Текущее состояние. Управление потерями и разубоживанием руды имеет определяющее значение для всех работ по добыче полезных ископаемых. Отсутствие контроля может привести к упущенным доходам в размере десятков миллионов долларов в год. На сегодняшний момент процент разубоживания рудной массы при разработке месторождений открытым способом достигает 20%. Так или иначе, при каждом взрыве происходит смещение контура рудного тела. Если не учитывать этот фактор, то ценный компонент может транспортироваться в отвал пустых пород, а пустые породы пойдут в переработку на фабрику. Особенно это важно при разработке золоторудных месторождений с небольшим содержанием полезного компонента и c невыдержанными или изменяющимися элементами залегания рудных тел. За последние два-три десятилетия в российской и зарубежной практике было проведено значительное количество исследований по изучению движений взорванной горной массы.

Решаемая научная проблема. Переключение внимания на смещение контуров рудных тел при буровзрывных работах взамен существующей до этого практики оценки только фрагментации и формирования развала взорванной горной массы при контроле качества руды позволило найти новые способы повышения эффективности работы горного предприятия за счет максимизации извлечения ценного компонента и минимизации эксплуатационных затрат. Смещение пород после взрыва варьируется по глубине, охватывает различные зоны взрыва, зависит от перераспределения энергии взрыва по видам работ, осложняется горно-геологическими условиями и зависит от применяемых параметров буровзрывных работ, что делает прогнозирование смещения рудного тела после взрыва достаточно сложной задачей. Тем не менее, геометрические параметры развала оказывают существенное влияние на последующие технологические операции и безопасность горных работ. Точная информация по перемещению рудных контуров после взрыва позволит осуществлять контроль за содержанием полезного компонента в горной породе с целью извлечения всего запланированного объема полезных компонентов.

Методы исследования. Анализ отечественной и зарубежной литературы по оценке смещения взорванной горной массы показал, что существуют два принципиально разных подхода: моделирование смещения контуров рудных тел и прямое измерение смещения контуров рудных тел. Совокупность этих двух подходов представляет собой комбинированный метод. При прямом измерении движения горной массы используются специальные маркеры, устанавливаемые в массив горных пород до проведения взрывных работ. В качестве таких маркеров используются полые трубки, мешки, заполненные каменной пылью, магнитные шары и пр. При этом все используемые маркеры можно поделить на пассивные и активные. Пассивные маркеры могут быть обнаружены только визуально. Перемещение активных маркеров можно отследить с помощью обнаружения специальных сигналов, которые они генерируют. Моделирование смещения контуров предполагает под собой использование либо эмпирических формул, либо динамических моделей. В первом случае, всегда в эмпирических формулах присутствуют поправочные коэффициенты, которые необходимо корректировать путем проведения серии экспериментальных взрывов. Динамические модели чаще всего основаны на обработке больших объемов данных, собираемых с объекта в течение продолжительного времени. В работе подробно рассматривается каждый из подходов и анализируются плюсы и минусы отдельных решений. Например, в литературных источниках рассматриваются основные алгоритмы построения объемной математической модели развала буровзрывного блока. Однако вопросы распределения полезного компонента во взорванной горной массе в данных работах остаются открытыми.

В эксперименте, при помощи высокоскоростной видеокамеры анализировалось движение точек уступа, отслеживалась траектория их движения и вычислялась скорость полета. Координаты траекторий анализируемых точек получаются из записанных изображений после преобразования с использованием фиксированных контрольных точек с известными координатами. В качестве контрольных точек в эксперименте применялись три опоры, выставленные на нижнем горизонте непосредственно перед уступом и 200 литровая бочка, расположенная на краю уступа. Обработка эксперимента проводилась при помощи специализированного программного обеспечения ProAnalyst, позволяющего отслеживать скорость и траекторию перемещения выбранной точки.

Детали исследования. Полученные данные по скорости вылета позволили откорректировать коэффициент, входящий в предложенную модель расчета смещения контуров рудных тел. Так, определением средней скорости перемещения блока первого ряда скважин, с использованием формулы был уточнен эмпирический коэффициент, характеризующий долю энергии взрыва, направленную на перемещение горной массы K1, характерный для данных горно-геологических условий и используемых параметров БВР. Полученное значение эмпирического коэффициента K1 позволит проводить расчеты начальной скорости вылета для горно-геологических условий месторождения при разных удельных расходах ВВ. Эксперимент по расчету смещения контура Для апробации предложенной модели расчета был проведен эксперимент, в котором контроль содержания полезного компонента во взорванной горной массе осуществлялся не при помощи маркеров, а по прямым замерам, путем отбора проб с последующим их анализом в лаборатории. В качестве экспериментального контура был выбран контур № 325 (рис. 1), контур располагался в 16—20 ряду взрываемых скважин, считая от свободной поверхности (начальной точки инициирования).

По уточненному значению коэффициента K1 был проведен расчет перемещения горной массы 16 и 20 ряда взрывных скважин при наличии свободной поверхности, выполненные по предложенной модели: для 16 ряда смещение составило 5,59 м, для 20 ряда — 3,26 м. Границы рудного тела до взрыва определялись по данным опробования бурового шлама при бурении взрывных скважин. Границы рудного тела после взрыва определялись при помощи опробования взорванной горной массы (отбор горстевых проб) во время отгрузки забоя экскаватором. Данный вид опробования был выбран с учетом того, чтобы методики определения границ рудных контуров до и после взрыва были идентичны. Отбор проб осуществлялся по сетке 3×3 м, размеченной вдоль контура рудного тела до взрыва, выделенного по данным опробования шлама при бурении взрывных скважин (рис. 2).

В заданных точках экскаватором проба отбиралась бороздой по всей высоте, затем из ковша экскаватора в специальные промаркированные емкости отбирались 3 пробы. Пробы складировались в непосредственной близости от забоя и по окончании работ отвозились на исследование в лабораторию. На рис. 11 представлены результаты лабораторного исследования по содержанию полезного компонента во взорванной горной массе. Цифрами обозначено содержание полезного компонента в точках отбора проб (г/т). Изначально контур рудного тела был выделен на основании содержания полезного компонента более 1 г/т, поэтому контур после взрыва выделялся с этим же условием, т.е. до взрыва во всех точках вне контура содержание полезного компонента было менее 1 г/т.

Заключение. Использование строгой математической модели для расчета перемещения взорванной горной массы в настоящий момент реализовать не представляется возможным, в связи со следующими условиями: недостаточным знанием структуры реальных горных пород, механизма действия взрыва в этих условиях, длительностью таких расчетов. Тем не менее, косвенно влияние структуры горных пород и механизм действия взрыва может быть получен через различные эмпирические коэффициенты, которые используются в разнообразных методиках по перемещению взорванной массы. Таким образом, моделирование перемещения взорванной горной массы необходимо вести по следующей схеме: 

• подобрать наиболее подходящую для конкретного горного производства расчетную модель;

• произвести расчеты по выбранной модели;

• произвести опытные взрывы с возможностью отслеживания конечного положения контуров; • скорректировать модель (ввести значения эмпирических коэффициентов или внести корректировку в расчет); 

• при каждом изменении горно-геологических условий, либо параметров БВР, заново провести опытные взрывы с целью корректировки модели. 

Таким образом, необходимо использовать легко модернизируемую в условиях производства модель по прогнозу смещения рудных контуров. Оценка полученных результатов показывает, что для прогнозирования перемещения необходимо не только предоставить методику и алгоритм расчета, но и провести ряд экспериментов, которые могли бы с необходимой точностью подтвердить смоделированное перемещение рудного контура.