Производство добычных работ, бурения

Вопрос выбора способа производства добычных работ для карьеров по добыче блоков из природного камня является очень важным, так как эффективность отделения монолитов от массива зависит от ряда факторов, основными из которых является крепость пород, их трещеноватость, структура, текстура и др. Кроме того, очень важно при производстве добычных работ принять меры по сохранению нижележащих горизонтов от вредного воздействия работ, проводимых на вышележащих горизонтах. В первую очередь это касается применения буравзрывного способа при добычных работах. Опыт показывает, что его применение негативно сказывается на состоянии массива горных пород, вызывая дополнительные микротрещины, что отрицательно влияет на качество блочной продукции. В карьере «Политехник» рекомендуется применение хорошо зарекомендовавшего себя термобуровзрывогидроклинового способа, а также применение на добычных работах и пассеровке блоков невзрывчатого разрушающего средства – НРС. Добыча камня с применением техники “мягкого взрывания” обеспечивает более безопасное ведение горных работ. Добыча каменных блоков, целью которой является добыча больших кубических блоков без повреждения материала, требует значительного обьёма бурения. Бурение ведётся установкой «Tamrock Commando-110». При выборе бурового оборудования наиболее важным фактором является необходимый обьем бурения забурники шнековые в смену для определённого карьера, что гарантирует наименьшие расходы на один бурометр. При добыче камня бурение можно разделить на три стадии: - первичное бурение (для отделения крупного блока от монолита); - втовичное бурение (для разбивки отделённого блока от монолита); - окончательное разделение блоков на кубы.

На всех стадиях бурение в основном осуществляется одинаково: вдоль прямой линии в породе бурится серия параллельных шпуров. Оборудование различается в зависимости от стадии бурения и от необходимых требований. То есть: - необходимая производительность бурения; - глубина шпура; - диаметр шпура. Преимущества маханизированного бурения заключается в следующем: - высокая производительность; - низкие затраты; - безопасная работа. При добыче камня необходимо, чтобы эти отделяемые блоки были определенной формы, а также, чтобы отделяемый блок, и монолит были, как можно меньше повреждены. Успешное мягкое взрывание зависит целиком от правильного соблюдения правил бурения и аккуратности выполнения шпуров. Во время бурения вертикальной линии очень важно бурить не глубже, чем горизонтальная линия. Их контакта следует избегать, для чего бурение вертикальных шпуров должно быть остановлено на расстоянии около 15 сантиметров выше уровня горизонтальных шпуров. Если шпуры пробурены глубже или с нарушением прямолинейности, это вызывает раскол твердого монолита на расстоянии многих метров. Извлекаемый блок всегда должен свободно и бесприпятственно выдвигаться вперёд. Угол между горизонтальными и вертикальными шпурами должен быть более 90 градусов. Расстояние между шпурами вертикальной линии может быть от 10 до 40 см, а горизонтальной от 20 до 50 см. Обычно наиболее экономичным бывает диаметр шпура 32 мм и для вертикальных, и для горизонтальных линий. Максимальное расстояние между шпурами зависит от двух факторов: - диаметра шпура; - сопротивления породы на разрыв. Определить максимальное расстояние можно только путём пробуривания серии шпуров в каждом направлении с разными расстояниями в 10-20 раз большими, чем диаметр шпуров. Они должны быть слегка перезаряжены взрывчаткой, и должно быть определено максимальное расстояние, на котором порода ещё продолжает взрываться. Это расстояние следует сделать чуть поменьше для обеспечения безопасности и чистого отрыва. Первичное бурение предъявляет определённые требования к буровому оборудованию, а также к буровому оператору, поскольку аккуратность – это один из самых главных факторов снижения количества отходов породы. Аккуратное первичное бурение снижает потребность в последующем бурении на конечной посировочной стадии. Отделение блоков при помощи мягкого взрывания заключается в направлении взрывного эффекта от одного шпура к другому, но если шпуры расположены не на строго прямой линии, этот эффект будет направлен и на окружающую породу, вызывая образование обширной площади разрыва. Разделение монолита на блоки осуществляется гидроклиновой установкой «Tamsplit». Эта установка применяется в комплексе со станком термического резания «SL-550». Основной недостаток – невозможность работы при минусовой температуре. Высота подуступа при гидроклиновом способе не должна превышать 3 метров (§227 «ЕПБ»). Исходя из этого, высота монолита (блока) принимается равной высоте подуступа. Основными требованиями для успешного применения гидроклинового способа являются: - правильный выбор направления раскола параллельно господствующей трещеноватости при наличии трех обнаженных плоскостей; - достаточная глубина шруров и наиболее целесообразное расстояние между ними, отвечающее наименьшему расходу бурения при получении качественной поверхности раскола, не требующей пассировки; - правильное определение высоты монолита (по расстоянию между горизонтальными трещинами); - верное отношение высоты отделяемого монолита к его ширине (от 1:1 до 2:1); - разница между диаметром шпуров и диаметром клина не должна быть менее длины гидроклина плюс длина хода поршня; - комплектом гидроклиньев (5 шт.) можно производить откол монолита (блока) длиной до 3 метров, при откалывании более длинного монолита необходимы дополнительные клинья. Раскол гидроклиньями можно производить не только в вертикальном, но и горизонтальном направлении. Среднерасчётные параметры буровых работ должны уточняться для конкретных условий. Невзрывчатое разрушающее средство НРС-1 предназначено для разрушения прочных хрупких материалов и может быть применено для разрушения горных пород, и в частности, для габро-норита. НРС-1 представляет собой порошкообразный материал, обладающий щелочными свойствами (рН = 12,5). Его объёмная плотность 1,2 – 1,3 т/м3, водопотребность – 27%, развиваемое давление до 50 Мпа. При смешивании порошка НРС-1 с водой образуется рабочая смесь (суспензия), которая, будучи залита в шпур, постепенно в результате реакции гидратации порошка твердеет, увеличиваясь при этом в объёме. Увеличение объёма сопровождается увеличением давления на стенки шпура, при этом в теле монолита развиваются напряжения, значения которых могут превышать его предельную прочностьпри растяжении, что и приводит к разрушению монолита. Основные технологические операции при применении НРС: - подготовка объекта (монолита) к разрушению (очистка от земли, откопка, разметка и др.); - бурение шпуров в соответствии с разметкой; - приготовление рабочей смеси и заполнение смесью шпуров; - разрушение объекта (образование трещин); - разборка объекта. Основное условие при разработке схемы бурения шпуров – минимальный объём бурения. Объём бурения тем меньше, чем больше будут габариты блока. Эффективность применения НРС-1 зависит от количества вертикальных свободных плоскостей и требует минимум двух плоскостей обнажения. Основные требования при бурении и подготовке шпуров: Рекомендуется бурить шпуры диаметром от 26 до 44 мм.При использовании шпуров более 40 мм может произойти самопроизвольный выброс рабочей смеси из шпуров, особенно при температуре от +250 до +300С. Если горная порода характеризуется повышенной пористостью, то шпуры перед заполнением смесью необходимо насытить водой. Глубина шпуров зависит от высоты блока и во всех случаях должна быть меньше его высоты на 5 – 10 см.От глубины шпуров и склонности блока к раскалыванию (трещеноватости) зависит направление образующихся трещин. При разрушении блока, высота которого не превышает 30 – 40 см, рекомендуется бурить наклонные шпуры или шпуры меньшего диаметра. Это объясняется тем, что давление, создаваемое НРС-1 в верхней части шпураменьше, чем давление в нижней аго части. Расход НРС-1 определяется исходя из того, что на заполнение 1 см3 шпура требуется 1,8 грамм порошка НРС-1. Расположение ближайшего от поверхности шпура должно быть в два раза меньше, чем расстояние между шпурами. Требования при приготовлении рабочей смеси и заполнению ею шпуров: 1. При приготовлении рабочей смеси необходимо иметь весы (для взвешивания НРС-1), мерный сосуд (для дозирования воды), ёмкость для смешивания НРС-1 с водой, смеситель (при большом объёме работ). 2. При приготовлении рабочей смеси в чистую ёмкость выливают отмеренное количество воды (чистой), а затем в воду при постоянном перемешивании постепенно высыпают взвешенное количество НРС-1 и продолжают перемешивать смесь до получения массы хорошей текучести и без видимых комков. 3. Отношение воды к порошку (по массе) должно быть равным 0,27, то есть на 1000 г порошка – 270 мл воды. 4. Время перемешивания массы не должно превышать 8 – 10 минут. 5. Повышенное содержание в смеси воды способствует замедлению образования трещин. 6. Шпуры для заливки смеси должны быть чистыми (не содержать пыли, обломков габро-норита, воды и т. п.). 7. Шпуры заливаются рабочей смесью до устья и не требуют закупорки. 8. После заливки смеси шпуры нужно защитить от попадания воды (дождя и т.п.). 9. Применение НРС-1 эффективно, если тампература разрушаемого блока не менее +2 - 30С и не более +25 – 300С. Чем выше температура блока, тем холоднее должна быть вода применяемой для смеси. Основные закономерности при применении НРС-1: - чем выше предел прочности горной породы, тем длительнее время образования трещин; - повышение температуры монолита (блока) способствует ускорению образования трещин; - уменьшение расстояния между шпурами ускоряет процесс образования трещин, но повышает расход НРС-1; - распыление воды над поверхностью монолита (блока) в зоне образования трещин (увлажнение зоны) способствует увеличению ширины трещин. Время образования трещин зависит от прочности пород блока, Т0С монолита, Т0С рабочей смеси, диаметра шпуров, содержания воды в рабочей смеси, расстояния между шпурами. Выброс рабочей смеси из шпуров может иметь место: - при температуре монолита (блока) превышающей 300С; - при диаметре шпуров более 45 – 50 мм; - при содержании воды в рабочей смеси меньше предела, указанного выше; - при использовании в жаркое время тёплой воды для создания НРС-1. Уменьшить вероятность выброса можно за счёт увеличения содержания воды до 0,30 – 0,32.