Введение к работе
Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность характеризуется возрастанием объемов добычи минерального сырья наиболее эффективным способом разработки - открытыми горными работами. Основным видом добычи полезньїх ископаемых открытым способом является применение буровзрывной техники и технологии, характеризуемой производством массовых взрывов на карьере.
Современное состояние буровзрывных работ на открытых разработках представлено следующими особенностями:
увеличением производительности карьеров за счет увеличения масштабов массовых взрывов и частоты их проведения;
увеличение глубины карьеров требует в первую очередь решения транспортной проблемы, в результате чего крупные дробильные и конвейерные установки располагаются в контуре карьера. Отсюда возникают дополнительные требования безопасности ведения взрывных работ на небольших глубинах и расстояниях в пределах 50-200 м от охраняемых объектов, к которым следует отнести капитальные горные выработки-траншеи, полутраншеи и предохранительные бермы, по которым происходит транспортировка горной массы на поверхность;
увеличение глубины карьеров и количество уступов приводит к резкому возрастанию объемов работ по заоткоске, которые являются наиболее трудоемкими и дорогостоящими.
Анализ мировой практики эксплуатации карьеров показывает, что для подготовки скальных пород к выемке при проведении капитальных горных выработок на верхних и глубоких горизонтах карьеров производство массовых взрывов с применением эксплуатационных вертикальных скважинных зарядов ВВ приводит к значительным деформациям уступов, как самих атих выработок, так и нерабочих бортов (осыпанию, обрушению откосов уступов, выполаживанию углов откосов, перекрытию берм, сдваиванию и страиванию уступов). Это существенно повышает опасность ведения горных работ, является причиной потерь руды в бортах карьера и выполнения дополнительного объема вскрышных пород, отделенных от массива в результате деформирования участков бортов, которые требуют их выемки и восстановления деформированных участков бортов до их проектных параметров.
Снизить разрушающее действие взрывов на законтурный массив и повысить устойчивость откосов бортов нерабочих уступов и капитальных горных выработок - траншей (полутраншей) возможно путем применения широко внедряющегося в горнодобывающую промышленность контурного взрывания.
Контурное взрывание, предохраняя массив горных пород от интенсивного тре-щинообразования, позволяет:
повысить устойчивость открытых горных выработок, что увеличит углы наклоны бортов карьеров и откосов дорожных выемок (стенок каналов и трубопроводов), а также сократить тем самым перебор породы за проектным контуром выемок;
существенно улучшить качество профилируемых поверхностей скальных горных пород;
снизить трудоемкость работ по доводке образуемых поверхностей до проектного положения.
Поэтому задача по совершенствованию метода подготовки скальных горных пород к экскавации при проведении капитальных и эксплуатационных горных выработок на карьере путем применения контурного взрывания является актуальной и мало изученной.
Целью работы является научное обоснование метода подготовки скальных горных пород к выемке при проведении капитальных горных выработок на карьерах, обеспечивающего сохранение законтурного массива от разрушения.
Идея работы заключается в том, что сохранение устойчивости откосов и бортов карьера, проводимых в скальных горных породах, достигается за счет управления шириной экранирующей щели посредством изменения параметров контурного взрывания и применением комбинированной конструкции линейных контактных зарядов, расположенных в скважине и с помощью которых создаются предварительные напряжения по линии предполагаемого раскола пород, и основного центрального шлангового заряда, взрываемого после взрыва линейных контактных зарядов.
Методы исследований включают анализ научных исследований в области подготовки скальных горных пород к выемке при проведении капитальных горных выработок на карьерах и в инженерном строительстве, изучение физического процесса образования направленного трещинообразования между контурными зарядами, аналитические исследования с привлечением методов математической теории упругости и обработкой данных методами математической статистики, производственные исследования действия взрыва на законтурный массив, технико-экономическое обоснование технологии БВР для подготовки скальных пород к экскавации.
Научные положения, защищаемые в диссертации и новизна:
установлено, что предварительно созданные выемки на контуре скважины от взрыва линейных контактных зарядов обеспечивают создание направленной щели между контурными скважинами в ряду при последующем взрыве центрального шлангового заряда;
установлено, что образование направленной щели между контурными зарядами снижает действие взрыва скважин рыхления на законтурный массив пород, которое характеризуется коэффициентом относительного снижения мощности зоны законтурных нарушений и изменяется по степенному зако-
ну , соответствующему обратной величине степени затухания остаточных деформаций. Коэффициент относительного снижения мощности зоны законтурных нарушений зависит от коэффициентов относительного уменьшения амплитуды напряжений за образованной экранирующей щелью, структурного ослабления массива горных пород, Пуассона и модуля деформации;
- показатель степени затухания остаточных деформаций в зоне законтурных
нарушений зависит от коэффициента поперечных деформаций и акустиче
ской жесткости массива горных пород и изменяется по параболическому
закону.
Практическое значение работы заключается в разработке технологии БВР дла подготовки скальных горных пород к экскавации при проведении капитальных горных выработок на карьере, позволяющей повысить устойчивость откосов уступов и снизить действие взрывов зарядов дробления на законтурный массив пород и в разработке инженерного метода расчета параметров контурного взрывания.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований технологии БВР для подготовки скальных пород к выемке;
применением комплексного метода, включающего обобщение и анализ достижений отечественного и зарубежного опыта ведения БВР, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, технико-экономический анализ и рекомендации в проекты технологии БВР для подготовки горных пород к выемке при проведении траншей.
Реализация работы. Технология БВР при создании капитальных горных выработок рекомендована в проект проведения капитальной конвейерной траншеи и заоткоски уступов на карьере Удачнинского ГОКа.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников в Московской государственной геологоразведочной академии в 1991-1994 г.г.
Публикации. По материалам диссертации издано три печатные работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения,
изложенных на стр. машинописного текста, содержит рисунков,
таблиц, список использованной литературы из наименований.