Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследования 4
Глава 2. Методические основы оценки рациональных параметров БВР, условия проведения экспериментальных взрывов на карьерах строительных материалов 12
2.1 Общие сведения 12
2.2 Методика проведения экспериментальных исследований 14
2.3 Условия проведения и основные результаты экспериментальных взрывов 18
Выводы по главе 2 28
Глава 3. Обоснование рациональных параметров взрывной отбойки на карьерах стройматериалов 30
3.1 Определение расхода ВВ и величины сопротивления по подошве уступов 30
3.2 Определение эффективной длины зарядов и предельных нагрузок на заряды 42
3.3 Обоснование рациональной конструкции зарядов и других параметров БВР 47
3.4 Анализ горно-геологических условий при проведении БВР на карьерах стройматериалов 53
Выводы по главе 3 60
Глава 4. Исследование структуры затрат при подготовке и производстве буровзрывных работ на карьерах стройматериалов 61
4.1 Общие сведения 61
4.2 Анализ стоимости и структуры затрат на взрывную отбойку 62
4.3 Исследование удельной стоимости затрат на подготовку и производство взрывов 73
Вы воды по главе 4 79
Глава 5. Программа "Project" для разработки типовых проектов производства буровзрывных работ на карьерах по добыче стройматериалов 80
5.1 Общие требования к программе 80
5.2 Методика определения параметров зарядов и показателей буровзрывных работ 82
5.3 Состав типовых проектов и основные требования к их разделам 104
Выводы по главе 5 113
Заключение 114
Литература 115
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Определение эффективной длины зарядов и предельных нагрузок на заряды
- Анализ стоимости и структуры затрат на взрывную отбойку
- Методика определения параметров зарядов и показателей буровзрывных работ
Введение к работе
Совершенствование технологии добычи на карьерах строительных материалов неразрывно связано с повышением эффективности буровзрывных работ (БВР), которые являются одной из важнейших составляющих современной технологии подготовки горной массы в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова более 3-4. В настоящее время доля затрат на указанные работы остается весьма значительной (не менее 20-30%), что свидетельствует о перспективности исследований по повышению эффективности взрывной отбойки, снижению общей стоимости добычи и повышению безопасности работы. Характерно, что в условиях роста стоимости буровзрывных работ на карьерах стройматериалов за последние 8-Ю лет в 5-6 и более раз (без учета налога на добавленную стоимость) объемы отбиваемых пород сократились в 1,5-2 раза. Так, в "Союзвзрывпроме", одной из ведущих специализированных организаций, осуществляющих буровзрывные работы на подрядных условиях в различных регионах РФ, средний индекс возрастания цен за период с 1995 по 2004 г.г. составил 6,7, а суммарный годовой расход ВВ на карьерах стройматериалов уменьшился к 2005 г. до 40 тыс. т. (в начале 80-90 г.г. XX века ежегодный расход ВВ различных типов превышал 100 тыс.т.). Соответственно снизилось и число массовых взрывов, а также запасы отбитой горной массы на карьерах по добыче стройматериалов. В таких условиях возросла роль качества подготовки взорванной горной массы и стабильности получения в результате отбойки требуемой кусковатости пород, обеспечивающей ритмичную работу погрузочной техники.
Снижение стоимости буровзрывных работ на карьерах стройматериалов в первую очередь может быть достигнуто за счет уменьшения затрат, связанных с приобретением и использованием различных взрывчатых материалов (ВМ). Удельный вес таких затрат является наибольшим в структуре себестоимости буровзрывных работ и составляет в настоящее время на карьерах, где БВР ведутся "Союзвзрывпромом", не менее 55-60% указанных суммарных затрат, а при отбойке обводненных пород даже до 75%.
Высокий уровень удельной стоимости ВМ является следствием применения ВВ заводского изготовления - граммонитов, конверсионных ВВ, главным образом, гранипоров различного состава, гранулитов, аммонита 6 ЖВ. В случае применения простейших ВВ типа игданитов удельная стоимость затрат на ВВ может быть снижена до 20-30% при соответственном уменьшении суммарных затрат на отбойку.
Перспективность внедрения простейших ВВ связана не только с высокой удельной стоимостью ВМ (даже в случае отбойки указанными ВВ), но также и с тем обстоятельством, что в этом случае не требуется значительных единовременных капиталовложений по сравнению с совершенствованием буровых работ или внедрением средств механизации на складах ВВ (удельный вес затрат на указанные работы обычно не превышает в настоящее время 30-35%). Следует однако отметить, что структура затрат на буровзрывные работы в настоящее время практически не анализируется, как Заказчиками, так и Подрядчиками, выполняющими буровзрывные работы, поэтому существующие цены часто являются не обоснованными. Результаты такого анализа также не используются при выборе рациональных направлений дальнейшего совершенствования отбойки.
Важным вопросом, наряду с выбором рационального типа ВВ, которое может обеспечить повышение эффективности отбойки фактически без существенных дополнительных затрат, является оптимизация технико-экономических показателей в различных горно-геологических условиях. Опыт взрывных работ на карьерах стройматериалов свидетельствует о том, что за счет комплексного учета условий ведения работ и регулирования качества дробления могут быть значительно улучшены все основные технико-экономические показатели отбойки.
Вопросам совершенствования техники и технологии взрывной отбойки на карьерах, в том числе и по добыче стройматериалов, посвящено значительное число исследований, как в отечественной, так и зарубежной практике [14, 18, 20, 34, 48, 81, 84-87, 94, 103, 109, 110]. Наибольший вклад в решение задач, непосредственно связанных с обеспечением необходимого качества дробления и повышением безопасности взрывной отбойки был внесен, по нашему мнению, работами Мельникова Н.В., Адушкина В.В., Трубецкого К.Н., Демидюка Г.П., Викторова С.Д., Кутузова Б.Н., Барона В.Л., Комащенко В.И., Белина В.А., Казакова Н.Н., Закалинского В.М., Цейтлина Я.И., и др.
В 70-80 г.г. в горнодобывающей промышленности были проведены комплексные исследования, обеспечившие существенное уменьшение выхода негабарита, надежное прогнозирование негативных воздействий взрывных работ на окружающую среду и инфраструктуру, начато внедрение простейших ВВ, изготовление которых может осуществляться на местах применения (главным образом, на крупных горных предприятиях), разработаны новые схемы взрывания и средства короткозамедленного и замедленного взрывания, значительно уменьшено число отказов, на карьерах и других объектах [4, 6, 14, 15, 18, 20, 22, 23, 27, 28, 40-42, 46, 48, 54-59, 64, 71-75, 78, 103, 114]. Из выполненных в последние 5-7 лет исследований, связанных с дальнейшим совершенствованием взрывной отбойки (в основном на карьерах по добыче стройматериалов), следует отметить разработку методик определения расходов основных и вспомогательных материалов. Особое значение такие исследования приобрели в связи с уменьшением, как отмечалось выше, объемов добычи, а также необходимостью при обосновании параметров БВР обязательного комплексного учета не только требуемых техническими заданиями результатов взрывных работ, но и практической реализации проектных решений.
Существенному прогрессу в указанном направлении способствовала работа [52], однако ее рекомендации относятся в основном к обоснованию параметров отбойки, приводимых в корректировочных расчетах, а вопросы оптимизации показателей на стадии разработки проектной документации (типовых проектов) фактически не рассматриваются. Сложность такой задачи связана с многочисленностью подлежащих определению и оптимизации параметров, их взаимосвязанностью, наличием на практике существенных отклонений расчетных параметров от фактически получаемых при реализации проектов. Обоснованное ее решение невозможно без многовариантных расчетов, отличающихся выбором геометрических параметров расположения зарядов, их массы и конструкции, типа ВВ, объема буровых работ и т.д., что в свою очередь, делает необходимым применение ЭВМ.
На базе оптимизации проектных решений может быть существенно повышена и эффективность корректировочных расчетов, разрабатываемых, как известно, в соответствии с фактическими, а не проектными условиями ведения БВР [53]. В этом случае параметры отбойки (после их необходимой корректировки, возможности которой достаточно ограничены) будут в значительно большей мере соответствовать оптимальным, обеспечивающим гарантированное получение требуемых результатов взрывных работ.
К настоящему времени разработаны ряд программ и методик для выбора параметров отбойки, в том числе и на карьерах стройматериалов, с помощью ЭВМ [21, 25, 57, 61-63, 80, 82, 89, 93, 96, 107, 111, 113]. Следует, однако, указать, что использование этих рекомендаций в современных условиях ведения буровзрывных работ на карьерах стройматериалов не обеспечивает необходимой многовариантности расчетов и возможностей варьирования результатов взрывных работ. В частности, не предусматривается комплексная оценка влияния таких главных параметров отбойки как удельного расхода ВВ, конструкции зарядов (сплошных и рассредоточенных) и сеток их расположения на результаты взрывов и безопасные условия ведения работ. В программах не регламентируются допустимые отклонения от проектных параметров и влияние таких отклонений на конечные показатели отбойки. Авторами не обосновывается возможность обеспечения многовариантных расчетов на ЭВМ с изменением как исходных условий и ограничений, так и требуемых результатов взрывов. Указанные недостатки в значительной мере являются следствием отсутствия рекомендаций в действующих нормативах [26, 70, 101, 102,] по выбору рациональной конструкции сплошных и рассредоточенных зарядов (соответственно их массы), нагрузок на заряды, коэффициентов их сближения в различных горно-геологических и технических условиях. Нормативная величина удельного расхода ВВ [102] фактически не учитывает ожидаемый выход негабарита, размер кондиционного куска и, следовательно, применяемое оборудование, в связи с чем не реализуются возможности регулирования кусковатости взорванной горной массы за счет изменений параметров отбойки. В Технических правилах [102] при выборе коэффициентов сближения зарядов для пород различной трещиноватости дается единый, узкий диапазон значений этого показателя (от 0,8 до 1,2), причем никаких конкретных рекомендаций по его изменению в различных условиях не приводятся. На практике величина коэффициента сближения может изменяться еще в значительно более широком диапазоне - от 0,6 до 1,3-1,4.
Фактически не разработаны рекомендации по обоснованию элементов конструкций рассредоточенных зарядов. Так, отсутствуют четкие указания для определения массы основного и дополнительного зарядов, а также длины промежутков между зарядами и рациональной высоты забойки, как внутренней, так и в устье скважин. Не оценено влияние указанных параметров на качество проработки подошвы уступов, выход негабарита и дальность разлета. В связи с вышеизложенным, рекомендуемые различными методиками в качестве эффективных показатели, в том числе и рассчитанные на ЭВМ, увязаны не со всеми горнотехническими условиями отбойки, что не позволяет объективно оценить целесообразность их использования в различных конкретных случаях проектирования.
Анализ современной практики проектирования буровзрывных работ на карьерах, таким образом, свидетельствуют о том, что к настоящему времени установлен ряд рекомендуемых соотношений между условиями и рациональными параметрами отбойки, отраженных в соответствующих нормативных документах [26, 57, 70, 85, 101, 102]. Однако эти соотношения не объединены в единую последовательность, определяющую четкий порядок формирования и надежную количественную оценку различных проектных вариантов ведения буровзрывных работ, обеспечивающих достижение требуемых показателей отбойки и возможности их регулирования в зависимости от условий буровзрывных работ и заданных ограничений.
Кроме того, значительное число рекомендуемых соотношений представлено в виде эмпирического табличного материала, что затрудняет его формализованное использование.
Известно, что после нахождения требуемого варианта решения задания должен быть выполнен расчет его показателей в годовом измерении, в том числе, в первую очередь, количества взрывов, необходимого для выполнения заданного годового объема работ, суммарного расхода ВВ, объемов бурения, стоимости работ, раздельно по основному бурению и взрыванию, дроблению негабарита. Разработанная методика расчета стоимостных показателей в зависимости от структуры затрат (см. главу V) дает возможность достоверной оценки эффективности применяемой техники и технологии отбойки, обеспечивающих выполнение исходных требований (ограничений) в условиях изменения цен на материалы (в первую очередь на ВМ), заработную плату, эксплуатацию буровых станков. Результаты анализа затрат на БВР могут быть также использованы для достоверной оценки эффективных направлений совершенствования техники и технологии отбойки в условиях изменения указанных статей расходов.
Таким образом, многовариантные расчеты, базирующиеся на общем алгоритме и соответствующей программе, должны предусматривать не просто определение перечня вариантов решения проектного задания, а возможности их оптимизации либо при фиксированных условиях (ограничениях), либо при допустимой вариации последних, с оценкой степени влияния на принятые критерии оптимизации, например, расходов ВВ, бурения, конструкции зарядов, коэффициентов сближения и т.п.
Дополнительную неопределенность при обосновании оптимальных
решений вносит то обстоятельство, что рациональные параметры БВР в
настоящее время фактически выбираются без учета комплексного влияния
природных и техногенных факторов на результаты отбойки. Количественная
оценка влияния каждого из таких факторов (их общее число может достигать
15-17- см. главу 2), фактически не проводилась и представляет достаточно
трудную задачу. Большинство из этих факторов являются
взаимосвязанными, что, в свою очередь, усложняет оценку их влияния на выбор оптимальных решений по каждому из рассматриваемых вариантов БВР.
В связи с вышеизложенным, вопрос комплексной оценки влияния природных и техногенных факторов на организацию и результаты БВР на основе многовариантных расчетов, учитывающих характерные диапазоны варьирования параметров взрывной отбойки и требования технических заданий в отношении качества и безопасности работ, является актуальным для обоснования параметров отбойки на карьерах строительных материалов. Такая оценка в условиях взаимодействия указанных факторов необходима не только для обоснования их номенклатуры, но и уточнения, а в ряде случаев и разработки новых расчетных методик выбора элементов расположения и конструкции зарядов, а также исследования структуры изменения затрат на подготовку и проведение БВР.
К основным задачам исследования относятся:
1. Разработка рекомендаций по обоснованию рационального удельного
расхода ВВ, нагрузок на заряды, их конструкции и сеток расположения на
основе совокупного учета природных и техногенных факторов, влияющих
на технико-экономическую эффективность и безопасность отбойки.
2. Разработка методики, алгоритма и компьютерной программы,
используемых на различных этапах проектирования, и отличающиеся
возможностью повышения надежности прогнозирования результатов
взрывов и регулирования выхода негабарита в различных горно
геологических и горно-технических условиях.
3. Экономическая оценка структуры затрат и разработка рекомендаций
по определению реальной стоимости отбойки и ее дальнейшему
совершенствованию.
Цель работы Повышение эффективности БВР на карьерах стройматериалов за счет совершенствования параметров отбойки на основе комплексной оценки влияния природных и техногенных факторов
Методика проведения экспериментальных исследований
Результаты исследований автора по совершенствованию параметров отбойки на карьерах по добыче стройматериалов в основном базируются на обработке данных экспериментальных исследований и анализа значительного числа производственных взрывов на объектах ФГУП "Союзвзрывпром" и в ассоциации "Союзвзрывпром". При оценке возможных диапазонов изменения исследуемых параметров автором в первую очередь учитывались рекомендации "Технических правил" [102] и Нормативного справочника по буровзрывным работам [70], наиболее широко используемых в настоящее время при проектировании БВР на карьерах стройматериалов.
Значения коэффициента вариации, нормированного отклонения и относительной допустимой ошибки составляли соответственно 20%, 1,65 (при t= 0,90) и 20%. Величины К1шр, t и Кдоп были приняты автором такими же, как и в разработанном трестом "Союзвзрывпром" Нормативном справочнике по буровзрывным работам [70]. Этот справочник более 15 лет применяется в СНГ при обосновании рациональных параметров отбойки в различных условиях, в том числе и на карьерах по добыче стройматериалов.
В зависимости от установленных величин коэффициентов вариации производилась оценка точности (устойчивости) исследуемых зависимостей и возможности их использования на различных этапах проектирования. Ориентирующая шкала точности горнотехнических показателей и расчетов, учитывающая значения Квар, приведена в табл. 2.2 [16].
В процессе обработки данных и оценке степени устойчивости исследуемых связей автором была установлена целесообразность построения степенных (логарифмически-линейных) зависимостей. Такие зависимости, как известно, являются достаточно стабильными в случае их малопарамет Теснота связи и статистическая значимость полученных автором зависимостей оценивалось путем построения доверительных интервалов (для регрессионных средних), а также расчета коэффициентов корреляции и вариации, соответственно К и Квар. Значения коэффициента корреляции, а следовательно, и наличие значимой статистической связи, устанавливались по критерию Стьюдента при определенном уровне вероятности (Р).
В соответствии с рекомендациями [3] при оценке значимости коэффициента корреляции (R) и заданном числе исходных точек (наблюдений) п производится расчет величины R Vn - 2, имеющей t-распределение Стьюдента с (п-2) степенями свободы. Величина п в наших исследованиях составляла не менее 30. Если величина этого выражения превышает табличное значение функции t-распределения при заданной вероятности Р, то исследуемая зависимость является статистически значимой. Величина доверительного интервала (при двусторонней вероятности) в точке Xj для регрессивных средних определялась по известной формуле [3]: Ai = ±tp(n-2) jJl + , (2.2) где tp (n-2) - табличное значение соответствующей процентной вероятности Р точки t -распределения Стьюдета; S- результирующее стандартное отклонение регрессионных зависимостей; Sx- стандартное отклонение значений независимой переменной; х- среднее значение независимой переменной. При анализе статистической значимости зависимостей и определении линий тренда с помощью ЭВМ в среде Microsoft Excel рассчитывалась так называемая величина R2 (квадрат смешанной корреляции). В зависимости от значений R2, которые могут изменяться от 0 до 1, производилась оценка методом наименьших квадратов надежности аппроксимации анализируемых зависимостей.
Экспериментальные и производственные взрывы с различными параметрами были организованы и проведены автором на объектах "Союзвзрывпрома" в Дагестане и Центральном регионе России в основном в известняках (f=5-8) и гранитах (f=8-12). Указанные породы являются в настоящее время наиболее характерными, где осуществляются БВР при добыче стройматериалов на карьерах. Так, в ФГУП "Союзвзрывпром" не менее чем на 80% всех объектов производится отбойка известняков и гранитов указанной крепости. Всего с личным участием автора или по его рекомендациям за период с 1987 по 2004 г.г. было осуществлено 197 массовых взрывов скважинных зарядов.
При проведении экспериментальных исследований в каждой серии было взорвано не менее 5 скважинных зарядов. Автором учитывались рекомендации [52, 53, 70] в отношении допустимого соблюдения точности выноса в натурные условия проектных параметров. Предварительно перед каждым экспериментальным взрывом уточнялись проектные и фактическая высота уступов, сетка расположения скважин, масса зарядов и их конструкция, схемы взрывания. Данные замеров затем заносились в корректировочные расчеты. Измерения осуществлялись с помощью простейших геодезических приборов (эклиметра, горного компаса, прибора ИГП-БВР). Выход негабарита устанавливался, в основном, по расходу электродетонаторов [17] на вторичное дробление.
Определение эффективной длины зарядов и предельных нагрузок на заряды
Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что одним из решающих условий обеспечения высокой эффективности отбойки является качественная проработка подошвы отбиваемых уступов на карьерах [14, 70,101, 102]. К настоящему времени в наибольшей степени исследованы вопросы преодоления завышенных (по сравнению с предельными) длин ЛСПП в первых рядах скважин с помощью парно-сближенных (спаренных) скважин или комбинированных зарядов ВВ [14, 101, 102]. Достаточно проверены на практике и формулы для определения и другого важного параметра, влияющего на качество проработки подошвы уступов, - глубины перебура при отбойке пород различной крепости и трещиноватости [70, 101, 102].
Известно, что величина преодолеваемой ЛСПП зависит от длины зарядов ВВ в нижней части скважин (с учетом глубины перебура). Следует однако отметить, что диапазоны изменения этого важного показателя в различных условиях отбойки изучены в значительно меньшей степени. В Технических правилах [102] для преодоления \ф рекомендуется длину заряда (1зар) принимать равной 1,2 \Уф без указания крепости взрываемых пород, диаметра скважин, типа ВВ и высоты уступов. Так, при отбойке уступов высотой 15 м в породах IX-X групп по шкале СНиП скважинными зарядами диаметром 105 мм и величине ЛСПП, равной 3,0 м, длина всего заряда должна составлять 1,2 х 3,0 =3,6 м. При глубине перебура в таких условиях до 0,2 Н [70, 101, 102] т.е. 3,0 м, практически весь заряд будет находиться в перебуре в результате чего не будут обеспечены ни качественное дробление, ни надежная проработка нижней части разрабатываемого уступа.
Автором были проведены специальные исследования для оценки влияния длины зарядов (L3ap) на качество проработки подошвы уступов и выход негабарита. На первом этапе были осуществлены экспериментальные взрывы с целью определения величины 1-юр при предельных значениях W. Диаметр скважин был равен 105, 130, 160 и 200 мм, высота уступов - от 7 до 17,5 м. Взрываемые породы - мергели, известняки, граниты (IV-X группы пород по шкале СНиП).
При определении оптимальной длины зарядов автором использовались также отчетные материалы о результатах взрывов на уступах, при выполнении которых были зафиксированы пороги на ряде карьеров «Союзвзрывпрома» в Центральном регионе РФ и Ленинградской области.
Для получения сопоставимых данных по каждому анализируемому взрыву рассчитывалась величина нагрузок на заряды, равная отношению максимально преодолеваемой (предельной) длины ЛСПП (Wnp) к диаметру применяемых скважин (d). Использование этого показателя, характеризующего не абсолютные, а относительные затраты энергии ВВ, расходуемой главным образом на проработку подошвы уступов, позволило получить автору сопоставимые данные по W„p при использовании скважин диаметром от 105 до 200 мм и соответственно различных значениях длин ЛСПП. Такой метод ранее был успешно использован при определении W для наклонных скважин [8] и в процессе подготовки материалов по типовым параметрам БВР в Нормативном справочнике по буровзрывным работам [70]. На рис. 3.7 показано установленное автором изменение предельных значений нагрузок на заряды в породах различной крепости. Как следует из этого графика, крепость пород оказывает существенное влияние на величину Wnp/d, которая уменьшается с 38 до 20, т.е. почти в два раза при отбойке пород соответственно IV и X групп по шкале СНиП. Максимальные значения Wnp/d в диапазонах изменения нагрузок, приведенных на этом графике, относятся к случаям взрывания уступов, имевших значительную трещиноватость и четко выраженное напластование отбиваемых пород. Предельно допустимые нагрузки для каждой группы пород были, затем сопоставлены с длинами зарядов, соответствовавшими максимально преодолеваемым (предельным) расчетным значениям ЛСПП (Wnp).
Длина таких зарядов, по аналогии с использованием удлиненных зарядов выброса различной конструкции [9], может считаться эффективной (Ь,ф). Применительно к удлиненным зарядам выброса под Цф подразумевается такая их длина, при которой размеры выемки и ее сечение стабилизируются и не зависят от длины заряда. Длину Цф таких зарядов предлагается рассчитывать по элементарной формуле LHt = KnnW,M, (3.5) где Кп - коэффициент, зависящий от свойств пород; п - показатель действия взрыва. В рассматриваемых же условиях эффективная длина зарядов (ЬЭф) должна соответствовать предельным значениям Wnp, которые в свою очередь, как было показано выше, должны учитывать максимальные нагрузки на заряды. Таким образом, в общем виде (w \ \ а ) где Ki - коэффициент, учитывающий условия отбойки, характерные для современной техники и технологии ведения БВР, м.
На графике рис. 3.8 показано изменение установленных автором величин этого коэффициента в породах различной взрываемости (IV - X группы по шкале СНиП) в зависимости от величины нагрузки на заряды на карьерах стройматериалов. Меньшие значения коэффициента Кі (для всех F) были зафиксированы в породах I и II категорий трещиноватости по классификации скальных массивов Междуведомственной комиссии по взрывному делу [101]. Определение длины зарядов не по методике Технических правил [102], а с учетом предельных нагрузок является более достоверным по следующим причинам: - расчеты могут быть выполнены для широкого диапазона горногеологических и технических условий (см. главы II и III); - определение предельной величины W/d и соответственно Цф может быть достаточно просто осуществлено по результатам опытных взрывов зарядов небольшого диаметра, например, шпуровых; - на базе сопоставления значений нагрузок на заряды может быть также проведен анализ эффективности применения различных ВВ, изменения сеток расположения скважин, их диаметра и конструкции зарядов. В табл. 3.2 даны установленные автором ориентировочные значения предельных нагрузок на заряды и соответствующие таким нагрузкам величины коэффициентов К] в породах различной взрываемое. Установленные значения Wnp/d, были использованы автором при разработке программы для обоснования рациональных длин ЛСПП, (соответственно, сеток расположения скважин) и конструкции зарядов. Следует отметить, что приведенные рекомендации даны для случаев отбойки эталонным ВВ - аммонитом 6ЖВ. Для ВВ других типов массы зарядов, их эффективная длина и величина ЛСПП должны быть пересчитаны с учетом соответствующих переводных коэффициентов.
Анализ стоимости и структуры затрат на взрывную отбойку
Анализ изменения стоимости отбойки был осуществлен по данным калькуляционных расчетов при производстве подрядным способом в 1993-2003 г.г. буровзрывных работ ФГУП "Союзвзрывпром" и ассоциации "Союзвзрывпром" на следующих объектах, расположенных в Центральном регионе России и Ленинградской области (БВР на последнем объекте выполнялись ОАО "Ленвзрывпром"): - Полотняно-Заводское карьероуправление; - Пятовское карьероуправление; - Ново-Пятовское карьероуправление; - Карьер Михайловского комбината стройматериалов; - Пронский карьер; - Денисовский карьер; - Кораблинский карьер; - Карьер Торенка-Неруд"; - Домодедовский карьер; - Коломенский щебеночный карьер; - Карьер Щуровского цементного завода; - Карьер Липецкого цементного завода; - Лавский карьер; - Голиковский карьер; - Карьер КНИ-458. По этим объектам имелся достаточный объем отчетных материалов, характеризующих динамику изменения цен на БВР и их структуру за указанный период.
Взрываемые породы были представлены сухими и слабо обводненными известняками различной крепости и трещиноватости, а также гранитами. Крепость взрываемых пород изменялась в весьма широком диапазоне - от VI до X групп по классификации СНиП. Диаметр скважин составлял 110, 130, 160, 220, 230 и 250 мм, высота уступов колебалась от 3 - 4 до 15- 17 м. Основные применяемые ВВ - граммонит 79/21, аммонит 6ЖВ, гранипоры различных марок, гранулит ПФ.
Анализ изменения стоимости отбойки гранитов X группы был выполнен автором по данным ОАО "Ленвзрывпром" при разработке месторождения "Кузнечное" (бывший карьер КНИ-458) за период с 1990 по 2002 г.г. На первом этапе автором рассматривалось изменение основного показателя при подрядном способе ведения буровзрывных работ - затрат на БВР с учетом накладных расходов и плановых накоплений (сметной прибыли) - см. табл. 4.1 и 4.2. На графиках рис. 4.1 показан рост стоимости отбойки (база - июль 1995 г.) на каждом из вышеперечисленных объектах, а на рис. 4.2 - изменение индекса цен (на тех же карьерах) в зависимости от крепости пород. Как следует из рис. 4.1, максимальный индекс роста цен на буровзрывные работы в известняках (8,58) был зафиксирован на Голиковском карьере, а минимальный (2,74) - на Лавском карьере. Максимальный индекс при отбойке гранитов на карьере КНИ-458 в 2002 г. составил 6,3. В известняках средний индекс оказался равным 4,5. Значительный диапазон изменения данных (Кпар до 30%) при построении графиков рис. 4.1 и 4.2 объясняется, по нашему мнению, различными условиями ведения буровзрывных работ на указанных карьерах (диаметр скважин, высоты уступов, сетки расположения скважин, удельные расходы ВВ и бурения и др.) Анализ полученных результатов позволил автору также оценить изменение затрат на дробление (разделку) негабарита, выход которого является, как известно, основным критерием при оценке качества БВР на карьерах стройматериалов. Необходимость такого анализа связана с тем, что принятые в СНиПе расценки на вторичное дробление носят неконкретный характер и фактически не позволяют правильно прогнозировать стоимость указанных работ в различных условиях. В частности, в этих расценках не учитывается изменение затрат при различных способах разделки негабарита и конструкциях зарядов (шпуровых или накладных), типе ВВ, а суммарные расходы ВМ не соответствуют приведенным в действующем Нормативном справочнике по буровзрывным работам [70] и Технических правилах [102 ].
На графиках рис. 4.3 показаны индексы изменения стоимости разделки негабарита с помощью шпуровых и накладных зарядов на трех участках ФГУП "Союзвзрывпром": карьер Щуровского цементного завода; Домодедовский карьер и карьер Полотняно-Заводского дробильно-сортировочного завода (по этим объектам имелся достаточный объем данных для сравнительного анализа указанных способов разделки негабарита). На первых двух объектах применяются шпуровые, а на третьем - накладные заряды для дробления негабаритных кусков известняка VII-VIII групп по шкале СНиП. Как следует из этих графиков, характер изменения индекса цен (максимальный индекс равен 6,7) при разделке негабарита практически такой же, как и полной стоимости отбойки.
На диаграммах рис. 4.6 показано изменение трех указанных обобщенных категорий затрат при отбойке пород VI-VIII групп по шкале СНиП за период с 1996 по 2002 г.г. Характерно, что если в 1970-1990 г.г. затраты на ВМ были равны не менее 55-60% суммарной стоимости БВР, то в 1996-2000 г.г. они снизились до 32-45%. Указанное обстоятельство объясняется, по нашему мнению, более высоким индексом изменения в указанный период стоимости буровых работ по сравнению с ВМ.
Удельная стоимость буровых работ, в 1970-1990 г.г. составляла не более 20-25%, что в среднем в 2 раза меньше чем за анализируемый период. В 2001 и 2002 г.г. доля затрат на бурение несколько уменьшилась (с 45-52% до 40% см. рис. 4.6), так как наметилось более интенсивное возрастание стоимости ВМ, применяемых на карьерах стройматериалов, по сравнению с ростом затрат на буровые работы. Средняя удельная стоимость ВМ на объектах ФГУП "Союзвзрывпром" ВМ в настоящее время равна 45%, а доля прочих затрат - 15%). Так, на объектах "Союзвзрывпрома" затраты, связанные с приобретением и использованием ВМ при отбойке известняков, несмотря на достаточно различные горно-геологические и технические условия их разработки (свойства пород, особенности их залегания, высоты уступов, диаметр скважин, размеры кондиционного куска, применяемые ВВ, требования к выходу негабарита и т.п.), отличаются от средних значений, приведенных на диаграммах рис. 4.6, незначительно, (максимальные отклонения не превышают 10-15%). В случае их пересчета на отбойку обычными ВВ - аммонитом 6ЖВ или граммонитом 79/21, указанные отклонения снижаются до 5-7%.
Величина суммарных затрат на ВМ, в основном определяющих стоимость отбойки, зависит главным образом, от стоимости израсходованного ВВ. Как показал наш анализ, доля указанных затрат в общей стоимости ВМ изменяется в породах IV-VIII групп в относительно "узком" диапазоне от 76 до 88% (см. диаграммы на рис. (4.7). Характерно, что доля этих затрат практически не зависит от крепости пород, типа применяемого ВВ и индекса роста цен на ВВ (индекс изменения цен на В В за период с 1996 по 2002 г.г. превысил 2,6). По данным ОАО "Ленвзрывпром" при отбойке гранитов, в дальнейшем перерабатываемых на щебень (карьер КНИ-458) и относящихся к X группе пород по шкале СНиП, при удельной стоимости взрывных работ около 55%, не менее 85% составляют затраты на ВВ, т.е. практически не отличаются от установленных автором при обработке отчетных материалов в случае взрывания известняков. Существенно, что доля затрат на буровые работы при использовании станков СБШ-250 (диаметр скважин 250 мм) оказалась такой же как и при бурении скважин в известняках. Указанные затраты составили в гранитах 45%, а в известняках - 40% (в случае отбойки известняков наиболее распространенный диаметр взрывных скважин обычно равен 110-160 мм).
Методика определения параметров зарядов и показателей буровзрывных работ
Разработанная программа "Project" [1] предусматривает выбор всех основных параметров БВР, гарантирующих получение требуемых по техническим заданиям результатов взрывов и необходимую безопасность работ. При обосновании параметров, применяемой техники и технологии отбойки были учтены требования действующих «Технических правил» [101, 102] и "Единых правил безопасности при взрывных работах" [39], а также установленное автором совокупное влияние природных и техногенных факторов на качество БВР и их безопасность. Программа предназначена для использования на карьерах по добыче стройматериалов при годовом объеме добычи до 1,3 млн.м3. и отбойке пород с f от 3-4 до 16-18 уступами высотой 7-20 м и диаметре скважин 100-250 мм.
Нормативы расходов на выполнение основной отбойки, и дробление негабарита приняты в соответствии с рекомендациями "Нормативного справочника по буровзрывным работам" [70], который как отмечалось выше, наиболее широко применяется для определения показателей БВР на различных этапах проектирования в условиях карьеров стройматериалов.
Программа состоит из двух крупных частей - интерфейсной, обеспечивающей диалог с Пользователем, и расчетной, состоящей из отдельных модулей для определения всех основных параметров БВР и итоговых показателей отбойки. Специально предусмотрена возможность варьирования результатов взрывов исходя из требований технических заданий, фактических условий производства работ, точности выноса в натуру проектных параметров, возможных диапазонов их изменения и сделанных ограничений в отношении качества и безопасности работ. Интерфейсная часть программы представляет набор диалогов с Пользователем, расположенных в строго определенном порядке с возможностью перехода от одного диалога к другому. Эта часть программы обеспечивает возможность ввода, удаления и редактирования требований к исходным параметрам и результирующим показателям в зависимости от условий ведения БВР, а также регламентирует состав и содержание разделов типовых проектов, в том числе графической документации и необходимых приложений.
В результате вычислений по разработанной автором методике расчетов программа выдает диапазоны изменения высот уступов, сетки расположения скважин, их глубины и величины перебура, конструкции зарядов, схемы взрывной сети, интервалы и схемы замедлений, элементы развала взорванной породы, радиусы опасных зон. Предусмотрена возможность использования различных типов ВВ и средств инициирования, схем замедления, методов разделки негабарита (с помощью шпуровых и накладных зарядов). Программа обеспечивает расчеты безотказности выбранных схем взрывания и безопасности производства БВР в зависимости от фактических условий отбойки. Обосновываются допустимые отклонения фактических параметров от их проектных значений, при которых гарантируются предусмотренные в проектной документации и технических заданиях результаты взрывов. В результате расчетов выдаются также количество рядов и общее число скважин в типовых сериях, их число и запас отбитой горной массы. Результаты вычислений сводятся в "Основные положения проекта" и в таблицы сводных показателей (в расчете на годовой объем работ и 1м взорванной горной массы) для различных диапазонов изменения высот уступов. В состав проектной документации включаются также описание условий выполнения и типовые схемы организации БВР, меры безопасности на всех этапах подготовки и производства буровзрывных работ. Программа позволяет вести графические построения схем расположения скважин, их глубин, конструкции зарядов, типа и мест установки боевиков, а также схем короткозамедленного взрывания.
Программа включает также справочные материалы, необходимые для проведения расчетов по программе "Project", в том числе характеристики современных буровых станков, ВВ, средств инициирования и приборов взрывания. Основными системными требованиями к компьютеру, используемому при разработке типовых проектов по программе "Project", являются: - операционная система Windows 95/98/Ме; - тактовая частота процессора - не ниже 350 МГц; - объем оперативной памяти - не ниже 32 Мбайт; - объем жесткого диска - не менее 25 байт. Как свидетельствует опыт ассоциации "Союзвзрывпром", ФГУП "Союзвзрывпром" и его Центральной производственно-экспериментальной специализированной строительной лаборатории, затраты времени на составление типового проекта с помощью программы "Project" не превышают 2-2,5 часов при отбойке на двух горизонтах пород VI-VIII групп скважинными зарядами диаметром 150 мм и годовом объеме добычи на карьере не более 1,3 млн. м".
