Повышение качества дробления руды очистной камеры изменением параметров БВР (веерных зарядов ВВ)

1. Повышение качества дробления руды очистной камеры изменением параметров БВР (веерных зарядов ВВ)

Подземная разработка рудных месторождений
Мальцев Александр Юрьевич, Колчин Александр Владимирович
2025г.

2. Цель и задачи выпускной квалификационной работы

Цель ВКР - повышение качества дробления руды очистной камеры изменением параметров БВР (веерных
зарядов ВВ).
Задачи ВКР:
– Изучить технологию добычи железной руды на Шерегешской шахте;
– Рассмотреть от каких показателей БВР зависит качество дробления;
–Рассмотреть опыт решения данной проблемы на других рудниках страны;
–Разработать вариант повышения качества дробления руды очистной камеры путем изменения параметров БВР.
2

3.

Вскрытие Шерегешевского месторождения
Наименование ствола
Диаметр в свету,
м
Глубина, м
«Ново-клетевой»
7,5
738
«Скиповой»
6,5
726
«Восточный»
7,0
501,5
«Главный»
5,5
688,5
«Воздуховыдающий»
7,0
544,3
«Лесоспуск»
4,2
435
Рисунок – Вертикальная схема вскрытия
Ствол «Ново-клетевой» оборудован двумя клетями и
предназначен для спуска- подъема людей, материалов и
оборудования, подачи в шахту свежего воздуха, выдачи
породы. По стволу проложены кабели различного
назначения,
трубопроводы
пожарно-оросительной
системы и шахтного водоотлива.
Ствол «Скиповой» предназначен для выдачи руды и
породы и оборудован двумя скипами грузоподъемностью
50 т и двумя скипами грузоподъемностью 15 т.
Ствол «Восточный» предназначен для подачи в шахту
свежего
воздуха
и
спуска
крупногабаритного
оборудования.
«Воздуховыдающий» ствол предназначен для выдачи
отработанного воздуха Ствол «Лесоспуск» предназначен
для спуска лесоматериалов и оборудования шахту и
оборудован контейнером грузоподъемностью 2,8 т.
К существующим вскрывающим выработкам II периода
относятся грузовые порожняковые квершлаги и штреки
гор.+325, +255 , +185 и +115 м, предназначенные для
подачи свежего воздуха, транспортировки горной массы,
материалов и оборудования.
3

4.

Подготовка Шерегешеского
месторождения
Подготовка на месторождении в основном применяется
ортовая, но встречается штрековая. Орты проходят вкрест
простирания рудных залежей через 27-30 м, т.е. месторождение
отрабатывается вкрест простирания и комбинированным
порядком очистной выемки блоков в этаже. При разработке
данного месторождения основная схема трассировки кольцевая.
При кольцевой схеме трассировки выработок отсутствуют
тупиковые забои.
Данная кольцевая схема подготовки шахтного поля имеет
следующие преимущества: независимость работы транспорта,
отсутствие различных простоев, обслуживание одновременно
нескольких очистных блоков.
Подготовительные работы начинаются с проведения
грузовых и порожняковых откаточных штреков, а из них начинают
проходку ортов, которые непосредственно являются выработками,
на которые идет выпуск руды. После этого подготовительные
участки делят восстающими на выемочные блоки и панели.
4

5. Система разработки

В настоящие время на месторождении применяется система подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды.
При отработке системой разработки подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды выемку запасов ведут подэтажами в нисходящем
порядке с обрушением руды и вмещающих пород.
Рудное тело по вертикали разбивается на подэтажи. Каждый подэтаж по простиранию разбивается на очистные заходки, располагаемые
вкрест простирания рудного тела. Заходки в смежных по вертикали подэтажах геометризуются в шахматном порядке для исключения потерь
руды в гребнях между заходками. В каждой заходке руду отбивают в зажиме послойно вертикальными комплектами вееров скважин.
Выпускают руду под обрушенными налегающими породами непосредственно в подэтажные буро-доставочные орты через их торцы.
Взрывание очередного слоя производится после выпуска ранее отбитой руды. Толщина отбиваемого слоя принимается из условий принятой
высоты подэтажа и параметров эллипсоида выпуска руды под обрушенными породами [1].
Общий порядок отработки подэтажей - нисходящий. Линия фронта очистных работ верхнего подэтажа должна опережать нижний подэтаж
на расстояние не менее чем на длину, равную высоте одного подэтажа. Порядок отработки запасов руды в подэтажах - сплошной.
Конструктивные элементы и параметры варианта
- высота подэтажа - 25 – 30 м;
- расстояние между выпускными выработками - 14 м;
- ширина очистной заходки - 14 м;
- высота очистной заходки - 32 м;
- толщина отбиваемого слоя - 5,2 м;
- длина очистной заходки - равна мощности рудного тела (более 20 м);
- длина расчетного блока по простиранию - 154 м (принята из условий рационального использования погрузочно-доставочных машин на
выпуске руды).
5

6. Оборудование применяемое на Шерегешской шахте на основных этапах производственного процесса

Машина буровая Boomer 282
Самоходная погрузочно-транспортная машина ST-1030
Зарядная машина Charmec SF 405 D
Электровоз К-14
6

7.

Паспорт БВР
Проведение и крепление доставочного штрека
7

8. Повышение качества дробления руды очистной камеры изменением параметров БВР (Веерных зарядов ВВ)

Специальная часть
Повышение качества дробления руды очистной камеры
изменением параметров БВР (Веерных зарядов ВВ)
Себестоимость отбойки руды и разделки негабарита
Влияние выхода негабарита на время погрузки автосамосвала
Способ снижения выхода негабарита при отбойке запасов
первичных камер: 1 – веер скважин; 2, 5 – комплекты (пучки)
парно-сближенных скважин; 3 – буровые выработки; 4 – зона
нерегулируемого дробления; 6 – дугообразное расположение
комплекта скважин (пучка); 7 – отбиваемый слой
8

9.

Принципиальная схема заряжания восходящего
веера скважинных зарядов, рас сосредоточенных
воздушными промежутками: 1 – буровая
выработка; 2 – незаряжаемая часть веера; 3 –
заряд ВВ; 4 – воздушный промежуток.
Линейные зависимости выхода фракций отбитой руды от
удельного расхода ВВ на отбойку: 1 – 0-20мм; 2 - +20-65мм; 3 +65-700мм; 4 - +700мм. Красный – традиционная технология БВР;
Синий – предлагаемая технология БВР.
9

10.

Для условий шахты Шерегешская при веерной скважинной отбойке
определены оптимальные параметры рассредоточения веерных зарядов ВВ
диаметром 89 мм при отбойке блоков с удельным расходом ВВ от 0,8÷0,91 до
1,39÷1,58 кг/м³ при крепости пород и руд - 12÷16; Л.Н.С. – от 1,75 до 1,82 м и от
1,33 до 1,76 м при кондиционном куске 300÷500 мм и интервалом замедления
между веерами, равному 15 мс. Опытным путем определено и в настоящее
время на Шерегешской шахте производится бурение и взрывание вееров
скважин с ЛНС между ними 2,5м, диаметр скважин 89мм., с удельным расходом
ВВ от 0,521÷0,9 до 1,39÷1,58 кг/м³ при крепости пород и руд - 12÷16.
Схема расположения веера: а – недозоряд; 121 – количество скважин в веере.
10

11.

На Шерегешской шахте получило применение промышленное эмульсионное
взрывчатое вещество «Сибирит®-800 У» ТУ 3602-086-05608605-2023,
производимое на местах ведения взрывных работ путем смешивания невзрывчатых
компонентов. Разработчиком ЭВВ является АО «НИТРО СИБИРЬ» (далее ЭВВ)
может применяться в подземных выработках рудников и шахт, не опасных по газу
или пыли, изготавливается в СЗМ в процессе заряжания шпуров и скважин при
отбойке сухих и обводнённых горных пород с коэффициентом крепости по шкале
М.М. Протодьяконова до 20 в температурном диапазоне от плюс 10°С до плюс 30°С
(для ЭВВ) при соблюдением требований промышленной безопасности и
технической документации.
Минимальный диаметр заряжаемых шпуров - 40 мм.
Минимальный диаметр заряжаемых скважин - 75 мм.
Максимальная глубина шпуров - 6 м.
Максимальная глубина скважин - 60 м.
Гарантийный срок нахождения заряда в шпуре или скважине – до 3 суток.
Температурные условия применения (температура окружающего воздуха в
подземных условиях): от +5°С до +45°С.
Пример обозначения при заказе и в технической документации: «Сибирит®800 У» ТУ 3602-086-05608605-2023 [39].
«Сибирит®-800 У» изготавливаются из эмульсии, соответственно,
«Сибирит®-800 У» путем введения в нее с целью сенсибилизации
газогенерирующей добавки (раствора на основе нитрита натрия).
Характеристика
Значения для «Сибирит®-800 У»
1
Расчетные
1. Теплота взрыва, кДж/кг (ккал/кг)
2. Удельный объем газообразных продуктов взрыва, м3/кг
2
3. Кислородный баланс, %
4. Объем токсичных газов (СО), м3/кг (% об.)
5. Тротиловый эквивалент (по теплоте взрыва)
Экспериментальные
6. Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88:
- нижний предел, мм
7. Критический диаметр детонации в стальной оболочке, мм
8. Минимальный инициирующий импульс
3050 (729)
1,044
-2,8
0,017
0,73
Более 500
25
Взрывание с промежуточным детонатором
9. Термическая стойкость
Отсутствие экзотермического разложения до
температуры 170°С. Интенсивное экзотермическое
разложение при 240 - 260°С.
10. Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом м
105-107
11. Минимальная энергия воспламенения, Дж
12. Критическая плотность, кг/м3
13. Совместимость с конструкционными материалами
Более 1
0,940 ± 0,001
Совместим со следующими конструкционными
материалами:
- нержавеющая сталь
по ГОСТ 5632-2014 марки 12Х18Н9Т и
аналогичные;
алюминиевые сплавы ГОСТ 8617-2018; ГОСТ
21488-97; ГОСТ 21631-76 марок АД1, Д16 и
аналогичные;
- фторопласт;
- полипропиленовые и полиэтиленовые
пластмассы;
- паронит по ГОСТ 481-80;
- резины маслобензостойкие марки МБС и
импортного производства NBR;
- графит
Водоустойчивое
14. Водоустойчивость
11

12.

Компонентный состав ЭВВ «Сабтэк»: 97,7 % эмульсионной матрицы и 2,3 %
газогенерирующей добавки.
Компонентный состав ГГД: 703 серия –– 2,5–3,5 % нитрита натрия и 96,5–97,5 % воды;
710 серия –– 9,5–10,5 % нитрита натрия и 89,5–90,5 % воды. Кроме того, составы дополнительно
содержат нитрат магния в количестве 1–15 %.
Температура эмульсионной матрицы должна находиться в пределах 15÷30 оС.
Температура применяемой ГГД не контролируется.
ЭВВ Сабтек было предназначено для производства взрывных работ в подземных
условиях рудников, в выработках, не опасных по выделению горючих газов и пыли, при отбойке
сухих и обводненных горных пород с коэффициентом крепости по шкале М. М. Протодьяконова
до 20, методом скважинных или шпуровых зарядов в температурном диапазоне окружающей
среды от –50 до +50 оС. Производство ЭВВ «Сабтэк» осуществлялось в процессе заряжания
скважин и шпуров путем смешивания эмульсионной матрицы «Сабтэк» и газогенерирующей
добавки. Приготовление компонентов ЭВВ «Сабтэк» (эмульсионной матрицы «Сабтэк» и
газогенерирующей добавки) производилось на стационарном пункте приготовления
невзрывчатых компонентов ЭВВЗАО «Орика СиАйЭс» (СПП НК ЭВВ) в г. Оленегорск.
Эмульсионная матрица «Сабтэк» относится к эмульсиям второго рода (обратная эмульсия), в
которой водный раствор неорганического окислителя (дисперсная фаза) диспергирован в
органической топливной фазе (дисперсионная среда). В качестве дисперсной фазы применяется
водный раствор аммиачной селитры, а дисперсионной среды –– минеральное масло. Для
образования эмульсионной матрицы и повышения ее стабильности в топливную фазу к
минеральному маслу вводят специальный эмульгатор, который обладает свойствами
поверхностно-активного вещества, и, адсорбируясь на поверхности капелек раствора аммиачной
селитры, препятствует их слиянию и придает системе агрегативную устойчивость.
Эмульсионная матрица является невзрывчатым и негорючим веществом, нечувствительна к
механическим воздействиям.
Компонент
Количество, % масс.
Содержание эмульсионной матрицы марки 97,7±2,3
«Вэлкро-200»
Содержание газогенерирующей добавки
2,3±2
марки UGS
Наименование показателей
1. Внешний вид
Норма для марки «Вэлкро-200»
Густая однородная масса,
насыщенная пузырьками газа
Расчетные
2. Теплота взрыва, ккал/кг (кДж/кг) 855 (3580)
3. Объемная концентрация энергии, 855–1068
ккал/дм3
4. Объем газообразных продуктов 995
взрыва, л/кг
30
В том числе ядовитых в пересчете
на СО, л/кг
5. Тротиловый эквивалент по
0,95
теплоте взрыва
(к гранулотолу при насыпной
плотности)
Экспериментальные
6. Плотность состава, г/см3:
1,40
до
1,0–1,25
газификации,
не менее; после
газификации
7. Критический диаметр, мм, не
32
более: открытого заряда;
15
заряда в стальной трубе с
толщиной стенки 3 мм
8. Скорость детонации в
3980
полиэтиленовой трубе диаметром
44 мм, м/с
9. Минимальный инициатор
1 патрон аммонита 6ЖВ-32-200
12

13.

Отбиваемый слой руды и выход руды с 1 п.м. скважины
Отбивае
мый
участок
Объем
отбиваемо
й рудной
массы
Тыс
.т.
Болотный
гор.+25
2,2
5 м ОШ2скв.
55-66
Подрусло
вый
гор.+120
6,9
м Блок
№8-11-120
БДШ-14а
веер
№4, 4*
Новый
Шерегеш
гор.+140 2,2
м Блок
№2-140
БДО-10
веер №8
«Болот
ный»
гор.+255
4,9
м Блок
№1-235
БДО №1
веер
№4, 5, 5*,6
м3
Общая
длина
скважи
н, м
Заряжае
мая длина
скважин, м
Выход руды
с 1 п.м.
скважин
ы
м
3/
м
т
/
м
594
159,6
117,6
3,72
13,8
1748
594,2
464,8
2,94
11,6
Анализ величины недозаряда скважин
Построение веера скважин и определение длины заряда и
недозаряда следует начинать со скважины, имеющей наибольшую
длину. Применяемые на руднике междувеерные и внутривеерные
замедления
Анализ величины недозаряда скважин в веерах показал, что
они формируются для каждой скважины по-разному, это может
приводить к неравномерности дробления руды и подбоям устьев
скважин, у которых формируется повышенный удельный расход,
также возможно прерывание детонации в скважине при прямом
инициировании.
Оптимальный интервал замедления
598
1383
255,2
447,7
201,6
291,2
2,34
3,
0
8
8,6
1
0
,
9
Короткозамедленное
взрывание
является
наиболее
эффективным методом снижения сейсмического действия взрывов
и достижения наилучших показателей буровзрывных работ.
Как с точки зрения сейсмического действия взрыва, так и с
точки зрения дробления для каждого типа взрываемых пород
характерен определенный интервал замедления; обусловленный
их физико-механическими свойствами.
Оптимальный интервал замедления в веере для отбойки
магнетитовой руды и снижения влияния на скважины соседнего
веера составляет 20-25 мс.
13

14.

Предлагаемые параметры БВР при бурении веера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Длина
бурен
ия, м
6,5
8,4
11,6
16,6
16,4
20,9
22,4
23,8
22,4
21
16,4
16,4
11,7
8,5
6,4
Итого:
229,4
№скв
Угол
наклон
а
скважи Недо Длина
Количес Удельный Выход
заряд заряжа тво ВВ,
расход
руды с 1
ны,
град
,м
ния, м
кг
ВВ, кг/т
п.м. скв.
37
0,5
6
45
50
2
6,4
48
60
3
8,6
64,5
68
2
14,6
109,5
74
5
11,4
85,5
80
3
17,9
134,25
85
5
17,4
130,5
90
2
21,8
163,5
85
5
17,4
130,5
80
3
18
135
73
5
11,4
85,5
68
2
14,4
108
60
3
8,7
65,25
49
2
6,5
48,75
36
0,5
5,9
44,25
186,4
1398
0,5376
11,333
Существующая на шахте схема бурения веера
14

15.

Предлагаемые параметры БВР при бурении веера
№скв
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Итого:
Длина
бурения,
м
6,8
9,4
13,8
17
20,2
21,4
23
23
21,6
20,4
17
13,6
9,4
6,8
223,4
Угол
наклона
Длина
Удельный
заряжан
расход ВВ,
скважины,
Недозар
Количеств
град
яд, м
о ВВ, кг
ия, м
кг/т
41
0,5
6,3
47,25
57
1
8,4
63
68
2
11,8
88,5
76
5
12
90
79
2
18,2
136,5
84
5
16,4
123
89
2
21
157,5
88
2
21
157,5
84
5
16,6
124,5
78
2
18,4
138
75
5
12
90
68
2
11,6
87
56
1
8,4
63
41
0,5
6,3
47,25
188,4
1413
0,543
Выход руды
с 1 п.м. скв.
11,333
Вариант бурения скважин в веере с двух точек
15

16.

№скв
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Итого:
Длина
бурени
я, м
6,1
6,8
10
14,7
16,4
19,6
21
22,6
21
19,6
16,4
14,6
10
7,1
5,7
211,6
Угол
наклон
а
скважи
ны,
град
33
46
58
67
73
80
85
90
84
79
73
67
57
46
33
Недозар
яд, м
0,5
2
3
2
5
3
5
2
5
3
5
2
3
2
0,5
Длина
заряжания,
м
5,6
4,8
7
12,7
11,4
16,6
16
20,6
16
16,6
11,4
12,6
7
5,1
5,2
Количество
ВВ, кг
42
36
52,5
95,25
85,5
124,5
120
154,5
120
124,5
85,5
94,5
52,5
38,25
39
168,6
1264,5
Удельный
расход ВВ,
кг/т
0,486
Выход руды с
1 п.м. скв.
12,2873
Вариант бурения скважин в веере с одной точки с недобуром
16

17.

№скважины
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Итого:
Длина
бурения,
м
6,2
8,5
12,2
16,6
19
20,2
21,8
21,8
20,2
19
16,6
12
8,2
6,2
208,5
Угол
наклона
Недоз Длина
скважины, аряд,
заряжания, Количество
град
м
м
ВВ, кг
41
0,5
5,7
42,75
57
1
7,5
56,25
68
2
10,2
76,5
76
5
11,6
87
79
2
17
127,5
84
5
15,2
114
89
2
19,8
148,5
88
2
19,8
148,5
84
5
15,2
114
78
2
17
127,5
75
5
11,6
87
68
2
10
75
56
1
7,2
54
41
0,5
5,7
173,5
42,75
1301,25
Удельн
ый
расход
ВВ, кг/т
Выход
руды с
1 п.м.
скв.
0,50
12,47
17

18.

Сравнительная таблица показателей существующего варианта
БВР и предлагаемого.
Наименование показателей
Отбиваемый объём, т
Диаметр скважин, мм
Длина бурения, м
Длина заряжания, м
Количество скважин, шт.
Вместимость ВВ, кг/м
Граммонит 79/21
ЭВВ «Сабтэк*»
Удельный расход ВВ, кг/т
Граммонит 79/21
ЭВВ «Сабтэк*»
Кол-во ВВ, кг
Граммонит 79/21
ЭВВ «Сабтэк*» (ЭВВ/ГГД**)
Стоимость ВВ за кг
Граммонит 79/21- 141,79руб..
ЭВВ «Сабтэк*» 90,01руб.,
ЭВВ/55,28руб., ГГД**
Вариант
1(бурение
веера с 2-х
Существующий точек
вариант
забуривания)
2600
2600
89
89
229,4
223,4
186,4
188,4
15
7,5
7,5
0,54
0,54
1398
1365,9/32,15
Отклонен
ие от
существу
ющего
варианта
+/-
14
Вариант
Отклонение
Вариант
2(бурение
от
3(бурение
веера с 1
существующе веера с 2-х
точки,
го варианта
точек, недобур
недобур 1м)
+/1м)
2600
2600
89
89
-6
211,6
-17,8
208,5
2
168,6
-17,8
173,5
1
7,5
7,5
14
7,5
7,5
0,54 0
0,54 0
1413
1380,5/32,5
200349,27
15
0,48
0,48
Отклонен
ие от
существу
ющего
варианта
+/-
-20,9
-12,9
-1
7,5
7,5
-0,06
-0,06
15
14,6/0,35
1264,5
1235,4/29,1
-13,5
-130,5/-3,05
2126,85
179293,45
-19820,55
-0,04
-0,04
1301,25
-96,75
1271,3/29,92 -94,6/-2,23
Годовой объём Отклонение по
бурения при
году
предлагаемом
варианте***
4217200
89
4217200
89
372086,8
302340,8
24330
338187
281417
22708
7,5
7,5
7,5
33899,8
20923,8
1622
7,5
0,54
0,54
0,5
0,5
2267556
2215489,8/
52147,3
2291886
2110627,5/
48530,24
-24330
104862,4/
3617,06
22250904,2
13811330/
20015,78
1467747,8
-13718,19
122944,7/1777,3
124258,8/1796,
6
-1314,1/ 111198,35/1608
19,3
,6
-11746,35/
-168,7
114429,7/1653,9
Выход руды с 1 п.м.скв.
Время бурения, см
11,33
2,3см
11,33
2,2см
0,1
12,3
2,1см
0,97
0,2
12,4
2,1см
321516765,2
299265861
-8515/ 199416303,4/288 185604973,4/268
-123,4
278,06
262,28
11,33
12,47
1,07
-0,2
3730,6
3406,5
Стоимость бурения, руб.,
10404,7
9952,36
452,34
9499,98
-904,72
9499,8
-904,9
208627,12
210301,63
1674,5
188793,43
-19833,69
194004,03
-14623,09
Общие затраты на 1 взрыв, руб.,
Граммонит 79/21
198222,42
0,5
0,5
Годовой объём
бурения при
существующем
варианте***
184504,23
16876423,4
15408675,6
324,1
18

19.

Применение предлагаемого варианта показателей буровзрывных работ позволит:
- сократить материальные и трудовые затраты на бурение и заряжание скважин в веере на 20,9 м, соответственно
сокращается заряжаемая длина скважин, что ведет к экономии ВВ, сокращению трудовых и материальных затрат на бурение и
заряжание;
-количество заряжаемого ВВ сократиться на: Грамонит - 97,75 кг, ЭВВ -96,83кг, что соответственного уменьшит удельный
расход ВВ по вееру.
- увеличится выход руды с 1 м скважины, то есть для подготовки равного отбиваемого объёма необходимо отбурить
меньшее количество скважин.
-
если в качестве ВВ применять ЭВВ Сабтек материальные затраты на бурение и заряжание одного веера относительно
существующего варианта сократятся на 9543,3 руб.
При расчете годового отклонения по сравниваемым вариантам получим:
- экономию по бурению 33899,8 м в год, тем самым сокращается заряжаемая длина скважин на 20923,8м в год;
-по ВВ при применении Граммонит 79/21 наблюдается увеличение расхода ВВ на 24330кг, по ЭВВ наблюдается
экономия 104861,4/3617,06руб год, соответственно экономия по ВВ составит 13811330/20015,78 руб в год;
- Время на бурение вееров сократится на 324,1 см, что приведет к экономии по статье заработная плата;
-общая экономия в год составит – 1467747,8руб.
19

20.

20