Перспективы развития горно-добывающих отраслей
Разрушение горного массива методом флюидоразрыва.В настоящее время на отечественных карьерах блоки горных пород высокой прочности (граниты, диориты, сиениты, габбро и др.) добываются из массива и раскалываются на части буровым, буроклиновым и буровзрывным способами. Эти технологии характеризуются низкой интенсивностью, высокой трудоемкостью и, главное, большими отходами сырья. Выход товарных блоков из массива обычно не превышает 20-25%.
В ИГД СО РАН разработан метод и технические средства ориентированного флюидоразрыва породного массива (ОФР). Этот метод позволяет получить ориентированные трещины протяженностью до 25 и даже 50 м и может послужить основой для создания технологии и технических средств отделения от массива и разделки блоков горных пород любой прочности.
Для проведения ориентированного флюидоразрыва в горной породе бурят скважину или шпур (рис 2.30). На нужную глубину в них вводят специальное устройство, с помощью которого в породе прорезают инициирующую щель с заданными параметрами и ориентировкой обычно нормально к оси шпура. По обе стороны от щели шпур герметизируют, перекрывая его, например, пакерами. В загерметизированный участок шпура через трубу, подсоединенную к высоконапорному насосу, подают флюид (текучее вещество) под давлением. По мере роста давления флюида в межпакерном пространстве происходит повышение концентрации растягивающих напряжений в приконтурной части щели. При достижении определенного уровня напряжений происходят разрыв и образование трещины в заданной плоскости. Давление флюида в момент разрыва является максимальным. Эта важная особенность подтверждена экспериментально. Результаты многочисленных экспериментов на искусственных и природных материалах показали, что с ростом разрыва уменьшается удельная энергия, затрачиваемая на образование поверхностей создаваемой трещины.
|
|
|
Заполненная флюидом под давлением инициирующая щель образует поле напряжений, которое обусловлено ее ориентацией, размерами и радиусом закругления в вершине, а также давлением флюида. Теоретически для снижения начального (максимального) давления флюида в момент разрыва горной породы площадь поверхности инициирующей щели должна быть наибольшей, а радиус закругления в ее вершине — наименьшим. Предельные значения здесь обусловлены возможностями технических средств и экономической целесообразностью.
Рис. 2.30. Схема разрыва горной породы пластичным флюидом:
1 — горная порода; 2 — шпур; 3 — труба; 4 — пакер; 5 — инициирующая щель; 6 — цилиндр с поршнем, разделяющим пластичный флюид и масло; 7 — соединительная трубка;
|
|
|
8 — маслостанция; 9 — линия предполагаемого разрыва горной породы
Создавая через шпуры (скважины) в породном массиве инициирующие щели, боковые поверхности которых параллельны поверхностям обнажения, и нагнетая в них флюиды, методом ОФР можно отделять от массива блоки с заданными размерами (рис. 2.31).
Следует отметить, что не бывает горных пород без»естественных трещин. Природные трещины также возможно использовать для отделения породных блоков от массива, применяя метод флюидорасчленения(ФР). Этот способ не требует прорезания инициирующих щелей. Нагнетание флюида производится в естественные трещины, в результате чего происходит расчленение массива с отделением от него блоков. Межпакерный промежуток шпура должен точно совпадать с местом расположения трещины, подвергающейся расчленению. Рациональное сочетание методов флюидорасчленения и флюидоразрыва массива позволит создать технологию добычи блочного камня любой прочности. Необходимость практической реализации метода ОФР потребовала создания специального оборудования. Для осуществления ориентированного флюидоразрыва необходимо располагать устройствами для прорезания в породе инициирующей щелина стенках ранее пробуренных скважин и шпуров. Для образования ее предложено использовать следующие принципы: механический, гидроструйный и формирующий.
|
|
|
Механические щелеобразователи, основанные на резании породы, подсоединяются к буровой штанге, которая вращается буровым станком. Щелеобразователь, вращаясь вокруг оси внутри шпура или скважины, создает на их стенках щель заданного диаметра и формы. Щелеобразователи обладают различными конструктивными особенностями, зависящими от диаметра шпура (скважины), глубины, на которой прорезается инициирующая щель, прочности породы и других факторов. Сегодня к достаточно надежным можно отнести как минимум три вида работоспособных механических щелеобразователей (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Схема отделения блоков камня от массива на карьере:жирной линией отмечены трещины флюидоразрыва
Метод ориентированного флюидоразрыва породных массивов обладает следующими достоинствами. Безопасность. Разрушение пород жидкими и пластичными флюидами, практически не обладающими собственной энергией, безопасно само по себе — даже для людей, находящихся в самом близком контакте с местом проведения флюидоразрыва.
|
|
|
Экологическая чистота. Метод безвреден для людей в санитарно-гигиеническом отношении (отсутствуют шум, выделение вредных газов и пыли).
Низкая энергоемкость разрушения пород. Это обусловлено тем, что разрушение горной породы осуществляется растягивающими усилиями и без образования попутных микротрещин. Поверхности разделенного блока, лишенные наведенной трещиноватости, имеют высокую прочность. Последняя особенность имеет самостоятельное значение. Представляется вероятным, что энергоемкость разрушения пород методом ОФР является
самой низкой по сравнению с ныне применяемыми способами разрушения. Однако окончательный ответ на это могут дать результаты промышленных испытаний и внедрения метода на производстве.
Возможность комбинации методов ФР и ОФР. базирующихся на одном и том же оборудовании. Это позволяет рационально и экономично разрабатывать месторождение блочного камня, в максимально возможной степени используя природную трещиноватость каждого участка и каждой залежи камня.
Сокращение объема буровых работ в несколько разв результате реализации рассматриваемых методов в технологии добычи блочного камня. Даже для крупного блока камня потребуется не более трех скважин. В ряде случаев эти же самые скважины могут повторно использоваться для разделки крупного блока на более мелкие.
Повышение качества продукции благодаря применению технологии добычи высокопрочного блочного камня на основе методов ФР и ОФР. Эти методы в принципе исключают образование в породе наведенной техногенной трещиноватости. Можно ожидать также, что поверхность каменных блоков окажется более ровной и гладкой.
Универсальность рассматриваемых нетрадиционных методов отделения блочного камня и его разделки на более мелкие блоки. Они могут быть использованы для любых горных пород и в первую очередь наиболее прочных.
Тема № 3 “Подготовка руд”
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 700; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!