Введение к работе
Актуальность проблемы. Ускоренное развитие сырьевом базы страны органически связано с необходимостью повышения эффективности горнодобывающей промышленности за счет совершенствования конструктивных параметров систем разработки на основе внедрения принципиально попой техники и прогрессивных технологий отбойки руды. Одним из основных процессов, влияющих на конструктивные параметры и технико-экономические показатели систем разработки, является бурение скважин. Практика ведения горных работ с использованием скважиниой отбойки показывает, что переход на высокопроизводительные технологии добычи возможен когда в отбитой руде полностью ликвидируются негабаритные фракции, а эксплуатационные потери и разубоживанне близки к нормативным показателям. Однако, обеспечить качественное разбуриванис горного массива при существующей технологии отбойки проблематично, так как в процессе бурения трассы скмажнн значительно отклоняются от проектного направления. Причина искривления заключена в ошибках при ориентировании бурового станка, забуривании скважин п непрогнозируемом изменении их траектории в процессе бурения. Вместе с тем, если первые две ошибки возможно устранить еще в начальной стадии ведения буровых работ, то трудоемкость коррекции искривленных скважин очевидна и требует их перебурииания. До настоящего времени законы управлення трассированием скважин при бурении исследованы недостаточно. При этом не существует универсальных методов п эффективных технических средств, обеспечивающих сохранение проектного положения трасс в горном массиве. Недостаточно полно исследовано также влияние искривления па конструктивные п технологические параметры систем разработки со скважиниой отбойкой. Выявленные резервы позволят равномерно разместить взрывчатое вещество в блоке, сохранить его проектные контуры при очистной выемке н упростить конструктивные элементы систем разработки.
Таким образом, сохранение показателей отбойки на оптимальном уровне не может быть достигнуто существующими методами управления качеством рудной массы, поэтому разработка высокоэффективных технологий на основе уменьшения искрив-
лснпя скважин в процессе их бурения является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы. Повышение качества дробления руды, снижение потерь и разубоживания, совершенствование конструктивных элементов в системах разработки со скважинкой отбойкой.
Идея работы заключается в оптимизации технологических параметров отбойки руды и конструктивных элементов систем разработки на основе уменьшения искривления взрывных скважин в процессе бурения.
Научные положения защищаемые в работе:
выявлены закономерности изменения технологических параметров и качественных показателей отбойки руды от глубины и направления бурения скважин, проявляющиеся в виде линейных и нелинейных функций высших порядков;
разработана математическая модель управления головным участком бурового става, характеризующая качественно и количественно процесс формирования трассы скважины в массиве горных пород, обусловленный статической и динамической устойчивостью вращающегося става на границе взаимодействия с его головным участком и достаточно точно описываемый дифференциальными уравнениями второго порядка;
разработана экономико-математическая модель комплексного анализа технологических параметров и качественных показателей отбойки руды на оптимум при изменении глубины бурения скважин.
Научная новизна:
установленные закономерности для технологических параметров и качественных показателей отбойки руды определены с учетом интенсивности искривления и отклонения скважин в процессе бурения;
разработанная математическая модель управления головным участком става рассматривает процесс формирования трассы скважины в пространственной системе координат и комплексно учитывает влияние на ее отклонение механизма перехода вращающегося бурового става от устойчивых форм изгиба первого порядка к равновесным ({юрмам высшего порядка, физико-механических свойств горных пород, коэффициента отпориости стенки скважины, глубины и утла наклона при режимных параметрах, реализуемых в станках подземного бурения;
разработанная экономико-математическая модель отлича-
ется тем, что критерий оптимизации технологических параметров и качественных показателей отбойки определяется с учетом искривления трасс скважин при дискретном изменении глубины их бурения.
Значение работы. Научное значение работы состоит в том, что:
полученные закономерности позволили обосновать предельно-допустимое искривление скважин, при котором обеспечиваются оптимальные параметры отбойки и сохраняются нормативные показатели дробления, потерь и разубожпванпя руды;
полученная и реализованная в виде пакета прикладных программ математическая модель позволила разработать для кругового веера методику расчета и выбора оптимальных схем компоновок бурового става, обеспечивающих управление трассами скважин по углу наклона и в азимутальной плоскости с точностью, не превышающей предельно-допустимых значений искривления;
полученная экономико-математическая модель позволила на основе уменьшения искривления скважин разработать методику выбора рациональных конструктивных элементов в системах разработки со скважннной отбойкой.
Практическое значение работы заключается в разработке технологии отбойки руды, уменьшающей искривление скважин при их бурении расчетными схемами компоновок и обеспечивающей увеличение параметров подэтажа блока при одновременном снижении объемов нарезных работ, выхода негабарита, эксплуатационных потерь и разубожпванпя руды.
Достоверность научных положений и виполов подтверждается:
—удовлетворительным согласованием теоретических оценок изменения технологических параметров и качественных показателей отбойки с результатами их определения методами пнкли-нометрии и акустическим приборами в промышленных условиях (погрешность не более ±20% при надежности 0.9);
— удовлетворительной сходимостью теоретических расчетов с
результатами анализа искривления трасс скважин, полученными
при моделировании работы оптимальных схем компоновок на
экспериментальном стенде и их фактическим положением, уста
новленным при инклннометрическом зондировании II опытном
блоке (отклонение забоев скважин уменьшилось в 2.9-3.3 раза);
— удовлетворительным качеством разбуриванпя очистного блока, где выход негабарита снизился с 22 до 7%.
Реализация к промышленности. Разработанное «Методическое руководство по бурению скважин высокой точности» внедрено в системе подзтажного обрушения и системе .сплошной выемки вертикальными слоями-прирезками с закладкой на Урупском ГОКе н Лениногорском полиметаллическом комбинате при отбойке руды глубокими скважинами диаметром 65 и 105 мм; на проходке восстающих выработок методом секционного взрывания, а также при бурении скважин специального назначения: опережающих по оси горных выработок, дренажных, коммуникационных и т.д. Экономический эффект от внедрения разработки составил 58,8 тыс.рублей в ценах 1989 года.
«Методическое руководство» рекомендовано Горным отделом Министерства металлургии СССР для использования на подземных горных работах предприятиям, организациям и концернам отрасли.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IX Всесоюзной конференции по комплексному исследованию физических свойств горных пород и процессов в МГИ (г.Москва, 1987. г.), на X научно-техническом совещании по совершенствованию СВР (г.Губкин, 1988 г.), на Всесоюзном семинаре по проблемам горного давления (г.Крнвой Рог, 1990 г.), а также на кафедре «Сопротивления материалов» СКГМИ (г.Владикавказ, 1990 г.), координационных совещаниях во ВНИИцветмете (г.Усть-Камсногорск, 1988-1989 г.г.), техническом совете Урупского ГОКа (п.Медно-горский, 1989 г.), кафедрах «Подземная разработка месторождении полезных ископаемых» Новочеркасского политехнического института (г.Новочеркасск, 1990, 1993 г.г.) и «Горные машины» СКГМЙ (г.Владикавказ, 1993 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано пятнадцать работ, в том числе три авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 102 источника, изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 14 таблиц, 3 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность профессору С.Г.Го-зюмову (посмертно) за помощь и критические замечания при подготовке работы.
