Обсуждение:Буровзрывные работы

Геологические особенности при производстве открытых работ на угольных месторождениях.

  Ритмичность и безопасность являются главными составляющими экономической эффективности производства горных работ. Практические наблюдения и анализ производства горных работ показывают, что основными факторами, регулирующими ритмичность и безопасность, являются локальные отклонения от заданных параметров по качеству подготовки горной массы, неожиданные изменения параметров расчетной устойчивости горного массива и отдельные участки с процессами эндогенного самовозгорания. Все перечисленные факторы обусловлены геологическими особенностями горного массива и требуют отдельного рассмотрения. 

А. Подготовка горной массы.

   Современная технология  подготовки горной массы для экскавации представляет схему расчета, с прямой зависимостью от физико-механических свойств горного массива к величине энергии взрывчатых веществ.  При этом прочностные свойства горного массива определяются величиной удельного сопротивления сжатию, мощностью слоя, размерами монолитных блоков и элементами залегания основной нормальносекущей трещиноватостью. В объёме взрываемого блока все эти параметры буровзрывных работ (БВР) на простирании принимаются по многовариантным экспериментам как средние значения и в практике обуславливают общий неравномерный режим производительности при экскавации. Основная причина значительного снижения производительности является работа по разборке в песчаных породах, на участках блока практически не разрушенных энергией взрыва. При детальном изучении физико-механических свойств песчаников и условий их геологического формирования, такие  отдельные участки имеют значительное превышение параметров как  по физико-механическим свойствам, так и по размерам монолитных блоков, а по условиям геологического формирования соответствуют локальным зонам объемного сжатия. [1]. Экскаваторная разборка таких участков показывает, что энергия взрыва в плане не имеет объемного разрушения и направлена вертикально по стволу буровзрывной скважины. Для производительной работы экскаватора такие участки, локально сложные  по горно-геологическим условиям, в современной расчетной схеме БВР необходимо выделять  с внедрением отдельных параметров, способных эффективно влиять на качество подготовки горной массы. 
  При подготовке проектной схемы БВР для выделения локально сложных участков может служить  предварительная геологическая документация по обнажению откоса уступа и результаты контроля  производительности экскавации. Основным параметром производительности является время набора горной массы в ковш экскаватора. При движении горных работ по простиранию блока постоянный учет этого показателя в современных автоматических системах контроля производства четко выделяется динамика изменения производительности экскаватора на  локально сложных участках. 

  Как  эффективные мероприятия, учитывающие горно-геологические особенности, для отработки локально сложных участков можно рекомендовать следующие мероприятия; 

1. Применение высокоэнергетических взрывчатых веществ. Экономическая эффективность просматривается даже при элементарном анализе по техническому состоянию горнотранспортной техники и ритмичности добычных работ. 2. Планирование конечных границ взрываемого блока по простиранию вне зоны выявленных сложных участков. Практических затрат на это мероприятие не существует. 3. Применение порядного взрывания с направлением рядов по простиранию основной нормально секущей трещиноватости. Такая схема снижает возможность появления не взорванных (отказов) скважинных зарядов, а при бестранспортной системе значительно увеличивает сброс горной массы в выработанное пространство.

  Б. Устойчивость бортов и рабочих уступов. 

   Классическое обоснование геомеханических расчетов по устойчивости горных выработок представлено в семидесятые годы прошлого столетия д.т.н. профессором ВНИМИ Г.А.Фисенко, и применяется до настоящего времени. В современной методике расчета устойчивости рабочих уступов и отвалов вскрышных пород приняты только параметры физико-механических свойств горного массива,  объёмный вес, удельное сопротивление сжатию, коэффициент сцепления, удельное сопротивление скольжению, характеристика систем трещиноватости и др. 
   Выполненные СФ ВНИМИ геодинамические расчеты по устойчивости рабочих уступов и отвалов вскрышных пород для Томь-Усинского и Мрасского геологоэкономических районов Кузбасса позволяют, при характерном моноклинальном залегании горных пород,  создавать высоту рабочего уступа до 70 метров с углом падения откоса 75-80 градусов. При этом формирование откоса уступов регулируется элементами залегания нормальносекущей системой трещиноватости. При производстве горных работ в крупных флексурных складках, по расчетам с использованием только физико-механических свойств, устойчивая высота рабочего борта может достигать 120 метров с углом падения откоса борта по слоистости 40-55 градусов. Расчетная устойчивая высота бестранспортных отвалов, с подрезкой от почвы под углом 40-55 градусов, составляет до 70 метров.  
  Анализ устойчивости бортов, высоких рабочих уступов и отвалов вскрышных пород показывает, что отдельные участки в расчетных зонах устойчивого состояния, имеют опасные деформации в виде осыпей отдельных камней и крупных обрушений.  Образование осыпей зависит от качества обработки неустойчивых частей откоса и верхней площадки уступа. Интенсивность осыпей и крупных обрушений в основном проявляется в межсезонные периоды, переходы от зимнего периода к летнему и от летнего к зимнему. При детализации геологического разреза в зонах развития интенсивных осыпей и обрушений установлено, что большинство этих опасных деформаций развиваются по откосам рабочих уступов на участках горного массива с локальными объёмами упругого сжатия и растяжения. На этих участках в период осадконакопления, за счет вертикально инверсионных движений блочного фундамента, сформированы локальные энергетические потенциалы статического упругого сжатия. При нарушении горными выработками статического состояния в глубине горного массива за счет разрядки  энергетического потенциала на откосах высоких уступов происходят деформации с образованием осыпей, а в основании откосов за счет раздавливания кровли угольного пласта неожиданные обрушением части откоса. При отработке крупных флексур за счет давления из глубинной зоны локального сжатия на плоскости высокого бортового откоса постепенно  развиваются участки открытых  трещин с опасными осыпями отдельных блоков и  начинаются опасные неожиданные обрушения.  
  Эти геологические процессы в горном массиве имеют плавную геодинамику развития во времени и пространстве, а интенсивность их развития в основном провоцируется сезонным перераспределением общего тектонического напряженного состояния Земли или волновыми колебаниями горного массива при производстве массовых взрывов.
   Перечисленные особенности локально тектонических деформаций в горных выработках практически не возможно включить в современные геодинамические  расчеты  по устойчивости и это основной фактор, который вызывает у некоторых эксплуатационников незаслуженное критическое отношение к современным высокопрофессионально выполненным геодинамическим расчетам.
  Основным мероприятием для предотвращения опасных инцидентов может служить геологическое обследование обнажений откосов рабочих уступов в период эксплуатации с целью выявления возможных локально опасных участков, с включением в паспорт ведения горных работ мероприятий по безопасности. 
   В практике открытых работ определены только параметры опасной зоны под высоким уступом для осыпей, к сожалению, для неожиданных крупных обрушений границы опасной зоны не установлены, по нашим наблюдениям с высокого уступа развал обрушения составляет 15-20 м, а под высоким бортом флексурной складки до 30 м. 
  По материалам изучения реального геологического пространства [1] появляется возможность выделить   некоторые структурно-тектонические признаки для оперативного определения локально участков, по каждому из которых определяется опасный участок:

1. В кровле угольного пласта песчаные слои линзообразной формы. 2. Наличие дизъюнктивных и пликативных нарушений по угольному пласту. 3. Угловое несогласие горизонтальной слоистости по породам кровли. 4. Песчаные внедрения (инъекции) в угольном пласте. 5. Волнистый размыв кровли пласта. 6. Кососекущие пересекающиеся трещины в угле и в породах кровли. 7. Горизонтальное смещение отдельных слоев в сторону выработки и вывалы в непосредственной кровле по угольному пласту. 8. Бестранспортный отвал при подрезке основания имеет цикообразные заколы и характерные оползни в сторону выработанного пространства.

  Присутствие в горном массиве даже одного вышеперечисленного признака свидетельствует о возможности проявления опасных деформаций на откосе горной выработки. 

В. Самовозгорание угольной массы в рабочих забоях и на отвалах.

  Процессы самовозгорания горной массы на действующих угольных разрезах имеют не случайный характер. Возгорание угольной массы в рабочих забоях периодически повторяется только на определённых участках и с характерным режимом развития этого процесса. Участки возгорания соответствуют структурно-тектоническим зонам с образованием глубинных разломов, которые являются проводником движения углеводородных и сероводородных газовых соединений, частично растворенных в трещинных подземных водах. В приразломных зонах горного массива структурно-тектоническое строение характеризуется сложными процессами осадконакопления с образованием локальных прогибов и концентрацией отдельных химических элементов. По результатам дифференциального опробования [2]  на этих участках отмечается превышение кларкового содержание т.н. малых элементов, повышенное содержание серы и присутствие минерала Тобелита. Это аммониевая диоктаэдрическая слюда, содержащая фиксированный азот. [3, 4, 5]. Присутствие повышенного содержания серы и Тобелита с концентрацией до 30-50% отмечается в породных углистых прослоях и только на участках с  возгоранием угольных пластов. При этом  на таких участках характерным условием является повышенное содержание таких химически активных элементов как фосфор, стронций и барий. 
  Режим возгорания всегда соответствует постепенному развитию химической реакции с выделением тепла, это соответствует соединению угля, серы и азотных минералов. Присутствие этих элементов с повышенной концентрацией отмечается, особенно в почве и в породных прослоях угольного пласта IV-V, и характерно, что процессы возгорания угля отмечены по этому угольному горизонту на нескольких участках  разреза Сибиргинский. Развитие очагов возгорания на отвалах объясняется результатом концентрации этих химических элементов в породных отходах, особенно после углеобогащения на других разрезах, где на обогатительных фабриках проходит большой объем горной массы. 
  В настоящее время сложилось ошибочное мнение о постоянстве содержания микроэлементов и минералов в угленосной свите, это результат, ранее проведенных безадресных и валовых отборов проб. Проведенное дифференциальное опробование угольных пластов на участках Сибиринского месторождения [2] при ренгено-спектральным анализе показало, что это не соответствует действительности, а процессы концентрации элементов зависят от структурно-тектонических условий осадконакопления.
   Необходимо отметить, что выявленные повышенные содержания отдельных малых элементов в условиях открытых работ могут иметь не сложную технологическую схему для практического  выделения горной массы в мощности угольного пласта для обогащения и промышленного применения.   

````Мавренков Анатолий Владимирович, заслуженный геолог РФ. Россия. 652870 Кемеровская обл., г. Междуреченск, пр. Коммунистический 11-56. Контактная информация. Тел. 8 (384 75) 2-28-07. 8 905 072 43 24. Email: mavrenkov@rambler.ru