EVALUATION ON DRILLABILITY OF MOUNTAIN BREEDS OF NONZHDANINSKOE GOLD DEPOSIT IN YAKUTIA

ОЦЕНКА НА БУРИМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД НЕЖДАНИНСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ЯКУТИИ

Научная статья

Необутов Г.П. *

ИГДС СО РАН, Якутск, Россия

* Корреспондирующий автор (g.p.neobutov[at]igds.ysn.ru)

Аннотация

В данной статье ставится задача оценки на буримость горных пород Нежданинского золоторудного месторождения, которое относится к одним из самых перспективных объектов для добычи драгоценных металлов в Республике Саха (Якутия).

Приведены литературные источники, ссылки на современные научные труды, в которых описаны приемы нормативного обеспечения технологических процессов в условиях Севера, в области распространения многолетней мерзлоты.

Рассмотрен ряд объективных методов определения буримости горных пород. Для решения поставленной задачи обосновано использование метода определения фактической буримости горных пород путем опытного бурения при рациональных значениях параметров режима бурения и типах породоразрушающего инструмента. Поэтапно изложено экспериментальное определение категории горных пород по буримости по фактическим данным в местах ведения горно-проходческих работ, основным материалом для которого явились результаты натурных исследований физико-механических свойств образцов горных пород месторождения.

Указано, что в отличие от ранее проведенных работ для перехода от нестандартных условий бурения к стандартным, использован общий поправочный коэффициент, определяемый как произведение коэффициентов влияющих факторов. В качестве физико-технической основы сопоставления пород по буримости (зависящей только от свойств пород) был принят относительный показатель трудности бурения породы.

На основе проведенных исследований показано, что оценка на буримость горных пород Нежданинского месторождения с учетом нестандартных условий бурения породы месторождения по наивысшей степени трудности бурения отнесятся к 20 категории и выше – внекатегорным, исключительно труднобуримым тогда, как по результатам аналогичных работ других исследователей наивысшей категорией трудности бурения является 18, т.е. на 2 категории ниже.

Ключевые слова: нежданинское золоторудное месторождение, физико-механические свойства, буримость, методы определения, классификации по буримости, нестандартные условия, оценка на буримость.

EVALUATION ON DRILLABILITY OF MOUNTAIN BREEDS OF NONZHDANINSKOE GOLD DEPOSIT IN YAKUTIA

Research article

Neobutov G.P. *

IGDS SB RAS, Yakutsk, Russia

* Corresponding author (g.p.neobutov[at]igds.ysn.ru)

Abstract

This article is aimed at estimating the drillability of mountain breeds of the Nezhdaninskoe gold deposit, which is one of the most promising sites for the extraction of precious metals in the Republic of Sakha (Yakutia).

Literary sources and references to modern scientific works describing the techniques of regulatory support of technological processes in the North, in the field of permafrost distribution, are given.

A number of objective methods for determining the drillability of mountain breeds are considered. To solve the problem, it is feasible to use the method of determining the actual drillability of mountain breeds by pilot drilling with rational values of the drilling mode parameters and types of rock-destroying tool. Experimental determination of the category of rocks by drillability according to actual data at sites of mining and tunneling works, the main material for which were the results of full-scale studies of the physico-mechanical properties of rock samples from the field, was gradually set out.

It is indicated that, in contrast to the previous work, to switch from non-standard drilling conditions to standard drilling conditions, a general correction factor was used, defined as the product of the coefficients of influencing factors. A relative indicator of the difficulty of drilling the mountain breed was adopted as a physico-technical basis for comparing mountain breeds for drillability (depending only on the properties of rocks).

Based on the conducted studies, it was shown that the assessment of the drillability of mountain breeds from the Nezhdaninskoe field with regard to non-standard drilling conditions of the field’s rock at the highest degree of difficulty will fall into the 20^th category and above — extra-trench, extremely difficult to drill and 18, i.e. 2 categories below.

Keywords: Nezhdaninskoe gold deposit, physico-mechanical properties, drillability, methods of determination, classification by drillability, non-standard conditions, assessment of drillability.

Основоположниками направления, включающего вопросы теории, технологии и техники бурения в условиях теплового изменения состояния горных пород, являлись Б.И.Воздвиженский (1935г), П.Ф.Рощин (1945г). Научные основы технического нормирования горных работ заложены еще проф. М.М. Протодьяконовым. Многие изложенные в его трудах положения сохраняют и поныне свое значение.

Из современных работ, в которых описаны основные этапы истории технологии буровзрывных работ (БВР), теоретические основы цикличной организации работ, алгоритмы решения практических задач широкого круга вопросов развития технологии, методические аспекты анализа технологической информации при производстве БВР, отметим монографии [1], [2], [3]. Особенности производства БВР, а также приемы нормативного обеспечения технологических процессов в условиях Севера, в области распространения многолетней мерзлоты, рассмотрены в работах [4], [5].

Бурение шпуров и скважин является одним из наиболее широко применяемых технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. Факт наличия различных классификаций по одному и тому же объекту знаний уже сам по себе представляет теоретический интерес и, очевидно, свидетельствует как о сложности проблемы, так и незавершенности ее решения. Состояние и проблемы классификаций в горном породоведении и направления их совершенствования детально освещены в работе [6].

Разделение горных пород по категориям буримости необходимо для обеспечения горных предприятий исходными данными для планирования производства и т.д., что, в конечном итоге, влияет на эффективность подземных горных работ. Поэтому решение задачи определения категорий пород по буримости является актуальным на любом этапе работ, связанных с добычей полезных ископаемых.

Исследования буримости горных пород проводилось на Нежданинском золоторудном месторождении, которое относится к одним из самых перспективных объектов для добычи драгоценных металлов в Республике Саха (Якутия) и является четвертым по величине месторождением золота в России. В 4 квартале 2018 года было подготовлено ТЭО, рассмотрев которое Совет Директоров принял решение о начале строительства на объекте.

Район расположения характеризуется суровыми климатическими условиями, сложно расчлененным рельефом местности, распространением многолетней мерзлоты, мощность которых колеблется от 120 до 350 м, а само месторождение – сложными инженерно-геологическими условиями. На месторождении в больших пределах различаются физико-механические свойства руд и пород и, как следствие, их буримость.

Сложность процесса разрушения при механическом воздействии бурового инструмента на горную породу затрудняет чисто аналитические расчеты, которые в настоящее время могут обосновать лишь приближенные зависимости между параметрами процесса разрушения и далеко не всегда способны дать надежные рекомендации, направленные на повышение производительности бурильных машин. Поэтому для получения надежных данных в этой области теоретические исследования должны дополняться и конкретизироваться экспериментальными.

Геологические наименования пород не являются информативным признаком для построения классификаций по буримости в виду того, что разные по наименованию породы могут иметь равные или сопоставимые количественные характеристики физико-механических свойств, которые и определяют процесс их разрушения; взаимосвязи между показателями свойств пород, технологии бурения и буримостью пород выражены недостаточно четко, вследствие чего теоретические формулы, предложенные для определения значений буримости, не находят применения при нормировании труда бурильщиков, и основой для разработки норм продолжают служить результаты непосредственных наблюдений в производственных условиях.

Наиболее широкое применение в горной промышленности получили классификации по буримости, в которых породы классифицируются по длительности основного времени бурения одного метра скважины различными машинами и инструментами. Начиная от ведомственной направленности, постепенно классификации этого типа получили статус общепринятых. Таковыми являются: «Классификация горных пород СНиП-82» и «Единая классификации горных пород по буримости» (ЕКБ). В СНиП и ЕКБ все породы по основному времени бурения разделены на разное число групп (категорий): в СНиП на 11; в ЕКБ на 20.

Существует ряд объективных методов определения буримости горных пород, нашедших применение при вращательном и ударно-вращательном способах бурения. К основным таким методам следует отнести метод ЦНИГРИ – определение категорий горных пород по буримости на основе их абразивности и динамической прочности в объединенном выражении; метод ВИТР – определение категорий горных пород по буримости с помощью прибора ВИТР-ОТ (определитель буримости горных пород) и метод определения фактической буримости горных пород путем опытного бурения при рациональных значениях параметров режима бурения и типах породоразрушающего инструмента [7], [8], [9].

Первые два метода являются лабораторными и базируются на установлении некоторых физико-механических свойств горных пород. Поэтому эти методы рекомендуется применять, как контрольные. Для технического же нормирования работ по бурению применяется третий метод, который и был взят авторами статьи в качестве наиболее приемлемого для решения поставленной задачи.

Главным признаком отнесения горных пород к той или иной категории по этому методу принято основное («чистое») время бурения 1 м шпура в минутах при технических условиях, принятых в качестве стандартных, любыми моделями бурильных машин, для которых в Единых нормах выработки приводятся нормативы основного времени. Ударно-поворотное бурение ручными бурильными молотками ведется с пневмоподдержки, предназначенной для данного типа молотка.

Оценка на буримость горных пород осуществлялась в соответствии с техническим заданием в местах ведения горно-проходческих работ совместно с участковым геолого-маркшейдеским отделом ЗАО Южно-Верхоянская Горнодобывающая Компания. Исследования выполнялись на применяемом при проходке выработок оборудовании – перфораторах ПП-63.

В каждом забое пробуривалось от 3 до 6 шпуров глубиной каждый 1,3 – 1,5 м с забуриванием по 1 – 2 шпура в верхней, средней и нижней частях забоя в зависимости от характера изменчивости пород. Бурение шпуров производилось с применением шарошечной коронки диаметром 42 мм с углом заложения шпура ±35° к горизонту с пневмоподдержки, предназначенной для данного типа оборудования.

Вследствие того, что бурение шпуров с промывкой было невозможно ввиду наличия многолетней мерзлоты, они бурились с продувкой. Расстояние от воздухопроводной магистрали до забоя не превышало 15 м.

Давление сжатого воздуха у перфоратора составляло 600 кПа и фиксировалось по показателям манометра во время работы бурильного молотка через каждые 3 – 5 мин, но не менее чем трижды: в начале, середине и при окончании бурения шпура. Снижение давления сжатого воздуха во время бурения не превышало 0,2 атм, т.е. вполне удовлетворительное.

Основное (чистое) время бурения определялось по хронометражным наблюдениям с точностью замера 0,1 мин. Время, затраченное на выполнение подготовительно-заключительных и вспомогательных операций (смена буров или коронок, забуривание, продувка шпура и т. д.), фиксировалось отдельно, так как в основное (чистое) время бурения оно не должно включаться.

По полученным данным вычислялось время чистого бурения 1 м шпура, приведенное к стандартным техническим условиям, и путем сопоставления его с нормативами основного (чистого) времени бурения 1 м шпура по классификации горных пород по буримости определялась категория горных пород по буримости для данного забоя.

Для перехода от нестандартных условий бурения к стандартным, использовали общий поправочный коэффициент, определяемый как произведение коэффициентов влияющих факторов [8], [9]. При расчетах применялись следующие поправочные коэффициенты: на давление сжатого воздуха – 1,27; на направление шпура – 1; на диаметр коронки бура – 0,91. Поправочный коэффициент на мощность перфоратора типа ПП-63 был принят равным 1,6.

Результаты исследований сведены в таблицу 1, в которой приведены исходные данные и категории буримости горных пород в местах ведения горно-проходческих работ на Нежданинском месторождении по Единой классификации пород по буримости.

 

Таблица 1 – Результаты определения категорий буримости горных пород нежданинского месторождения

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что буримость горных пород в местах ведения горно-проходческих работ с учетом нестандартных условий бурения относятся от XVI (зона дробления, смятия и милонитизации) до XX (алевропесчаники темно-серого цвета, массивные, с тонкой вкрапленностью пирита) категории.

Для сравнения отметим, что в материалах геолого-разведочных изысканий на Нежданинском рудном поле, проводившихся НИП ПГО «Якутскгеология» в начале 2004 года, имеются результаты определения категорий горных пород по буримости (Таблица 2). Отмечается, что комплекс горных пород, определение их категорийности, условия проведения подземных горных выработок аналогичны ранее проведенным работам на Нежданинском месторождении силами Нежданинской геологоразведочной партии

 

Таблица 2 – Категорийность горных пород по буримости ручными бурильными молотками по материалам предыдущих исследований

Категория пород по петрографическим признакам по данным «Нежданинской» ГРП	Наименование горных пород	Категория пород по буримости, установленная НИП ПГО «Якутскгеология»
XVIII	Окварцованные алевролиты содержание кварцевого материала до 10-50%. Содержание песчанистого материала до 30-40%.Кварц метасоматический, текстура массивная	XVIII
XVII	Кварц белого цвета, текстура м/з, брекчиевая, полосчатая, массивная. Алевролиты темно-серые с прожилковым, сложно-сетчатым окварцеванием	XVII
XVII	Песчанистые слабоокварцованные алевролиты. Содержание кварцевого материала до 20%	XVII

 

Породы по буримости в зависимости от литотипов отнесены от XVII до XVIII категории; категории пород, определенные по петрографическим признакам по данным «Нежданинской» ГРП и категории пород по буримости, установленные НИП ПГО «Якутскгеология», совпадают.

Результаты оценки буримости горных пород в местах ведения горно-проходческих работ переданы ОАО «Южно-Верхоянская Горнодобывающая Компания», занимающейся своением Нежданинского золоторудного месторождения, и будут необходимы для обеспечения производства исходными данными для нормирования труда, составления проектов и смет, планирования производства, расхода инструментов, электроэнергии и т. д., что, в конечном итоге, влияет на эффективность подземных горных работ.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Лыхин П.А. История технологии буровзрывных работ. Ч. 1: История развития технических средств бурения шпуров и уборки породы / П.А. Лыхин. – Пермь: Пресстайм, 2011. – 380 с.
2. Лыхин П.А. Теоретические и практические основы цикличной организации работ при добыче калийных руд / П.А. Лыхин. – Пермь: Пресстайм, 2009. – 137 с.
3. Фокин В.А. Методические аспекты анализа технологической информации при при производстве буровзрывных работ в условиях карьеров / В.А. Фокин; Горн. ин-т Кольского науч. центра РАН. – Апатиты: КНЦ РАН, 2015. – 133 с.
4. Жариков С Н. Взаимосвязь удельных энергетических характеристик процессов шарошечного бурения и взрывного разрушения массива горных пород: дис. … канд. техн. наук. / С Н. Жариков. – Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2011. – 139 с.
5. Бондаренко И.Ф. Буровзрывные работы на кимберлитовых карьерах Якутии / И.Ф. Бондаренко, С Н. Жариков, И.В.Зырянов, В.Г. Шеменев.– Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2017. – 172 с.
6. Опарин В.Н. К проблеме создания классификаций в горном породоведении / В.Н Опарин, А. С. Танайно // ИНТЕРЭКСПО ГЕОСИБИРЬ. –N – Т.2 – Новосибирск: Изд-во СГУ, 2012. – С. 150 – 155.
7. Бакланов Ю.В. Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения:/ Ю.В.Бакланов,В.А. Баюнчиков.,Г.А. Блинов и др. – Л: Недра, 1983. – 400 с.
8. Нормативный справочник по буровзрывным работам / Ф.А.Авдеев, В.Л. Барон, Н.В. Гуров, В.Х. Кантор. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1986. – 512 с.
9. Борисович В. Т. Определение буримости горных пород для совершенствования нормирования разведочного бурения / В. Т. Борисович, М. А. Комаров. –Изв. ВУЗов. – Геология и разведка. – – № 5. –С. 145 – 150.
10. ГОСТ 20276-2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. Введ. 01. 07. 2013. – М.: Стандартинформ, 2013. – 49 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Lykhin P.A. Istoriya tekhnologii burovzryvnykh rabot. Ch. 1: Istoriya razvitiya tekhnicheskikh sredstv bureniya shpurov i uborki porody [History of Technology of Drilling and Blasting Work. Part 1: History of the Development of Drilling Tools for Drilling Holes and Cleaning the Breed] / P.A. Lykhin. – Perm: Prestime, 2011. – 380 p. [In Russian]
2. Lykhin, P.A. Teoreticheskie i prakticheskie osnovy tsiklichnoy organizatsii rabot pri dobyche kaliynykh rud [Theoretical and Practical Foundations of the Cyclic Organization of Work in the Extraction of Potash Ores] / P.A. Lykhin. – Perm: Prestime, 2009. – 137 p. [In Russian]
3. Fokin V.A. Metodicheskie aspekty analiza tekhnologicheskoi informatsii pri proizvodstve burovzryvnykh rabot v usloviyakh karyerov [Methodical Aspects of the Analysis of Technological Information During Drilling and Blasting in Quarries] / V.A. Fokin; Mining Inst. of Kolskiy Scientific Centre of Sciences. – Apatity: KSC RAS, 2015. – 133 p. [In Russian]
4. Zharikov S N. Vzaimosvyaz udelnykh energeticheskikh kharakteristik protsessov sharoshechnogo bureniya i vzryvnogo razrusheniya massiva gornykh porod: dis. … kand. tehn. nauk. [Interconnection of Specific Energy Characteristics of Roller Cone Drilling Processes and Explosive Destruction of a Rock Mass: Thesis of PhD in Engineering] / N. Zharikov. - Yekaterinburg, IGD UB RAS, 2011. – 139 p. [In Russian]
5. Bondarenko I.F. Burovzryvnye raboty na kimberlitovykh karyerakh Yakutii [Blasting Operations in Kimberlite Quarries of Yakutia] / I.F. Bondarenko, S. N. Zharikov, I.V.Zyryanov, V.G. Shemenev.– Yekaterinburg: IHD UB RAS, 2017. – 172 p. [In Russian]
6. Oparin V.N. K probleme sozdaniya klassifikatsiy v gornom porodovedenii To the Problem of Creating Classifications in Mountain Breeding] /N Oparin, A.S. Tanaino // INTEREXPO GEOSIBIR. – N1. – V.2 - Novosibirsk: Publishing House of SSU, 2012. – p. 150 - 155. [In Russian]
7. Baklanov Yu.V. Spravochnoe rukovodstvo mastera geologorazvedochnogo bureniya [Reference Guide for a Master in Mountain Drilling] / Yu.V. Baklanov, V.A. Bayunchikov., G.A. Blinov et al. – L.: Nedra, 1983. – 400 p. [In Russian]
8. Normativnyi spravochnik po burovzryvnym rabotam [Regulatory Guide for Drilling and Blasting Operations] / F.A.Avdeev, V.L. Baron, N.V. Gurov, V.Kh. Cantor. - 5th ed., revised and add. – M.: Nedra, 1986. – 512 p. [In Russian]
9. Borisovich V. T. Opredelenie burimosti gornykh porod dlya sovershenstvovaniya normirovaniya razvedochnogo bureniya [Determination of Mountain Drillability to Improve the Valuation of Exploratory Drilling] / V. T. Borisovich, M. A. Komarov. – VUZov [Bulletin of Universities]. – Geologiya i razvedka [Geology and Exploration]. – 1973. – No.5. – P. 145 - 150. [In Russian]
10. GOST 20276-2012. Grunty. Metody polevogo opredeleniya kharakteristik prochnosti i deformiruemosti [Soils. Methods for Field Determination of Strength and Deformability Characteristics]. Introd. 01. 07. 2013. – M.: Standardinform, 2013. – 49 p. [In Russian]