглы и свойств мерзлых пород.

Учет энергозатрат на перемещение воды от пруда - отстойника до гидроиглы возможен на основе теории гидродинамических сопротивлений в зависимости от геометрических параметров трубопроводов.

Шаг расстановки гидроигл весьма существенно отражается на себестоимости процесса гидрооттайки. Очевидно, что себестоимость при оптимальном шаге принимает минимальное значение. На оптимум также влияют режим работы гидроигл и свойства пород.

1.4. Задачи исследований

Современные условия работы горнодобывающих предприятий при разработке россыпных месторождений в зонах распространения многолетней мерзлоты характеризуются ростом себестоимости добычи полезных ископаемых в связи с повышением цен на энергоносители и увеличения затрат на приобретение горного оборудования и материалов.

В суровых климатических условиях Севера при разработке россыпей основные материальные затраты приходятся на рыхление и оттаивание мерзлых грунтов. Эти технологические процессы предопределяют производительность и себестоимость извлечения золота.

Учитывая, что в условиях Крайнего Севера, где добыча золота из аллювиальных отложений производится промывкой и только в летнее время, весьма проблематичной становится целесообразность их разработки при очень высоких затратах на рыхление и оттаивания мерзлых пород.

В связи с этим, проблема увеличения промывочного сезона при одновременном снижении затрат на рыхление и оттаивания мерзлых золотоносных аллювиальных отложений является весьма актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Исходя из актуальности проблемы, вытекает и цель диссертационной работы: разработка научнообонованных рекомендаций по увеличению длительности промывочного сезона и повышению эффективности добычи золота из аллювиальных многолетнемерзлых и сезонномерзлых пород.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие научные

задачи:

- обосновать параметры взрывного рыхления мерзлых аллювиальных пород, обеспечивающих заданную степень их дробления при минимально допустимых расходах взрывного вещества;

- обосновать необходимые параметры теплоизоляционного покрытия отвалов талых пород, при которых бы предотвращалось их промерзание в зимний период;

- обосновать оптимальные режимные и технологические параметры гидрооттаивания мерзлых аллювиальных пород.

В процессе решения перечисленных научных задач необходимо решить следующие частные задачи:

разработать математическую модель процесса взрывного разрушения мерзлых пород с заданной степенью их рыхления, обеспечивающей максимальную скорость оттаивания полученной горной массы за счет солнечной радиации;

исследовать закономерности процесса промерзания в зимний период талых пород на утепленных отвалах, подготовленных к разработке в предыдущий промывочный сезон, и выбрать рекомендации по снижению глубины сезонного промерзания;

исследовать закономерности формирования таликов при гидроигловой оттайке мерзлых пород в зависимости от их физических свойств и режима подачи воды;

исследовать энергетические затраты на преодоления гидродинамических сопротивлений в трубопроводах на полигоне для гидроигловой оттайки;

обосновать технико-экономический критерий оптимизации гидроигловой оттайки с учетом величины энергетических и материальных затрат процесса, а также его стоимостных показателей;

разработать инженерную методику для проектирования оптимального технологического варианта гидроотгайки.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕРЗЛОГО ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ЕГО ВЗРЫВНОМ РЫХЛЕНИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СХЕМЫ КОММУТАЦИИ ЗАРЯДОВ

2.1. Анализ закономерностей распространения цилиндрических волн напряжений в неограниченном пространстве

Рассмотрим процесс распространения волны напряжений от единичного цилиндрического заряда. Выберем систему координат г , , ^ так, чтобы в момент

времени ^ = 0 на поверхности полости радиусом Т0 возникло давление изменяющееся во времени. В этом случае движение всех точек среды в плоскостях, перпендикулярных оси Z, будет одинаковым.

Смещение частиц в рассматриваемой задаче происходит только вдоль радиального направления и радиальное смещение и зависит только от радиуса Г и

времени t. Уравнение движения частиц с учетом уравнения неразрывности деформаций имеет вид [64]

Заключение диссертации по теме «Физические процессы горного производства», Бельченко, Евгений Леонидович

Основные выводы по работе

1. Анализ существующих способов и технических средств добычи рассыпного золота из аллювиальных пород показывает, что повысить ее эффективность возможно главным образом за счет более раннего начала промывочного сезона, а именно, сразу же с наступлением положительных температур, когда появляется талая вода. Для этого необходимо иметь в наличии талые аллювиальные золотоносные породы, заскладированные в предыдущем промывочном сезоне, а также интенсифицировать процесс оттайки многолетне- и сезонномерзлых пород.

2. Установлена закономерность изменения энергонасыщения мерзлых аллювиальных пород при их взрывном разрушении в зависимости от схем обуривания и коммутации взрывных скважин. В результате решения задачи, учитывающей суперпозицию напряжений от взрыва двух скважин, получены результирующие компоненты тензора напряжений, на основе которого определены средневзвешенные по объему значения упругого потенциала. Установлено, что его максимальная величина и, следовательно, максимальная степень взрывного рыхления пород имеет место, когда отбойные скважины располагают в острых углах параллелограммов, равных 50-70°.

3. Предложен метод расчета параметров промерзания талых аллювиальных по-род на отвалах в зимний период. Согласно этому методу глубину промерзания талых аллювиальных пород в зимний период определяют в два этапа. На первом этапе определяют приближенно глубину проникновения изотермы Т=0°С, используя уравнение теплопроводности. На втором этапе глубина промерзания уточняется с учетом количества тепловой энергии, необходимой для охлаждения породы от температуры талого состояния до температуры фазового перехода «вода-лед».

4. Определена толщина теплоизоляционного покрытия (ф, при которой полностью предотвращается промерзание талых аллювиальных пород на отвалах за зимний период, она зависит от теплопроводности покрытия (Яг), теплопроводности талых пород (Ли), высоты отвала (Н), температуры воздуха в зимний период

То), температуры талых пород отвала на глубине Н12.

5. Толщина теплоизоляционного покрытия ((¡) , при которой происходит промерзание талых аллювиальных пород на отвалах за зимний период на допустимую глубину (/?д), зависит от параметров Апн, Т3, Н, Тн/2> & также теплопроводности мерзлых аллювиальных пород (ЛцМ).

6. Установлена закономерность изменения радиуса талика во времени при гидроигловом оттаивании мерзлых аллювиальных пород в зависимости их тепло-физических свойств, расхода и температуры воды, нагнетаемой в каждую гидроигловую скважину. Максимальная скорость гидроиглового оттаивания мерзлых аллювиальных пород и минимальные энергозатраты имеют место при расходе воды, равном 1,5 м3/ч в каждую скважину на начальном этапе о гидрооттаивания и 2,5 м /ч - на завершающем этапе.

7. Разработан технико-экономический критерий оптимизации гидроиглового оттаивания мерзлых аллювиальных пород, учитывающий материальные и энергетические затраты, а также скорость формирования талика. Критерий позволяет оптимизировать удельные затраты при максимальной эффективности гидрооттаивания.

8. Разработаны рекомендации по подготовке мерзлых аллювиальных золотоносных пород к их промывке, позволяющие снизить удельный расход ВВ на рыхление пород, сохранить талики от глубокого сезонного промерзания в зимнее время и оптимизировать проектные решения по гидроигловой оттайке с возможностью уменьшения себестоимости гидрооттайки единицы объема горной Массы в пределах 7-10%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены новые научно обоснованные технические и технологические решения по управлению процессами подготовки мерзлых золотоносных аллювиальных пород к разработке методом промывки, обеспечивающие более ранее начало промывочного сезона в регионах Северо-Востока России и повышение эффективности добычи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бельченко, Евгений Леонидович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Арм Я.М., Галкин Г.С. Разработка рассыпных месторождений открытым способом. Труды ВНИИ-1, т. XXIII, Магадан., 1965.

2. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. - М:Недра, 1986. - 272 с.

3. Бельченко Е.Л. Открытый рынок спасет отрасль. Всероссийский экономический журнал. «Деловые люди», изд. Пресс-Контакт, N 91, 1998. - С.52-53.

4. Билибин Ю.А. Основы геологии россыпей. АН СССР, М., 1957.

5. Бичевина Л.Д. Сравнительная технико-экономическая характеристика различных способов подготовки дражных полигонов. Кн. «Всесоюзный семинар по обмену опытом подготовки дражных полигонов к эксплуатации в районах Крайнего Севера». Магадан, 1964.

6. Бланков Б.А., Рашкин A.B.,. Усов Н.Н, Шувалов Н.Г. О технологии покрытия полимерными пленками дражных полигонов для оттайки пород. «Колыма», N12,1967.

7. Блинников. Р.И. Игловая оттайка россыпей с естественным напором воды. «Горный журнал»,N7, 1960.

8. Богданов Е.И. Оборудование для транспорта и промывки песков россыпей. Недра, М., 1978.

9. Боровиков В.А., Ванягин И.Н. Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород. М.: Недра, 1990. - 231 с.

10. Бронштейн H.H., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся в ВТУЗов. 13-е изд. исправленное. - М.,

«Наука», гл.ред. физ-мат. лит., 1986. - 544 с.

11. Бураков А.М.,.Тетельбаум А.С.,.Микулевич А.П.,.Ермаков С.А. Моделирование, анализ и технологическое использование особенностей мерзлотной обстановки Куранахской россыпи. Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Сборник научных трудов. Якутск: изд. Якутского гос.университета, 1989 - С. 120-127.

12. Винников В.А. Разработка способа обеспечения качества горной массы на основе учета минерального состава и структуры породы при взрывном разрушении. Дисс. на соиск. ученой степени канд.техн.наук. -М.,МГИ, 1988.,- 157 с.

13.Вовк A.A., Луцко И.А. Управление взрывным импульсом в породных массивах. - Киев.: Наукова Думка, 1985.-216 с.

14. Гольдман В.Г., Знаменский В.В.,. Чистопольский С.Д. Гидравлическое оттаивание мерзлых горных пород. Труды ВНИИ-1,1970, т. XXX, с.440.

15. Гольдман В.Г. Особенности оттаивания слабопроницаемых грунтов водяными иглами. Тр. ВНИИ-1, t.XIX, Магадан, 1961.

16. Горбис З.Р. Теплообмен дисперсных сквозных потоков. Изд. «Энергия», М.-Л., 1964. - 296 с.

17. Горбис З.Р., Календерьян В.А. Теплоотдача слоя сыпучего материала, движущегося в цилиндрическом канале. «Теплоэнергетика», 1962, N 1.

18. Гончаров С.А, Каркашадзе Г.Г., Коломоец В.В. Методика определения степени разупрочнения массива при взрыве цилиндрических зарядов относительно напластования на качество дробления руды. Горный журнал, 1990, №8, - С. 56-57.

19. Гончаров С.А. Об удельном расходе ВВ при разработке рудных месторождений. Горный журнал, N 11, 1991. - С.31-32.

20. Гончаров С.А., Дремин А.И., Ершов Н.Л., Каркашадзе Г.Г. Ресурсосберегающие процессы разрушения горных пород на карьерах. М.: Изд. МГГУ, 1994. - 236 с.

21. Двайт Г.Б. Таблица интегралов и другие математические формулы. Изд.»Наука», Гл. Ред.физ.-мат. лит-ры, М., 1977.

22. Демидюк Г.П. О механизме действия взрыва и свойствах взрывчатых веществ. В ин. «Взрывное дело» N 45/2, Госгортехиздат, М., 1960. - С.20-30.

23. Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термодинамические процессы в горных породах.: Учеб.для вузов. - 2-е изд. перераб. и док. М.: Недра, 1990. - 360 с.

24. Добровольский Г.Н., Сорокин B.C. Исследование зоны разрушения при взрыве скважинных зарядов в мерзлом массиве. //Колыма. 1986, №1 - С. 14-16.

25. Достовалов Б.Н, Кудрявцев В.А.. Общее мерзлотоведение. Изд. МГУ, М, 1967.

26. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И, Новожилов М.Г. и др. Взрывание высоких уступов. Изд. «Недра», М., 1964. - 106 с.

27. Друкованный М.Ф., Гейман JI.M., Комир В.М. Новые методы и перспективы развития взрывных работ на карьерах. Изд. «Наука», М., 1966.

28. Друкованный М.Ф, Куц B.C., Ильин В.И. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. «Недра», М., 1980. -224 с.

29. .Егупов А.А К вопросу выбора эффективных методов взрывных работ при разработке многолетнемерзлых россыпей. Сб. научн.трудов 42, ВНИИ-1, 1980. - 26 с.

30. Емельянов Е.И., Назарчик А.Ф., Перелыитейн Г.З. и др. Техника и технология подготовки многолетнемерзлых пород к выемке. Недра, М., 1978.

31. Емельянов В.И.. Технология бульдозерной разработки всякомерзлых россыпей. Недра, М., 1976.

32. Ефремов Э.И. Основы теории и методы взрывного дробления горных пород. Киев, 1979. - 203 с.

33. Ефремов Э.И. Подготовка горной массы на карьерах. Изд. «Недра», М., 1980. - 271 с.

34. Заровняев Б.Н. Особенности использования взрывных скважин в условиях многолетней мерзлоты и пути повышения их эффективности.

Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Сборник научных трудов. Якутск, изд. Якутского госуниверситета, 1989.-С.3-11.

35. Знаменский. В.В. К теории фильтрационно-дренажного оттаивания мерзлых горных пород. Труды ВНИИ-1, т. XXVIII, Магадан, 1969.

36. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах. Изд. «Наука», 1969. - С. 1-240.

37. Исаченко В.П., Осипова B.A., Сукомел A.C. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е перераб. и доп. М., «Энергия», 1975., 488 с.

38. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. Физматгиз. М., 1961.

39. Каркашадзе Г.Г. Физико-техническое обоснование параметров взрывной подготовки рудного массива к выемке на открытых горных работах. Автореферат докт.диссертации. - М., МГГУ, 1995.

40. Kapdtiy Г, Егер Д. Теплопроводность твердых тел. Изд. «Наука», М., 1964.

41. Качанов JI.M. Основы механики разрушения. Изд. «Наука» М., 1974.-312 с..

42. Клевцов И.В., Петренко Л.Д. и др. Влияние ориентировки скважинных зарядов относительно напластования на качество дробления руды. Горный журнал, 1973, №6. - С. 42-43.

43. Ким М.Ф. Опыт применения зарядов с воздушными промежутками на карьерах Казахстана. Сб. «Взрывное дело», N 62/19, «Недра», М., 1967. - С. 215-225.

44. Киприянов Г.О. О механизме деформирования и разрушения мерзлого породного массива при взрыве скважинного заряда. Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Сборник научных трудов. Выпуск: изд. Якутского гос.университета, 1989. - С. 104111.

45. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела. Новосибирск: Наука, 1977., 260 с.

46. Кутузов Б.Н. Взрывные работы . - М.:Недра, 1980.

47. Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. - М.: Недра, 1973.-180 с.

48. Кутузов Б.Н., Скоробогатов М.В., Ерофеев И.Е. и др. Справочник взрывника. Под общей ред. Б.Н.Кутузова. - М.: Недра, 1988. -511 с.

49. Кутузов Б.Н., Тарасенко В.П. Физика взрывного разрушения горных пород. Учебное пособие. М., 1975.

50. Лешков В.Г.. Разработка россыпных месторождений. Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. Недра, М., 1985. - 568 с.

51. Лешков В.Г. Современная техника и технология дражных работ. Недра, М., 1971.

52. Лыков A.B. Теория теплопроводности. Изд. «Высшая школа»,

1967.

53. Марченко Л.Н. Увеличение эффективности взрыва при добыче полезных ископаемых. Изд. «Наука» М., 1965. - 110 с.

54. Мосинец Б.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. Изд. «Недра», М., 1976. - 270 с.

55. Наточинский В.И. Подготовительные работы при разработке россыпных месторождений. Недра, М., 1975.

56. Нурок Г.А.. Технология и проектирование гидромеханизации горных работ. Недра, М., 1965.

57. Оксанич И.Ф., Миронов П.С. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава, М., Недра, 1982. - 166 с.

58. Павлов A.B.. Теплообмен промерзающих и протаивающих грунтов с атмосферой. «Наука», М., 1965

59. Г.З.Перльштейн, Э .Я.Черных. К оптимизации параметров гидроиглового оттаивания. Сб. научн.трудов. ВНИИ-1, 1981. - 65 с.

60. Перлыптейн Г.З., Жильцов В.Д. Приближенные формулы для определения времени гидравлического оттаивания проницаемых мерзлых

пород. - В кн.: Техника и технология разработки многолетнемерзлых месторождений: Сб.научн.труды/ВНЙИ-1, Магадан, 1984. -С. 99-104

61.Порхаев Г.В. и др. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. Изд. «Наука», М., 1964.

62. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Недра, 1978. - 390 с.

63. Ржевский В.В. Открытые горные работы. - М.: Недра, 1985.

64. Сагомонян А.Я. Волны напряжений в сплошных средах. - М.: МГУ, 1985.-416 с.

65. Слепцов А.Е. Основные научно-технические проблемы разработки полезных ископаемых Севера. Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера. Сборник научных трудов. Выпуск: изд.Якуискрнр гос.университета, 1989 - С. 81-89.

66. Сулин Г.А. Техника и технология разработки россыпей открытым способом. Недра, М., 1974.

67. Тютюнов И. А. Введение в теорию формирования мерзлых пород. М., изд-во АН СССР, 1961.

68. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М.:Недра, 1974.

69. Чурилов Н.Г. Разработка ресурсосберегающего способа взрывной отбойки железистых кварцитов. Автореферат диссерт. На соиск. ученой степ, канд.техн.наук, М., МГГУ, 1997,- 22 с.

70. Черных Э.Я. Численный метод решения задачи об оттаивании мерзлых пород гидроигловым способом. Сб. научн.трудов 40, ВНИИ-1,

71. Чистопольский С.Д. Закономерности процесса игловой гидрооттайки мерзлых пород. Труды ВНИИ-1, т. XXIV, 1965.

72. Чугаев P.P. Гидравлика. (Учебник для вузов), Д., Энергия, 1975,-600 с.

73. Чудновский А.Ф. Теплофизические свойства дисперсных материалов. Физматгиз. М., 1962.

74. Шапурин A.B., Ешенко A.A., Шекун О.Г. Влияние направления отбойки и структуры горных пород на качество взрыва. Взрывное дело, №70/27, , Недра, 1971. - С. 147-151.

*CQTJEACOBAHOw

ш&вешт MOT

С.В.Ояастунов 1998г.

"УТЕ вннй

WSKiU

¡нер

звшйГСК" А.Й.Усишов

1998т,

ИНСТРУКЦИЯ ЕО производству БВР в условиях Билибинекого горно-обогатительного комбината

Москва - 1998г

X 7-r

1.ВВЕДЕНИЕ

Инструкция предназначена для инженерно-технических работников Бшшбинского горно-обогатжгельного комбината, осуществляющих проектирование буровзрывных работ в породных массивах.

Цель инструкции - проектирование технологии взрывной отбойки, обеспечивающей улучшение качества взрывного дробления и уменьшение удельного расхода ЕВ.

Основная идея заключается в целенаправленном формировании, при взрыве скважинных зарядов» такой комбинации динамических напряжений, при которой достигается максимальный разрушающий и разупрочнявдий эффект.

2. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ШЛМУТАЦШ СКВШННЫХ ЗАРЯДОВ.

Известно, что при распространении волны напряжений от цилиндрического заряда ВВ в массиве возникают радиальные сжимающие и окружные растягивающие напряжения. При встрече волн напряжений от двух зарядов результатируэдая волна напряжений формируется за счет суперпозиции напряжений. При этом, положительный эффект достигается в случае встречи в одном направлении напряжений одного знака, т.е. только сжимающих или растягивающих. В тех же случаях, когда сшшавдие напряжения от одного заряда складываются с растягивающими напряжениями от другого заряда - результирующие напряжения будут меньше и, следовательно, меньше будет вероятность разрушения и разупрочнения породы в рассматриваемой точке.

Таким образом, объем породного массива отбиваемый скважин-нш зарядами, должен быть насыщен максимально возможными напряжениями сжимающими или растягивающими. Количественным показателем, характеризующим действие максимальных напряжений, является средне-взвешенная энергонасыщенность породного массива, принимающая различные значения в зависимости от расположения отбойных скважин на уступе при прочих равных условиях. Как показала теоретические исследования энергонасыщенности, выполнение с помощью ЭВМ, эта величина достигает максимального значения при расположении отбойных скважин в углах параллелограмма с острым углом между его сторонами равным 70° • Этот вариант обуривания массива предлагается к внедрению при производстве ЕВР в условиях Бшшбинского ГСКа.

Рис.1. Схемы обуриВания блока и коммутации ск&ажинных зярядоб;

а) баъоВый Вариант >

б) предлагаемый Вариант.

3. ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ОКУРИВАНИЯ И ВЗРЫВАНИЯ СКВАЖЙНЫХ ЗАРЯДОВ,

При перемещении фронта горных работ сцрава налево (рис. 16) блок обуривают со сетка скважин с их расшжшевдем в плане в уздах зхаралелограша А*В*С*Д* . Острый, угол паралело-грамма составляет = 70°. Схема кош7тацяи скважинных зарядов - диагональная, так же как и в базовом варианте (рис. 1а)

Важно отметить, что удельный расход ЕВ и объем отбитой горной тлассы в сравниваемых вариантах одинаковы, поскольку расстояние мезду скважинами в ряду "6*, а так же расстояние "а" мезду рядами скжзн остались неизменными. В то же вреш качество взрывного дробления в предлагаемом варианте будет ваше вследствие более высокого значения КПД в процессе разрушения.

При перемещении фронта добычных работ слева направо схема обуривания и взрывания принишются зеркально противоположными (на рисунке не показано)»

4. ПОВДСК РЕАЛИЗАЦИИ ПВДАГАЕШГО ВАРИАНТА.

На стадии проектирования ЕВР отбойные скважины размещают, в отдачи© от базового варианта, в узлах паралелограша с острым углом = 70°.

Последующие технологические операции ЕВР остаются без изменений.

5. ШЩДОШВ РЕЗУЛЬТАТЫ.

Применение рекомендаций позволяет улучшить качество взрывного дробления горной массы.

Возможно уменьшение удельного расхода ВВ при том же качестве взрывного дробления на 10-15$ за счет расширения сетки скважин. Бднако последняя рекомендация может быть принят после сравнительного анализа гранулометрического состава горной массы* взорванной ш базовой и предлагаемой технологии.

Разработчики инструкции:

проф., д. т.н. Гончаров С.А.

проф.,д.т.в. Каркашадзе Г.Г

инженер Бельченко Е.Л.

(НО.

СОГЛАСОВАНО

научной работе МГГУ С.В.Сластунов

.ог. П

УТВЕРЖДАЮ

ОАО/Билибинский

А.И.Устинов

. Н ог. 9$

МЕТОДИКА

расчета технологических показателей игловой гидуооттайки мерзлых аллювиальных пород в условиях Билибинского ГОКа

МОСКВА - БИЛИБИНО - 1998

1. ВВЕДЕНИЕ

Методика предназначена для инженерно-технических работников Белибинского ГОКа, осуществляющих проектирование игловой гидрооттайки мерзлых аллювиальных пород.

Целю методики является обоснование технологического варианта гидрооттайки с минимальными материальными затратами с учетом стоимостных показателей применяемого оборудования (гидроиглы, трубопроводы, насосы), затрат на электроэнергию, длительности процесса и теплофизических свойств разрабатываемых пород.

В соответствии с данной методикой осуществляется расчет затрат на обустройство полигона, энергозатрат на преодоление гидродинамических сопротивлений во взаимосвязи с расходом воды и заданной длительностью гидрооттайки.

В качестве результирующего критерия эффективности принята себестоимость гидрооттайки мерзлых пород в виде отношения суммарных затрат на реализацию технологического процесса к оттаявшему объему (руб./м3).

2. СОДЕРЖАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

На рис. 1 представлена блок-схема методики расчета себестоимости гидрооттайки. Исходные данные, необходимые для расчетов, составляют свойства пород: тепловые, плотностные, влажность, температура. Параметры технологии включают в себя высоту блока, шаг расстановки гидроигл, диапазон возможного изменения расхода воды, используемой для гидрооттайки.

Параметры трубопроводов задаются схемой их размещения и геометрическими параметрами.

Исходные данные достаточны для расчета времени формирования талика радиусом Я'.

1 ^г

? = -7-—, (2.1)

где

г0 \ - ехр

Л '

V Г°>75У

А =

свТ,

о

2ттН с \

ЖИ + ст Т т~ Т н Рт

к )

(2.2)

0Д55Я-Л

с в

Ю

V лрР V]

0,75

(2.3)

где Г0 - начальный радиус талика; г0 « 0,15 м;

Я - конечный радиус талика (шаг расстановки гидроигл), м; с - теплоемкость воды, с =4180 Дж/(кг-К); Г0- температура воды используемой при гидрооттайке, °С; Н - высота талика, м;

л

]¥ - весовая льдистость породы (отношение массы льда и массе породы), кг/кг;

к - теплота фазового перехода "лед-вода", к = 3,3 5 • 105Дж/кг;

Ст - удельная теплоемкость породы, Дж/(кг-К);

Гт шГ - средняя температура талика и средняя температура мерзлой породы, °С;

рг - плотность породы, кг/м3;

л - коэффициент теплопроводности воды, л= 0,56 Вт/(м-К);

р - плотность воды, р — 1000 кг/м3;

О - объемный расход воды, м3/с;

Р - пористость талика, Р =0,27;

с л

V- кинематическая вязкость воды, У= 1,5-10' м /с.

На рис. 2 представлен участок полигона гидрооттайки, на котором размещены насос, магистральные водопроводы первого и второго порядка, распределительные водопроводы и гидроиглы. Мощность гидравлической энергии, потребляемой при гидрооттайке на произвольном участке рассчитывается по формуле:

М^рв^, Вт, (2.4)

где О/ - расход воды на рассматриваемом участке, м3/с;

Ь,\ - потеря напора на участке, м

Потеря напора при движении воды в магистральных, распределительных водопроводах и в гидроигле рассчитывается по формуле:

/• Г-2

А'

где ЛТр - коэффициент трения,

Аг - относительная шероховатость трубы,

Л 2*5

А г- — . (2.7)

А-

Потеря напора в распределенном водопроводе, имеющем "Я" разветвлений составляет:

О3, ВТ. (2.8)

г=о Я Т) ¡-0

Потери напора в разветвлениях распределительного водопровода

« трв;", ч3 /=0 ^ ^ /=0

где ^ I - коэффициент сопротивления определяется по табличным значениям в соответствии с методикой анализа приточного тройника [1]. Себестоимость гидрооттайки составляет:

Уз-

С = (2.10)

V

где ^ 3} - сумма всех затрат на процесс гидрооттайки, руб.; V,- объем оттаявшего массива, м3.

Затраты на бурение скважин для гидроигл, монтаж и эксплуатация оборудования на одном блоке составляют:

(2Л1)

где 3} - затраты на бурение скважины и установку одной гидроиглы, руб.;

Ц21 - цена погонного метра (п.м) магистрального водопровода, руб./п.м;

Ц22 - цена п.м распределительного водопровода, руб./п.м:

Ц23 - цена п.м распределительного водопровода второго порядка ("гребенка"), руб./п.м;

Ц24 - стоимость п.м гибкого рукава, руб./п.м; Ьм, , , " длина водопроводов, соответственно магистрального,

распределительного первого порядка, "гребенки", гибкого рукава, м;

П1 - количество циклов эксплуатации оборудования.

Объем обрабатываемого блока

Уб = ПТЯ2Н, м3. (2.12)

Представленные расчетные зависимости запрограммированы на ЭВМ, что позволяет осуществлять оперативно расчет технико-экономических показателей процесса гидрооттайки и производить на этой основе оптимизацию проектных решений.

Составили методику: от Били^йнского ГОКа

отчМГГУ

Ж

'¿¿¿(.сг^ ? Е.Л.Бельченко

С.А.Гончаров

Г.Г.Каркашадзе