Введение к работе
Актуальность работы. В основных направлениях экономического и социального развития Социалистической Республики Вьетнама (СРВ) на 2012-2020 годы предусмотрено довести добычу угля в стране к 2020 г. до 70-75 млн.т. Добыча угля открытым способом сопряжена с необходимостью разработки больших объемов вскрышных скальных горных пород, выемка и перемещение которых требуют предварительной буровзрывной подготовки, осуществляемой, как правило, скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) в условиях уступной отбойки. Годовые объемы буровзрывных работ во Вьетнаме превышают 160 млн. м3. Известно, что развитие открытого способа разработки сопровождается увеличением размеров карьеров, расстояний транспортирования горной массы и соответственно транспортных затрат. В настоящее время глубина вьетнамских карьеров составляет 80-150 м, расстояние до внешних отвалов - 1,5-3,5 км. Затраты на карьерный транспорт составляют 1,1 - 1,3 USD/м3 (45-50 % в общей себестоимости разработки вскрыши). В условиях высокой стоимости выполняемых вскрышных работ необходимо расширение сферы применения бестранспортной системы разработки, в том числе системы разработки с перемещением вскрышных пород во внутренний отвал взрывом.
В настоящее время использование взрывного перемещения вскрышных пород в выработанное пространство карьеров приобрело исключительное значение в мировой практике открытой разработки месторождений полезных ископаемых. На угольных разрезах Австралии, США, Канады, России и других стран взрывное перемещение позволяет с большим экономическим эффектом перемещать во внутренние отвалы до 20-30 % вскрыши.
Эффективность взрывного перемещения вскрыши определяется коэффициентом сброса (Ксбр) - отношением объема вскрышных пород, перемещенных взрывом непосредственно во внутренний отвал, к объему взорванного блока.
Анализ технологии взрывного перемещения вскрышных пород позволяет выделить две наиболее существенные проблемы, связанные с буровзрывными работами: увеличение объема пород, перемещаемых взрывом в отвал и обеспечение требуемой степени дробления пород, необходимой для производительной работы экскаваторов, осуществляющих бестранспортную доработку остального (70-80 %) объема взорванной массы.
В результате исследований российских ученых установлены механизм взрывного перемещения горных пород и характер влияния основных природных и технологических факторов на его результаты. Тем не менее применяемые в настоящее время эмпирические формулы для расчета параметров буровзрывных работ (БВР) являются оценочными, в ряде случаев противоречивыми (например, при оценке влияния высоты уступа), не учитывающими в полной мере воздействие других существенных факторов (мощности и угла падения угольных пластов).
Актуальность настоящей работы определяется необходимостью обоснования параметров технологии взрывного перемещения вскрышных пород, обеспечивающих сокращение объемов экскавации и транспортировки, улучшение качества дробления вскрышных пород и снижение затрат на их разработку на угольных карьерах Вьетнама.
Целью работы является разработка методики расчета параметров технологии взрывного перемещения вскрышных пород, обеспечивающих их эффективное перемещение во внутренний отвал, требуемую степень дробления и снижение общих затрат на вскрышные работы в условиях угольных карьеров Вьетнама.
Идея работы состоит в использовании установленных новых зависимостей формирования развала взорванной горной массы для разработки методики расчета параметров технологии взрывного перемещения вскрышных пород на угольных карьерах Вьетнама.
Научные положения, выносимые на защиту:
- установлено, что при формировании развала взорванной горной массы при многорядном короткозамедленном взрывании скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) его внешняя граница определяется перемещением фрагментов породы из центральной приоткосной зоны уступа.
- установлено, что ширина развала взорванной горной массы пропорциональна удельному расходу ВВ в степени 0,6, коэффициенту крепости породы в степени 0,33 и обратно пропорциональна диаметру зарядов в степени 0,4.
- установлено, что при горизонтальном залегании угольных пластов коэффициент сброса вскрышных пород во внутренний отвал карьера пропорционален удельному расходу ВВ в степени 0,8, коэффициенту крепости породы в степени 0,25, мощности угольного пласта (угленосной толщи) в степени 0,2 и находится в обратной зависимости от ширины буровзрывной заходки в степени 0,6.
- установлено, что при пологом (до 150) залегании угольных пластов коэффициент сброса вскрыши уменьшается на величину, пропорциональную углу падения пластов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
- использованием апробированных теоретических и экспериментальных методов исследований в лабораторных и натурных условиях;
- положительными результатами внедрения предложенной «Методики расчета параметров технологии взрывного перемещения на угольных карьерах Вьетнама» и ее использованием при проектировании бестранспортной технологии вскрышных работ на угольном карьере Нуйбео.
Научная новизна: установлены новые зависимости изменения ширины развала взорванной массы и коэффициента сброса при взрывном перемещении вскрышных пород от основных параметров БВР и физико-технических свойств горных пород, учитывающие влияние мощности угленосной толщи и угла падения угольных пластов.
Научное значение работы состоит в уточнении существующих представлений о формировании развала взорванной горной массы при взрывном разрушении и перемещении горных пород и расчете основных его параметров.
Практическое значение работы заключается в разработке и внедрении «Методики расчета параметров технологии взрывного перемещения вскрышных пород на угольных карьерах Вьетнама», обеспечивающей эффективное управление шириной развала, коэффициентом сброса вскрышных пород и грансоставом взорванной горной массы.
Реализация выводов и рекомендаций. Выводы и рекомендации диссертации приняты к внедрению при проектировании бестранспортной системы разработки угольных месторождений СРВ.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (2011г), на семинарах кафедры «Взрывное дело» МГГУ (2009-2013 гг.), в Институте Горной науки и Технологии – VINACOMIN, в компании Нуйбео – VINACOMIN.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 102 наименования и 2 приложения, содержит 25 таблиц и 45 рисунков.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, д.т.н., проф. Кузнецову В.А. и всему коллективу кафедры «Взрывное дело» МГГУ за помощь при организации исследований по теме диссертации.
