Введение к работе
Актуальность диссертации. Эффективное освоение минерально-сырьевых ресурсов и разработка ресурсосберегающих технологий при подземной добыче руд неразрывно связани с дальнейшим совершенствованием технологии ведения очистных работ.
Внедрение контурногэ взрывания может внести значительный вклад в повышение эффективности подземной добычи высокоценных руд и кристаллосырья.
Анализ мирового опыта внедрения контурного взрывания в подземных условиях показывает, что этот метод направленного раскола горных пород получил, в основном, распространение при проведении выработок различного назначения в гидротехническом строительстве, сооружении транспортных туннелей, горнорудной и угольной промышлеююстях.
При подземных очистных работах в горнорудной промыяшен-ности известны лишь единичные примеры применения контурного, в основном, предварительного взрывания. Анализ опыта предварительного контурного взрывания при очистной выемке указывает на Зольвие перспективы его использования для снижения потерь и раэубоживания руды.
Предварительное контурное взрывание позволяет создавать на границах очистного пространства экранирующие поверхности, ірепятствушцие проникновении взрывных волн в законтурный массив горных пород. Наличие дополнительных свободных поверхности снижает нарувекность законтурного массива, в то же время способствует интенсификации процесса дробления руды при взрыве ггбойных ипуров.
Широкое применение контурного взрывания на очистных работах при подземной добыче руд сдерживается отсутствием эффективных и, в то же время, простых в конструктивном отношении сонтурных зарядов, недостаточной изученность» процесса направ-іенного тревинообразования и механизма создания трещины между :оседними контурными шпурами а подземных условиях. Так, напри-tep, в расчетах параметров контурного взрывания не учитывается естественное напряженно-деформированное состояние раскалывае-юго массива горных пород.
Поэтому разработка новых технологий контурного взрывания, -читывахкцих специфические особенности направленного трешинооб-
разования при подземной добыче руд, является актуальной задачей.
Цель раооти состоит в научном решении задачи по обоснованию технологии и параметров предварительного контурного взрывания при подземной очистной выемке высокоценных руд и кристаллосирья. Цель достигается за счет применения .предлагаемых специальных конструкций контурных зарядов, регулирующих направленность раскола массива горных пород и учета его напряженно-деформированного состояния при определении оптимального расстояния между контурными зарядами.
Идея работы. Регулирование направленного раскола горных пород, начиная с границ взрывной полости, обеспечивается за счет учета ориентации вектора максимальной сжимающей составляющей гравитационного поля напряжений оси взрывной полости и применения специальных конструкций контурных зарядов ВЗ, обеспечивающих преимущественное направление раскола в заданном направлении.
Научные положения, разработанные лично соискателем и защищаемые в работе:
1. При ориентации оси шпура перпендикулярно максимальному
вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений танген
циальные напряжении растяжения, способствующие создании нап
равленного раскола горных пород, имеют свои максимальные зна
чения в плоскости контура шпуров круглого сечения - в точке
пересечения соориентированной оси параллельно вектору сжимаю
щей нагрузки с контуром, а эллиптического сечения - в точке
пересечения большой оси эллипса параллельно вектору сжимающей
нагрузки с контуром.
Величина напряжений растяжения в указанных точках для обоих сечений равняется величине максимальной сжимающей нагрузки.
2. Заметный рост магистральной трещины на контуре іапура
при взрыве в нем контурного заряда начинается с сжимакшей наг
рузки в 20 ИПа для шпуров круглого сечения, что соответствует
глубинам более 500 м при разработке месторождений в равнинной
местности, а для шпуров эллиптического сечения, начиная с 15
МЛа, что соответствует глубинам более АО0 м,
.3. Расстояние между смежными контурными шпурами круглого сечения'при совместном действии квазистатических составляющих
динамических полей напряжений, в качестве которых виступают статические давления продуктов взрива на стенки шпуров при мгновенном инициировании в них контурних зарядов, и статического гравитационного поля напряжений при разработке месторождений в равнинной местности изменяется с глубиной расположения шпуров по параболическому закону и зависит от статического давления продуктов взрыва, предела прочности горных пород в массиве на одноосное растяжение и коэффициента бокового распора. С увеличением коэффициента бокового распора, что характерно для горних пород обладаїзших пластическими свойствами расстояние между контурними шпурами уменьшается. Расстояние между смежными шпурами эллиптического сечения, образуемого взрывом комбинированного линейного контактного заряда (КЛКЗ), с учетом совместного действия квазистатического давления продуктов взрива и статического поля напряжений увеличивается в 1,5-2 раза для тех же условий по сравнении с расстоянием между шпурами круглого сечения.
-
Глубина виемок (концентратов напряжений) в стенках шпура круглого сечения для образования контура шпура эллиптического сечения при взриве линейных контактних зарядов типа ДШ зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрива ДИ, коэффициентов изоэнтропи ц преломления ударной волны в породу и обратно пропорционально динамической прочности пород на одноосное сжатие и коэффициента политропи, а также от степени затухания ударной волны в породе.
-
Статическое давление продуктов взрива контурного заряда (КЛКЗ) зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрива центрального заряда, отношения плотностей и скоростей ДШ и низкобриэантного ВВ центрального заряда, а также от величины зазора между диаметрами заряда и впура, а также от коэффициентов изоэнтропи и политропи.
Методы исследования включают: сбор, обобщение и анализ практического применения контурного взрывания на очистных и подготовительных работах! аналитические исследования на базе теории упругости; лабораторные и экспериментальные (в производственных условиях) исследования предварительного контурного взрывания; статический анализ; натурные наблмдения.
Научная новизна работы состоит в следумоем;
1. Разработана теоретическая модель создания плоскости
раскола между контурными ипурами круглого и эллиптического сечения, ориентированной параллельно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений.
2. Разработаьа конструкция комбинированного линейного
контактного заряда (КЛКЗ) для создания контура шпура эллипти
ческой Форми, состоящая из линейных контактних зарядов висо-
кобриэантного ВВ типа ДШ, расположениях на противоположных
кониах у стенок шпура круглого сечения, й центрального заряда
низкобрнэантного ВВ. имеющего радиальный зазор со стенкой шпу
ра. ДШ и центральний заряд отделе»! друг от друга демпферной
прокладкой и разновременно взрываются с интервалом не менее 25
мс.
-
Разработан инженерный метод расчета параметров контурного взрывания различных конструкция зарядов, в том числе и предлагаемого ОКЗ, учитывающий особенности, напряженно-деформированного состояния околокамерного массива горных пород.
-
Установлено, что расстояния между смежными контурными шпурами при мгновенном инициировании в них контурных зарядов от глубины разработки изменяются по параболическому закону с учетом совместного влияния гравитационного и квазистатической составляющей динамического силовых полей для шпуров круглого и эллиптического сечений.
-
Установлены зависимости статических давлений продуктов взрыва для различных конструкций контурных зарядов (типа "гирлянда" и сплошного штангового) и предлагаемого КЛКЗ, от энергетических параметров применяемых ВВ, зазора между зарядом и стенкой шпура, коэффициентов изоэнтропы и политропы.
Достоверность и обоснованность научных положений.. Ш1воДов_ІОіОеБждается_!.
- сходимостью результатов теоретических и эксперименталь
ных исследования технологии предварительного контурного взры
вания і
- применением комплексного метода исследований, вкличаи-
щего анализ отечественной и зарубежной практики и теоретичес
кие и экспериментальные исследования в лабораторных и произ
водственных условиях и технико-экономический анализ предла
гаемой технологии.
Научное значение работы заключается в обосновании . параметров предварительного контурного взрывания, учитывающих
напряженио-деформированное состояние массива горних пород. при очистной выемке высокоценных руд.
Практическая ценность работы
получены решения ряда задач по определении параметров предварительного контурного варивания с учетом геомеханических особенностей массива горных пород, для которых отсутствуют аналитические зависимости;
-предложены функциональные зависимости параметров контурного взрывания для очистной выемки высокоценных руд;
- разработаны технологические схемы буровзрывных работ При очистной выемке высокоценных руд и кристаллосырья, основанные на использовании специальїліх зарядов для контурного взрывания.
Реализация работы. Предлагаемые в диссертации технологические схемы БВР при слоевых системах разработки включены в технический проект отработки месторождения "Абнэ" Кара-гайлинского ГОКа и в проект отработки участков кристаллоност-ных зон Малытевского рудника. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов в Московской государственной геологоразведочной академии (1992. 1993. 1994 rr.)s Международном симпозиуме по математическим методам в геологии, геолого-разведке и горном деле (Москва, 1993 г.)і технических совещаниях горнорудных предприятий Урала. Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 18S страницах машинописного текста, включает % Ц рисунков, 13 таблиц, список литературы из 89 наименований.
