Введение к работе
Актуальность работы. Потребность сельского хозяйства России в минеральных удобрениях с каждым годом растет. Одним из основных источников калийно-магниевых удобрений являются минеральные соли. Эти минералы также широко применяются и в других отраслях народного хозяйства - химической, нефтяной, металлургической и др.
Значительная часть добычи солей осуществляется подземным (шахтным) способом при глубинах залегания сырья не более 500-600 м. При глубинах же залегания пластов свыше 600 м шахтный способ добычи становится нерентабельным. Однако наиболее мощные слои минеральных солей залегают на глубинах свыше 700 м, в связи с чем ведутся непрерывные исследования по разработке способа добычи соли с глубин более 600 м. Одним из наиболее перспективных способов добычи минеральных солей с глубин 700 м и более является скважинный. Существенное значение при этом способе имеет рыхление соляных пород взрывом удлиненных зарядов. Эффективность этого способа в значительной степени зависит от объемов дезинтеграции соляных пород на куски размером до 40+60 мм взрывом зарядов промышленных взрывчатых веществ (ПВВ).
Однако все известные способы расчета и прогноза интенсивности взрывного разрушения пород на куски размером до 60 мм в ближней к заряду зоне не позволяют надежно оценивать степень дробления минеральных солей в этой зоне. Поэтому установление закономерностей формирования гранулометрического состава пород, формирующегося вблизи взорванного удлиненного заряда ПВВ является актуальной научной задачей.
Цель работы. Установление закономерностей взрывного дробления калийных солей на куски размером до 60 мм взрывом удлиненного заряда ПВВ, позволяющих разработать методику расчета эффективных параметров буровзрывных работ (БВР) при добыче этих солей подземным скважинным способом.
Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей формирования гранулометрического состава, формирующегося в зоне регулируемого дробления взрывом удлиненного заряда ПВВ, для разработки методики расчета рациональных параметров БВР, обеспечивающих формирование заданного объема взрывного дробления калийных солей на куски размером до 60 мм.
Научные положения, выносимые на защиту:
При взрывном разрушении горных пород в ближней к заряду зоне формируются два основных процесса: интенсивного мелкодисперсного дробления, путем развития микротрещин размером до 2 мм и макроскопического, при котором размеры трещин имеют значения 2 мм и более. Для описания закономерностей этих процессов вводятся опорные точки: первая соответствует области с размером частиц до 1 мм, а вторая - области с размером частиц до 5 мм.
Объемы фракций К, и V2 взрывного дробления пород, ограниченных радиусами г, иг,, формирующихся вблизи взорванного заряда с максимальным размером кусков /, и 1г, соответственно равны отношению размеров этих кусков в степени II 2а, а средний размер кусков породы dcpi в этих объемах дробления в (2а+1) раз меньше Ікскі - максимального размера кусков породы в этих областях.
При взрывном дроблении горных пород радиус опорной точки в зоне макроскопического разрушения на частицы размером до 5 мм пропорционален радиусу дополнительной опорной точки в зоне мелкодисперсного дробления на частицы размером до 2 мм, что свидетельствует об устойчивой (однозначной) взаимосвязи обоих процессов разрушения.
Обоснованность и достоверность защищаемых положений и выводов подтверждаются
применением известных положений феноменологической квазистатическо-
волновой (ФКСВ) теории разрушения горных пород взрывом и теории трещин для теоретического описания закономерностей формирования гранулометрического состава разрушения горных пород при взрыве зарядов ПВВ;
сходимостью результатов статистической обработки лабораторных экспериментальных исследований, в которых доверительный интервал не превышает ОД среднеквадратической ошибки при вероятности Р = 0,95, а коэффициент вариации основного безразмерного параметра (равного отношению относительной величины объема зоны разрушения к относительной величине максимального размера кусков в этом объеме) не превышает 0,09 при кратном разбросе опытных данных объемов фракций, формирующихся при взрывном дроблении пород;
положительными результатами использования разработанных оценок степени взрывного дробления калийно-магниевых солей, принятых Федеральным государственным унитарным предприятием (ФГУП) «ЦНИИгеолнеруд» для развития подземного скважинного способа добычи полезных ископаемых.
Научная новизна работы заключается в установлении новых теоретических закономерностей формирования гранулометрического состава пород в зоне их регулируемого дробления при взрыве удлиненного заряда ПВВ с учетом физико-технических свойств горных пород и термодинамических параметров взрываемых зарядов.
Научное значение работы заключается в развитии теории формирования гранулометрического состава во взорванной горной массе при взрыве заряда ПВВ с учетом основных положений ФКСВ модели разрушения пород взрывом и основных положений теории трещин.
Практическое значение работы заключается в разработке «Методики расчета размеров зон с заданной степенью взрывного разрушения горных пород при подземной скважинной добыче солей», позволяющей определять по известным параметрам физико-технических свойств пород и термодинамических параметров ПВВ гранулометрический состав соляных пород.
Реализация работы. «Методика расчета размеров зон с заданной степенью взрывного разрушения горных пород при подземной скважинной добыче солей» принята ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» для дальнейшего развития скважинного способа добычи соляных пород с предварительным их дроблением взрывом удлиненных зарядов ПВВ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях «Неделя горняка» (г. Москва, МГТУ, 2009, 2011 гг.), на 6 и 7-й Международных научных школах молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (г. Москва, 2009 - 2010 гг.), международной конференции «Современные ресурсоэнергосберегающие технологии горного производства» (Украина, п. Курортное, 2010 г.), заседаниях кафедры «Взрывное дело» МГТУ (г. Москва, 2009, 2010 гг.). Значительная часть диссертационных исследований проводилась в рамках выполнения Договора № 387/09(288)-3 от 01.07.2009 г. на тему "Закономерности взрывного дробления монолитов кернов калийных солей части Остальной площади Верхне-Камского месторождения, примыкающей к Половодовскому и Ново-Соликамскому участкам".
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ, в том числе 6 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 93 наименований, 4 приложений, содержит 18 рисунков, 22 таблицы.
Автор выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой «Взрывное дело» В.А. Белину, научному руководителю Г.М. Крюкову и другим сотрудникам кафедры.
