Введение к работе
Актуальность работы. Горно-геологические условия большинства карьеров, разрабатывающих месторождения осадочного происхождения, характеризуются значительными объёмами разнопрочных горных пород. Наличие в толще мягких пород хаотично распределённых крепких включений предъявляет к буровзрывным работам особые требования. Исследованиями отечественных и зарубежных учёных успешно решены многие актуальные вопросы в этой области. Однако появились объективные причины, связанные с эволюцией техники и технологии, применяемых при проведении буровзрывных работ (БВР), позволяющие, опираясь на фундамент накопленных знаний, поновому решать задачи взрывного дела и вывести их на ещё более высокий уровень.
Практикой разработки пластовых месторождений осадочного типа установлено, что наличие крепких включений в сложноструктурном массиве горных пород затрудняет эффективное использование традиционных методов управления энергией взрыва, основанных на пропорциональности удельного расхода ВВ объёму взрываемых пород. Она свидетельствует о необходимости дифференциации параметров БВР в зависимости от его конкретных структурных и прочностных особенностей. Это обуславливает разработку и внедрение специальных методов буровзрывной подготовки таких пород к экскавации.
Поэтому разработка способов и технологических схем ведения БВР с конструкциями скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ), основанных на принципе энергетического соответствия между энергией взрыва и её потребностью на дробление породного массива с крепкими включениями и обеспечивающих необходимое качество взрывного разрушения, является актуальной научной задачей и имеет важное практическое значение.
Целью работы является обоснование и разработка способа взрывного разрушения горного массива с крепкими включениями, расположенными в
верхней части уступа, обеспечивающего уменьшение выхода негабарита и
среднего размера куска взорванной горной массы для повышения производительности погрузочно-транспортного оборудования.
Идея работы заключается в выборе и обосновании параметров комбинированного заряда для взрывного разрушения разнопрочных слоев горных пород исходя из характеристик применяемых ВВ, разработке и применении способа передачи энергии взрыва в породном массиве, основанного на теории короткозамедленного взрывания и механизме формирования взрывной воронки в верхней части уступа.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Установлены зависимости и определены уравнения взаимосвязи характеристик ВВ с физико-механическими свойствами разрушаемых крепких включений и менее прочных пород, позволяющие выбрать ВВ для комбинированных скважинных зарядов, обеспечивающих необходимое качество дробления разнопрочных слоев горных пород.
-
Радиус зоны взрывного разрушения верхней части гравелитового массива изменяется по параболическому закону в зависимости от высоты незаряженной части скважины и диаметра зарядов, обеспечивающих максимальную зону разрушения верхней части уступа.
-
При взрывном разрушении горного массива с крепкими включениями, находящимися в верхней части уступа, снижение выхода негабарита достигается разновременным взрывным воздействием сначала на крепкое включение, а затем на менее крепкий слой породы, с замедлением, обеспечивающим опережающее разрушение крепкого включения.
-
Установлено, что повышение эффективности взрывного разрушения породного массива с крепкими включениями, расположенными в верхней части уступа, достигается применением зарядов ВВ с уменьшающимися от дна к устью скважины диаметрами, которые формируются в зависимости от энергетических характеристик ВВ и зон их воронкообразования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, подтверждаются:
- комплексной методикой работ, включающей обзор, анализ и обобще
ние теоретических исследований, экспериментальных полигонных и опытно-
промышленных взрывов в разнопрочном породном массиве, а также матема
тической статистики, корреляционного и сравнительного анализа
результатов исследований с натурными данными;
сходимостью результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований по разрушению разнопрочного породного массива с результатами известных решений, описывающих процессы разрушения горного массива, и теории короткозамедленного взрывания;
положительными результатами апробации разработанного способа взрывания разнопрочного горного массива с крепкими включениями на месторождении Джарой-Сардара - карьер Ташкура в Узбекистане, и использованием результатов исследований и рекомендаций автора при составлении проектов буровзрывных работ на этом карьере.
Научная новизна работы заключается в установлении:
закономерности, учитывающей процесс разрушения породного массива с крепкими включениями при взрыве в нём комбинированных зарядов ВВ, позволяющей рассчитывать их параметры и определять их взаимосвязь с прочностными свойствами этих пород и характеристиками ВВ;
зависимости изменения размеров зоны разрушения верхней части уступа гравелитового массива от диаметра и высоты недозаряда патронированного заряда ВВ, позволяющей определить эффективную область применения этих зарядов в верхней части скважины;
зависимости изменения размеров зоны разрушения гравелитового массива по верхней части уступа взрывом патронированного заряда ВВ, позволяющей определить оптимальную длину верхней части активной забойки, обеспечивающей максимальный эффект камуфлета.
Научное значение диссертации:
- на основе обоснования энергетического соответствия между комбини
рованными зарядами ВВ взаимоувязаны характеристики ВВ и параметры зон
регулируемого дробления (ЗРД) в зависимости от физико-механических
свойств слоев разнопрочного породного массива, получены уравнения, позволяющие определить необходимые параметры зарядов ВВ;
- разработаны способы изменения формы передачи энергии взрыва в разнопрочные слои горного массива, которые основаны на теории коротко-замедленного взрывания и механизме формирования взрывной воронки в верхней части уступа.
Практическое значение диссертации заключается в разработке способа взрывания разнопрочных массивов горных пород с крепкими включениями на открытых горных работах (патент РФ на изобретение № 2478913), обеспечивающего повышение эффективности БВР за счёт увеличения выхода с одного погонного метра скважины во взорванной горной массы, снижения выхода негабарита в крепком включении с 15 до 3-5 % и уменьшения среднего размера куска породы во взорванной горной массе для повышения производительности погрузочно-транспортного оборудования.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанный способ взрывания разнопрочных массивов горных пород с крепкими включениями и практические рекомендации приняты к внедрению при разработке месторождения Джерой-Сардара в карьере Ташкура Центрального рудоуправления Навоий-ского горно-металлургического комбината. Его внедрение позволяет полу-чить экономический эффект в размере 2 руб/м взрываемой горной массы.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались автором на Международной научно-практической конференции «Инновация» (г. Ташкент, 2008-2011 гг.), республиканском научно-практическом семинаре на тему: «Инновационная деятельность молодых ученых» (г. Навои, сентябрь, 2008 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ, включая 5 статей в журналах рекомендованных ВАК Ми-нобрнауки и 2 патента.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, изложенных на 130 страницах, содержит 49 рисун-
ков, 9 таблиц, списка использованной литературы из ПО наименований и 1 приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность проф., д.т.н. В.А. Белину, проф., д.т.н. В.Н. Сытенкову, д.т.н. П.А. Шеметову, помощь и постоянное внимание которых способствовали успешному выполнению работы, а также сотрудникам рудника Мурунтау и преподавательскому составу кафедры ВД МГГУ за полезные консультации и практическую помощь в ходе выполнения диссертационной работы.
