Введение

На современном этапе развития горнодобывающей промышленности Казахстана особую актуальность приобретает проблема эффективной разработки сложноструктурных месторождений полезных ископаемых [1]. В условиях открытых горных работ тектоническая нарушенность массива, блоковое строение рудных тел и неоднородность физико-механических свойств горных пород приводят к увеличению потерь полезного компонента и росту разубоживания руды.

Одним из наиболее сложных объектов Центрального Казахстана является медно-порфировое месторождение Коктасжал, характеризующееся высокой степенью трещиноватости, линзовидной формой рудных тел и сложным тектоническим строением [2]. Указанные особенности существенно влияют на эффективность буровзрывных работ и качество подготовки горной массы к последующей выемке.

Практика показывает, что применение традиционных параметров буровзрывных работ в условиях сложноструктурных рудных массивов не обеспечивает требуемого качества дробления и приводит к увеличению объемов переизмельчения, выхода негабаритной фракции и смешивания руды с пустыми породами [3].

В связи с этим разработка ресурсосберегающих технологий буровзрывных работ является одним из приоритетных направлений совершенствования открытых горных работ. Применение оптимизированных параметров взрывания позволяет снизить расход взрывчатых веществ, уменьшить разубоживание, повысить качество дробления и сократить общие производственные затраты.

Геолого-структурные особенности месторождения

Месторождение Коктасжал расположено в Карагандинской области и относится к медно-порфировому типу месторождений Центрального Казахстана [2]. Месторождение характеризуется сложным геологическим строением, интенсивной тектонической нарушенностью и высокой степенью трещиноватости пород.

Рудные тела имеют преимущественно линзовидную и пластообразную форму. Их мощность изменяется от 2–3 до 20–25 м [2]. Значительная изменчивость морфологии рудных тел осложняет ведение горных работ и требует применения селективной технологии добычи.

Горные породы представлены плагиогранит-порфирами, кварц-халькопиритовыми жилами, диабазовыми и диоритовыми порфиритами. В массиве широко развиты тектонические нарушения северо-западного и северо-восточного направлений [2].

Коэффициент крепости пород по шкале Протодьяконова изменяется в пределах f = 10–14 [4].

Рис. 1. Схема геологического строения месторождения Коктасжал

Высокая степень тектонической нарушенности существенно влияет на распространение энергии взрыва в массиве и приводит к неравномерному дроблению горной массы [5].

Методика исследования

Методика исследования основывалась на комплексном анализе геолого-структурных особенностей месторождения Коктасжал, параметров буровзрывных работ и показателей качества подготовки горной массы.

В процессе исследования были использованы:

— анализ геологической документации и технических отчетов месторождения;

— сравнительный анализ параметров буровзрывных работ;

— расчет коэффициента разубоживания;

— оценка качества дробления горной массы;

— анализ удельного расхода взрывчатых веществ;

— методы статистической обработки производственных данных.

Исследования проводились на рудных блоках с различной степенью тектонической нарушенности. При анализе эффективности буровзрывных работ учитывались:

— степень трещиноватости массива;

— морфология рудных тел;

— параметры сетки скважин;

— интервалы замедления;

— удельный расход взрывчатых веществ;

— выход негабаритной фракции.

Для определения уровня разубоживания использовалась следующая зависимость [6пр]:

R = B / (A + B) × 100 %

где:

— R — коэффициент разубоживания;

— A — объем руды;

— B — объем пустых пород.

При исследовании эффективности короткозамедленного взрывания применялись интервалы замедления от 25 до 65 мс [7]. Оценка качества дробления выполнялась по гранулометрическому составу взорванной горной массы.

Рис. 2. Зависимость разубоживания от трещиноватости

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведенного анализа установлено, что одним из основных факторов увеличения разубоживания на месторождении Коктасжал является высокая степень тектонической нарушенности массива. Наличие многочисленных трещин и разломов приводит к неравномерному распространению энергии взрыва и перемешиванию руды с пустыми породами [6].

Исследования показали, что применение традиционной технологии буровзрывных работ сопровождается повышенным выходом негабаритной фракции [3] и увеличением объема повторного дробления.

Одной из основных проблем при разработке сложноструктурных месторождений является разубоживание руды [6]. В условиях месторождения Коктасжал смешивание полезного компонента с пустыми породами происходит вследствие сложной морфологии рудных тел, высокой трещиноватости массива и недостаточной эффективности буровзрывных работ. На основе анализа геолого-структурных условий и производственных показателей были сформированы расчетные значения потерь и разубоживания по рудным блокам. Расчетная оценка показывает, что уровень разубоживания в условиях сложноструктурных рудных блоков может достигать 18 %.

Таблица 1

Показатели потерь и разубоживания по рудным блокам

Для повышения эффективности буровзрывных работ предложено применение короткозамедленного взрывания и оптимизированной сетки скважин. Применение короткозамедленного взрывания позволяет управлять направлением распространения взрывной волны [5,7] и снижать степень перемешивания руды с пустыми породами [7, 8].

Параметры буровзрывных работ определялись с учетом физико-механических свойств пород [2, 4] и степени тектонической нарушенности массива.

Удельный расход взрывчатых веществ определялся по формуле:

где:

— q — расчетный расход ВВ;

— q₀ — базовый расход;

— kf — коэффициент крепости пород;

— kt — коэффициент трещиноватости.

Таблица 3

Сравнение параметров буровзрывных работ

Рис. 3. Сравнение традиционной и ресурсосберегающей технологии

Внедрение предложенной технологии позволяет существенно снизить производственные и энергетические затраты за счет более эффективного использования взрывчатых веществ и уменьшения объема повторного дробления горной массы. Кроме того, применение оптимизированных параметров буровзрывных работ способствует повышению качества рудной массы и снижению потерь полезного компонента при добыче. В целом использование ресурсосберегающей технологии обеспечивает повышение общей эффективности открытых горных работ в условиях сложноструктурных месторождений.

Заключение

В результате проведенного исследования установлено, что геолого-структурные особенности месторождения Коктасжал оказывают существенное влияние на эффективность буровзрывных работ и качество подготовки горной массы. Высокая степень тектонической нарушенности, блоковое строение рудных тел и значительная трещиноватость массива способствуют увеличению потерь полезного компонента и росту уровня разубоживания руды.

Проведенный анализ показал, что применение традиционных параметров буровзрывных работ в условиях сложноструктурных рудных блоков не обеспечивает требуемой эффективности разрушения массива и приводит к увеличению выхода негабаритной фракции, переизмельчению отдельных зон и дополнительным производственным затратам.

В ходе исследования была обоснована ресурсосберегающая буровзрывная технология, основанная на применении короткозамедленного взрывания и оптимизации параметров сетки скважин с учетом геомеханических особенностей массива. Установлено, что использование предложенной технологии обеспечивает более равномерное распределение энергии взрыва, способствует улучшению качества дробления горной массы и снижению степени перемешивания руды с пустыми породами.

Результаты исследований показали, что внедрение предложенных технологических решений позволяет снизить уровень разубоживания с 18 % до 11 %, уменьшить удельный расход взрывчатых веществ на 8–10 %, а также сократить объем повторного дробления и повысить эффективность экскавационных работ. Экономическая оценка подтверждает целесообразность применения ресурсосберегающей технологии при разработке сложноструктурных месторождений открытым способом.

Таким образом, предложенная технология может быть рекомендована для внедрения на месторождении Коктасжал и на аналогичных сложноструктурных рудных объектах, характеризующихся высокой тектонической нарушенностью и неоднородностью строения массива.

Литература:

1. Абдулин А. А. Геология Казахстана. — Алматы: Ғылым, 1994. — 368 с.
2. План горных работ меднопорфирового месторождения «Коктасжал» в Карагандинской области ТОО «Алтай Полиметаллы» (корректировка проекта промышленной разработки месторождения Коктасжал). — Караганда: ТОО НПК «АлГеоРитм», 2022. — 222 с.
3. Cunningham C. V. B. The Kuz-Ram fragmentation model — 20 years on // Brighton Conference Proceedings. — 2005. — P. 201–210.
4. Кузнецов В. М. Разрушение горных пород взрывом. — Москва: Недра, 1977. — 352 с.
5. Yi C., Johansson D., Greberg J. Numerical study of the influence of short delay times on rock fragmentation // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. — 2017. — Vol. 100. — P. 250–262.
6. Delentas A., Benardos A. Analyzing Stability Conditions and Ore Dilution in Open Stope Mining // Minerals. — 2021. — Vol. 11. — № 12. — Article 1404.
7. Qiu X., Shi X., Gou Y. Short-delay blasting with single free surface: results of experimental tests // Tunnelling and Underground Space Technology. — 2018. — Vol. 74. — P. 119–130.
8. Seccatore J., Segarra P., Fuentes R. The Role of Delays in the Performance of Blasting // Applied Sciences. — 2024. — Vol. 14. — № 11. — Article 4657.