ON THE PRESERVATION OF CRYSTALS IN KIMBERLITE ORE DURING BREAKAGE

Основным направлением экономического и социального развития нашего общества предусматривается интенсификация производства на базе научно-технического прогресса. При этом важная роль отводится горнодобывающей промышленности.

Развитие промышленного производства обуславливает повышенную потребность в основных видах минерального сырья и продуктов его переработки. Для чего необходимо значительное наращивание объемов добычи полезных ископаемых с сохранением качества добываемого сырья

Однако до настоящего времени не предложено общепризнанной теории разрушения горных пород взрывом. В связи с этим имеются самые различные, а иногда совершенно противоположные концепции механизма разрушения горных пород.

Важное место в комплексе научно-технических мероприятий занимает разработка технологий, направленных на полное извлечение из недр качественного кристаллосодержащего сырья

В настоящее время разработаны технологии буровзрывных работ с использованием мало плотных взрывчатых веществ местного приготовления, снижающих интенсивность напряжений в ближайшей зоне почти на два порядка, обуславливая тем самым повышение выхода крупных классов на 30-40%, чем при использовании обычных взрывчатых веществ заводского приготовления. Однако авторы разработанной технологии определяют параметры взрывания и характеристики взрывчатого вещества экспериментально, без каких-либо научно-технических обоснований этих характеристик.

Отдельные положения данной статьи написаны с помощью нейросети Яндекс.

Известно, что разрушение массива происходит:

1. В зоне смятия – за счет критических напряжений на сжатие.

2. В зоне трещинообразования – за счет критических напряжений на срез.

Учитывая эти обстоятельства, представляется возможным провести научное обоснование необходимых технических характеристик применяемого ВВ, в зависимости от конкретных горно-геологических и горнотехнических условий, при которых будет обеспечена сохранность добываемых кристаллов:

1. Напряжение в зоне смятия, возникающее при взрыве ВВ, должно быть ниже предела прочности на сжатие добываемых кристаллов, то есть:

Где σсж – напряжение, возникающее в зоне смятия, Мпа; [σк] – предел прочности на сжатие добываемых кристаллов, МПа

2. Напряжение в зоне трещинообразования, возникающее при взрыве ВВ, должно быть ниже предела прочности на срез добываемых кристаллов, то есть:

Где τтр – напряжение, возникающее в зоне трещинообразования, МПа; [τк] – предел прочности на срез добываемых кристаллов, МПа

Учитывая вышеизложенное, определяем предельно допустимую нагрузку на параметры взрывания массива, для обеспечения сохранности добываемых кристаллов:

1. В зоне смятия (максимальная нагрузка возникает на контакте заряд-массив):

(1)

Где P1 – взрывная нагрузка на заряд-массив, МПа; [σк] - предельно допустимая нагрузка на кристалл при сжатии, МПа

2. В зоне трещинообразования (максимальная нагрузка возникает на контакте: зона смятия-зона трещинообразования):

(2)

Где P2 – предельно допустимая нагрузка на контакте зон смятия – трещинообразования, Мпа; [τк] - предельно допустимая нагрузка на кристалл при срезе, МПа; σм – предел прочности вмещающих пород на сжатие, МПа.

Из двух полученных значений определяем предельно допустимую взрывную нагрузку P, обеспечивающую сохранность добываемых кристаллов: P=min{P1, P2}

(3)

(где g – плотность заряжания, кг/м3; D – скорость детонации применяемого ВВ, м/с) которое создаст при взрыве расчётное давление.

На примере рудника «Удачный» приведём пример расчёта параметров БВР, при отбойке алмазосодержащих кимберлитов

После выбора подходящего заводского ВВ с нужными характеристиками

1. Вычислим допустимую взрывную нагрузку на массив в зоне смятия по формуле 1:

2. Вычислим допустимую взрывчатую нагрузку на массив в зоне трещинообразования по формуле 2:

3. Определим предельно допустимую нагрузку на массив:

4. Вычислим взрывную нагрузку на массив в зоне смятия по формуле 3:

Как мы видим, давление, развиваемое продуктами детонации ВВ на предприятии, превышает предельно допустимую нагрузку на алмаз, что приводит его к сильному разрушению.

Для того чтобы получить предельно допустимую нагрузку (980 МПа) – уменьшим плотность заряжания ВВ (на руднике «Удачный» она составляет 1200 кг/м3) т.к. скорость детонации изменить мы не можем

5. Вычислим радиус образующейся взрывной воронки для монолита:

(4)

Где dсм – диаметр скважины, м; p – предельно допустимая нагрузка; σсж-0,25 – предел прочности на сжатие; τср – предел прочности на срез.

6. Вычисляем коэффициент структурного ослабления:

(5)

7. Вычислим радиус взрывной воронки для условий отбойки кимберлитов:

(6)

8. Вычисляем линию наименьшего сопротивления:

Таким образом, использование полученных закономерностей по определению зон смятия и трещинообразования в горном массиве позволяет с большой степенью точности определить параметры отбойки кристаллосодержащих руд, обеспечивая при этом сохранность добываемых кристаллов.

На основе вышеперечисленного построим схему бурения вееров при отбойке основного массива на подэтажных горизонтах, с диаметром скважин 102 мм. (рис.2), также сделаем расчет параметров буровзрывных работ (табл. 2) и сравним уже с имеющимися данными с рудника «Удачный» (рис. 1) и (табл. 1).

Рисунок 1 - Схема разбуривания вееров при отбойке основного массива на подэтажных горизонтах

Примечание: Ø скважин 102 мм

DOI:10.60797/IRJ.2025.152.44.1

Рисунок 2 - Схема разбуривания вееров при отбойке основного массива на подэтажных горизонтах, с диаметром скважин 102 мм при совершенствовании буровзрывных работ

DOI:10.60797/IRJ.2025.152.44.4

Как мы видим, после совершенствования буровзрывных работ, количество скважин в веере увеличилось на 2, соответственно общая длинна скважин увеличилась на 48,5 м., но за счет того, что мы уменьшили плотность заряжания, масса заряда ВВ уменьшилась на 318 кг.

Зная параметры буровзрывных работ, стоимость ВВ и бурения скважин на 1 пог. м., рассчитаем и сравним затраты на ВВ и бурения для исходного веера и веера при совершенствовании буровзрывных работ.

Затраты на бурение:

(7)

где lобщ – общая длинна всех скважин, м.; Cб – стоимость бурения скважины диаметром 102 мм на, 1 погонный метр, руб.

Затраты на бурение до совершенствования буровзрывных работ:

Затраты на бурение после совершенствования буровзрывных работ:

Затраты на взрывчатое вещество:

(8)

Затраты на ВВ (Граммонит М21) до совершенствования буровзрывных работ:

Затраты на ВВ (Граммонит М21) после совершенствования буровзрывных работ:

Из расчетов видно, что затраты на бурение увеличились, а на ВВ уменьшились.

Одним из недостатков скважинной отбойки с веерным расположением является повышенный выход негабарита. Дробление негабарита производится взрывным способом, накладными зарядами, также стационарными и передвижными бутобоями. На руднике Удачный для этого выделяется целая смена. При этом затраты на вторичное дробление в процентном соотношении к затратам на отбойку могут составлять скважинами ~ 50–60%. Один из главных недостатков – необходимость в людских ресурсах, которые будут подвергаться риску. Также дробление негабаритов вызывают простои в работе, связанные с необходимостью перерывов на производство взрывных работ и проветривание забоя после взрыва.

Рассчитаем выход негабарита, %

По формуле А.О. Баранова

(9)

 где W – линия наименьшего сопротивления, м; d – диаметр скважины, м.

До уменьшения плотности заряда:

После уменьшения плотности заряда:

Как мы видим выход негабарита уменьшился почти в 3 раза, что уменьшает затраты на его дробление.

В среднем на один забой затрачивается около 24 тыс. руб. для дробления негабарита, после совершенствования буровзрывных работ, этот показатель может уменьшиться до 8 тыс. руб. что, несомненно, в объемах всего рудника, значительно снизит лишние затраты и простои.

При сравнении вариантов отбойки, алмазосодержащей руды – кимберлит, при системе разработки подэтажным обрушением с торцовым выпуском, проектного варианта и предложенного, при теоретическом анализе, были получены следующие результаты: после совершенствования буровзрывных работ, за счет изменения скважинной сетки, улучшились экономические показатели, общая стоимость затрачиваемых средств снизилась на 5 тыс. руб. в среднем на один забой. Также была достигнута главная цель – это сохранение целостности кристаллов, которая при продаже будет напрямую влиять на стоимость продукта.