Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема эффективного разрушения горных пород, особенно крепких и абразивных, а также многих мерзлых грунтов становится все более актуальной. Причиной такого положения является то, что с каждым годом увеличивается глубина разработки с повышением прочности разрушаемых пород в связи с освоением новых месторождений Севера, Сибири и Дальнего Востока, где, по данным географогеологических изысканий, проведенных 15 ЦНИИЛ им. Д.М.Карбышева, выходы на дневную поверхность скальных пород составляют от 15 до 40% общей площади. Промерзание грунтов на глубину свыше 1,0 м в течение более 20 суток в году происходит примерно на 70% территории Российской Федерации и стран СНГ. При удорожании электроэнергии, металла, а также в связи с нарушением экономических и финансовых связей между странами СНГ, ослаблением договорной и производственной дисциплины усложнились взаиморасчеты, увеличились простои предприятий с резким уменьшением выпуска комбайнов и интенсивным старением существующего парка, поэтому существенно возрастает роль взрывных работ и особенно осуществляемых в автоматическом режиме поверхностного взрывного бурения скважин, проведения траншей, котлованов, горных и специального назначения выработок в мерзлых грунтах, а также в крепких и абразивных породах, что является весьма важной и ответственной задачей. Применение энергии взрыва обусловлено свойствами ВВ. К главнейшим из них относятся:
чрезвычайная компактность энергии, содержащейся во взрывчатых веществах и высвобождающейся, например, при взрыве поверхностного взрывного патрона (ВП) в течение нескольких микросекунд;
транспортабельность энергии ВВ, заключенной во взрывном патроне, что позволяет быстро без крупных затрат и относительно безопасно сосредотачивать источники энергии в любом нужном месте, независимо от степени удаленности, освоенности и климатических условий;
относительная простота применения ВП, предусматривающая в основном умелое обращение с ними и умение вызвать их взрыв в тот момент и в таком количестве, которое требуется условиями.
Кроме того, создаются предпосылки для разработки оборудования с наименьшими металлоемкостью и энергоемкостью в основном для превращения энергии в механическую работу. С использованием энергии взрыва резко сокращается трудоемкость процессов разрушения горных пород и повышается производительность.
Существующие средства и методы применения поверхностного взрывания не обеспечивают надежную работу, а хаотичное исследование и поиск их приводит к дискредитации весьма важного направления, так как не определены параметры оптимизации для поиска средств и методов поверхностного взрывания и не найдены наиболее перспективные области применения поверхностного взрывания, а также отсутствуют наиболее эффективные средства и технологические методы его реализации.
Цель работы - исследование и изыскание новых эффективных средств и методов поверхностного взрывания для наиболее перспективных областей его применения с разработкой математической модели поиска.
Основная идея диссертации состоит в интенсификации технологических процессов проведения выработок с повышением эффективности и безопасности работ благодаря разработке и выбору предлагаемых средств и методов поверхностного взрывания в сочетании их с существующими средствами и технологическими решениями разрушения горных пород.
Методы исследования. При проведении исследований в качестве основного был принят экспериментально-аналитический, кроме того, использовался метод обобщения, систематизации и анализа литературных и экспериментальных данных других исследователей.
Научная новизна работы:
-
Научно обоснована перспективность способа поверхностного взрывания с помощью новых разработанных средств и методов его осуществления.
-
Установлена взаимозависимость факторов, влияющих на параметры взрывного патрона для разработки и реализации нового способа непрерывной ег^подачи_в_ао_ыу_взрывания.
-
Для поисковых исследований средств и методов поверхностного взрывания разработана математическая модель, определяемая значениями векторов управляемых параметров (свойства и конструктивные особенности ВВ, оболочки, буферной среды); векторов конструктивно-технологических откликов (система распределения по пат-ронопроводам и подачи взрывных патронов в зону взрывания, схемы задействования и контроля их положения относительно патронопрово-да и преграды) и неуправляемых, но контролируемых векторов, пред-
ставляющих исходные качественные особенности объекта приложения взрыва.
-
Установлена взаимосвязь между параметрами разрушения при формировании выработки, а именно: диаметра установки взрывных патронов, рассредотачиваемых по периметру выработки Dy ; шага установки Sa , т.е. расстояния между ВП, и углубления Ну за взрыв серии ВП.
-
Предложен экспресс-метод проведения поисковых исследований с установлением логической связи, позволяющий определить параметры разрушения при формировании выработки, заменяя ее проведением одиночной скважины.
-
Для объективной оценки эффективности существующих или при создании новых конструкций взрывных патронов предложено при проведении с их помощью скважин и выработок ранжировать горные породы по их экономической взрываемости по полученным формулам.
-
Проведены исследования параметров разрушения с помощью поверхностного взрывания и разработаны перспективные варианты технологических схем формирования горных выработок.
Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, обеспечивется большим объемом экспериментальных данных и их анализом, также анализом средств и методов, разработанных другими исследователями, использованием средств измерения параметров воздействия поверхностного взрывания, разработанных автором.
Практическое значение работы заключается в разработке, изготовлении, апробации простых и надежных средств измерения параметров воздействия поверхностного взрывания на преграду и на пассивные взрывные патроны, находящиеся в патронопроводе, и новых технических решений с целью повышения эффективности при реализации новых средств и методов поверхностного взрывания, защищенных 12 авторскими свидетельствами.
Апробация. Основное содержание работы и отдельные его положения докладывались и получили одобрение на специализированном ученом совете института.
Публикация. Результаты исследований отражены в шести работах и получено 12 изобретений.
Объем. Диссертация состоит из введения, 5 разделов и общих выводов, изложенных на 200 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 33 таблицы, список литературы из 75 наименований и 3 приложения.