Введение к работе
Актуальность работы. Развитие открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых в современных условиях связано с непрерывным ростом предельной глубины карьеров, что влечет за собой необходимость повышения устойчивости горных выработок и бортов. Производство массовых взрывов на карьере оказывает существенное влияние на сохранность законтурного массива и как следствие, на устойчивость бортов карьера при постановке их в конечное положение.
Для снижения интенсивного воздействия сейсмических волн на законтурный массив необходимо применять специальные технологии буровзрывных работ на предельном контуре. Одной из таких технологий является разновидность контурного взрывания – метод предварительного щелеобразования. Cущность этого метода состоит в формировании разгрузочной щели до взрыва зарядов рыхления, что позволяет обеспечить сохранность законтурного массива от разрушающих волн напряжений массового взрыва.
В этом направлении выполнен большой объем исследований ведущими учеными Б.Н. Кутузовым, М.Г. Менжулиным, В.Н. Мосинцом, А.Л. Исаковым, В.А. Фокиным, Е.Н. Шером, М.А.Нефедовым, С.К. Рубцовым, М.Г. Егоровым, В.А. Боровиковым, В.Н. Костюченко, Д.М. Бронниковым и др.
Однако при наличии большого количества расчетных методик по определению параметров предварительного щелеобразования на практике данный метод не приобрел широкого распространения. Это связано с тем, что в расчетных методах не учитываются достаточно полно энергетические свойства ВВ, конструкция заряда и физико-механические свойства массива. Это особенно актуально в настоящее время при наличии на рынке широкого ассортимента ВВ. Кроме того, необходимо отметить, что теоретические работы по изучению влияния различных конструкций зарядов ВВ на формирование щели, эффективно экранирующей волны напряжения от зарядов рыхления, в открытой литературе практически отсутствуют.
Таким образом, обоснование параметров предварительного щелеобразования при производстве массовых взрывов с целью обеспечения сохранности законтурного массива является актуальной задачей горнодобывающей промышленности страны.
Цель диссертационной работы.
Обеспечение сохранности законтурного массива на основе оптимизации параметров предварительного щелеобразования при производстве массовых взрывов на карьерах.
Задачи исследования:
1. Анализ состояния изученности вопроса устойчивости бортов карьера при производстве взрывных работ;
2. Исследование механизма формирования контурной щели, анализ критериев ее роста;
3. Разработка методики по расчету параметров предварительного щелеобразования на основе управления взрывным импульсом за счет конструкции заряда и энергетических характеристик ВВ;
4. Лабораторные исследования динамики роста трещины и ее ширины раскрытия в плоскости между контурными зарядами ВВ различных конструкций;
5. Промышленные исследования влияния параметров предварительного щелеобразования при производстве взрывных работ на формирование контурной щели и степени локализации сейсмовзрывных волн вглубь законтурного массива.
Идея работы.
Обоснование параметров предварительного щелеобразования целесообразно осуществлять на основе управления импульсом взрывного нагружения за счет конструкции заряда и энергетических характеристик ВВ.
Научная новизна работы.
Установлены зависимости изменения скорости развития щели и ее ширины раскрытия в плоскости между контурными зарядами ВВ при динамическом нагружении массива в зависимости от газодинамических параметров в зарядной полости, энергетических характеристик взрывчатого вещества, конструкции заряда и свойств горного массива, позволяющие повысить сохранность законтурного массива.
Установлен диапазон оптимальных коэффициентов интенсивности напряжений формирования трещины заданной длины при которых обеспечивается сохранность законтурного массива для зарядов ВВ различных конструкций с учетом свойств ВВ для условий карьера «Заболотное»
Основные защищаемые положения:
1. Выбор параметров предварительного щелеобразования необходимо осуществлять через подбор коэффициента интенсивности напряжения в вершине трещины, снизу ограниченного пределом прочности на растяжение, при котором возможен ее рост, а сверху - пределом прочности на сжатие данной среды для локализации заколов вглубь массива
2. Формирование заданной ширины раскрытия трещины для сохранности законтурного массива целесообразно осуществлять на основе управления импульсом взрывного нагружения (его формой и длительностью) за счет конструкции заряда и энергетических характеристик ВВ.
3. Создание эффективной экранирующей щели, обеспечивающей сохранность законтурного массива при производстве взрывных работ, достигается за счет применения шланговых зарядов ВВ пониженной плотности, снижающих сейсмическое действия взрыва (скорость смещения массива) до 30%.
Методы исследований. Обзор и анализ исследований отечественных и зарубежных работ ученых в области взрывного дела, комплексное использование теоретических и экспериментальных работ в лабораторных и полигонных условиях, применения физико-математического моделирования на ЭВМ газодинамических процессов, протекающих в зарядной полости, а также сравнительный анализ результатов лабораторных исследований с результатами промышленных испытаний
Достоверность научных положений подтверждается большим объемом проанализированной и обобщенной информации в области взрывного дела отечественных и зарубежных исследований, использованием современных представлений физики и механики в области трещинообразования при динамических нагрузках, хорошей сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных и производственных экспериментов.
Практическая значимость работы
Разработана методика расчета параметров предварительного щелеобразования при производстве массовых взрывов, учитывающая энергетические свойства ВВ, конструкцию заряда, физико-механические свойства массива, позволяющая сформировать контурную щель постоянной ширины раскрытия для эффективного экранирования сейсмовзрывных волн;
Рекомендованные конструкции и параметры контурных зарядов приняты к внедрению на карьере «Заболотное» в Выборгском районе Ленинградской области
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на симпозиуме «Неделя горняка-2010» (МГГУ, Москва 2010), на ежегодных научных конференциях молодых ученых
(г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), с 2006 по 2010 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 108 страниц, содержит 19 таблиц, 47 рисунков, а также список литературы из 90 наименований.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы, а также сотрудникам кафедры "Безопасность производства и разрушения горных пород" за практические советы при написании диссертации.
