Введение к работе
Актуальность работы. Из карбонатных пород получают более 60 наименований продукции, необходимой для различных отраслей промышленности. Получение из карбонатных пород новых материалов, в том числе на уровне наноструктур, с использованием технологий глубокой переработки горных пород требует инновационных решений, включающих решения по минимизации затрат на добычу полезного ископаемого.
Карбонатные породные массивы имеют сложную блочную структуру и характеризуются неоднородностью физико-механических свойств слагающих их пород. Вариации размерных величин природных отдельностей влияют на организацию выемочно-погрузочных работ, на обоснование параметров БВР при подготовке карбонатного массива к экскавации и на выбор добычного и перерабатывающего оборудования.
В настоящее время разрушение массивов горных пород энергией взрыва остается единственным высокопроизводительным и универсальным способом подготовки пород к экскавации. Однако рост стоимости взрывчатых веществ (далее ВВ) и средств взрывания заставляет горные предприятия искать пути снижения затрат на взрывные работы. Некоторые предприятия осуществляют попытки внедрить механический или комбинированный способ подготовки карбонатного массива к экскавации, но при этом на фоне снижения затрат на единицу объема полезной массы снижается производительность по добыче полезной массы. Поэтому совершенствование взрывного способа подготовки карбонатного массива к экскавации остается актуальным направлением. Тем более, что современные достижения в области газовой и волновой теорий взрыва позволяют получить инновационные решения, которые можно трансформировать в энергосберегающие технологические схемы для карьеров по разработке, например, карбонатных месторождений.
Следовательно, совершенствование технологии и обоснование параметров подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом являются актуальными задачами.
Диссертационная работа выполнялась в рамках направлений исследований Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов ТулГУ, а также при поддержке Аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (ГК № 02.740.11.0319).
Цель работы – установление закономерностей влияния форм выемочных блоков добычного уступа на удельный расход ВВ, позволяющих усовершенствовать технологию и обосновать параметры подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом.
Идея работы заключается в совершенствовании технологии и обосновании параметров подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом путем использования природных свойств и придания свободным поверхностям выемочного блока кривизны с радиусами, обеспечивающими эффективное экранирование, отражение и наложение взрывных волн в выемочном блоке добычного уступа.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
установлено, что в среднем 30 % отдельностей карбонатного массива требуется дробить, а остальные по природному гранулометрическому составу соответствуют габаритным приемным параметрам технологического оборудования карьеров, и поэтому эффективность дробления выемочных блоков добычных уступов карбонатного массива скважинными зарядами достигается в случаях расположения скважинных зарядов в стратиграфических слоях карбонатного массива (мембранные слои), соответствующих размерам негабаритных отдельностей;
одним из основных управляемых технологических параметров БВР является радиус кривизны свободных поверхностей выемочного блока добычного уступа, определяющий форму и параметры выемочного блока;
удельный расход ВВ скважинных зарядов зависит от исходного природного гранулометрического состава карбонатного массива и формы выемочного блока, задаваемой радиусами кривизны его свободных поверхностей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана расчетная модель, позволяющая устанавливать радиус кривизны свободной поверхности выемочного блока добычного уступа, обеспечивающий экранирование, отражение и наложение взрывных волн в выемочном блоке добычного уступа;
установлены закономерности влияния форм выемочных блоков добычного уступа, задаваемых радиусами кривизны его свободных поверхностей; на удельный расход ВВ;
усовершенствована технология подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом с учетом природного гранулометрического состава породного массива, обоснования радиуса кривизны свободных поверхностей выемочного блока и выбора в выемочном блоке добычного уступа мембранных слоев для размещения в них зарядов, позволяющих снизить удельный расход ВВ.
Метод исследований – комплексный, включающий научный анализ и обобщение практического опыта использования способов и средств подготовки горных пород к экскавации; результаты ранее выполненных работ по взрывному способу подготовки горных пород к экскавации; вычислительный и опытно-промышленный эксперименты; анализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятностей и математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается согласованностью результатов теоретических, экспериментальных исследований с положениями в рамках волновой и газовой теорий взрыва, сходимостью результатов экспериментов с ожидаемыми (расхождение не превышает 14 %), полученными на основании вычислительных и опытно-промышленных экспериментов.
Научное значение работы заключается в обосновании пределов регулирования удельного расхода ВВ путем расчета радиуса кривизны поверхности откоса выемочного блока и выборе рациональных вариантов значений параметров технологических схем распределения в выемочном блоке скважинных зарядов и последовательности их инициирования.
Практическое значение работы заключается в разработке «Методических рекомендаций по обоснованию параметров выемочных блоков добычных уступов при использовании взрывного способа подготовки скального массива к экскавации», используемых при проектировании и производстве БВР в карьерах.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по повышению выхода товарного щебня на карбонатных карьерах Тульской, Калужской и Самарской областей, внедрены в учебный процесс на кафедре «Геотехнологии и строительство подземных сооружений» Тульского государственного университета, приняты проектной организацией ООО «ГЕОТИМ-ПРОЕКТ» к внедрению в проектные работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных симпозиумах «Неделя горняка – 2008, 2009, 2010 гг.» (г. Москва); на ХIV Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (г. Москва, 2010 г.); научно-технических конференциях ТулГУ (г. Тула, 2007-2010 гг.); на семинарах кафедры «Геотехнологии и строительство подземных сооружений» (г. Тула, 2007-2010 гг.); на техсовете ООО «Восточные Берники» (2010 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, включая 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 113 страницах машинописного текста; содержит 36 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 38 наименований.
