Введение к работе
Актуальность темы. Горнодобывающая отрасль для России является одной из наиболее значимых отраслей народного хозяйства, во многом определяющей уровень экономического развития страны в целом. Являясь источником энергетических и сырьевых ресурсов, горнодобывающая отрасль формирует базовые издержки экономики и, в частности, для строительной индустрии. Добыча нерудных полезных ископаемых призвана обеспечить растущий спрос на сырьё для строительных материалов, а объективные условия рынка требуют изыскания путей снижения затрат на их переработку. При этом буровзрывной способ отбойки горной массы является основным способом добычи, и именно от его эффективности зависит конкурентоспособность конечной продукции. Так, практически весь добываемый гипсовый камень отделяется от массива посредством взрыва. Однако отсутствие научно обоснованных способов прогнозирования фракционного состава отбитой горной массы с учетом особенностей воздействия взрыва на гипсовый массив затрудняет поиск путей повышения производительности добычи. При этом нет апробированных критериев оценки эффективности использования энергии взрыва, применительно к отбойке гипсового камня, что не позволяет обосновать тип взрывчатого вещества, наиболее подходящий для конкретных условий, и определяет актуальность работы.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, НИОКР Тульского отделения Межрегиональной общественной организации «Академия горных наук» по заказу ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК», а также при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009–2010 гг.)» (рег. номер 2.2.1.1/3942) и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 гг.» (гос. контракт № П1120).
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей буровзрывной отбойки гипсового камня для обоснования энергетических параметров процесса, обеспечивающих повышение эффективности разработки.
Идея работы заключалась в том, что эффективная отбойка гипсового камня в технологических забоях большого сечения достигается за счет применения простейших взрывчатых веществ местного производства, с учетом выявленных закономерностей формирования фракционного состава массы отбитого гипсового камня, при рациональных энергетических характеристиках процесса.
В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ основных результатов ранее выполненных работ в области буровзрывной добычи полезных ископаемых; экспериментальные исследования разрушения массива взрывчатыми веществами местного производства в условиях полигона и технологических забоев; обработку результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики.
Научные положения, выносимые на защиту:
– описание распределения фракционного состава отбитого гипсового камня должно производиться полиномом четвертой степени, позволяющим рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;
– для оценки эффективности применения простейших взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры с установленными энергетическими характеристиками целесообразно использовать показатель удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции, учитывающий потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого;
– при отбойке гипсового камня в забоях большого сечения необходимо осуществлять предварительное разупрочнение перемычек компенсационных врубовых скважин, обеспечивающих формирование дополнительной свободной поверхности, и согласование интервалов замедлений срабатывания шпуровых зарядов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции;
– выявлен характер распределения фракционного состава отбитого гипсового камня и получен полином четвертой степени, позволяющий рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;
– установлена взаимосвязь удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции от объёмной концентрации энергии применяемого взрывчатого вещества, учитывающая потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого и позволяющая оценить эффективность буровзрывной отбойки;
– определены параметры разупрочняющего заряда, размещаемого в компенсационной скважине и согласованы интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом проведенных экспериментов; корректной обработкой результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики и подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами экспериментов, полученными в условиях полигона и технологических забоев (средняя величина относительной погрешности не превышает 20 %).
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования фракционного состава гипсового камня в технологических забоях большого сечения при буровзрывной отбойке простейшими взрывчатыми веществами местного приготовления, с учетом рационального использования энергетических характеристик взрывчатых веществ, что позволяет обосновать параметры и повысить эффективность буровзрывных работ.
Практическое значение работы:
– обоснована эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, обеспечивающих повышение коэффициента использования шпура и снижение выхода пылевидной фракции;
– модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованы интервалы замедлений срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»;
– подобрано оборудование для приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры в условиях стационарного подземного пункта шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».
Реализация работы. Основные научные результаты и практические рекомендации приняты Тульским региональным отделением МОО «Академия горных наук» к использованию при разработке технологических схем буровзрывных работ. Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Комплексное освоение недр» и «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» для студентов Тульского государственного университета (ТулГУ), обучающихся по направлению 130400 «Горное дело». Программное обеспечение используется при курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на ежегодной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2009 и 2010 гг.); IV Магистерской научно-технической конференции ТулГУ (г. Тула, 2009 г.);
3-й Международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2010 г.); конференциях молодых ученых и конференциях профессорско-преподавательского состава в ТулГУ (г. Тула, 2009, 2010 и 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, из них 3 – в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 70 наименований и приложения.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору А. Е. Пушкареву за помощь в процессе выполнения работы, а также доктору технических наук, заведующему кафедрой «Геотехнологии и строительство
подземных сооружений», доктору технических наук, профессору
Н. М. Качурину за постоянное внимание и поддержку, оказанные
в ходе выполнения работы, и всем сотрудникам кафедры ГиСПС.
