Evaluation of the effectiveness of electronic means of initiating explosions at gold ore deposits

Ещё десять лет назад для проведения взрывных работ повсеместно применялся метод короткозамедленного взрывания скважинных зарядов с использованием неэлектрических систем инициирования с пиротехническими замедлителями. Однако на практике оказалось, что отклонение срабатывания каждого детонатора во взрывной сети может составлять до 30% от заданных параметров[1]. Данная погрешность не позволяла достичь точного контроля над взрыванием каждой скважины: при синхронном взрыве может быть взорвано большее количество скважин в серии, чем было запланировано изначально. Ещё одним минусом метода стало ухудшение качества подготовки взорванной горной массы из-за неконтролируемого темпа инициирования зарядов[2]. Внедрение электронных систем инициирования (далее — ЭСИ) призвано оптимизировать расходы на буровзрывные работы (далее- БВР), а также повысить точность и надёжность синхронизации. Преимущества электронных детонаторов по сравнению с традиционными неэлектрическими системами инициирования заключаются в высокой точности инициирования взрыва: погрешность не превышает 0,005%[3]. Кроме того, оператор может задать каждому детонатору своё замедление и менять его до производства взрыва.

Практические примеры внедрения ЭСИ на золоторудных предприятиях (Stawell, Cracow, Хуанцзиньдун, Линлун) демонстрируют повышение качества дробления, снижение разубоживания, сокращение затрат на БВР и повышение извлечения золота[3]. Российские разработки в области ЭСИ (система iDet®) демонстрируют надёжную работу в экстремальных климатических условиях (до –45 °C) и успешно применяются на горнодобывающих предприятиях[4]. Применение ЭСИ позволяет статистически значимо снизить сейсмическое воздействие взрыва, что подтверждается анализом более 300 сейсмограмм от 84 массовых взрывов[5].

Принцип работы ЭСИ заключается в следующем: после заряжания скважин оператор взрывным прибором «программирует» каждый детонатор, задавая ему индивидуальное замедление. Далее проводится проверка каждой скважины на наличие ошибок (неправильного соединения, обрыва или утечки тока), которые могли произойти в процессе заряжания. На последнем этапе взрывным прибором подаётся необходимое для детонации взрывчатых веществ напряжение на детонаторы[6].

Основные преимущества электронных систем инициирования:

-даёт возможность взрывания блоков нестандартной конфигурации при сложных горно-геологических условиях залегания месторождения;

— позволяет производить каскадные взрывы нескольких блоков одновременно или последовательно. Срабатывание детонатора происходит в чётко запрограммированное время после подачи команды для производства взрыва;

-позволяет вести буровзрывные работы вблизи охраняемых объектов благодаря точности срабатывания и вследствие снижения сейсмического воздействия;

-экономически выгодно для предприятий, так как уменьшает затраты на приобретение взрывчатых веществ, увеличивает объём взорванной горной массы, а также позволяет снизить объёмы буровых работ за счёт увеличения сетки скважин;

-позволяет добиться необходимого гранулометрического состава горной массы;

Как показывает практика, достижение качественной степени дробления горных пород, нормальной проработки подошвы уступа, снижение нарушенности законтурного массива взрываемого блока, оптимизация затрат взрывных работ и снижение негативного влияния взрыва напрямую зависят от схемы инициирования скважинных зарядов и выбранного темпа отбойки горной массы, соответствующих конкретным горно-геологическим условиям месторождения[7]. Анализ гранулометрического состава разрыхленного горного массива показывает, что благодаря точности срабатывания электронных детонаторов Hitronic и при правильном выборе темпа отбойки взрываемого блока качество взрыва существенно повышается в сравнении со взрывами, проведенными с использованием неэлектрических систем инициирования[8]. Применение электронных систем инициирования позволяет увеличить объем взорванной горной массы за один массовый взрыв вблизи охраняемых объектов за счет точности срабатывания и вследствие снижения сейсмического воздействия(рис.1). Кроме того, взрывание с использованием электронных детонаторов и использование их преимуществ могут позволить снизить значение удельного расхода взрывчатых веществ и уменьшить объем буровых работ за счет увеличения сетки скважин [9].

Рис 1. Поверхностная схема монтажа взрываемого блока c применением системы AVidet

Обеспечение безопасности сейсмического воздействия взрывов на здания и сооружения, несомненно, является сложной задачей, требующей комплексного подхода и непрерывного внимания. Однако, правильное решение этой проблемы позволит повысить эффективность горных работ и снизить риски для персонала и окружающей среды [9-11].

Переход на средства инициирования с электронным замедлением повысит точность срабатывания зарядов ВВ при короткозамедленном взрывании, что, в свою очередь, позволит улучшить качество взрывных работ, а именно управление дроблением и развалом горной массы, обеспечит сохранность приконтурной зоны, снизит сейсмическое воздействие за счет отсутствия возможности одновременного срабатывания различных по времени инициирования зарядов, а также уменьшит радиус разлета осколков горной массы [12]. Такое положение, когда нет единого методического подхода при решении задачи выбора оптимальных интервалов замедления, обусловлено тем, что пока, к сожалению, нет общепризнанной теории разрушения массива горных пород методом короткозамедленного взрывания. Поэтому при переходе на неэлектрические способы инициирования и электронные системы взрывания на предприятиях ООО «АВТ–Амур» были выполнены исследования по существенному увеличению интервалов замедления [13].

Внедрение данной системы инициирования взрывов обеспечивает точную и надёжную синхронизацию поочередно срабатывающих скважин (таблица 1), что способствует снижению затрат на проведение БВР.

Эксперименты по проведению взрывных работ с замедлением поверхностной взрывной сети, как правило, не являются отдельной темой, а входят в состав комплексных исследований, направленных на повышение эффективности взрывания и безопасности. В современном контексте такие эксперименты подразумевают использование электронных систем инициирования, которые позволяют точно контролировать время замедления, проверять правильность монтажа взрывной сети и получать информацию о работе всех детонаторов после взрыва, что было бы невозможно при использовании традиционных поверхностных сетей замедленного действия [14].

Характеристика исследуемого объекта

Объектом исследования является золоторудное месторождение «Итака» В административном отношении Итакинское месторождение расположено в Могочинском районе Забайкальского края, в 3 км от населенного пункта пос. Итака.

Учитывая, что некоторые участки расположены в непосредственной близости к населенному пункту (местами меньше 1км), у предприятия появился запрос на максимальное снижение сейсмического воздействия и выброса пыли и вредных веществ при ведении буровзрывных работ.

Исходя из геологических и горнотехнических условий залегания месторождения, отработка его принята открытым способом пустых пород (вскрыши) карьерным автотранспортом во внешний отвал пустых пород (склад временного хранения), а забалансовые упорные руды на склад. Для складирования почвенно-растительного слоя предусмотрен отдельный склад. Рыхление горной массы в карьере производится по буровзрывной технологии. Бурение взрывных скважин осуществляется буровым станком FlexiROC D65, погрузка в транспортные средства осуществляется экскаваторами HITACHI EX-1200-7, транспортировка автосамосвалами «БелАЗ-7555В», грузоподъемностью 55 т, погрузку руды со склада осуществлять с применением фронтального погрузчика LiuGong CLG890H. На основных операциях используется, преимущественно, импортная техника. Физико-механические свойства пород и руд месторождения предопределяют необходимость использования взрывного способа для разрушения горной массы.

Категория пород по трещиноватости (классификация Межведомственной комиссии по взрывному делу):

• руда – III–V;
• вскрышная порода – III-V.

Таблица 1

Расчетные показатели взрывов при высоте уступа 6 м и сетке скважин 4,5×4,5м

Наименование показателя	При крепости пород f = 7-10		При крепости пород f = 14
	Гранулит РП	Нитронит	Гранулит РП	Нитронит
Удельный расход ВВ	0,746	0,880	0,957 – 1,010	1,128 – 1,192
Выход ВГМ с 1 п.м.	16,4 – 18,2		16,4 – 18,2

С начала отработки месторождения руководство столкнулось с систематическим разубоживанием полезного ископаемого, ввиду того, что крайний ряд скважин подходного к руде вскрышного блока подбивают рудный контур.

Специфика условий залегания рудного тела и принятая технология подготовки руды к выемке посредством раздельного взрыва (с целью исключения разубоживания руды) зачастую является причиной выхода негабаритов в объеме, оказывающем негативное влияние на горное производство, так как геометрические параметры взрываемого блока совпадают с параметрами рудного блока и могут достигать ширины в 3 м (рис.2).

Рис. 2. Поверхностная схема монтажа вскрышного и рудного блока
на месторождении Итака

Ход эксперимента

Увеличенные интервалы замедления при поскважинном взрывании позволяют в 5–7 раз продлить общее время действия на массив горных пород многократных знакопеременных нагрузок, прежде всего растягивающих напряжений. Растут длина и раскрытие трещин в зоне дробления и их число в зоне предразрушения.

Из  результата взрывных работ установлено, что уже опробованные технологии позволяют Увеличить время между взрывами отдельных скважинных зарядов, необходимое для возникновения зоны растягивающих напряжений, позволяет усилить эффективность предразрушения, ибо горные породы растягивающей нагрузке сопротивляются на порядок слабее, чем сжимающей. Именно на этом эффекте основано повышение эффективности разрушения пород при больших интервалах замедления(рис 3).

Рис 3. Темп отбойки блока.

Группа замедлений	Интервал, мкс.	Ср. производительность, м³/ч	Ср. удельный расход ВВ, кг/м³
Низкие (база)	17–25	162,5	0,845
Средние	42–109	209,2	0,687
Высокие (НСИ)	109–176	232,2	0,734

Выводы:

Использование электронных систем взрывания при проведении массовых взрывов на опытных блоках позволило добиться определенных успехов в регулировании характеристик образованного горной массой отвала. Применение подходящих замедлителей в скважинном взрывании с использованием электронной системы взрывания на взрываемых блоках помогло минимизировать риск повреждения скважин на смежных блоках на том же горизонте. Электронные системы взрывания представляют собой современный стандарт ведения буровзрывных работ на золоторудных месторождениях, обеспечивающий существенное повышение эффективности добычи, безопасности и снижение воздействия на окружающую среду.

1. ЭСИ обеспечивают точность инициирования зарядов (погрешность менее 1 мс) и возможность гибкого программирования времени замедления, что недостижимо при использовании традиционных неэлектрических систем.
2. Экономическая эффективность ЭСИ достигается за счёт комплекса факторов: снижения удельного расхода ВВ, сокращения объёмов бурения, уменьшения затрат на вторичное дробление и повышения извлечения золота. Гибридные схемы инициирования позволяют дополнительно оптимизировать затраты (экономия до 17,37% бюджета на БВР).

Дальнейшее развитие и более широкое внедрение ЭСИ в золотодобывающей отрасли является закономерным и перспективным направлением, способствующим повышению эффективности и безопасности горных работ. По мере накопления опыта применения и снижения стоимости электронных систем можно ожидать их повсеместного распространения как на открытых, так и на подземных горных работах.