Improvement of deep-hole ore blasting technology at the Dukat mine: influence of drilling-and-blasting patterns on dilution and stope-wall stability

Введение

Дукатское золотосеребряное месторождение характеризуется жильным и жильнозональным оруденением, изменчивой мощностью рудных тел и сложными контактами руды с вмещающими породами. При подземной отработке глубокими скважинами качество дробления должно обеспечивать выпуск и магазинирование руды, а контур взрыва — сохранять устойчивость бортов очистных камер. Избыточное воздействие зарядов на приконтурный массив вызывает заколообразование, прирезку пустых пород и рост разубоживания.

По материалам выпускной квалификационной работы для рудных зон и жилы 44 Дукатского рудника разубоживание изменяется в широком диапазоне — от 26,1 до 74,0 %, а потери — от 5,3 до 12,4 %. Это подтверждает необходимость дифференцировать паспорта БВР с учётом мощности жил, состояния контактов и устойчивости пород. Цель статьи — обосновать параметры веерной схемы глубоких скважин и контурного взрывания, направленные на снижение разубоживания и сохранение устойчивости бортов камер [1-3,7].

Материалы и методы

Расчётная схема

Исследование выполнено для типовой камеры в жиле мощностью m = 3,0 м, высотой отбиваемого слоя h = 15 м и длиной блока 50 м. В расчёте приняты: плотность руды ρ = 2,70 т/м³, диаметр скважин d = 76 мм, расчётная работоспособность эмульсионного ВВ Qвв = 4,2 МДж/кг, коэффициент крепости руды f = 8–10. Для сопоставления рассмотрены базовая схема с увеличенными параметрами сетки и оптимизированная веерная схема с уменьшенной линией наименьшего сопротивления у контактов и пониженной массой контурных зарядов [1-3,7-8].

Таблица 1

Исходные параметры сравниваемых схем БВР

Показатель	Базовая схема	Оптимизированная схема
Диаметр скважин, мм	76	76
Линия наименьшего сопротивления W, м	1,8	1,5
Расстояние между скважинами a, м	1,7	1,4
Длина заряда lз, м	12,5	11,5
Забойка lзб, м	2,5	3,5
Контурные скважины	Отсутствуют	Предусмотрены

Показатели оценки

Объём отбиваемой руды в пределах одного веера определяли как [4-6]:

(1)

где V — объём отбиваемого массива, м³; W — линия наименьшего сопротивления, м; a — расстояние между скважинами, м; h — высота отбиваемого слоя, м.

Массу заряда в скважине рассчитывали по площади сечения заряда и его длине:

(2)

где Q — масса заряда, кг; d — диаметр скважины, м; lз — длина заряда, м; ρвв — плотность ВВ, кг/м³.

Удельный расход ВВ определяли по выражению:

(3)

где q — удельный расход ВВ, кг/т; ρ — плотность руды, т/м³. Для оценки разубоживания использован баланс объёмов:

(4)

где R — разубоживание, %; Vп — объём примешанных пород, м³; Vр — объём отбитой руды, м³. Показатель нарушения приконтурного массива оценивали через относительную ширину зоны повреждения:

(5)

где Kн — показатель контурного нарушения; z — ширина зоны трещинообразования за проектным контуром, м. Уменьшение Kн характеризует более благоприятные условия сохранения бортов камеры.

Результаты

Расчёт параметров зарядов

Для базовой схемы объём, приходящийся на одну скважину, составляет V = 1,8 · 1,7 · 15 = 45,9 м³, или 123,9 т руды. При плотности эмульсионного ВВ 1 150 кг/м³ масса заряда диаметром 76 мм и длиной 12,5 м составляет 65,3 кг. Удельный расход q равен 0,527 кг/т. Для оптимизированной схемы V = 1,5 · 1,4 · 15 = 31,5 м³, или 85,1 т; масса заряда при длине 11,5 м составляет 60,0 кг, а q = 0,705 кг/т. Повышение q компенсируется более равномерным дроблением и снижением объёма заколов по контактам.

Таблица 2

Расчётные результаты по схемам БВР

Показатель	Базовая схема	Оптимизированная схема
Объём на скважину V, м³	45,9	31,5
Масса руды на скважину, т	123,9	85,1
Масса заряда Q, кг	65,3	60,0
Удельный расход q, кг/т	0,527	0,705
Прогнозируемая зона нарушения z, м	0,70	0,35
Показатель Kн	0,39	0,23
Прогнозируемое разубоживание R, %	36	28–30

Влияние на разубоживание и устойчивость

Уменьшение W и a в основной части веера повышает равномерность распределения энергии взрыва и снижает вероятность образования крупных негабаритов. Вместе с тем увеличение удельного расхода ВВ не должно распространяться на приконтурные скважины. По контакту «руда–порода» рекомендуется применять разреженные заряды, увеличенную забойку, воздушные промежутки или патронированные маломощные заряды, а также инициирование с замедлением относительно отбойных скважин [6-9].

Расчётная ширина зоны нарушения при оптимизированной схеме снижена с 0,70 до 0,35 м. При длине камеры 50 м и высоте слоя 15 м это соответствует уменьшению потенциальной прирезки вмещающих пород примерно на 262,5 м³, или 709 т на один отбиваемый слой. Следовательно, схема способна уменьшить разубоживание с 36 % до 28–30 %, то есть на 6–8 процентных пунктов. При фактических сложных контактах эффект может достигать 10 процентных пунктов, но требует подтверждения опытно-промышленными взрывами.

Обсуждение

Результаты показывают, что минимизация разубоживания достигается не простым снижением массы заряда, а разделением скважин по функциональному назначению [9-10].

Основные глубокие скважины должны обеспечивать требуемое дробление и отбойку рудного массива, тогда как контурные — формировать щадящий режим разрушения у контакта с вмещающими породами. Особое значение имеет последовательность инициирования: целесообразно создавать компенсационное пространство, а приконтурные заряды взрывать с замедлением, исключающим передачу максимальных напряжений в борта камеры.

Для внедрения необходимо разработать паспорта БВР по геомеханическим категориям [1-3,5].

В устойчивых блоках может быть использована сетка 1,5 × 1,4 м; в зонах трещиноватости следует уменьшать длину веера, переходить к W = 1,3–1,4 м и усиливать контурное взрывание. Контроль следует вести по фактическому контуру камеры методом лазерного сканирования, объёму заколов, гранулометрическому составу отбитой руды, содержанию металлов в добытой массе и доле негабарита.

Приведённые расчёты имеют предварительный характер: свойства ВВ, буримость, фактическая траектория скважин, водообильность, трещиноватость и природное поле напряжений должны уточняться для конкретного блока.

Окончательный паспорт БВР утверждается техническим руководителем предприятия на основании проектной документации, требований промышленной безопасности и результатов опытных взрывов.

Выводы

1. Для типовой камеры в жиле мощностью 3,0 м предложена веерная схема глубоких скважин диаметром 76 мм с линией наименьшего сопротивления 1,4–1,6 м и расстоянием между скважинами 1,3–1,5 м.
2. Удельный расход ВВ в основной части отбиваемого массива составляет около 0,70 кг/т; в приконтурной зоне требуется снижение линейной концентрации заряда и применение контурных скважин с усиленной забойкой.
3. Оптимизированная схема уменьшает расчётную ширину зоны повреждения бортов с 0,70 до 0,35 м и снижает показатель контурного нарушения с 0,39 до 0,23.
4. Расчётно прогнозируемое разубоживание снижается с 36 % до 28–30 %, то есть на 6–8 процентных пунктов. Эффект должен быть подтверждён опытно-промышленной отбойкой и маркшейдерским контролем фактических контуров камер.