Методика прогнозирования гранулометрического состава при буровзрывной отбойке гранита на щебень тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.11, кандидат технических наук Хохлов, Сергей Владимирович

• Хохлов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хохлов, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ,

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Методы прогнозирования грансостава.

1.2. Влияние диаметра на формирование грансостава.

1.3. Выводы по главе 1.

1.4. Постановка задач исследования.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАНСОСТАВА

ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ.

2.1 Постановка эксперимента.

2.2 Измерение грансостава.

2.3 Отбор проб.

2.4. Результаты исследования.;.:.

2.5 Выводы по главе 2.

3. РАЗМЕР ЗОН ПЕРЕИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПРЕДРАЗРУШЕНИЯ.

3.1. Модель образования зон переизмельчения и предразрушения.

3.2. Сравнение экспериментальных и расчетных данных.

3.3. Выводы по главе 3.

4. МОДЕЛЬ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД.

4.1. Зона дробления.

4.2. Зона откола.

4.3. Модель естественной трещиноватости и блочности скального массива.

4.3.1.Модель слияния трещин.

4.3.2.Вероятность образования осколков и гранулометрический состав

4.4. Зона трещинообразования.

4.5. Сравнение расчетных и фактических данных.

4.6. Выводы по главе 4.ИЗ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика прогнозирования гранулометрического состава при буровзрывной отбойке гранита на щебень»

Актуальность работы.

Около 30% горной массы, добываемой на щебеночных предприятиях Ленинградской области, при взрывоподготовке и последующем механическом дроблении, составляет фракция менее 5 мм (отсев), которая практически не находит сбыта. Даже в случае, когда дробленый отсев продается полностью, рыночная цена на него значительно ниже цен на кондиционные фракции.

Существенную роль в установлении рыночной цены конечного продукта играет процесс взрывоподготовки горной массы, при котором происходит формирование гранулометрического состава.

Экспериментально установлено, что между средним размером куска взорванной горной массы и диаметром заряда существует определенная зависимость, которая для заданных условий взрывания является величиной постоянной. При этом отмечается, что применение взрывных скважин малых диаметров позволяет уменьшить выход негабаритных фракций и снизить количество переизмельченной горной породы. Существующие методы оценки качества взорванной горной массы при изменении диаметра скважин не адекватны решаемым задачам.

Поэтому прогнозирование гранулометрического состава взорванной горной массы при изменении параметров БВР, в частности диаметра взрывных скважин, является актуальной задачей при взрывной отбойке гранита на щебень.

Цель диссертационной работы: Разработка метода прогнозирования параметров буровзрывных работ, обеспечивающих повышение качества щебеночной продукции.

Идея работы: Управление гранулометрическим составом взорванной горной массы осуществляется выбором диаметра заряда и величиной линии наименьшего сопротивления с учетом физических, термодинамических, статистических процессов взрывного дробления в различных зонах разрушения.

Задачи исследования:

1. Исследовать особенности формирования гранулометрического состава горной массы при различных условиях силового динамического воздействия на горную породу, определяемых стадией технологического процесса.

2. Разработать физическую модель формирования гранулометрического состава разрушенной горной массы в различных зонах взрывного разрушения с учетом физических, термодинамических, статистических процессов, естественной блочности.

3. Исследовать процесс формирования гранулометрического состава и установить связь качества подготовки горной массы с условиями взрывного нагружения массива при изменении диаметра взрывных скважин.

4. Обосновать механизм трещинообразования на стадии повторного приложения динамических нагрузок, обусловленных технологическим процессом переработки горной массы.

5. На основе исследования процесса трещинообразования, разработать модель образования зоны переизмельчения.

Основные научные положения, представленные к защите: 1. Переход на скважины малого диаметра сопровождается повышением коэффициента взрывной эффективности, что позволяет при сохранении качества взорванной горной массы, снизить выход мелких некондиционных фракций.

2. Выход мелких некондиционных фракций на стадии механического дробления взорванной горной массы определяется кинетикой трещинообразования.

3. Адекватная численная модель прогноза гранулометрического состава взорванной горной массы создается с учетом статистических, механических и термодинамических процессов при взрывном разрушении горных пород, в каждой из зон разрушения.

Научная новизна работы;

- Предложен метод прогноза гранулометрического состава взорванной горной массы в различных зонах разрушения, учитывающий изменение диаметра заряда, физические, термодинамические, статистические процессы, структуру и естественную блочность среды;

- Предложен метод оценки зон повышенной концентрации микротрещин, основанный на кинетике их накопления в процессе взрывного разрушения, позволяющий прогнозировать выход мелких некондиционных фракций на стадии механического дробления горной массы.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы послужили труды отечественных и зарубежных ученых и практиков в области теории взрыва. При решении поставленных задач использовались методы кинетической теории прочности, физики и механики формирования трещин, физического и математического моделирования, экспериментальных исследований, а также ситовой и фотопланиметрический метод оценки грансостава.

Достоверность научных положений обосновывается большим объемом проанализированной и обобщенной исходной информации о влиянии диаметра на качество дробления горной массы, подтверждается сходимостью в пределах погрешности измерений прогнозируемых и фактических параматров БВР для получения заданной степени дробления.

Практическая ценность работы заключается;

- в разработке метода прогноза гранулометрического состава взорванной горной массы при изменении параметров буровзрывных работ, в частности, диаметра взрывных скважин.

- в прогнозировании выхода мелких некондиционных фракций на стадии механического дробления горной массы, на основе расчета зон повышенной концентрации микротрещин, при взрывном разрушении горных пород;

- в доказательстве перспективности перехода на скважины малых диаметров, позволяющие существенно снизить выход негабаритной фракции и уменьшить выход отсева.

Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке и проведении промышленных экспериментов, в сборе и анализе результатов, разработке метода прогнозирования гранулометрического состава взорванной горной массы, обоснование формирования зон повышенной концентрации микротрещин.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 1996, 1997, 1998 г.г.), на днях "Недели Горняка" (г. Москва, 1998 г), на кафедре разрушения горных пород СПГТИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 125 страниц, содержит 12 таблиц и 19 рисунков, а также список литературы из 95 наименований.

Заключение диссертации по теме «Физические процессы горного производства», Хохлов, Сергей Владимирович

4.6. Выводы по главе 4

1. На основе зонной модели разрушения горных пород взрывом построена модель формирования гранулометрического состава взорванной горной массы.

2. Дисперсия распределения для логнормального закона в зоне дробления, может быть определена через термодинамические параметры.

3. Формирование откольных слоев обусловлено действием отраженной от свободной поверхности волны. Поверхность каждого последующего откольного слоя является новой свободной поверхностью.

4. Максимальные различия в размерах кусков породы взорванной горной массы для различных диаметров скважин, определяется размерами откольных слоев.

5. Уточнен показатель взрывной эффективности на случай изменения диаметра взрывных скважин. Данная поправка расширяет применение методики по определению параметров БВР на заданный средний кускок взорванной горной массы по результатам эталонного взрыва.

6. На основе предложенных рекомендаций создана программа расчета кусковатости горной массы по данным эталонного взрыва, включающая случай изменения диаметра взрывных скважин. Проверка расчетных и экспериментальных данных показала, что различие между прогнозируемыми и фактическими значениями не превышает допустимую ошибку точности измерений (2,5 - 7 %).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой содержится решение актуальной задачи управления гранулометрическим составом взорванной горной массы при выборе параметров буровзрывных работ, обеспечивающих заданное качество дробления горного массива.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем.

1. Анализ полученных экспериментальных данных по кусковатости взорванной горной массы показал, что выход мелочи непосредственно после взрыва составляет всего 2-3 % и мало зависит от применяемого диаметра взрывных скважин. Основное же образование мелочи происходит после прохождения горной массы через ДСЗ (Дробильно сортировочный завод) и составляет 30 % от всего объема, для скважин диаметром 250 мм и 18 %, для скважин - 100 мм.

2. Предложен метод расчета коэффициента взрывной эффективности при изменении диаметра взрывных скважин. Данная поправка расширяет применение методики определения параметров буровзрывных работ по результатам эталонного взрыва на заданный средний размер куска.

3. На основе кинетической теории прочности разработана модель формирования зон повышенной концентрации микротрещин.

4. Установлена связь между зонами повышенной концентрации микротрещин и выходом мелкой некондиционной фракции.

5. Разработан метод прогноза гранулометрического состава взорванной горной массы в различных зонах разрушения, отличающийся от ранее известных учетом влияния диаметра скважин, статистических, механических и термодинамических процессов при взрывном разрушении горных пород, структуры и естественной блочности массива.

115

6. Показано, что каждой иерархии трещин по размерам соответствует своя величина прочности, определяемая через термокинетические параметры Uo и у.

7. Разработан метод расчета гранулометрического состава в откольной зоне с учетом размеров откольных слоев и естественной трещиноватости.

8. Разработанный численный метод позволяет оценивать выход пылевых фракций на стадии взрывного разрушения в ближней зоне взрыва.

9. Установлены численные характеристики выхода негабарита и отсева при переходе на скважины малых диаметров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хохлов, Сергей Владимирович, 2000 год

1. Адушкин В.В., Сухотин А.Н. О разрушении твердой среды взрывом. ПМТФ N 4,1961.

2. Акутин Г.К. Определение основных параметров взрывных работ колонковыми зарядами., автореферат диссертации, 1951г.

3. Бабаянц Г.М. О степени точности определения кусковатости руды фотопланиметрическим способом с точечным подсчетом. Недра, Горный журнал, N 4 ,1964.

4. Барон В.Л. Исследования по дроблению каменных блоков действием взрыва в Англии, (реферат). М., Недра, Взрывное дело, N 50/7,1962.

5. Барон Л.И. Горнотехнологическое породоведение. М., Наука, 1977.

6. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения. М., Издво АН СССР, 1960.

7. Барон Л.И., Левчик С.П. О рационализации пробы для оценки дробящей способности ВВ. В сб. Взрывное дело, N 53/10,1963.

8. Барон Л.И., Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке. М., Недра, 1966.

9. Барон Л.И., Сиротюк Г.М. Проверка применимости уравнения РозинаРамлера для исчисления диаметра среднего куска при взрывной отбойке горных пород. В кн. Взрывное дело N 62/19, М., Недра 1978.

10. Ю.Баум, К.П. Станюкович, Б.И. Шехтер " Физика взрыва", М., 1973,704 с.

11. Безматерных В.А., Симанов В.Г., Гилев Б.А. Классификация массивов горных пород по типу распределения размеров кусков.Изв.ВУЗов Горный журнал, N 10 1973.

12. Бетехтин В.И., Владимиров В.И. Проблемы прочности и пластичности твердых тел., Л., 1979, стр.142-154

13. Бирюков A.B., Репин Н.Я. Вероятностно-статистические исследования кусковатости горных пород. Кемерово, Тр. КузПИ, вып. 28, 1970.

14. Бирюков A.B., Репин Н.Я. Анализ применимости некоторых законов распределения при изучении кусковатых смесей. Кемерово, Тр. КузПИ, вып. 48,1973.

15. Боровиков В. А. Закономерности затухания волны напряжений при прохождении через трещину., Сб. Взрывное дело, 1983, вып. 85/42

16. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф. Техника и технология взрывных работ. Ленинград, ЛГИ 1985.

17. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф., Менжулин М.Г., Цирель C.B. Волны напряжений в обводненном трещиноватом массиве. ЛГИ, 1989 г.

18. Бурлуцкий Б.Д. О дроблении пород зарядами различного диаметра. Сб. «Взрывное дело» №59/16, «Недра», М.

19. Виноградов Ю.И. Исследование влияния удельных энергозатрат и сетки расположения скважин на эффективность дробления горных пород взрывом. Дис. к.т.н., Ленинград, ЛГИ , 1976.

20. Власов O.E. Основы теории действия взрыва. М., Издво ВИА 1957.

21. Вовк A.A., Замышляев Б.В./Поведение грунтов под действием импульсных нагрузок./Киев:Наука думка,1984, 288с.

22. Гагулин М.В. И др. Исследование глубины и диаметра взрывных скважин на качество дробления. Сборник Взрывное дело, №67/24, Недра, М., 1969 г.

23. Гезалов М.А., КуксенкоВ.С., Слуцкер А.И. Фибрилярная структура и субмикроскопические трещины в ориентированных кристаллических полимерах, ФТТ, 1970, 12, стр. 100-108

24. Горохов И.Ю. Минимальная масса пробы на ситовой и фракционный анализы. Изв. ВУЗов, Горный журнал, N 2 1983.

25. Горохов И.Ю., Чугайнов Н.В. Вывод и экспериментальная проверка формул для числовых и весовых отклонений с целью определения минимального веса пробы на ситовой анализ. Колыма, N 11,1977.

26. Данчев П.С. и др. О влиянии диаметра заряда на степень дробления прочной среды. Сб. Трудов ИГД МЧМ СССР, серия "Разрушение горных пород взрывом", 1970, вып. 26

27. Демидюк Г.П. Управление действием взрыва при горных работах. Сб. Научные основы технологии открытых горных работ, Наука, 1969.

28. Демидюк Г.П., К вопросу зависимости степени дробления породы взрывом от диаметра заряда ВВ. Сборник Взрывное дело, №67/24, Недра, М., 1969 г.

29. Дружинин Н.К. Выборочное наблюдение и эксперимент. М., Статистика, 1977.

30. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Ильин В.И. Буровзрывные работы на карьерах, М., «Недра», 1967

31. Дубинин Н.Г., Рябченко Е.П. Отбойка руды зарядами скважин различного диаметра. Новосибирск, Наука, 1972.

32. Единые правила безопасности при взрывных работах. М., НПО ОБГ, 1992.

33. Ефремов Э.И. Взрывание с внутрискважинными замедлениеми. Киев, Наукова думка, 1971.

34. Журков С.Н. и др. Концентрационный критерий объемного разрушения твердых тел ., Физические процессы в очагах землетрясений., М., Наука, 1980, стр,78-86.

35. Журков С.Н. и др. О прогнозировании разрушения горных пород. Изв. АН СССР Физика земли, N6,1977.

36. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел., Вестник АН СССР, 1957, №11,стр. 78-85

37. Зольников В.З., Ерофеев В.А., Бодрецов М.В., Фазалов Г.Т. Опыт взрывания крупноблочных пород сплошными и рассредоточенными зарядами с воздушными промежутками на Красногорском угольном карьере. Сб. Взрывное дело N 55/12 , М., Недра, 1964.

38. Козин В.З., Карпов A.A., Цыпин Е.Ф., Тююшева Н.М. Погрешность сокращения пробы. Изв. ВУЗов, Горный журнал, N 9,1982.

39. Колмогоров А.Н. О логарифмически нормальном законе распределении размеров частиц при дроблении. В кн. Теория вероятностей и математическая статистика., М., Наука, 1986.

40. Комир В.М., Гейман Л.М., Кравцов B.C., Мячина Н.И. Моделирование разрушающего действия взрыва в горных породах. М., Наука, 1972.

41. Косачев М.Н. Дробление горных пород при взрывных работах. М., Углетехиздат, 1947.

42. Кузнецов В.А. Аналитическая оценка грансостава взорванной горной массы. Сб. Взрывное дело, №91/48,1998 г.

43. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела. Изд. "Наука", Сибирское отделение, Новосибирск, 1977,260 с.

44. Куксенко В.М. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Автореф. дис. докт. Наук, Ленинград, ИБС АН СССР, 1977

45. Куксенко B.C. Модель перехода от микро к макроразрушению твердых тел. Физика прочности и пластичности. Л. Наука, 1986 г., стр.3 6-41

46. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. М., Недра, 1988.

47. Кутузов Б.Н., Казаков H.H. Методика расчета дробящего действия взрыва. М., Изд. МГИ, 1981.

48. Кутузов Б.Н., Ромашкин И.П. Метод определения оптимальных параметров буровзрывных работ для карьеров. В сб. «Взрывное дело», 59/16, Недра, 1966.

49. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Зависимость удельного расхода ВВ от диаметра заряда. Горный журнал, №2,1974 г.

50. Кутузов Б.Н., Тюпин В.Н. Определение размера зоны регулируемого дробления при взрыве заряда в трещиноватом массиве. Изв ВУЗов,Горный журнал, N 8 1979.

51. Кутузов Б.Н., Тюпин В.Н. Определение размеров зон деформирования трещиноватого массива взрывом заряда ВВ. Изв ВУЗов, Горный журнал. N 4/83,1983.

52. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.И. Разрушение горных пород. М., Недра, 1972.

53. Макарьев В.П. Статистические модели взрывного разрушения и методы исследования кусковатости. Ленинград, ЛГИ, 1981.

54. Макарьев В.П. Исследование и прогнозирование характеристик гранулометрического состава горной массы при ударе и взрывном разрушении. Автореферат канд. дисерт., Л., ЛГИ, 1972.

55. Макарьев В.П. Методика выбора диаметра скважины по минимуму себестоимости горной массы. Л., Тр.инта Гипроникель вып. 61 ,1975.

56. Макарьев В.П., Михайлов В.А. Определение оптимальной степени дробления гранитного массива взрывом на щебеночных карьерах. В сб. Разрушение горных пород, Ленинград, ЛГИ т. 99 ,1984.

57. Макарьев В.П., Короткое Ю.А. К вопросу о законе распределения дробленой руды по размерам. Ленинград Тр. инта Гипроникель т. 51 1970.

58. Макарьев В.П., Михайлов В.А. Определение оптимальной степени дробления гранитного массива взрывом на щебеночных карьерах. В сб. Разрушение горных пород , Ленинград, ЛГИ т. 99 ,1984.

59. Мельников Н.В. Открытые горные работы. Международный симпозиум. М., Недра, 1971.

60. Мельников Н.В. Техника открытых горных работ за рубежом. Гл.З Взрывные работы. Госгортехиздат, 1962

61. Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Энергия взрыва и конструкция заряда., М., Недра, 1964г.

62. Мосинец В.Н. Исследование параметров буровзрывных работ при разработке рудных месторождений открытым способом., автореферат диссертации, 1958 г.

63. Нефедов М.А. Направленное разрушение горных пород взрывом. СПБ, Изд. СПб университета, 1992.

64. Новожилов М.Г. и др. Влияние диаметра заряда на интенсивность дробления хрупких пород взрывом., Сб. Взрывное дело, 1963, вып. 63/10

65. Падуков В.А., Макарьев В.П. Инвариантные соотношения в задачах прогнозирования кусковатости горной массы при взрывном дроблении. Л., Тр. инта Гипроникель, вып. 59, 1974.

66. Петров В.А. О механизме и кинетике макроразрушения. ФТТ, т.21, Вып.12, 1979.

67. Покровский Г.И. Взрыв. М., Недра, 1980.

68. Покровский Г.И. Предпосылки теории дробления породы взрывом . Сб. Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва М., АН СССР, 1958.

69. Разумовский Н.К. Логарифмическинормальный закон распределения вещества и его свойства. Записки ЛГИ, Ленинград, т. XX , 1948.

70. Рац M.B. Неоднородности горных пород и их физических свойств. М., Наука, 1968.

71. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. 1974 г.

72. Репин Н.Я, Исследование влияния диаметра заряда и трещиноватости среды на степень ее дробления взрывом. «Горный журнал» №5, 1970. Свердловск

73. Репин Н.Я. и др. Определение размеров зоны разрушения пород скважинными зарядами разного диаметра. Горный журнал, №1, ВУЗ, 1968 г., Свердловск

74. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов. М., Недра 1978.

75. Репин Н.Я., Бирюков A.B. Анализ применимости некоторых законов распределения при изучении кусковатых смесей. Кемерово, Тр. КузПИ, вып. 48,1973.

76. Репин Н.Я., Богатырев В.П., Буткин В.Д. и др. Буровзрывные работы на угольных разрезах. М., Недра 1987.

77. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М., "Недра", 1986 г.

78. Рудник нового типа с открытым способом добычи железной руды./Проектные предложения/. Отчет института Гипроруда., т.2,1961 г.

79. Сборник « Взрывное дело » №47/4, Москва, 1961 г.

80. Сборник « Взрывное дело » №59/10, Москва, 1962 г.

81. Сборник « Взрывные работы на открытых разработках » №5, Москва, 1961 г.

82. Терентьев В.И. Управление кусковатостью при поточной технологии добычи руд подземным способом. М., Наука, 1972.

83. Фаддеенков H.H. О методическом подходе к управлению кусковатостью при взрывном дроблении горных пород. В сб. Взрывное дело, N 86/43,1984.

84. Физика взрыва. Под ред. Садовского М.А. М., Недра 1971.123

85. Фрейденталь A.M. Статистический подход к хрупкому разрушению. Разрушение т.2, под ред. Г. Либовиц, Мир, М. 1975.

86. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разушении пород взрывом. М., Госгортехиздат, 1962.

87. Чертков В.Я. Научные основы прогноза и регулирования взорванной горной массы на карьерах, диссертация д.т.н., М., 1990.

88. Чертков В.Я. Теоретическая оценка характеристик повышенной микротрещиноватости при взрывной отбойке блочного камня., ФТПРПИ, 1989, №3, стр.36-43

89. Cilvarry I.I., Bergstrom В.Н. I. Appl. Physics v.32, N 3,1961.

90. Hudson J.A., Priest S.D. Discontinuities and Rock Mass Geometry. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanical Abstracts, v. 16, N6,1979.

91. Kochanowsku B.J. Snolined drilling and blasting, Mining Congress Journal, 1961, 47, vol.11