Технические науки/13. Охрана труда

Бектурганова Г.С., Алимбетова С.Б., Абдрахманова Ж.Б., Тойшибекова Т.Т.

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, Республика Казахстан

Обоснование удельного расхода жидкости для предварительного увлажнения массива горных пород

The effective way of preliminary moistening of the massif of rock, through the wells drilled on the underlying horizons is developed. Thus the specific consumption of water and water solutions is determined by a formula which contains density of liquid and rock, a rock time, a jointing of a massif and volume of the artificial emptiness formed in volume of an underlying massif.

Одним из распространенных способов профилактики пылеподавления при буровых работах при разработке месторождений полезных ископаемых является опережающее увлажнение массива, сущность, которой основана на физико-механических свойствах разрушаемого массива, а также его геологической особенности, которая заключается в следующем.

Характерной особенностью исследуемого месторождения является генетическая и пространственная связь руд интрузивными массивами ультраосновных, основных и щелочных пород. Свинцово-цинковые месторождения по геологической характеристике близки к низкотемпературным гидротермальным месторождениям. Они генетически связаны с посторогенными интрузиями кислого и ультракислого состава, размещение которых отличается зонами глубинных нарушений. Месторождения медно-никелевых сульфидных руд связаны с массивами основных и ультраосновных, которые характеризуются зонами рассланцевания, дробления, гидротермального изменения пород, контактами пород разного состава.

Жезказганское месторождение расположено в юго-западной части Центрального Казахстана Карагандинской области в 30 км к западу от г. Жезказган. Площадь месторождения около 12 км² ограничена координатами 67^о22' – 67^о32' восточной долготы и 47^о50' – 47^о55' северной широты. Вокруг г. Жезказган и около г. Сатпаев располагаются все горнодобывающие предприятия (шахты, карьеры) и обогатительная фабрика № 3. Минералогический состав руд Жезказганского месторождения сравнительно прост. Более 98 % запасов месторождения представлено сульфидными рудами, в том числе медных сульфидных руд – 86,6 %, комплексных руд – 5,5 % и свинцово – цинковых руд – 6,1 %. На долю медных окисленных руд приходится 1,8 % от балансовых запасов. Окисленные руды развиты на глубинах до 10 – 30 м от поверхности и только в зонах флексур глубина их распространения достигает 50 – 100 м. Главными медесодержащими минералами являются малахит, азурит, самородная медь, вторичные сульфиды, менее распространённые – фосфаты меди, хлориды меди.

Многие месторождения полезных ископаемых имеют свои особенности, но независимо от этих особенностей они характеризуются пористостью и трещиноватостью.

Предлагаемый способ предварительного увлажнения основан на использовании особенности строения горных массивов. Поэтому при бурении скважин следует использовать особенности строения руд и пород в массиве.

В работе авторов [1] предлагается способ определения удельного расхода жидкости по следующему выражению:

, (1)

где - плотность жидкости, кг/м³; - плотность частиц пыли, мг/м³; - пористость навала горной массы, м³/м³; - содержание частиц фракции 0-1 мм, %; - максимальная молекулярная влагоемкость частиц той же фракции, %; - естественная влажность горных пород, %.

К недостаткам рассматриваемого способа можно отнести то, что его нельзя использовать для определения удельного расхода жидкости при увлажнении массива горных пород. Использование его для определения удельного расхода жидкости при увлажнении массива горных пород снижает точность и увеличивается погрешность определяемой величины. При определении удельного расхода жидкости для увлажнения массива горных пород должны быть учтены его физико-механические характеристики.

В отличие от рассматриваемого способа предлагаемый способ, включает определение плотности, пористости, трещиноватости горных пород и удельный объем искусственных пустот.

Для предлагаемого способа увлажнения определим удельный расход воды или водных растворов ПАВ следующим образом.

Представим некоторый объем V₀ массива, который содержит поры и трещины. Так как предварительное увлажнение осуществляется с помощью скважин, необходимо учесть объем скважин используемые для закачки жидкости в массив.

Таким образом, объем жидкости, находящейся в массиве следует определить по выражению:

, (2)

где V_ж – полный объем жидкости для предварительного увлажнения, м³; V_п – объем порового пространства, м³; V_т - объем трещин горного массива, м³; V_с – объем скважин, которые заполняются жидкостью, м³.

Если выражение (2) умножим на удельный вес жидкости, получим формулу:

, (3)

где -плотность закачиваемой жидкости, кг/м³; - ускорение свободного падения, м/с².

Удельным расходом жидкости для предварительного увлажнения является величина, определяемая отношением массы жидкости к массе горного массива:

, (4)

где - удельный расход жидкости, м³/м³; - масса жидкости, содержащейся в массиве горных пород, кг; - масса увлажняемого горного массива, кг. Причем массу горного массива выразим через его плотность по формуле:

, (5)

В формулу (3) подставляем соответствующие выражения (4) и (5), что позволяет получить следующее:

, (6)

Величины в скобке разделим по члено на объем и получим формулу:

, (7)

где - представляет собой пористость горного массива, м³/м³; - представляет собой трещиноватость горного массива, м³/м³; - удельный объем скважин или удельный объем искусственных пустот, используемых для предварительного увлажнения, м³/м³.

Если использовать введенные обозначения, то формулу (7) можно записать следующим образом:

(8)

где - представляет собой плотность закачиваемой жидкости, кг/м³; - плотность частиц пыли, кг/м³; - пористость горного массива, мг/м³; - трещиноватость горного массива, мг/м³; - удельный объем скважин или удельный объем искусственных пустот, используемых для предварительного увлажнения, м³/м³.

Полученная формула позволяет определить удельный расход жидкости при известных величинах, входящих в нее. Данные пористости и трещиноватости массива горных пород можно взять в маркшейдерском отделе предприятия. Количество закачиваемых скважин устанавливается опытно-промышленными исследованиями.

Обычно величины входящие в формулу (8) в маркшейдерском отделе и справочных материалах выражается в процентах, поэтому формулу (7), умножая на величину 10^-2, будем иметь окончательное выражение:

(9)

Таким образом, удельный расход жидкости по формуле (9) будет изменяться в единицах измерения м³/м³ или кг/м³ в системе СИ. В некоторых справочных материалах по горному делу пористость и трещиноватость задается одной величиной и называется пустотностью.

Рассматриваемый способ предварительного увлажнения с соответствующим удельным расходом жидкости позволит снизить пылевыделение при бурении скважин, а также при взрывных работах. Эффективность предварительного увлажнения зависит от точности определения удельного расхода жидкости, которая зависит в свою очередь от точности проведения экспериментальных работ по определению физико-механических свойств горного массива.

Литература

1. Жараспаев М.Т., Бектурганова Г.С., Жараспаева Д.Е. // Способ определения удельного расхода жидкости для увлажнения массива горных пород. Заявка на патент РК. Кл. E 21 F 5/00.

2. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. - М: Недра. 1975г. –С.4-20.