23108 (Карта взрываемости горных пород и автоматизация проектирования буровзрывных работ на карьерах), страница 2

Съемка трещиноватости в карьере выполняется вслед за геологоструктурным картированием по выделенным в ходе его относительно однородным (петрографически и структурно) участкам уступов. При этом измеряются элементы залегания (азимут и угол падения) трещин и расстояние между трещинами одной системы, а если визуально системы явно не выделяются, то между соседними трещинами. В условиях магнитных аномалий (месторождения магнетитовых руд) для определения ориентировки трещин используют солнечный компас [ 5 ] или гироскопический трещиномер [ 9 ]. На участках карьера, опасных для непосредственного замера элементов залегания трещин и блочности пород, следует применять стереофотограмметрическую съемку трещин [ 4 ]. Для упрощенного дистанционного замера блочности пород можно использовать прибор-палетку [ 11 ]. Опыт натурных работ в карьере показал, что измерение ширины раскрытия трещин не имеет смысла, поскольку оно связано главным образом с техногенным фактором и вычленить из фактического замера его природную составляющую практически невозможно. Полевые измерения обрабатываются с получением данных о числе систем трещин, их относительной выраженности и пространственной ориентировке, среднем размере элементарного структурного блока, а при системном развитии трещин – среднем расстоянии между смежными трещинами по всем системам, ограничивающим этот блок.

По данным трещинной съемки карьера создается местная классификация пород по блочности. За основу следует брать шкалу Междуведомственной комиссии по взрывному делу [ 1 ], детализируя ее внутри отдельных классов или смещая границы классов в соответствии с особенностями распределения блочности в изучаемом горном массиве. При выделении критериальных значений блочности пород, определяющих границы классов, необходимо руководствоваться единой классификацией Б.Н. Кутузова с соавторами [ 6 ]. Далее анализируется распределение различных классов трещиноватости в каждом выделенном петрографическом типе пород. Конкретный тип пород может быть представлен различным числом классов по трещиноватости (от одного до полного их набора). Все зависит от генетической принадлежности, структурной позиции и относительной распространенности петрографического типа.

На основе сводного геологоструктурного плана карьера с нанесенными на нем станциями полевых измерений и их результатами (средними размерами естественной блочности) в соответствии с местной классификацией пород по трещиноватости строится карта блочности пород. Увязка границ участков одного класса выполняется с учетом пространственного положения структурных элементов (зон гипергенезасе, разрывных нарушений, осей складок), относительно которых закономерно меняется блочность пород.

Следующая задача – разработка классификации пород по взрываемости. Поскольку доминирующим фактором взрываемости является трещиноватость, в первоначальном варианте такой классификации каждому классу по блочности присваивается своя категория взрываемости и, чем выше этот класс (больше размер блока), тем выше и категория взрываемости пород (сопротивляемости их разрушению при взрыве). Для каждой выделенной таким образом категории взрываемости пород необходимо рассчитать удельный расход ВВ и сетку скважин по формулам, учитывающим не только размер естественной отдельности, но и крепость пород [ 8, 10 ]. В результате расчетов может оказаться, что породы одного класса блочности, но существенно отличающиеся петрографически и, как следствие этого, по крепости, правильнее отнести к разным, обычно соседним категориям взрываемости . Первичная классификация опробуется на серии опытных взрывов, по результатам которых она уточняется. Уточнения касаются как параметров взрывания (удельного расхода ВВ, сетки скважин с учетом применяемых диаметров буровых долот, величины перебура и забойки, интервала замедления) по категориям пород, так и объема той или иной категории. Это обычно случается тогда, когда при одной и той же блочности и крепости отдельные породы отличаются повышенной вязкостью или сжимаемостью, за счет чего существенно повышается сопротивляемость их разрушению при взрыве. Такие породы переводятся в более высокую категорию взрываемости.

Путем совмещения геолого-структурного плана и карты блочности в соответствии с местной классификацией пород по взрываемости строится карта взрываемости. Примеры таких карт даны в работах [ 2, 3 ]. Кроме границ пород различных категорий взрываемости, которые отражены на указанных картах, для проектирования массовых взрывов необходимо знать залегание господствующей системы трещин и слоистости пород в блоке. Эти данные берутся с геолого-структурного плана карьера. Классификация, особенно входящие в нее параметры взрывания, и карта взрываемости пород должны периодически корректироваться. Цель такой корректировки - оптимизация параметров взрывания и более дробное деление на категории взрываемости. Последнее достигается путем ввода промежуточных классов по трещиноватости, а соответственно и категории взрываемости. Указанная корректировка выполняется на основе систематического учета и анализа параметров, условий взрывания и результатов взрыва (выхода негабарита, сменной производительности экскаваторов) по каждому взрывному блоку.

Подобная работа ведется горной лабораторией (Б.В. Славский, В.Е. Каира) на Ковдорском ГОКе. В результате ее первоначальная классификация пород по взрываемости, в которой каждому из классов по трещиноватости, выделенных согласно Междуведомственной шкале, соответствовала своя категория взрываемости, была существенно преобразована (таблица).

Таблица

Типизация горных пород Ковдорского месторождения по трещиноватости и взрываемости

Примечание: II-V – категории пород по величине естественного блока [ 1 ];

2-5 – категории пород по взрываемости: 2 – очень легковзрываемые; 3 – легковзрываемые; 3/4 – выше легкой взрываемости; 4 – средневзрываемые; 4/5 – выше средней взрываемости; 5 – трудновзрываемые.

При этом выделены промежуточные категории (3/4 и 4/5) и переведена в них значительная часть пород, находящихся ранее в 4 и 5 категориях. А вот руды, содержащие в больших количествах слюду, кальцит или апатит пришлось перевести с 3 в 3/4 и даже 4 категории взрываемости. Кроме того вмещающие породы IV-V категории трещиноватости оказалось целесообразным разделить на две категории по взрываемости (4 и 4/5), причем к 4 категории отнести более крепкие из них (f=15-20), а к 4/5 – меньшей крепости (f=13-16), но интенсивно карбонатизированные и слюдизированные. Причина повышенной сопротивляемости взрывному разрушению пород с высоким содержанием кальцита, слюды и апатита не ясна. Предполагается, что указанные минералы увеличивают сжимаемость пород и, соответственно, потери энергии взрыва на пластические деформации. Изменение классификации пород повлекло за собой и корректировку карты взрываемости.

Карта взрываемости, составленная для одного положения поверхности действующего карьера, по мере понижения горных работ становится все более неадекватной реальной геологоструктурной обстановке. Для поддержания ее в актуальном состоянии необходимо хотя бы один раз в три года подновлять сводный геологоструктурный план карьера и на его основе корректировать границы пород различной категории взрываемости. Такая корректировка будет более надежной, если систематически осуществляется анализ условий и качества взрывания, и по его результатам своевременно проводятся дополнительные натурные геологические наблюдения и измерения блочности пород.

Как уже говорилось, наличие карты взрываемости существенно упрощает процесс проектирования БВР. Вместе с тем в традиционном ручном исполнении он остается весьма трудоемким, учитывая многоэтапность подготовки разнообразной текстовой, табличной и графической документации, большие объемы вычислительных операций. Отсюда следует актуальность автоматизации процесса проектирования БВР. В настоящее время разработана математическая основа расчетов параметров взрывания [ 8 ] и предложен ряд программных средств для их реализации, в частности, "Результат" Мосгоргипротранса, Exploos PC фирмы "Взрывтехнология" [7]. Однако эти программы ориентированы только на выполнение расчетов с ручным вводом исходных данных без привлечения графики, в силу чего они не в состоянии подготовить все необходимые составляющие проекта БВР.

Авторами настоящей статьи разработана программа Geoled, которая практически полностью воспроизводит сложный процесс информационного взаимодействия специалистов (геолога, маркшейдера и взрывника) при проектировании БВР и обеспечивает весь комплект текстовой, расчетной и графической документации, входящей в проект массового взрыва. Кроме того, она позволяет формировать базу данных опробования взрывных скважин, что дает возможность подключать программы, способные решать задачи оперативного планирования добычи руд. Программа Geoled написана на языке Delphy для операционной среды Windows. Она способна формировать базу данных, содержащую как числовую, так и картографическую информацию. Последняя представлена картой взрываемости, маркшейдерскими и буровзрывными планами эксплуатационных горизонтов, на которых показаны контуры взрывных блоков, скважины и линия отрыва предыдущих взрывов, бровки подобранного уступа. Цифровую информацию составляют данные о параметрах БВР. Структура базы данных иерархична и представлена таблицами с системой ссылок и индексов.