Введение к работе
Актуальность работы. Буровзрывные работы (БВР) являются неотъемлемой частью технологического процесса добычи скальных строительных материалов, от результатов проведения которых зависит качество сырья, поступаемого на дробильно- сортировочные комплексы, себестоимость и качество готовой продукции. БВР составляют до 25% затрат на добычу полезного ископаемого и непосредственно влияют на производительность выемоч- но-погрузочного и дробильно-сортировочного оборудования.
Применяемые в настоящее время технологии уступной отбойки, предлагаемые типовыми проектами производства взрывных работ, приводят к большим потерям энергии взрыва на излишнее измельчение горной породы в прилегающей к заряду зоне. В результате нерационального выбора параметров взрывчатых веществ (ВВ) выход отсева (фракция 0-5 мм) составляет до 30% и более, выход негабарита достигает 10 %.
Высокое содержание отсева на выходе готовой продукции приводит к потере минеральных ресурсов (гранитного щебня), повышению запыленности в рабочей зоне и ухудшению экологической обстановки вблизи карьеров. Выход негабаритной фракции приводит к возникновению простоев, снижению производительности, поломке транспортно-погрузочного
оборудования, а также необходимости во вторичном дроблении, которое, в свою очередь, приводит к возникновению воздушно- ударных волн (ВУВ), отрицательно воздействующих на здания и сооружения.
Задачам снижения выхода отсева и негабаритов при взрывном разрушении горных пород посвящены работы многих ученых: В.Н. Родионова, А. А. Спивака, И. А. Сизова, В.В. Адушкина, Е.И. Шемякина, Б.Н. Кутузова, Н.В. Мельникова, М.Г. Менжулина, В.Н. Мосинца, М.Ф. Друкованного,
Э.И. Ефремова, К.К. Шведова, В.А. Боровикова, И.Ф. Ванягина, В.А. Падукова, Г.П. Парамонова, В.А. Артемова и ряда других.
Вместе с тем, в настоящее время требуют дополнительного исследования вопросы, связанные с оценкой параметров БВР с учетом зон разрушения в массиве горных пород при взрыве цилиндрических зарядов ВВ конечной длины.
Выполнение исследований по выбору и обоснованию рациональных параметров БВР позволит оптимизировать результаты уступной отбойки, что будет способствовать снижению выхода негабарита и переизмельченных фракций из ближней зоны взрыва.
Цель диссертационной работы. Обоснование параметров БВР на основе сопряжения зон разрушения от удлиненного цилиндрического заряда ВВ конечной длины для повышения эффективности взрывных работ при уступной отбойке скальных горных пород.
Идея работы. Параметры зон разрушений от взрыва единичного скважинного цилиндрического заряда определяются с учетом: влияния его конечных размеров на зону разрушения, детонационных параметров ВВ, динамических прочностных характеристик образцов горной породы и взрываемого массива, времени взрывного нагружения.
Основные задачи исследования:
-
Выполнить анализ теоретических и экспериментальных исследований по взрывному разрушению горных пород.
-
Определить прочностные характеристики образцов породы и разрушаемого массива с учетом его трещиноватости.
-
Получить зависимость, определяющую размеры зон разрушения с учетом физико-механических свойств образцов породы и взрываемого массива, времени взрывного нагружения и детонационных характеристик ВВ.
-
Определить параметры БВР с учетом: конечных размеров скважинного цилиндрического заряда ВВ, сопряжения радиусов зон трещинообразования при взрыве одиночных зарядов и разработать рекомендации по выбору типа ВВ для условий карьера ЗАО "Гавриловское карьероуправление" на основании расчетов диссипации энергии при взрывном нагружении массива горных пород.
Методы исследований. Обобщение физических представлений о взрывном разрушении горной породы. Аналитическое исследование процессов разрушения твердых тел при наличии концентраторов напряжений. Исследования физико-механических свойств гранитов месторождения "Гаврилово" ЗАО "Гавриловское карьероуправление" в лаборатории физико-механических свойств и разрушения горных пород Научного центра геомеханики и проблем горного производства Горного университета. Определение интенсивно-
сти трещиноватости массива горной породы в программной среде MapInfo 10.0. Выполнение расчетов на ЭВМ с целью определения параметров зон разрушений, среднего размера отдельности на каждом относительном расстоянии от удлиненных цилиндрических зарядов конечной длины для различных типов ВВ. Экспериментальная проверка и уточнение полученных параметров БВР для условий карьера ЗАО "Гавриловское карьероуправление".
Научная новизна:
-
-
Установлена зависимость параметров волны напряжения от относительного расстояния, позволяющая оценить зону разрушения единичного скважинного заряда ВВ с учетом его конечных размеров.
-
Определена зависимость среднего размера отдельности от относительного расстояния с учетом величины диссипации энергии при взрыве скважинного заряда, позволяющая обосновать выбор ВВ, обеспечивающего снижение выхода мелких фракций.
Основные защищаемые положения:
-
-
-
Размеры зон разрушения единичных цилиндрических зарядов конечной длины следует определять с учетом величины диссипации энергии и динамических пределов прочности в процессе нагружения в зонах переизмельчения и дробления - на основании пределов прочности образцов горной породы, в зоне трещинообра- зования на основании прочностных параметров массива горной породы с учетом его трещиноватости.
-
Для уменьшения выхода мелких фракций на стадии взрывного разрушения необходимо осуществлять выбор типа ВВ на основании расчетного среднего размера отдельности в принятых зонах разрушения от скважинного цилиндрического заряда ВВ конечной длины с учетом энергии диссипации.
-
Параметры БВР для цилиндрических скважинных зарядов конечной длины следует определять на основании сопряжения радиусов зон трещинообразования смежных скважинных зарядов, с учетом прочностных характеристик массива горной породы и времени взрывного нагружения.
Практическая значимость работы. Разработан метод расчета основных параметров БВР (выбор ВВ, сетка скважин, величина забойки) с учетом сопряжения радиусов зон трещинообразования
скважинного цилиндрического заряда конечной длины, горногеологических условий карьеров строительных материалов Ленинградской области и типов ВВ с различными детонационными параметрами для условий месторождения гранитов "Гаврилово".
Разработаны рекомендации к расчету типового проекта производства БВР по снижению выхода негабарита и мелких фракций на стадии взрывного разрушения горной породы, обеспечивающие существенную экономическую эффективность.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: применением современных методов исследований; значительным объемом экспериментальных и аналитических изысканий; сходимостью полученных результатов с известными не менее 80 % , в том числе при проведении опытно-промышленных взрывов на карьере ЗАО "Гавриловское карьероуправление".
Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на симпозиуме "Неделя горняка-2011" и "Неделя горняка-2012" (г. Москва, 2011-2012 гг.), на международной конференции молодых ученых "6. Freiberger - St. Petersburger Kolloquium junger Wissenschaftler" (Германия, г. Фрайберг, 2011 г.), на втором международном саммите "Оптимизация горнодобывающего производства в России и СНГ" (г. Санкт- Петербург, 2012 г.), на международном форуме-конкурсе молодых ученых "Проблемы недропользования" (г. Санкт-Петербург, 2013 г.), на заседаниях научно-технического совета по работе с аспирантами Горного университета и получили одобрение.
Реализация результатов работы. Разработаны и внедрены рекомендации по выбору основных параметров БВР (сетка скважин, величина забойки) на ЗАО "Гавриловское карьероуправление".
Научные и практические результаты диссертации планируется использовать в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам "Технология и безопасность взрывных работ", "Проектирование и организация взрывных работ" на кафедре взрывного дела Национального минерально-сырьевого университета "Горный".
Личный вклад автора заключается: в постановке цели и задач исследования, анализе ранее полученных данных отечествен-
ных и зарубежных исследователей, проведении теоретических исследований, обработке полученных данных, проведении расчетов на ЭВМ, сравнении полученных теоретических и экспериментальных данных, разработке практических рекомендаций и принятии участия в проведении промышленных экспериментов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит введение, четыре главы, заключение и библиографический список из 100 наименований, 54 рисунка и 20 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору М.Г. Менжулину, развитие идей которого, помощь и поддержка способствовали успешному выполнению работы, а также другим сотрудникам кафедры взрывного дела Горного университета за практические советы при написании диссертации, сотрудникам ЗАО "Гавриловское карьероуправление" за содействие при проведении промышленных экспериментов.
Похожие диссертации на Обоснование параметров буровзрывных работ при разрушении скальных пород скважинными зарядами конечной длины : на примере ЗАО "Гавриловское карьероуправление"
-
-
-
