Принадлежность угольных месторождений
С.И. Протасов П.А. Самусев
Кемерово 2000 УДК 622. 271. 3
Рецензенты Доктор технических наук, профессор А.С. Ташкинов Кандидат технических наук, доцент В.Ф.Воронков
Процессы открытых горных работ: Практикум по дисциплине “Процессы горного производства” для студентов, обучающихся по направлению 550600 “Горное делo” (специальность 090500 “Открытые горные работы”) / Сост.: В.М.Мазаев, С.И.Протасов, П.А.Самусев; Кузбас. гос. техн. ун - т.- Кемерово, 2000.- 110с.
Изложен материал по изучению и расчету основных производственных процессов на открытых горных работах: оценка сопротивляемости пород взрывному разрушению и их буровзрывная подготовка; выемочно-погрузочные работы; транспортирование горной массы; отвалообразование, а также взаимосвязь этих процессов. В начале каждого раздела приведено краткое содержание базового материала, который студент должен знать для успешного выполнения лабораторной работы, а в конце – вопросы для самоконтроля и ссылки на литературные источники, в которых более подробно изложен материал по теме работы. Практикум может быть также использован студентами при выполнении курсового проекта по дисциплине «Процессы горного производства».
Табл. 33. Ил. 22. Библиогр. 15 назв.
ã Кузбасский государственный технический университет, 2000 ã В.М.Мазаев, С.И.Протасов, П.А.Самусев, составление, 2000 СОДЕРЖАНИЕ
1. ОЦЕНКА ВЗРЫВАЕМОСТИ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
1.1. Общие положения
Под взрываемостью горных пород понимают их способность сопротивляться взрывному разрушению. Она характеризуется расходом ВВ на 1 м3 раздробленного массива до кусков определенной крупности или на образование воронки выброса зарядом определенной формы. Взрываемость вскрышного уступа определяют, главным образом, двумя характеристиками слагающих его пород: размером естественных блоков и сопротивляемостью этих блоков взрывному разрушению. Кроме этого, на взрываемость оказывают влияние диапазон изменения этих характеристик пород в уступе, координаты пространственного расположения слоев пород с неоднородными характеристиками и обводненность пород уступа. Блочность массива вскрышных пород на угольных месторождениях оценивается средним диаметром естественной отдельности , м. Непосредственной характеристикой сопротивляемости естественных блоков взрывному разрушению является величина энергии, затрачиваемой на образование единицы площади новой поверхности. Однако в настоящее время нет простых и надежных способов определения этой характеристики. На разрезах Кузбасса в качестве такой характеристики наибольшее распространение получило временное сопротивление пород сжатию , МПа. Диапазон изменения и оценивается коэффициентом неоднородности структурных и прочностных свойств пород уступа , пространственное расположение неоднородных по структурным и прочностным свойствам слоев пород - типом строения уступа , обводненность пород уступа - высотой столба воды во взрывных скважинах , м. Прогнозируют взрываемость вскрышных пород на двух стадиях: при проектировании месторождения к разработке и в период его эксплуатации. Цель прогноза взрываемости вскрышных пород на стадии проектирования месторождения к разработке - обоснование решений по выбору технологии и горнодобывающей техники. Результаты прогноза взрываемости на этой стадии также могут быть использованы для решения задач, возникающих при текущем и перспективном планировании горных работ в период эксплуатации месторождения. Цель определения взрываемости пород вскрышных уступов на стадии эксплуатации месторождения - обоснование параметров при составлении типового проекта буровзрывных работ и выполнении корректировочных расчетов к нему. Наиболее полную и достоверную информацию о взрываемости пород на этой стадии можно получить непосредственными измерениями: определяют по замерам трещиноватости на откосе уступа; - по данным лабораторных испытаний образцов горных пород; тип и строение уступа - по его откосу и данным процесса бурения скважин; обводненность - по замерам уровня воды во взрывных скважинах.
1.2. Прогнозирование структурных и прочностных свойств вскрышных пород
Процесс формирования состава и свойств пород угольных месторождений охватывает несколько стадий: образование осадков, их диагенез, последующие изменения при эпигенезе вплоть до настоящего метаморфизма и выветривания. В процессе образования осадков формируются первичные признаки пород, определяющие их литологический тип: структурно - текстурные особенности, состав обломочного материала, характер переслаивания и др. При диагенезе осадки уплотняются, происходит перераспределение вещества и образуется цемент. Эту стадию считают началом формирования инженерно - геологических свойств пород. При эпигенезе происходят дальнейшее уплотнение пород, их литификация и вторичные изменения минералогического состава. Следовательно, свойства пород, которыми они обладают к моменту разработки месторождения, являются в большей степени эпигенетическими. Последующие геотектонические процессы изменили достигнутые при эпигенезе параметры естественной блочности и прочности пород, не оказав существенного влияния на другие свойства. В результате этих же процессов часть пород оказалась в зоне гипергенеза и была подвержена выветриванию, вследствие чего их свойства резко изменились. Указанные предпосылки, а также статистический анализ экспериментальных данных позволили установить, что структурные и прочностные свойства пород определяются, прежде всего, следующими факторами: геолого-генетическим комплексом пород, определяющим их возраст; геотектоническими условиями формирования пород; эпигенезом; литологическим типом и глубиной залегания пород. Из выделенных в Кузбассе семи геолого-генетических комплексов объ- ектом буровзрывных работ на угольных месторождениях являются, в основном, вмещающие породы кольчугинской и балахонской серий. По геотектоническим условиям угленосные районы бассейна разделены на четыре зоны: Приколывань-Томскую - на севере; Пригорношорскую - на юге; Центральную - в центре; Присалаирскую - на юго-западе (табл. 1.1).
Таблица 1.1 Принадлежность угольных месторождений и разрезов к геотектоническим зонам
Изучено шесть стадий эпигенеза, которым соответствуют определенные марки угля - от длиннопламенных до тощих (табл. 1.2). Таблица 1.2 Марки угля и стадии эпигенеза осадочных пород
В соответствии с рекомендациями геологической службы бассейна и результатами проведенных исследований вскрышные породы угольных месторождений по размеру обломочного материала и составу цемента разделены на литологические типы: конгломераты (К) и гравелиты (Г); песчаники (П - на карбонатном и ПГ - глинистом цементах; ПК, ПС, ПМ - соответственно, крупно-, средне, - мелкозернистые); переслаивание песчаника с алевролитом (ПА); алевролиты (А - на карбонатном цементе, АК, АМ - соответственно, крупно-, мелкозернистые); аргиллиты (АР); породы с большим содержанием углистых материалов (АРУ, АМУ). Указанные факторы являются входными параметрами в прогнозную модель естественной блочности и прочности пород, глубина залегания которых составляет 60 - 100 м (табл. 1.3). Таблица 1.3 Структурные и прочностные свойства пород
Примечание. В числителе приведено временное сопротивление пород сжатию (МПа), в знаменателе - средний диаметр естественной отдельности в массиве (м).
Структурные и прочностные свойства вне этого интервала залегания пород определяют с помощью поправочных коэффициентов (табл. 1.4).
Таблица 1.4 Значения поправочных коэффициентов
Примечание. В числителе приведены поправочные коэффициенты к определению , в знаменателе - для .
Прогнозировать структурные и прочностные свойства пород по данным табл. 1.3 и 1.4 можно как на стадии проектирования месторождения к разработке, так и в процессе его эксплуатации. Исходной информацией для прогноза этих свойств на действующих разрезах являются геологический отчет о результатах разведки месторождения и инженерно-геологический разрез по подготавливаемому к взрыву блоку. Инженерно-геологический разрез строят по результатам геолого-маркшейдерской съемки блока. На нем должно быть указано наименование всех литотипов пород, слагающих этот блок, их нормальная мощность и глубина залегания. По геологическому отчету устанавливают геотектонические особенности месторождения (зону), принадлежность пород к геолого-генетическому комплексу (серию) и стадию их эпигенеза. Остальные факторы: литотип, координаты его расположения во взрывном блоке и глубину залегания от земной поверхности - определяют по инженерно - геологическому разрезу. При прогнозе структурных и прочностных свойств вскрышных пород для перспективных месторождений, а также не вскрытых горными выработками полей действующих разрезов вместо инженерно-геологических разрезов используют геологические разрезы и журналы, которые ведут по каждой разведочной скважине, пробуренной на поле месторождения. В них поинтервально описывают однородный по составу каждый слой породы с указанием его названия, нормальной мощности, глубины залегания и др.
1.3. Строение вскрышных уступов
Вскрышные породы угольных месторождений сложены в большинстве случаев несколькими слоями различных литотипов пород, сопротивляемость взрывному разрушению которых неодинакова. Поэтому при определении параметров взрывной подготовки важно знать неоднородность структурных и прочностных свойств пород, слагающих взрываемый уступ, а также закономерности смены литотипов пород по высоте этого уступа. Неоднородность структурных и прочностных свойств пород уступа определяют по формуле (1.1) где Kн – коэффициент неоднородности структурно-прочностных свойств пород уступа; , - соответственно максимальный и минимальный средний диаметр естественной отдельности пород уступа, м; - соответственно максимальный и минимальный предел прочности пород уступа на сжатие, МПа.
При Кн 1 уступ принимают за однородный и рассчитывают для него параметры взрывной подготовки по средневзвешенным значениям и . В неоднородных уступах, когда Кн 1, удельный расход ВВ и параметры расположения скважинных зарядов необходимо определять с учетом конкретного расположения неоднородных по и слоев пород в уступе (см. 2.5). В зависимости от строения угленосной толщи месторождения и принятой высоты уступа они могут быть представлены следующими типами (рис. 1.1). Тип А. Строение уступа простое. Параметры и изменяются в пределах интервала, величиной в одну категорию по блочности. Размещение зарядов ВВ в таких уступах не вызывает трудностей. Тип Б. Уступы типа Б сложены породами, и которых изменяются в пределах интервала величиной от первой до второй категорий по блочности. По характеру изменения сопротивляемости пород взрывному разрушению в зависимости от высоты уступа выделено 10 вариантов строений уступов этого типа. Тип Б1. Породы нескольких литотипов расположены во взрывном блоке так, что наиболее прочные и крупноблочные из них находятся в нижней части уступа. Для обеспечения качественного дробления таких пород необходимо бурить дополнительные скважины. Заряды в этих скважинах целесообразно размещать лишь в той их части, где находятся породы повышенной сопротивляемости взрыву. Возможна концентрация энергии взрыва в нижней части уступа за счет применения более мощных ВВ или увеличения их плотности, а также сочетание этих способов. Тип Б2. Взрываемый уступ сложен породами нескольких литотипов таким образом, что наиболее трудновзрываемые породы расположены в верхней части уступа. Это один из самых неблагоприятных вариантов строения вскрышных уступов, так как наиболее прочные и крупноблочные породы располагаются в зоне нерегулируемого дробления (в зоне забойки). Такие уступы следует выявлять на стадии проектирования месторождения к разработке и по возможности исключать их за счет изменения параметров системы разработки. Типы Б3, Б5, Б7, Б9. Общим для уступов этих типов является то, что в верхней их части располагаются породы, имеющие меньшую сопротивляемость взрывному разрушению, чем в средней или нижней частях уступа. Поэтому способы регулирования энергии ВВ в уступах в принципе не будут отличаться от рекомендованных ранее, а параметры расположения скважинных зарядов ВВ будут в большей степени определяться параметрами пространственного расположения наиболее прочных и крупноблочных слоев пород во взрывном блоке. Типы Б4, Б6, Б8, Б10. Характерная особенность строения этих типов состоит в том, что наиболее трудновзрываемые породы или часть их располагаются в верхней части уступа, т.е. в зоне нерегулируемого дробления. Поэтому в этом случае справедливы рекомендации указанные для уступов типа Б2 с учетом конкретного расположения слоев пород во взрывном блоке. Тип В. Уступ сложен породами с резко отличающимися параметрами структурных и прочностных свойств, диапазон изменения которых охватывает интервал, величиной более двух категорий по блочности (Кн>2). Основная трудность при разрушении таких уступов заключается в своевремен-
Рис. 1.1. Типы строения уступов ном обнаружении таких слоев пород и определении параметров их пространственного положения. Схемы размещения скважинных зарядов ВВ не отличаются от уступов типа Б. Тип Г. Характерен для уступов высотой 15 - 50 м. Строение сложное. Возможно как последовательное повторение структур типа А, Б и В, так и различное их сочетание (Кн 2). Схемы размещения скважинных зарядов ВВ в таких уступах необходимо рассматривать в каждом конкретном случае отдельно. Вопросы для самоконтроля
Литература: [ 4, с. 5 -16; 5, с. 5 - 42]. 2. Определение параметров буровзрывных работ и выбор средств и схем их механизации
2.1. Выбор типа бурового станка
Тип бурового станка выбирают исходя из технологических свойств вскрышных пород и обеспечения их рациональной степени взрывного дробления. Такую степень взрывного дробления в зависимости от вместимости ковша экскаватора и категории пород по блочности обеспечивают применением следующих диаметров скважин (табл. 2.1). Таблица 2.1 Рациональные значения диаметров скважин
Скважины с указанными в табл. 2.1 диаметрами могут быть пробурены следующими типами буровых станков (табл. 2.2).
2.2. Выбор взрывчатых материалов
К взрывчатым материалам (ВМ) относят бризантные промышленные взрывчатые вещества (ВВ) и средства их инициирования (СИ). Тип ВВ выбирают исходя из технологических свойств взрываемых пород, их обводненности, опыта применения в аналогичных условиях, возможности механизированного или ручного заряжания и стоимости ВВ.
Таблица 2.2 Технологическая характеристика буровых станков
Выбранное ВВ должно быть разрешено к применению на открытых горных работах «Перечнем взрывчатых материалов ...» [1] (табл. 2.3). Таблица 2.3 Типы ВВ, рекомендуемых для применения на открытых горных работах
Продолжение табл. 2.3
Сравнение действия ВВ производят по переводному коэффициенту ВВ (Квв): , (2.1) где , - идеальная работа взрыва соответственно эталонного (аммонит № 6 ЖВ, граммонит 79/21) и сравниваемого ВВ, кДж/кг.
Характеристика типов ВВ приведена в табл. 2.4. Таблица 2.4 Переводные коэффициенты Квв и плотность ВВ
К СИ, которые применяют на открытых горных работах, относят огнепроводный шнур (ОШ), средства его зажигания, капсюли-детонаторы (КД), детонирующий шнур (ДШ), неэлектрическую систему инициирования типа «Нонель», пиротехнические реле-замедлители (РП) и промежуточные детонаторы (ПД). Характеристика СИ, допущенных к применению «Перечнем взрывчатых материалов...» [1], приведена в табл. 2.5. Таблица 2.5 Средства инициирования зарядов ВВ
Продолжение табл. 2.5
2.3. Обоснование проектной величины удельного расхода ВВ
Рациональную степень взрывного дробления определяют из выражений: – при транспортной технологии ; (2.2) – при бестранспортной технологии , (2.3) где - рациональная степень дробления пород, равная отношению среднего диаметра естественной отдельности в массиве (de, м) к среднему диаметру куска взорванной горной массы (dср, м); Е - вместимость ковша экскаватора, м3; Пвв - показатель относительной эффективности ВВ, численно равный , (2.4) где - переводной коэффициент ВВ эквивалентных зарядов; - стоимость соответственно эталонного и рассматриваемого ВВ, р. Удельный расход ВВ, обеспечивающий : , (2.5) где - удельный расход ВВ, кг/м3; d - диаметр скважины, м. Величину проектного удельного расхода ВВ определяют с учетом обводненности пород:
2015-12-04 |
976 |
Обсуждений (0) |
|
5.00
из
|
|
Обсуждение в статье: Принадлежность угольных месторождений |
Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓ |
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...
Система поиска информации
Мобильная версия сайта
Удобная навигация
Нет шокирующей рекламы