Глава XVI

ПОДГОТОВКА ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ § 1. Общие сведения,

Подготовка горных пород к выемке заключается в изменении естественного состояния горных пород с целью выемки их из мас­сива принятым способом.

По трудности разработки все горные породы делятся на четыре группы: к первой относятся мягкие и рыхлые породы с коэффициен­том крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова до 0,5—1 (растительная земля, торф, пески и т. п.); ко второй — плотные крепостью от 1 до 1,5 (глины, лёсс и т. п.); к третьей — полускаль-

ные крепостью от 1,5 до 4 (мерзлый грунт, каменный уголь, мел, гипс и т.п.); к четвертой — скальные крепостью выше 4 (граниты, базальты, кварциты, песчаники и т. п.).

Горные породы первой и второй групп разрабатывают экскава­торным способом обычно без предварительной подготовки.

Наиболее широко распространенными являются породы третьей и четвертой групп. На рудных карьерах они составляют 70—90% общего объема горных пород. Разрабатывают их только после пред­варительной подготовки.

Подготовка горных пород к выемке включает: 1) осушение той части пород, которая подлежит выемке в данное время, например выемочных блоков; 2) предохранение мягких и рыхлых горных пород от промерзания или их оттаивание; 3) разрушение полускаль­ных и скальных горных пород.

При осушении выемочных блоков стремятся максимально ис­пользовать существующую систему осушения карьерного поля и лишь в отдельных случаях создают местную систему осушения с применением дополнительных дренажных скважин и водоотлив­ных 'установок.

Мягкие и рыхлые породы предохраняют от промерзания вспахи­ванием и боронованием поверхности предохраняемого слоя, созда­нием над ним снегового покрова, утеплением поверхности слоя теплоизоляционными материалами или пропитыванием растворами различных, солей, устройством специальных покрытий и тепляков.

Мерзлые горные породы оттаивают сжиганием слоя угля на поверхности оттаиваемого слоя, электрообогревном, с помощью пара, поды и горячих газов.

Полускальные и скальные горные породы разрушают в основном дроблением их взрывным способом и механическим или гидравли­ческим рыхлением.

§ 2. Технологические требования к буровзрывным работам

Дробление горных пород взрывом широко применяется при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и является основным способом подготовки полускальных и скальных пород к выемке. От организации буровзрывных работ на карьере зависит эффективность всех последующих технологических процессов: по­грузки, транспортировки и укладки взорванных пород в отвал.

Буровзрывные работы на карьерах должны обеспечивать: 1) до­статочную степень и равномерность дробления горных пород; 2) нор­мальную проработку подошвы уступа без оставления порогов, затрудняющих работу экскаватора; 3) образование развала взор­ванной горной массы требуемой формы и размеров; 4) достаточный для бесперебойной работы экскаваторов объем взорванных пород; 5) высокую экономичность и безопасность работ.

Степень дробления горных пород наиболее полно характеризуется гранулометрическим составом (кусковатостью), показывающим

процентное соотношение кусков различной крупности во взорван­ной горной массе (табл. 7). В практике степень дробления обычно характеризуют выходом негабарита, т. е. процентным содержанием во взорванной горной массе кусков, максимальные размеры которых больше допустимых.

Таблица 7 Гранулометрический состав взорванных горных пород на карьерах Кривбасса

	Основной тип пород	Коэффициент крепости пород по М. М. Прото-дьяконову	Выход фракций, %, крупностью, мм
Карьер			менее 400	400-800	800-1200	более 1200 (не­габаритная фракция),
ЮГОК ИнГОК НКГОК цгок СевГОК	Магнетитовые роговики Силикатно-магнетитовые ро­говики Магнетитовые роговики » » Амфиболо-магнетитовые "рого­вики	16-20 16-18 16-18 10-14 10—14	81,3 85,0 82,5 86,2 80,6	15,0 11,2 14,0 9,7 13,5	3,4 3,0 2,4 3,8 5,8	0,3 0,8 1,1 0,3 0,7

Допустимые размеры кусков взорванной горной породы опре­деляют в зависимости от рабочих параметров горного и транспорт­ного оборудования:

емкости ковша экскаватора

d≤ 0.8 м;

где d — максимальный размер куска горной породы, м;

Е — емкость ковша экскаватора, м³;

размеров приемного отверстия перегрузочного бункера или дробильной установки

d≤ 0.8b м,

где d — меньшая сторона приемного отверстия бункера или дро­бильной установки, м; ширины ленты конвейера

d≤ 0.5B-100 мм,

где В — ширина ленты конвейера, мм.

Куски взорванной горной породы, имеющие размеры больше указанных, считаются негабаритными и подлежат вторичному дро­блению.

Рис. 94. Схема к определению ширины развала взорванных пород.

Рис. 93. Проработка подошвы ус­тупа взрывом: а — нормальная; б — завышенная.

Степень дробления горных пород оказывает существенное влия­ние на производительность основного горного и транспортного оборудования. При наличии во взорванной горной массе большого количества негабаритных кусков ухудшаются условия работы экс­каваторов и значительно снижается их производительность, увели­чиваются простои транспортных средств под погрузкой и повы­шается их износ, снижается произ­водительность отвального обору­дования. Кроме этого, возникают дополнительные расходы на дроб­ление негабаритных кусков и простои оборудования при вто­ричном дроблении.

Необходимая степень дробления горных пород на карьере достигается за счет правильной организации буровзрывных работ, рационального расположения скважин и их заряжания, вы­бора наиболее эффективного спо­соба взрывания и применения веществ.

Наряду с достижением высокой степени дробления не менее важной задачей при производстве буровзрывных работ на карьере является обеспечение нормальной проработки подошвы уступа взрывом (рис. 93). Завышенная подошва создает значительное сопротивление внедрению ковша экскаватора во взорванную по­роду, усложняет выемку ее из развала, ухудшает усло­вия работы транспорта. Для ликвидации завышений по­дошвы уступа необходимы дополнительные буровзрыв­ные работы.

Развал взорванной гор­ной массы должен быть куч­ным; форма и размеры его должны соответствовать па­раметрам применяемого горного и транспортного оборудования. Высота развала по условиям безопасности не должна превышать наибольшую высоту черпания экскаватора и лишь в отдельных случаях при хорошем дроблении горных пород допускается ус­ловие, когда

Нр≤1,5Н_ч, м

где Нр — высота развала, м;

Н_ч — наибольшая высота черпания экскаватора, м.

Ширину развала желательно иметь по возможности минималь­ной. Ориентировочно ширину развала можно определить по формуле (рис. 94).

В=(0,8-1,5)Н + W + b(п-1), м,

где В — ширина развала взорванной горной массы, м;

Н — высота уступа, м;

W — линия сопротивления по подошве (л. с. п.) для первого ряда скважин, м; b — расстояние между рядами скважин, м; п — количество рядов скважин

Рис. 95. Разделение блока на участки.

Д ля бесперебойной работы экскаваторов в забоях должен быть запас взорванной горной массы. Поэтому экскаваторный блок делят по длине на три участка. На участке / грузят взорванные породы,II находится в резерве, /// обуревают и подготавли­вают к взрыву (рис. 95). Буровзрывные работы на карьерах обычно про­водят в две стадии. Пер­вая стадия — разрушение массива и первичное дроб­ление горных пород, вто­рая — дополнительное дробление негабаритных кусков, выравнивание по­дошвы уступа, обрушение нависей и заколов, т. е. исправление недостатков первичных буровзрывных работ. Всегда стремятся так произвести первичное дробление горных пород, чтобы исклю­чить или свести к минимуму необходимость вторичных буровзрыв­ных работ.

Рис. 96. Производство буровзрывных работ на карьерах:

скважинными (шнуровыми); б — котловыми; в, г — камерными зарядами

Первичные буровзрывные работы на карьерах осуществляют шпуровыми, скважинными, котловыми и камерными зарядами (рис. 96).

.

В первом случае заряды ВВ размещают в шпурах глубиной 1,5—5 м и диаметром 35—75 мм. Применяют этот вид взрывания

в основном на небольших карьерах по добыче строительных материа­лов, а также при селективной выемке полезных ископаемых, когда не допускается разубоживание руд пустыми породами.

Во втором случае заряды ВВ размещают в скважинах глубиной до 30 м и более и диаметром до 500 мм. Такой способ производства первичных буровзрывных работ на современных карьерах является основным и наиболее распространенным.

В третьем случае основную часть ВВ размещают в котлообразном расширении нижней части шпура или скважины, образованном повторным взрыванием небольших зарядов ВВ (простреливанием) или с помощью станков огневого бурения. Котловые заряды имеют сосредоточенную форму и при взрыве вызывают неравномерное дробление горных пород и боль­шой их разброс, поэтому применя­ются они на карьерах редко, в основном для преодоления боль­ших сопротивлений по подошве уступа.

При применении камерных за­рядов ВВ размещают в специаль­ных минных камерах, соединен­ных с поверхностью шурфами или штольнями. Камерные заряды обычно применяют для взрывов на выброс или сброс, чтобы си­лой взрыва переместить горную породу в нужном направлении (рис. 97).

Рис. 97. Схема взрывов на выброс и сброс: а— простой выброс; б — направленный выброс; в — сброс: 1 — заряд первого ря­да; 2 — заряд второго ряда; 3 — линия развала породы после взрыва.

Вторичные буровзрывные ра­боты осуществляют шпуровыми за­рядами с размещением ВВ в не­глубоких шпурах и значительно реже — накладными (наружными) зарядами, размещаемыми непо­средственно на кусках породы.

Шпуры на карьерах бурят электрическими сверлами или, пневма­тическими перфораторами,скважины — буровыми станками.

Буровзрывные работы должны быть экономичными и безопас­ными. Экономичность работ зависит главным образом от применяе­мых способов бурения, диаметра скважин и сетки их расположения, типа взрывчатых веществ и способов взрывания, организации работ.