Метод определения параметров развала отбитой горной массы на карьерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Копылов, Сергей Владимирович

• Копылов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Копылов, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

I. Обзор исследований по изучению закономерностей формирования развала отбитой горной массы на карьерах

1.1. Расчетные методы определения параметров развала

1.2. Экспериментальные методы определения параметров развала

1.3. Цель работы и задачи исследования

II. Разработка расчетного метода определения параметров развала

2.1. Модель процесса формирования развала

2.2 Начальные условия и скорости вылета центров тяжести расчетных объемов

2.3. Расчетный метод определения параметров развала

2.4. Скорости разлета кусков породы при взрыве скважинных зарядов

ВЫВОДЫ

III. Расчет параметров развала и их экспериментальная проверка

3.1 Комплекс разработанных компьютерных программ

3.2. Экспериментальное определение формы и параметров развала

IV. Влияние условий взрывания на параметры развала

4.1. Влияние ЛНС на форму и параметры развала

4.2. Влияние числа рядов скважинных зарядов на форму и параметры развала—

4.3. Влияние диаметра взрываемых скважин на форму и параметры развала

4.4. Влияние высоты уступа на форму и параметры развала

4.5. Рекомендации по уменьшению дальности выброса породы взрывом

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод определения параметров развала отбитой горной массы на карьерах»

Актуальность проблемы. При отбойке горных пород взрывом скважинных зарядов на уступах карьеров формируется развал отбитой горной массы. Параметры развала оказывают существенное влияние на последующие технологические операции горного производства и на безопасность работ.

При большой ширине развала отбитая порода ложится сравнительно тонким слоем на большой площадке уступа. Иногда развал частично ложится и на площадках ниже лежащих уступов. Такой развал перекрывает транспортные пути, нарушает прилежащие коммуникации, если они не передвинуты на безопасные расстояния. Возрастают простои, связанные с расчисткой проездов и восстановлением коммуникаций. На таких развалах снижается производительность экскаваторов при погрузке отбитой горной массы. Под такие развалы требуются широкие рабочие площадки уступов.

При большой высоте развала, превышающей безопасную высоту черпания, создаются опасные условия работы экскаваторов. Иногда такие развалы экскавируют двумя уступами.

Снижение производительности и повышение себестоимости горных работ из-за нерациональных параметров развала весьма значительны. Поэтому на протяжении десятилетий многие исследователи занимались изучением закономерностей формирования развала отбитой взрывом горной массы и определением его параметров. Из-за сложности природы этого физического процесса еще не получено его полное теоретическое описание. Основные параметры развала определяют в настоящее время по эмпирическим зависимостям. Поэтому изучение физической природы процесса формирования развала и совершенствование методов определения его параметров является актуальной проблемой.

Цель работы - разработать расчетный метод определения параметров развала на основе использования физических закономерностей его формирования и компьютерных технологий.

Идея работы заключается в дифференцированном использовании начальных скоростей и направлений вылета расчетных объемов для определения интегральной формы развала горной породы.

Методы исследования. В работе использовался комплексный метод исследований, включающий системный анализ, теоретические исследования и обобщения, экспериментальные исследования, статистический анализ и метод компьютерных технологий.

Положения, представляемые к защите.

1. Разработана многозонная модель процесса формирования развала отбитой взрывом горной массы на карьерах, сущность которой заключается в учете различных в каждой зоне геометрических и физических условий вылета расчетных объемов и направлений их полета.

2. Получены аналитические зависимости для определения начальных скоростей и направлений вылета каждого расчетного объема с учетом геометрии уступа и потоков остаточной энергии заряда в начальный момент разлета отбитой горной массы.

3. Разработан расчетный метод и комплекс компьютерных программ, позволяющие по условиям взрывания рассчитать параметры развала и отобразить в графическом виде верхний контур его поперечного сечения.

4. Получены графические зависимости изменения параметров развала, анализ которых показывает, что дальность выброса породы не зависит от числа рядов взрываемых скважинных зарядов, но изменяется с изменением диаметра скважин.

Научная новизна заключается в разработке многозонной модели процесса формирования развала, в получении аналитических зависимостей определения начальных скоростей вылета расчетных объемов, в разработке расчетного метода и комплекса компьютерных программ, позволяющих определить параметры развала отбитой горной массы по условиям взрывания.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены комплексной методикой работ, предусматривающей использование современных теоретических и экспериментальных средств исследований, проведением достаточного числа экспериментов и хорошей сходимостью экспериментальных результатов с расчетными.

Практическое значение работы состоит в применении комплекса компьютерных программ «Развал» на основе разработанного расчетного метода как инструмента для анализа формы и параметров развала взорванной горной массы и для прогнозирования параметров развала на стадии проектирования параметров БВР на карьерах.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003, 2004 гг.), на IV Международной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (ИПКОН 2004 г.), на VII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (МГТРУ 2005 г.), на Международной конференции (г. Кременчуг, Украина).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 101 странице машинописного текста, содержит 38 рисунков, 5 таблиц и список использованной литературы из 99 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Копылов, Сергей Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся завершенной научно-исследовательской работой, изложены разработанные автором, расчетный метод и комплекс компьютерных программ для определения параметров развала отбитой горной массы на карьерах в зависимости от реальных условий ведения работ.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана оригинальная многозонная модель процесса формирования развала при взрыве скважинных зарядов на карьерах, в каждой зоне которой направление и скорость вылета кусков определяется по индивидуальным зависимостям; часть кусков, упавших на развал, сползает в места с более низкими высотными отметками.

2. Получены аналитические зависимости для определения углов и начальных скоростей вылета кусков породы из каждой зоны в соответствии с предложенной многозонной моделью процесса.

3. Разработаны расчетный метод и комплекс компьютерных программ для расчета формы и параметров развала по условиям взрывания скважинных зарядов на карьерах.

4. Установлено, что с изменением условий взрывания изменяется геометрическая форма поперечного сечения развала, поэтому она не может приниматься неизменной и служить основой получения аналитической связи между параметрами развала.

5. При анализе полученных расчетных графических зависимостей установлено, что дальность выброса породы остается постоянной при изменении числа рядов взрываемых скважинных зарядов, но возрастает при увеличении диаметра заряда. Высота развала возрастает с увеличением числа рядов взрываемых скважинных зарядов. Нормативные рекомендации принимать высоту развала равную 2/3 высоты уступа справедливы лишь при трех-четырех рядном взрывании скважинных зарядов на уступах 10-15 м.

6. Для условий карьеров, применяющих огневое расширение скважин, предложены два способа уменьшения дальности выброса породы взрывом: за счет уменьшения диаметра скважин по первому ряду и за счет уменьшения высоты расширенной части скважины по первому ряду.

Годовой расчетный экономический эффект от внедрения предложенных способов уменьшения дальности выброса породы составит около 15 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Копылов, Сергей Владимирович, 2005 год

1. Адушкин В. В., Спивак А. А. Геомеханика крупномасштабных взрывов. М., Недра, 1993, с.319.

2. Адушкин В. В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом. //Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород». М., 1999,с. 18-29.

3. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. / М. «Металлургия», 1968.

4. Артемьев Э.П. Оптимизация относительного расстояния между зарядами при дроблении крупноблочных пород на карьерах; Дис.канд. техн. наук. Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1987.-210 с.

5. Баранов Е.Г., Тангаев И.А. Опыт селективной разработки сложных месторождений. Фрунзе: Илим, 1969.-112 с.

6. Барон B.JI. Отбойка наклонными скважинами на карьерах треста Союзвзрывпром. / Механика и разрушение горных пород. М., Недра, 1969, Выпуск 1, с. 216-222.

7. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. / М., Недра, 1989, 376с.

8. Барон В.Л., Копылов B.C. Совершенствование методики корректировки проектных параметров при взрывной отбойке на карьерах стройматериалов. / Материалы международной конференции «Взрывное дело -2000». М., МТТУ, 2000, с.310-316.

9. Барон В.Л., Копылов B.C. Выбор рациональных параметров взрывной отбойки на карьерах стройматериалов. /IX международная конференция «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов». — 2000,с. 111—117.

10. Безопасность взрывных работ в промышленности. / Кутузов Б.Н., Ильин A.M., Умнов А.Е. и др. М., Недра, 1992, 543с.

11. Болдырев В.А. Методика нормирования потерь и разубоживания на карьерах для условий крутопадающих рудных тел. // К вопросу улучшения учетаи снижения потерь и разубоживания на рудниках цветной металлургии: Сб. ст. / Цветметинформация. М., 1969-44с.

12. Борычев В.М. Методика расчета рациональных параметров буровзрывных работ по программе «Proekt 1,0 по ПЭВМ. / Издательство ЦПЭССЛ ГП «Союзвзрывпром», М., 1992, 6с.

13. Бугров В.Н. Методика расчета параметров развала при взрывании скважин в карбонатных породах. // Горн. журн. 1974. - № 4.-С.42-43.

14. Вайхельт Ф. Руководство по промышленным взрывным работам. / М., Госстройиздат, 1960, 496с.

15. Введение в Microsoft Corporation. 1996, 94с.

16. Взрывание в зажатой среде на карьерах. / Новожилов М.Г., Друкованный М.Ф., Ильин В.И., Оксанич И.Ф. Киев: Наукова Думка, 1966.-172 с.

17. Взрывные работы в гидротехническом строительстве. /А.Г. Багдасаров, С.А. Давыдов, Р.Я. Страусман М., Энергия, 1969, 263с.

18. Взрывные работы в США на карьерах и в строительстве. /В.Л. Барон, Э.С. Израитель, С.Р. Аветисян. Монтажные и специальные строительные работы. М., ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1989, Вып. 4, 24с.

19. Викторов С.Д., Казаков H.H., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессов разрушения горных пород взрывом. // Горн. журн. — 1995. -№7.-С.46-47.

20. Власов O.E. Основы теории действия взрыва. М.: Изд-во ВИА, 1957.315 с.

21. Гальянов A.B. К вопросу деформации рудных контактов при буровзрывных работах на карьерах. // Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях.: Межвуз. научн. темат. Сборник. Вып. 2. -Свердловск: СГИ, 1981.-С.24-28.

22. Глаголенков А.И., Кульбаев Р.Г. Практика взрывной отбойки горных пород на нерудных карьерах с учетом трещиноватости массивов. /Монтажные и специальные строительные работы. — М., ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1988, Вып.З, с.1 — 6.

23. Демидюк Г.Г1. Регулирование действия взрыва при отбойке твердых горных пород. // Взрывное дело. М.: Недра, 1974. -№73/30.-С.210-224.

24. Докучаев М.М., Галлимулин А.Т., Турута Н.У., Зайцев М.М. Взрывание наклонными скважинными зарядами на карьерах. М.: Недра, 1971. -208 с.

25. Единые правила безопасности при взрывных работах. /М., НПО ОБТ, 1992, 238с.

26. Ермолаев А.И. Разработка способов предупреждения обратных выбросов горной массы при взрывном дроблении крупноблочных пород в зажатой среде.: Дис.канд. техн. наук. Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1987. -112 с.

27. Ефремов Э.И. Подготовка горной массы на карьерах. М.: Недра, 1980.-271 с.

28. Ефремов Э.И., Петренко В.Д. Управление взрывным дроблением и перемещением горных пород в условиях глубоких карьеров Кривбасса. // Горн, журн. 1988. -№11.-С.27-28.

29. Зельднер Г. Библиотека BASIC 7. / М., ABF, 1996, 389с.

30. Зурков П.Э. Разработка рудных месторождений открытым способом. -М., Металлургиздат, 1953.-526 с.

31. Израитель Э.С. Изыскание методов управления кусковатостью при скважинной отбойке карбонатных пород. / Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., ИПКОН АН СССР, 1986, 25с.

32. Ильин В.И., Козлов А.Д. Определение скорости отрыва кусков породы с поверхности откоса уступа аналитическим методом. // Взрывное дело. — М.: Недра, 1974. -№73/30.-С.95-98.

33. Калашников А.Т. Совершенствование технологии взрывных работ на карьерах. / Черметинформация. М., 1989.-40 с. (Сер. Горнорудное производство; №1).

34. Калашников А.Т., Борзенков Л.А. Опыт применения программ математического моделирования взрывного разрушения ИВС. // Горн. журн. -1986.-№10.-С.34-36.

35. Калашников А.Г., Кутузов Б.Н. Экономические и технические аспекты применения взрывных технологий на горных предприятиях. /Горный информационный аналитический бюллетень. М., МГГУ, 1997, № 1, с.7 - 14.

36. Казаков H.H., Копылов C.B. Изменение максимальной массовой скорости волны напряжений. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, №1. С 94-96.

37. Казаков H.H., Копылов C.B. Форма волны в породе при взрыве. // Энергетический принцип расчета параметров БВР и некоторые параметры волн в карьерах: Сб. статей Горного информационно-аналитического бюллетеня. 2003. - №2. - 28с. - М.: Изд. МГГУ, 2003.

38. Казаков H.H., Копылов C.B. Уравнение формы волны в породе при взрыве.// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003, №10. С 39-40.

39. Казаков H.H., Копылов C.B. Параметры цилиндрической волны в зоне технологического дробления породы взрывом. // Физические проблемы разрушения горных пород: Сб. тр. Четвертой междунар. науч. конф., 18-22 окт. 2004 г., ИПКОН Москва.

40. Копылов C.B. Экспериментальные методы определения формы и параметров развала. // Физические проблемы разрушения горных пород: Сб. тр. Четвертой междунар. науч. конф., 18-22 окт. 2004 г., ИПКОН Москва.

41. Копылов C.B. Казаков H.H. О компьютерной методике расчета параметров развала при отбойке породы на карьерах. Материалы докладов. 2005 г. (г. Кременчуг).

42. Копылов C.B. Методика расчета параметров развала породы на карьерах. // Неделя горняка 2004.

43. Копылов C.B. Влияние линии наименьшего сопротивления на параметры развала. // VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле». Материалы докладов. 2005 г. Том 3. Стр. 90.

44. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Том 1 и 2. М., 1992 и 1994, 516 и 445 с.

45. Кучеренко М.В., Крохин A.B. Применение программируемого калькулятора с обратной алгебраической логикой для расчета параметров сплошного скважинного заряда на открытых работах. /Исследования физических процессов горного производства. М., 1989, с. 94-95.

46. Лукичев C.B. Управление подземными массовыми взрывами при отбойке руд с использованием компьютерных технологий. /Автореферат диссертации ученой степени доктора технических наук. М., 2000, с. 10-25.

47. Лангефорс У., Кильстрем К. Современная техника взрывной отбойки горных пород. М.: Недра, 1968.-284 с.

48. Лемеш Н.И., Поздняков Б.В. Исследование кинематографических закономерностей сдвижения скальных пород взрывом в зоне разрушения. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1972.-№4-С.36-40.

49. Ломоносов Г.Г. Технология разработки горных пород на карьерах. М., МГИ, 1971.-209 с.

50. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им. М.: Недра, 1982. - 414 с.

51. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. -4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1982.-414 с.

52. Методические положения вариантной оценки и выбора рациональных параметров отбойки на карьерах строительных материалов с помощью ЭВМ. / НПО «Спецпромстрой», ГП «Союзвзрывпром». 7М., 1991, 47с.

53. Норма технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии открытым способом.: Утв. МЧМ СССР 19.04.1983. Л.: Гипроруда, 1983.-257 с.

54. Нормативный справочник по буровзрывным работам. 4 и 5 издание. -М.: Недра, 1975 и 1986,431 и 511 с.

55. О взрывной технике. / World Cool, 1999, 8, №1, с.32.

56. Оптимизация элементов технического проекта взрывподготовки блока горных пород к выемке. / Б.Н. Кутузов, B.JI. Копылов, B.C. Куликов- Изв. ВУЗов, Горный журнал, 1989, № 9, с. 58 63.

57. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. / Киев., Техника, 1982, с 12.

58. Покровский Г.И., Черниговский А.А. Расчет зарядов при массовых взрывах на выброс. М.: Госгортехиздат, 1963.-88 с.

59. Программное обеспечение ЭВМ для прогнозирования качества дробления. / Mining J, 1986, vol. 307; № 7189, с.320.

60. Программный продукт для технологического проектирования буровзрывных работ на ПЭВМ. / Госгортехнадзор России, ассоциация «Союзвзрывпром», НТФ «Взрывтехнология». Прикладная программа «Результат». М., 1997, 31с.

61. Проектирование буровзрывных работ /ВСН 499- 87. М., ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1987, 63 с.

62. Проектирование взрывных работ в промышленности. / Э.Б. Башкуев, A.M. Бейсебаев, В.Ф. Богацкий и др. М., Недра, 1983, 359с.

63. Проектирование взрывов: Учебное пособие. — М., МГИ, 1973, 112с.

64. Пучков Я.М. Исследование ширины развала взорванной горной массы на карьерах Урала. // Труды ИГД МЧМ СССР. Свердловск.-1977.-Вып.52-С.46-48.

65. Пучков Я.М., Хорошев В.И., Рождественский В.Н. К вопросу о методике фиксирования максимальной дальности разлета кусков породы при взрыве. // Взрывное дело. М.: Недра, 1971.-№70/27.-С.90-95.

66. Пшеничный А.Я. Оптимизация параметров БВР на ЭВМ. / Разработка и применение систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства. Тезисы докладов ВНТС часть 1. Алма-Ата, 1987, с.ЗЗ - 35.

67. Ракишев Б.Р. Прогнозирование технологических параметров взорванных пород на карьерах. Алма-Ата: Наука, 1983.-239 с.

68. Раснер Н.Я., Шварцер В.Я. Прогнозирование ширины развала на карьерах. // Горн. журн. 1978.-№12.-С.41-44.

69. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ на карьерах. М.: Недра, 1978.-543 с.

70. Рождественский В.Н. Влияние числа рядов скважин на ширину развала при многорядном короткозамедленном взрывании. // Труды ИГД МЧМ СССР. -Свердловск, 1990.-Вып.89.-С.40-44.

71. Рождественский В.Н. Исследования эффективных способов управления развалом взорванной горной массы на карьерах. // Проблемы горного дела.: Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург, 1997.-С.283-290.

72. Сенук В.М., Артемьев Э.П., Рождественский В.Н. и др. Опыт повышения удельного расхода ВВ на железорудных карьерах Урала. // Труды / ИГД МЧМ СССР. Свердловск, 1979. - Вып.59.-С.32-35.

73. Сенук В.М., Рыковский Б.В., Рождественский В.Н. Опыт применения схем взрывания с увеличенным коэффициентом сближения в условиях трудновзрываемых пород. // Труды / ИГД МЧМ СССР. Свердловск, 1972-Вып.38.-С.60-63.

74. Сван Т. Секреты 31-разрядного программирования на Delphi. Диалектика. / М., 1996, 510с.

75. Совершенствование программ для расчета на ЭВМ рациональных параметров отбойки на открытых и подземных разработок /В.Н. Мохонти, Ж.Р. Гидман, Ж.К. Юргенсон- Comput. Appl. Miher, 1988, с.41 -48.

76. Теория и практика взрывного дела. Материалы международной конференции «Взрывное дело 99». - М., МГГУ, 1999, 343с.

77. Технические правила взрывных работ в энергетическом строительстве. М., Энергия, 1972, 223с.

78. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности. М., Недра, 1972, 240с.

79. Типовая инструкция по безопасному проведению массовых взрывов на земной поверхности. М., НПО ОБТ, 1993, 22с.

80. Трансформация структуры горных массивов при взрывных работах на карьерах. /A.B. Гальянов, В.Н. Рождественский, А.Н. Блинов- Екатеринбург, Институт горного дела УрО РАН, 1999, 140с.

81. Требования к взрывчатым материалам. Mining Engineering, 1998, № 9,с. 19.

82. Тротил-У (тротил УД -ТУ и тротил УГ-ТУ) ГОСТ 14839.20, 5с.

83. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке гонных пород взрывом. М.: Недра, 1974.-224.

84. Черниговский A.A. Внешняя баллистика и дробление породы при взрыве на выброс и сброс. // Взрывное дело. М.: Недра, 1973.-№69/26.-С.66-78.

85. Черниговский A.A. Применение направленного взрыва в горном деле и строительстве. М.: Недра, 1976.-319 с.

86. Чертков В.Я. Научные основы прогноза и регулирования характеристик взорванной горной массы на карьерах. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград, 1991, 41с.

87. Щелканов В.А. Использование силы взрыва и собственного веса для перемещения отбитой руды при разработке наклонно падающих залежей. // Труды ИГД МЧМ СССР. Свердловск, 1970.-вып.24.-С.40-44.

88. Aqxukopu G.R. Выбор оптимального направления отбойки на карьерах. / Int. J. Rock Mech. And Mining Sei. And Geomech. Abstr, 1994, 31, № 2, c. 94.

89. Cunningham Claude Computer Aided blast desingn. - 1989, 16, № 9, c. 33,37-39,41.

90. Chironis N.P. Computer-Aided Blast Designs Succeed in Surface Mining. // Coal Age. 1987. - Vol.92. - №9. -P.70-78.

91. Demand for blasting materials to increase 5.2% in US. / Mining Engineering, 1998, № 9, c. 19.

92. Fiscor Steve. Remember: It's drilling and blasting. /Coal Age, 2000, 105, № 1.

93. Meselinovic V. Компьютерные программы моделирования буровзрывных работ / Zb. Red/Tech. Fak. Inst. Bakor. Bot., 1998, 24, № l, с. 68-88.

94. Microsoft Windows 95. Русская версия. / Э.М. Берлинер, Б.Э. Глазырин, Н.Б. Глазырина- М., АВГ, 1996, 417с.

95. Modelling to improve blasting. Austral. Mining. /1999, 91, № 4, c.37.

96. Workman Lyall. The back of the blast. / Pit and Quarry, 1999, 10, c. 4850.

97. Woof Mike. Going with a bang. / World Miking Eguip, 1999, 23, № 2, c.12,14.