Эффективность применения забойки в скважинах

Существующие технологии ведения буровзрывных работ не всегда обеспечивают требуемое качество дробления горной массы, что может привести к высокому выходу негабаритной фракции при взрыве или к переизмельчению руды (породы). В данной работе представлено влияние эффективности использования забоечного материала при ведении взрывных работ на открытых горных работах.

Ключевые слова:взрыв, забойка, скважина, горная масса, кондиционный размер.

Совершенствование буровзрывных работ (БВР), направленное на снижение непроизводственных потерь в виде энергии взрыва, идёт в направлении повышения качества взрывания горной породы в зажатой среде.

В настоящее время весьма актуальной является задача по определению и прогнозированию гранулометрического состава отбиваемой горной массы. На сегодняшний существует множество расчетных моделей, которые дают возможность заранее определить этот показатель БВР ещё на стадии проектирования.

Сам процесс взрыва характеризуется большинством учёных как очень быстрая химическая реакция окисления с выделением большого количества тепла, в результате которой взрывчатое вещество превращается в газы [1]. Таким образом, для того чтобы максимальное количество энергии взрыва было задействовано в процессе разрушения массива, необходимо избегать её «утечки».

Одним из факторов, определяющим условия и эффективность взрыва шпуровых и скважинных зарядов взрывчатого вещества (ВВ), является их внутренняя забойка. Её достаточная величина и препятствующая преждевременному вылету из скважины продуктов детонации способность в значительной степени определяют основные показатели взрыва — равномерность дробления массива, а также количество поступающих в рудничную атмосферу при взрыве пыли и ядовитых газов [2].

Длительными исследованиями различных авторов [2-7] установлено, что забойка играет важную положительную роль в работе взрыва: она обеспечивает полноту детонации ВВ, и, тем самым, выделение наибольшего количества энергии взрыва заряда с данными параметрами; увеличивает продолжительность импульса взрыва и, следовательно, степень использования энергии взрыва, а также предотвращает опасный разброс кусков породы газами взрыва в процессе их истечения через устье скважины.

При взрывании скважинного заряда без забойки при постоянной величине удельного расхода ВВ подошва уступа будет плохо раздробленной, а из верхней части уступа возможен выход негабаритов, поскольку устье скважины подвергается интенсивному разрушению, что облегчает выход газов из скважины (рис. 1, а). При плотной забойке не наблюдается интенсивного разрушения устья скважины и не разрушенных участков на уровне подошвы уступа и в верхней части уступа, как это имеет место при отсутствии забойки (рис. 1, б).

Согласно исследованиям, выполненным Друкованным М. Ф. и др. [3], наличие забойки увеличивает продолжительность взрывного импульса на 35...40 %. Аналогичные результаты получены и в работах [4-6]

Анализ существующих исследований работы забойки показал, что забойка должна иметь малую длину, располагаться у устья скважины и надежно запирать скважину до момента разрушения массива. Засыпные забойки не отвечают указанным требованиям, поскольку длина их велика. Большинство отечественных и зарубежных учёных считает, что оптимальное соотношение длины засыпной забойки и диаметра скважины составляет от 14 в трудновзрываемых породах и до 28 в легковзрываемых, в зависимости от свойств ВВ и породы, а также направления инициирования скважинного заряда [7]. В скважинах (в том числе обводнённых) наиболее эффективна забойка из мелкого щебня (5–20 мм) в смеси с песком (35–40 %), буровой мелочи, отсевов дробильно-сортировочных заводов и крупнозернистого песка [8].

Рис. 1. Различные вариации конструкций скважинных зарядов: а — скважинные заряды без применения забойки; б — скважинные заряды с применением забойки

В связи с тем, что одним из основных факторов, при котором обеспечивается качественное дробление горного массива и его достаточная проработка является увеличение времени воздействия взрыва на него, в последние десятилетия выполняются множество теоретических и экспериментальных исследований в этом направлении. Активно ведутся работы по поиску путей увеличения времени действия взрывного импульса как за счёт конструкции заряда, так и за счёт увеличения запирающего действия забойки [7].

Практически все исследователи вопроса о целесообразности применения забойки шпуров и скважин относятся к этому процессу положительно, и считают, что она оказывает значительное влияние на результаты взрыва.

Учитывая вышесказанное, есть основания полагать, что использование забоечного материала при ведении взрывных работ на различных горнодобывающих предприятиях на современном этапе развития технологий является неотъемлемой частью повышения эффективности и качества разрушения горной массы.

Работа в данном направлении ведётся в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских учёных — кандидатов наук (МК-1178.2018.8).

Литература:

1. Вохмин, С. А. Процесс разрушения породы при взрыве заряда взрывчатого вещества [Текст] / С. А. Вохмин, Г. С. Курчин, А. К. Кирсанов // Вестник Забайкальского государственного университета. 2015. № 11(126). С. 10–22.
2. Мурин, К. М. Забойка как фактор повышения эффективности и безопасности ведения взрывных работ [Текст] / К. М. Мурин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 4. С.390–395.
3. Друкованый, М. Ф. К вопросу о влиянии величины забойки на качество дробления горных пород взрывом в карьерах [Текст] / М. Ф. Друкованый, В. М. Комир, И. А. Семенюк // Взрывное дело № 59/16. М.: Недра, 1966. С. 166–177.
4. Федоров, С. А. Воздушные промежутки как способ управления действием взрыва [Текст] / С. А. Федоров и др. // Взрывное дело № 54/11. М.: Недра, 1964. С. 153–157.
5. Китач, Г. М. Параметры подготовки скважин к взрыву [Текст] / Г. М. Китач // Взрывное дело № 54/11. М.: Недра, 1964. С. 167–173.
6. Кучерявый, Ф. И. Опыт применения воздушных промежутков при взрывании скважинных зарядов на карьерах [Текст] / Ф. И. Кучерявый и др. // Взрывное дело № 54/11. М.: Недра, 1964. С. 310–317.
7. Лещинский, А. В. Научно-техническое обоснование рациональных средств и методов разрушения скальных пород при открытых горных работах: Дисс. … д-ра тех. наук: 25.00.20 / Лещинский Александр Валентинович. — Х., 2010. — 624 с.
8. Забойка // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/z/zabojka/ (дата обращения: 18.01.2018).