Введение к работе
з
Актуальность работы. Современные рыночные условия создали предпосылки энергичной инновационной деятельности, так как она позволяет повысить конкурентоспособность горнодобывающего предприятия. Отказ предприятий от централизованного, планового внедрения научных разработок и возможность выбора наиболее привлекательного товара для конкретных нужд ведет к переходу горной науки на рыночный уровень эффективности, пересмотру ее основных положений. Богатейшие теоретические разработки должны быть реализованы и давать эффект.
Одной из причин некачественного ведения взрывных работ является отсутствие надежного и доступного в производственных условиях способа получения информации о состоянии массива горных пород. Поэтому проблема информационного обеспечения комплекса БВР представляется актуальной.
Важнейшей задачей, стоящей перед горнодобывающим предприятием,
является обеспечение его конкурентоспособности, что невозможно без значительного
снижения издержек. В настоящее время доля затрат на БВР в себестоимости
добычи угля достигает 15%. Снижение издержек требует значительных
капитальных вложений, а большинство угледобывающих предприятий зачастую не имеют средств на обновление техники. Поэтому достаточно остро встает вопрос разработки новых технических и технологических средств, которые позволили бы без крупных капитальных вложений значительно снизить затраты на ведение БВР.
Анализ также показал что существует взаимосвязь между затратами на научно-исследовательские работы (НИР) и простоями основного технологического оборудования из-за некачественной подготовки забоя. Так, снижение финансирования на НИР в 1983 г. по сравнению с предыдущим годом на 55 % повлекло за собой увеличение простоев в 1984г. на 71 % и экономического ущерба на 48 % Расчеты показали, что 1 руб., вложенный в НИР по тематике БВР в 1989 г. дал экономический эффект 55 руб. Поэтому исследования, направленные на повышение эффективности БВР за счет снижения затрат на их производство приобретают особую актуальность в условиях рыночной экономики.
Диссертационная работа основана на материалах и результата;, исследований, выполненных автором в течение 1980-1997 гг., проводимых
4 лабораторией карьерной геологии и лабораторией взрывных работ НИИОГР по
отраслевым комплексным программам Минуглепрома СССР и компании АО
"Росуголь" (№ гос. per. 01880010851, 01.85.0027814, 01.89.0038733 и др.).
Цель работы заключается в создании малозатратных способов и средств, обеспечивающих оперативное получение информации о свойствах пород в условиях производства, повышение эффективности взрыва и уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду от взрывных работ.
Основная идея работы заключается в использовании: литолого-генетических факторов для оперативного определения показателей свойств горных пород; эффекта кумуляции для увеличения скорости детонации ВВ и эффективности взрыва; воды, как реагента, для получения окислителя, преобразующего ядовитые газы в нейтральные.
Это в конечном счете будет способствовать снижению затрат на ведение буровзрывных работ, себестоимости добычи угля и повышению конкурентоспособности предприятия.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. В группе основных факторов литогенеза (состав цемента, степень
выветрелости, литологическая, фациальная и циклическая принадлежность) доли
факторных дисперсий в общей вариации значений показателей физико-
механических свойств пород (пределы прочности при сжатии и растяжении, скорость
продольной волны, контактная прочность, абразивность) составляют 10-40%.
-
При систематизации данных о физико-механических свойствах горных пород исключение влияния факторов литогенеза снижает вариацию значений показателей на 15-45%.
-
Между показателями физико-механических свойств пород (объемная масса, пределы прочности при сжатші и растяжении, скорость распространения продольной волны) и факторами литогенеза (состав цемента, степень выветрелости, литологическая, фациальная и циклическая принадлежность) имеется тесная корреляционная связь (множественный коэффициент корреляции 0,6-0,8), адекватно описываемая неполным полиномом второй степени.
5 4.Для каждого типа ВВ имеется свой оптимум содержания воды во
вторичных реакциях, обеспечивающий минимальное образование ядовитых газов в
продуктах взрыва: для тротила - 16%; граммонита 79/21 - 0,7%; граммонит 30/70 -
6%, гранипоров: ВП-1 - 9,8%, БП-3 - 12%, граммонита УП - 3,1%.
5. Использование ампул - контейнеров с водой, помещенных в заряд ВВ с отрицательным или нулевым кислородным балансом, позволяет снизить концентрацию оксидов азота на 22%, окислов углерода на 42%, пыли в 2,5 - 6 раза.
б.Использование эффекта кумуляции в промежуточных детонаторах при детонации скважинного заряда позволяет снизить массу боевика на 10т20%, величину рационального расхода ВВ на 5-10%.
7.Максимальный эффект действия кумулятивного промежуточного детонатора обеспечивают следующие его параметры: масса 630-650 грамм, угол раскрытия кумулятивной струи 43-45.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются
представительным объемом экспериментальных исследований; согласованностью теоретических положений с результатами экспериментальных
исследований; экзаменами прогностических уравнений и моделей; сходимостью результатов опытно -промышленных испытаний разработанных
способов и средств производства БВР с их ожидаемыми значениями; положительными результатами внедрения научных разработок.
Научная новизна работы:
ІДоказано, что доля влияния факторов литогенеза в общей вариации значений
показателей физико-механических свойств горных пород составляет 10-40%. 2.Установлены взаимосвязи между показателями физико-механических свойств
горных пород и литолого-генетическими факторами, определяемыми визуально
или простейшими средствами. З.Выявлено, что исключение влияния факторов литогенеза снижает вариацию
физико-механических свойств пород на 15-45%.
б 4.Доказано, что применение ампул-контейнеров с водой, помещенных в заряд ВВ с
отрицательным или нулевым кислородным балансом, позволяет снизить
концентрацию оксидов азота на 22%, окислов углерода на 42%, пыли в 2,5 - 6
раз. 5.Впервые разработан метод, позволяющий определить для каждого ВВ количество
воды, обеспечивающее минимальное образование ядовитых газов. 6.Впервые разработана вероятностно-статистическая модель, позволяющая
рассчитать геометрические параметры кумулятивных детонаторов с
максимальным эффектом действия. 7.Выявлено, что использование эффекта кумуляции в промежуточных детонаторах
повышает его работоспособность на 10-20%.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований позволяют: оперативно прогнозировать физико-механические свойства и трещиноватость
горных пород по внешним признакам; классифицировать горные породы при снижении вариации классификационных
признаков; районировать массивы горных пород угольных месторождений по буримости и
взрыв аемости; обосновывать конструкцию заряда ВВ, обеспечивающую снижение экологического
загрязнения окружающей среды; разрабатывать составы смесевых ВВ с регулируемой добавкой воды,
обеспечивающие снижение экологической нагрузки от взрывных работ; разрабатывать компьютерную систему проектирования, организации и управления
комплексом БВР; разрабатывать и внедрять кумулятивные промежуточные детонаторы повышенной
мощности.
Реализация работы. Разработанный метод оперативного геолого-статистического прогнозирования положен в основу "Методики вероятностно-статистического прогнозирования физико-механических свойств и трещиноватости пород для проектирования рациональных параметров буровзрывных работ". На
7 основе нового способа определения взрываемостл горных пород разработано
"Методическое руководство по проектированию параметров БВР на разрезах ПО
"Экибастузуголь" с учетом физико-механических свойств и естественной
трещіїноватости вскрышных пород". Методическое руководство прошло проверку и
используется на разрезах "Северный", "Степной" (АО "Экибастузуголь")',
"Ангренский", "Сулюктинский" (ПО "Средазуголь"), "Листвянский", "Сибиргинский"
(УК "Южный Кузбасс"), "Черемховсклй" (АО "Востсибуголь").
Внедрены на разрезах "Северный", "Степной" (АО "Экибастузуголь"), "Сибиргинский" (УК "Южный Кузбасс"), "Черемховский" (АО "Востсибуголь") компьютерные системы проектирования, организации и управления комплексом БВР.
Технология газопылеподавления, основанная на применении особой конструкции заряда, использовалась на разрезе "Восточный" АО"Экибастузуголь" и разрезах УК "Южный Кузбасс".
Разработанные кумулятивные промежуточные детонаторы ВПД-650 и ВПД-330 применяются на разрезах АО "Экибастузуголь" (31 тонна), УК "Южный Кузбасс" ( 1 тонна), карьере АО "Молибден" ( 1 тонна).
За разработку расчетной линейки взрывника автор удостоен серебряной медали ВДНХ СССР.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на конференции молодых ученых Минуглепрсма СССР (Челябинск, 1982 г.), на конференции "Научно-технический прогресс в области буровзрывных работ на разрезах" (Челябинск, 1986 г.), на научно-техническом семинаре "Микропроцессорные системы обработки информации и управления" (Челябинск, 1987 г.), на международном научно-техническом совещании "Взрыв-96"(Качканар), на международной конференции "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами"(Челябинск, 1996г.), на международном научно-техническом совещании "Взрыв-97"(Междуреченск), на научных семинарах отделения открытого способа добычи угля ИГД им. А.А.Скочинского (1986-1992 гг.), на заседаниях Ученого совета института НИИОГР (1985-1997 гг.), на техническом совете АО "Росуголь", на технических советах ПО "Экибастузуголь" (1981-1994 гг.), концерна "Кузбассразрезуголь" (1992г.), АО "Костомукшский ГОК" (1992 г.), УК
8 "Южный Кузбасс" (1995г.), АО "Соколовско-Сарбайское ГПО" ( 1995 г.), на многи
разрезах отрасли.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 научны работ, в том числе 1 монография и 3 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация объемом 289 страниц машинописного текст состоит из шести глав, содержит 63 рисунка, 86 таблиц, списка использованно] литературы из 192 наименований и приложения.