Обоснование технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Панкратов, Антон Валерьевич

• Панкратов, Антон Валерьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Панкратов, Антон Валерьевич

Содержание

Введение

Глава 1 Аналитический обзор и постановка задачи исследования

1.1 Краткий обзор современных представлений о специфики взрывного разупрочнения горных пород

1.2 Анализ классического расчета технологических параметров паспорта буровзрывных работ, рекомендуемого нормами технологического проектирования

1.3 Оценка влияния особенностей строения выемочного блока на гранулометрический состав взорванной массы

1.3.1 Анализ влияния трещи новатости выемочного блока на гранулометрический состав взорванной массы

1.3.2 Анализ влияния положения заряда взрывчатого вещества относительно естественной трещиноватости

1.3.3 Формализованная модель поведения взрыва в трещиноватой среде породного массива

1А Постановка задач исследования

Выводы

Глава 2 Уточнение расчета технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации с учетом природных размеров отдельностей и геометрии выемочного блока

2.1 Параметры, характеризующие выемочный блок добычного уступа карбонатных пород

2.2 Подготовка исходных данных для проектирования паспорта буровзрывных работ

2.2.1 Мероприятия по подготовке фотоснимка

2.2.2 Оценка прочностных характеристик выемочного блока

2.2.3 Фоточисловой анализ при определении направления трещиноватости в выемочном блоке

2.2.4 Определение геометрических параметров отдельностей. Построение плоской модели поверхности откоса выемочного блока

2.3 Обработка данных плоской модели поверхности откоса выемочного

блока. Объемное моделирование выемочного блока

2.3.1 Предварительная оценка содержания негабаритных природных отдельностей в выемочном блоке

2.3.2 Объемное моделирование выемочного блока

2.4 Обработка данных объемной модели выемочного блока

2.4.1 Переход к координатному описанию геометрических параметров

выемочного блока

2.5 Расчет конструкции и положения заряда взрывчатого вещества

2.5.1 Оценка трудности разрушения выемочного блока и удельного расхода взрывчатого вещества

2.5.2 Взаимосвязь внутренних геометрических параметров с технологическими параметрами положения заряда взрывчатого вещества в выемочном блоке

2.5.3 Расчет параметров конструкции скважинного заряда взрывчатого вещества с учетом волновой теории взрыва

2.6 Вычисление радиусов для корректировки положения заряда взрывчатого вещества

2.6.1 Расчет радиуса кривизны откоса выемочного блока

2.6.2 Расчет радиусов зон действия взрыва

2.7 Вычисление координат точек заложения зарядов взрывчатого вещества

2.7.1 Вычисление координаты х точки заложения зарядов взрывчатого вещества

2.7.2 Вычисление координаты у точки заложения зарядов взрывчатого вещества

2.7.3 Вычисление координаты г точки заложения зарядов взрывчатого вещества

2.8 Подготовка обновленного паспорта буровзрывных работ

2.8.1 Экспорт данных из программы расчета

2.8.2 Импорт данных в графический редактор

2.8.3 Проектирование скважин под заряды взрывчатого вещества

2.8.4 Оформление конечного паспорта буровзрывных работ

Выводы

Глава 3 Экспериментальное исследование уточненного расчета технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации

3.1 Сведения об условиях проведения экспериментальных взрывов

3.1.1 Сведения о рельефе местности, геологии и гидрогеологии месторождения

3.1.2 Краткая геологическая характеристика разрабатываемых пород

3.1.3 Существующие условия ведения буровзрывных работ

3.1 Подготовка исходных данных для построения нового паспорта буровзрывных работ

3.1.1 Ввод геологических параметров взрываемого блока и технологических условий производства

3.1.2 Фоточисловой анализ поверхности откоса взрываемого блока. Оценка структурных особенностей выемочного блока

3.2 Анализ плоской модели поверхности откоса выемочного блока

3.2.1 Оценка содержания негабаритных отдельностей по площади открытой

поверхности структурных элементов

3.2.2 Вычисление длины скрытой грани структурного элемента. Объемное

моделирование выемочного блока

3.3 Обработка данных с объемной модели выемочного блока

3.4 Расчет конструкции и положения заряда взрывчатого вещества

3.5 Вычисление координат точек заложения зарядов взрывчатого вещества

3.6 Подготовка обновленного паспорта буровзрывных работ

3.7 Результаты экспериментальных взрывов

Выводы

Глава 4 Методические рекомендации по обоснованию координат заложения скважинных зарядов взрывчатого вещества в породном массиве выемочного блока

4.1 Архитектура автоматизированной методики подготовки паспорта буровзрывных работ

4.2 Состав автоматизированной методики

4.2.1 Программный модуль ввода исходных данных и подготовки расширенного набора данных о строении выемочного блока

4.2.2 Программный модуль плоского моделирования

4.2.3 Программный модуль объемного моделирования

4.2.4 Программный модуль расчета параметров заряда взрывчатого вещества

4.2.5 Программный модуль подготовки паспорта буровзрывных работ

4.2.6 Расчет параметров буровых работ

Заключение

Список используемой литературы

138

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время подготовка выемочного блока известняков к экскавации путем разрушения породного массива энергией взрыва скважинных зарядов остается основным способом, обеспечивающим высокий показатель производительности карьера. Паспорт подготовки выемочного блока массива известняков к экскавации является звеном в цепи обоснования проектных решений по технологии отработки месторождений, который наряду с другими факторами определяет себестоимость процесса погрузки, транспортировки и переработки породной массы до конечной продукции карьера.

Проектные решения по буровзрывным работам в карьере обосновываются расчетами технологических параметров по формулам, рекомендуемым нормами технологического проектирования. Однако эти формулы не включают параметры, учитывающие индивидуальные особенности массива известняков каждого выемочного блока. Выходные данные паспорта буровзрывных работ имеют обобщенный усредненный характер, а результаты взрывных работ носят вероятностный характер получения взрывным способом заданного гранулометрического состава пород из массива выемочного блока.

Поэтому обоснование технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации, зависящих от природных размеров отдельно-стей и геометрии выемочного блока, является актуальной задачей.

Цель работы. Уточнение закономерностей распределения природных от-дельностей известняков для определения параметров и повышения эффективности взрывного способа подготовки породного массива к экскавации путем введения координат заложения зарядов взрывчатого вещества, зависящих от природных размеров отдельностей и геометрии выемочного блока.

Идея работы. Повышение эффективности подготовки к экскавации обеспечивается рациональным расположением скважинных зарядов на основании результатов фоточислового анализа, моделирования природного гранулометрического состава массива известняков и технологических параметров выемочного блока.

Методы исследования - комплексный метод, включающий обзор, обобщение и анализ предшествующих теоретических разработок и практического опыта по теме диссертации; дистанционный метод сбора исходной информации о выемочном блоке (фоточисловой анализ); плоское и объемное моделирование в графической среде программного обеспечения AutoCAD Civil 2015; экспериментальные работы в условиях горного предприятия; компьютерная обработка полученных данных.

Научные положения, выносимые на защиту:

- для получения взрывом зарядов взрывчатого вещества породной массы с гранулометрическим составом, отвечающим требованиям технологии производства щебня из известняков, необходимо послойно оценивать природный гранулометрический состав для выбора места положения зарядов ВВ в выемочном блоке;

- расчет параметров конструкций зарядов взрывчатого вещества и установление их положений в породном массиве необходимо выполнять с учетом геометрических параметров природных отдельностей по каждому слою и геометрии выемочного блока уступа;

- фоточисловой анализ свободных поверхностей выемочного блока и координатная система позволяют включить в проектирование паспорта буровзрывных работ параметры, отражающие геометрию выемочного блока, размеры отдельностей по каждому слою толщи известняков и выборочное расположение зарядов, что обеспечивает взрывное дробление крупноблочных отдельностей и рыхление породного массива.

Научная новизна работы:

- установлено, что послойная оценка массива известняков с помощью фоточислового анализа в координатной системе позволяет выявить в породном массиве слои с отдельностями, которые необходимо дробить, и слои, которые нужно только рыхлить;

- установлено, что расчет параметров конструкций зарядов взрывчатого вещества и их положения в породном массиве необходимо выполнять с учетом геометрических параметров природных крупноблочных отдельностей по каждому слою и геометрии выемочного блока уступа;

- установлено, что усовершенствованный расчет технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации с учетом природных размеров отдельностей по каждому природному слою толщи известняков обеспечивает дробление крупноблочных отдельностей массива и рыхление остальной его части, что дает увеличение на 15 - 20 % выхода товарного щебня с объема выемочного блока за счет снижения переизмельченной взрывом части породного массива.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются:

- удовлетворительным совпадением расчетов с результатами экспериментальных исследований (отклонение не превысило 25 %);

- корректностью применения плоского и объемного моделирования выемочного блока при вычислении координат заложения зарядов взрывчатого вещества;

- положительным решением о выдаче патента на изобретение №2517289.

Научное значение работы заключается в получении результатов, позволяющих корректировать направление дальнейших исследовательских работ по изучению управляемости поведением взрыва в трещиноватом породном массиве.

Практическое значение работы заключается в обосновании технологических параметров взрывной подготовки массива известняков к экскавации путем учета в расчетах геометрии выемочного блока уступа и размеров отдельностей по каждому природному слою толщи известняков; создании комплекса программных средств, позволяющих автоматизировать процесс проектирования паспортов буровзрывных работ с учетом геометрии выемочного блока, размеров отдельностей по

каждому слою толщи известняков, что обеспечивает дробление крупноблочных от-дельностей и рыхление массива известняков при снижении удельного расхода ВВ на 10-15 % и выходе негабаритов менее 2,0 %.

Реализация работы. По результатам исследований разработана автоматизированная методика подготовки паспорта буровзрывных работ на карьерах по добычи известняков, которая позволяет организациям, производящих взрывные работы, вычислять координаты заложения зарядов взрывчатого вещества и проектировать паспорта буровзрывных работ в режимах реального времени, что позволяет получать требуемый гранулометрический состав взорванной массы. Методические рекомендации по учету влияния геометрии выемочного блока и размеров отдельностей по каждому слою толщи известняков на результаты проектирования технологических параметров буровзрывных работ внедрены в учебный процесс на кафедре «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» Тульского государственного университета. Результаты научных исследований применяются в ООО «ГЕОТИМС» при выполнении проектной документации для разработки месторождений известняков.

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований, обработке экспериментальных и расчетных данных, разработке и совершенствовании методов расчета с уточнением зависимостей и разработке методических рекомендаций, апробации работы, подготовке публикаций.

Апробация работы. Основные результаты работы в период выполнения диссертации докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях, ежегодном научном симпозиуме, совещаниях и семинарах: на научных семинарах кафедры ГиСПС ТулГУ (г. Тула, 2013-2015 гг.), Международной конференции «Геомеханика и механика подземных сооружений» (г. Тула, 2014 г., ТулГУ), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2013» (г. Москва, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России» (г. Прокопьевск, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получен патент РФ №2517289.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 145 страниц текста, 62 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 104 наименований.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Краткий обзор современных представлений о специфики взрывного разупрочнения горных пород

Действие взрыва в горных породах исследуется учеными уже не одно столетие. Описание действия взрыва с физической точки зрения является весьма сложной задачей из-за многогранности его проявления в массивах горных пород из-за большого количества факторов, оказывающих влияние на поведение взрыва. Это обстоятельство привело к появлению многих гипотез, на базе которых пытались и пытаются описать поведение взрыва в горных породах. В настоящее время невозможно выделить ни одну из гипотез, которая бы в полной мере отвечала по допущениям фактическим результатам поведения взрыва в массивах горных пород.

При анализе научных работ, посвященных вопросу поведения взрыва в массиве горных пород, можно выделить пять перспективных направлений [45].

В основу работ первого направления заложены общие закономерности и эмпирические формулы, отражающие параметры взрыва. Основные положения данного направления изложены в работах [92, 93]. Одним из основателей данного направления являлся А.Ф. Суханов. Его работы констатируют, что при воздействии взрыва на горную породу происходит частичное разрушение массива по боковой плоскости воронки взрыва и преодоление силы тяжести взрываемой породы или инерции масс [92, 93]. Одновременно происходит первичное дробление породы. Взрыв развивается во всех плоскостях внутренней части воронки. Площадь боковой поверхности воронки пропорциональна относительно общей площади плоскостей внутренней части воронки. Ударная волна распространяется в породе на высоких скоростях, следствием чего придается мгновенное ускорение массы породы и с преодолением силы инерции. Описывая, таким образом, процесс разрушения, А.Ф. Суханов отмечает в своих работах, что описанные выше силы являются глав-

ными в процессе разрушения горных пород взрывом, а использование универсальных гипотез процесса разрушения практически невозможно выделить ввиду трудности их практического применения [69].

В основу работ второго направления заложены закономерности и теоретические формулы расчетов параметров взрыва. Теоретические формулы данного направления, в основном, получены при упрощении схемы процесса разрушения с большим количеством допущений. К таким работам относятся труды O.E. Власова [19,20,21,22] и ряда других ученых. В своей теории он существенно упростил ряд особенностей воздействия взрыва на разрушаемый массив. Так, к примеру, O.E. Власов считал, что энергия, выделенная при взрыве, передается в породу мгновенно в виде кинетической энергии, а саму породу рассматривал как несжимаемую среду. Параметры действия взрыва описываются системой дифференциальных уравнений. Однако данные упрощения и схематизация искажают реальную картину действия взрыва в горных породах [19,22].

В большинстве работ третьего направления заложена теория поршневого воздействия продуктов взрыва. Процесс разрушения горных пород взрывом в работах данного направления описывается качественно, а не количественно.

В работах четвертого направления выделяется то, что разрушение пород взрывом происходит за счет воздействия волнового процесса. К работам этого направления относятся работы следующих ученых: В.В. Адушкина [1], В.Н. Родионова [82], Г.И. Покровского [74, 75]. При взрыве ВВ в породе на всю плоскость зарядной полости продукты детонации оказывают давление, значение которого измеряется тысячами кгс/см2. Около плоскости заряда порода подвергается раздавливанию и переходит в текучее состояние. Происходит смещение породы в радиальном направлении от центра заряда. Далее порода смещается вслед за фронтом деформационной волны. С определенного момента сопротивление породы раздавливанию становится меньше значения временного сопротивления породы раздавливанию, что приводит к изменению деформации разрушаемой среды.

Из-за удаления распространяющейся деформационной волны от оси заряда происходит образование и распространение радиальных трещин в сторону движения волны. С момента, когда растягивающие тангенциальные напряжения становятся меньше временного сопротивления на разрыв, прекращается развитие новых трещин. После прохождения волны сжатия происходит падения давления в зарядной камере. Порода в ближней зоне разгружается и происходит расширение к центру зарядной полости. Результатом такого смещения являются образование кольцевых тангенциальных трещины в области распространения радиальных трещин.

При наличии свободной поверхности вблизи действия взрыва характер дробления пород меняется. Основными в процессе разрушения становятся отраженные волны сжатия. От свободной плоскости к оси заряда проходит волна разряжения, которая приводит к возникновению растягивающих напряжений. Величины напряжений в волне растяжения несколько меньше, чем в волне сжатия. Исходя из того, что сопротивление горных пород сжатию больше сопротивления на растяжение, то волна разряжения обеспечивает большее по объему разрушения, чем волна сжатия.

Н.В. Мельников так же рассматривает процесс разрушения с точки зрения волновой модели. В его работах механизм разрушения описывается в схематизированном виде: образовавшиеся газообразные продукты детонации мгновенно осуществляют удар на окружающую среду, обеспечивая зарождение и распространение волн сжатия и растяжения. После этого, среда, в которую преломляются волны, приобретает поступательное движение и смещается в сторону наименьшего сопротивления.

А.Н. Ханукаев разделяет взгляды Н.В. Мельникова, но в своих работах вводит классификацию горных пород по характеру разрушения, зависящего от свойств породы [98]. К первой категории относятся породы, разрушение которых происходит за счет запасенной кинетической энергии, которую среда приобретает в момент расширения газообразных продуктов детонации.

Ко второй категории отнесены породы, разрушающиеся под действием волн напряжения. К третьей категории отнесены породы, которые разрушаются при совокупном воздействии газообразных продуктов взрыва и волновом воздействии. А.Н. Ханукаев связывает условия взрывания и параметры волн напряжений, описывая данную связь большим количеством эмпирических зависимостей [99].

К.П. Станюковичем, Ф.А. Баумом и другими учеными были развиты физико-математические расчеты, основанные на теоретических зависимостях, описывающих физическую сущность волновых процессов при воздействии взрыва на массив [9].

В работах Ф.А. Баума [8] процесс разрушения горных пород происходит за счет расширением газообразных продуктов взрыва, что приводит к образованию зон пластических деформаций и текучести, сжимающих и растягивающих напряжений. Далее, после прохождения ударной волны и образования радиальных трещин появляются растягивающие напряжения, что приводит к образованию новых систем трещин, вызванных воздействием отраженной волны. После двукратного отражения, волна гаснет и не может оказать разрушительное влияние на разрушаемую среду.

Пятое направление является совокупностью положений третьего и четвертого гипотетических направлений. Разрушение горных пород происходит за счет волнового и поршневого действия взрыва. Основные положения данного направления представлены в работах Г.П. Демидюка.

Г.П. Демидюк предлагает следующую гипотезу разрушения: после ударной волны на стенку взрывной камеры газообразные продукты взрыва оказывают давление, заставляя зарядную полость увеличиваться в объеме. Часть энергии взрыва передается окружающей среде поршневым действием взрыва. Вблизи поверхности заряда при воздействии такого давления, порода дробится и измельчается. Частицы среды смещаются по радиальному направлению. Напряжения сжатия снижаются по мере удаления от оси заряда и со временем становятся меньше динамического предела прочности разрушаемой среды на сжатие. С этого момента характер деформации среды меняется. При дальнейшем распространении волны от оси заряда

образуются трещины, направленные радиально. Далее значение тангенциальных растягивающих напряжений снижается и достигает значений динамического предела прочности пород на растяжение. С этого момента образование новых трещин прекращается.

При наличии свободной поверхности вблизи источника взрыва схема процесса разрушения изменяется. В случае если заряд располагается от свободной плоскости на расстояние меньше критичного, то на последующее протекание процесса разрушения среды за границей зоны разрыва оказывает значительное воздействие свободная боковая плоскость. Давление газообразных продуктов взрыва, заполняющих зарядную камеру и тангенциальные трещины зоны разрыва, обусловливает их рост в сторону свободной поверхности. В смещение вовлекаются все больше отдаленные от плоскости слои среды, подпираемые давлением газообразных продуктов взрыва. Во внешних слоях массива возникают растягивающие напряжения и радиальные трещины.

Между приведенными первыми 4 гипотезами отсутствует общая концепция, которая бы их объединяла. Л.И. Барон отмечает, что нельзя приписывать ведущую роль в процессе разрушения горных пород взрывом ударной волне или давлению газообразных продуктов взрыва. Общая гипотеза разрушения должна принимать во внимание обе составляющие данного процесса [4, 5, 6, 7].

Если проанализировать все представленные гипотезы действия взрыва в горных породах, то можно отметить, что при волновой и квазистатической моделях влияния объемной концентрации ВВ определяется законами энергетического и геометрического подобий. Данные законы устанавливают подобие действия взрыва зарядов разной конструкции и разных значений приведенной ЛНС, определяют направление исследований по влиянию геометрических характеристик этих зарядов на результат взрывов. Оценки количества энергии передаваемой массиву и расходуемой на процесс дробления разнятся между собой и дают лишь приблизительные результаты. Доля энергии, расходуемая на разрушение горных пород, является функцией удельного расхода ВВ и сетки расположения скважин. Из-за погрешно-

сти в оценках доли энергии передаваемой массиву, для инженерных расчетов целесообразно использовать значение полной выделившейся энергии при детонации или значение удельных энергозатрат ВВ [85].

1.2 Анализ классического расчета технологических параметров паспорта буровзрывных работ, рекомендуемого нормами технологического проектирования

При ведении буровзрывных работ на карьерах по добыче известняков чаще всего применяется метод скважинных зарядов. Это основной метод взрывания на карьерах.

Для разрушения горного массива методом скважинных зарядов применяют вертикальные и наклонные скважины длиной от 5 до 20 м и более диаметром от 100 мм до 300 мм. С целью повышения вместимости в скважине заряда ВВ на железорудных карьерах производят расширение скважины в заряжаемой части до 400-500 мм.

Типовые параметры скважинных зарядов

На уступе скважины можно располагать в один ряд (однорядное взрывание), два и более рядов (многорядное взрывание). Возможные схемы расположения вертикальных и наклонных скважин при взрывании уступов приведены на рисунке 1.1 и 1.2.

Технология выполнения массового взрыва скважинных зарядов состоит из следующих этапов и операций.

I. Подготовительный этап выполнения массового взрыва, который включает:

а — подготовка исходных материалов для составления проекта взрыва с целью определения расчетного расхода ВВ, диаметра скважин, сопротивления по подошве, величины перебура скважины и забойки, расстояния между скважинами, величины заряда в скважине;

б — составление проекта массового взрыва;

в — определение границ опасной зоны;

г — охрану места взрыва;

д — установление системы сигнализации при взрывных работах.

II. Выполнение массового взрыва включает:

• изготовление патронов-боевиков;

• заряжание и забойка скважин;

• монтаж взрывной сети и производство взрыва;

• осмотр места взрыва и ликвидация отказавших зарядов.

еь

_1П _///'#/

Рисунок 1.1— Типичные схемы расположения вертикальных и наклонных скважинных зарядов: 1-3-однорядное расположение вертикальных и 11-12 -наклонных скважин; 5,8,10 - с расширением вертикальных скважин на участке расположения заряда или 3-котловое; 4, 5 - многорядное одноуступное и 6, 14 - с подпорной стенкой для вертикальных скважин; 7 - каскадное и 9,10 - многоуступное расположение вертикальных и наклонных скважин; 8 и 10 - с расширением нижней части вертикальных скважин.

Рисунок 1.2 - Расположение скважин на уступах карьеров характеризуют следующими величинами (рисунок 1.1): d- диаметр скважины (заряда), м;

Н - высота уступа, м; W- сопротивление по подошве (СПП), м; а - расстояние между скважинами, м; Ъ - расстояние между зарядами, м; с - безопасное расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа, м; hap - длина заряда, м; 1п - длина перебура, м; 1заб - длина забойки, м; Z, - длина (глубина) скважины, м; а - угол откоса уступа.

На всех этапах подготовки, проведения и оценки результатов взрыва осуществляется маркшейдерское обслуживание. Маркшейдерское обслуживание массовых взрывов включает в себя следующие операции:

1) выдачу плана-задания на производство массового взрыва;

2) производство маркшейдерско-геологической съемки выемочного блока, намечаемого к взрыву; на основании съемки составляется план и характерные разрезы выемочного блока с указанием свойств пород, трещиноватости породного массива, крепости и другие показатели;

3) вынос скважин с проекта в натуру;

4) съемку фактического положения пробуренных скважин (величины перебура, расстояния между скважинами, расстояния скважин первого ряда от верхней бровки уступа, значения СПП, углов откоса уступа);

5) оценку результатов взрыва (объема взорванной горной массы, величины развала, линии и угла откоса развала, установление коэффициента разрыхления, выхода горной массы с 1 м скважины, фактического удельного расхода ВВ, полноты отрыва пород по подошве уступа, величины заколов и т. д.).

Маркшейдерская документация массовых взрывов во всех случаях состоит из плана-задания (масштаб 1:1000); предварительного плана проекта расположения скважин на уступе (масштаб 1:500); поперечных профилей скважин первого ряда (масштаб 1:500 и 1:200) с таблицей расчета зарядов; геолого-технологического плана блока (масштаб 1:500); сводного плана буровых и взрывных работ (масштаб 1:1000).

Подготовка исходных материалов

Выбор диаметра скважин осуществляется из следующих соображений.

В породах I—II категорий трещиноватости диаметр заряда выбирается как можно большим (300—350 мм), Величина его ограничивается лишь технологическими соображениями (мощностью карьера, производительностью бурового станка, устойчивостью откосов уступов и т. д.).

В породах III—IV категорий при возможности применения многорядного взрывания диаметр зарядов принимался 200—250 мм.

При высоких удельных расходах ВВ, больших скоростях смешения (разлета) отдельностей интенсивность дробления массива скважинами большого диаметра может незначительно отличаться от интенсивности ею дробления скважинами меньшего диаметра, если скорости смешения (соударения) отдельностей при малом диаметре будут меньше, чем при большом.

При многорядном взрывании эта разница может быть еще меньше за счет интенсивного взаимодействия (соударения) больших перемещающихся масс породы при взрыве скважин большого диаметра, а также при взрывании массивов, сложенных хорошо дробящимися от механического соударения отдельностями.

Для карьеров производительностью по горной массе более 2—3 млн мЗ в год рационально применение мощных станков СБШ-250МН, СБШ-320 и др., для средних карьеров производительностью 0,5—2,0 млн мЗ рациональны станки 2СБШ-200Н, для малых карьеров станки пневмоударного и вращательного бурения с диаметром долота 105—160 мм, а также станки шарошечные для бурения скважин уменьшенного диаметра. Заслуживает внимания также применение самоходных станков для бурения скважин диаметром 60—70 мм мощными бурильными молотками с независимым вращением.

Определение величины сопротивления по подошве для обеспечения нормального разрушения массива на уровне подошвы

Предельное значение сопротивления по подошве (СПИ) ЙГ для одиночных скважин определяют по формуле С.А. Давыдова:

где Ктр - коэффициент, учитывающий трещиноватость пород, который принимают на основании классификации значения коэффициента Ктр, учитывающий

трещиноватость горных пород в массиве при определении показателя трудности разрушения породы Пр [94];

4скв ~ Диаметр скважины, м;

Рзар ~ плотность заряжания взрывчатого вещества в скважине, кг/дм3;

у - плотность горной породы кг/м3.

Трест «Союзвзрывпром» рекомендует определять, СПП одиночной скважины по формуле:

(1.1)

(1.2)

где р - вместимость ВВ в 1 м скважины, кг/м3;

qp - проектный расчетный расход ВВ, кг/м3.

С учетом взаимодействия зарядов IVопределяют, принимая во внимание коэффициент их сближения т, по формуле:

ГГ =Жод (1,6-0,5т), (1.3)

где Ж0д — СГТГТ одиночной скважины, м;

т - коэффициент сближения скважин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Панкратов, Антон Валерьевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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

2 Альмухаметов Б. Я. К методике подсчета процента выхода кондиционных блоков при оценке месторождений стенового камня. Узб. геол. ж. № 6, 1977, С. 82-88.

3 Альмухаметов Б.Я., Гончаров Т.Е., Боровский Я Л., Киселева Н.И. Методические рекомендации по изучению трещиноватости и блочности горных пород на месторождениях облицовочного и стенового камня. Казань, 1985. 111 С.

4 Барон Л.И., Васильев Г.А., Докучаев М.М. Взрывные работы. М.: Недра, 1981. 199 С.

5 Барон Л.И., Личели Г.П. Исследование дробящей способности взрывчатых веществ при взрывании трещиноватых сред. Взрывное дело, 1962, №50, С. 83-98.

6 Барон Л.И., Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке. М.: Недра, 1966. 136 С.

7 Баум Ф.А, Л.П. Орленко, К.П. Станюкович и др. Физика взрыва. М.: Наука, 1975. 704 С.

8 Баум Ф.А. Процессы разрушения горных пород взрывом. М.: Госгорте-хиздат 1963. №52/9. С. 263-285.

9 Беликов Б. П. и др. Природные каменные облицовочные материалы (Методы их оценки, изучения, ресурсы). Неметаллические полезные ископаемые, т. 4. Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР, 1975. 123 С.

10 Беликов Б. П., Коутин Д. П. и др. Облицовочные камни Кубы. М.: Наука, 1981,272 С.

11 Беликов Б.П. О методе изучения трещиноватой тектоники месторождений строительного и облицовочного камня. М.: АН СССР, 1953. С 45.

12 Борзунов В. М., Гроховский Л. М. Поиски и разведка месторождений минерального сырья для химической промышленности. М.: Недра, 1978. 264 С.

13 Борисов A.A. Механика горных пород. - М.: Недра, 1980. 360 С.

14 Борщ-Компониец В.И. Механика горных пород и горное давление. -М.:МГИ, 1968. 484 С.

15 Буровзрывные работы. М.: Госнаучтехиздат, 1962. 242 С.

16 Вассоевич Н. Б., Гладкова Е. Г. О необходимости упорядочения тер-минклатуры, связанной с периодичностью и цикличностью литогенеза, нефтеобра-зования и других природных явлений. Современные проблемы геологии и геохимии горючих ископаемых. М., Наука, 1973, С. 9-31.

17 Вассоевича Н. Б., Либровича В. Л., Логвиненко Н. В., Марченко В. И. - Справочник по литологии, Москва Недра ,1983, 505 С.

18 Виноградов Ю.И. Исследование влияния удельных энергозатрат и сетки расположения скважин на эффективность дробления горных пород взрывом. Автореферат к.т.н. Ленинград, 1976, С 25.

19 Власов O.E. К основам теории разрушения горных пород действием взрыва. Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958. С. 44-61.

20 Власов O.E. Основы расчета дробления горных пород взрывом. М.: АН СССР, 1962. 104 С.

21 Власов O.E. Основы динамики взрыва. М.: ВИА, 1945. 351 С.

22 Власов O.E. Основы теории действия взрыва. М.: ВИА, 1957. 408 С.

23 Вовк A.A. Справочник взрывника. Государственное издательство технической литературы УССР Киев, 1963. 267 С.

24 Воробьев, В.Д. Влияние анизотропии гранитов на выбор параметров сетки скважинных зарядов ВВ и качество дробления горной массы. Горный журнал №4, 1977. С.46-48.

25 Габидулин В. С. Трехмерное моделирование в AutoCAD 2014. М. 2013.

675 С.

26 Гаджиев К. И. Изучение трещин в различных типах строительных и облицовочных известняков Азербайджана для оценки перспективности их месторождений. Автореферат на соискание степени кандидата наук. Баку, 1969. 17 С.

27 Гзовский М. В. Тектонические поля напряжений. Изв. АН СССР. сер. Геофизич. N25. 1954, С.85.

28 Глазов Д.Д., Орощин А.Д. Гибкая технология комплексно-механизированной выемки угля. М. Недра, 1992. 441 С.

29 Гончаров С.А. Разрушение горных пород, пути повышения его эффективности. Горный журнал №5, 1996. С. 9-12.

30 Гончаров, С.А. Стратегия ресурсосбережения при разрушении горных пород. Горный журнал №4-5, 2003. С. 26-30.

31 Давыдов, С.А. О регулировании кусковатости горной массы. Горный журнал №5, 1983. С. 28- 30.

32 Демидюк Г.П. К вопросу о механизме дробления пород взрывом №52/9. М.: Госгортехиздат, 1963. С. 285-287.

33 Демидюк Г.П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде. Буровзрывные работы в горной промышленности. М: Госгортехиздат, 1962. С. 223-240.

34 Друкованный М.Ф., Гаек Ю.В., Мишин В.В. К вопросу о влиянии тре-щиноватости на характер разрушения породного массива взрывом. Взрвное дело №50,1962. С. 98-107.

35 Друкованный М.Ф., Комир В.М., Кузнецов В.М. Действие взрыва в горных породах. Киев: Наука думка, 1973. 184 С.

36 Друкованный, М.Ф. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. М.: Недра, 1980. 223 С.

37 Ершов, Н.П. Развитие технологии буровзрывных работ на карьере Ко-вдорского ГОКа Горный журнал №8, 1978. С. 43-46.

38 Ефремов, Э.И. Механика взрывного разрушения пород различной структуры. Киев: Наукова думка, 1984. 192 С.

39 Ефремов, Э.И. Подготовка горной массы на карьерах. М.: Недра, 1980.

271 С.

40 Ефремовцев, Н.С. Совершенствование технологии буровзрывных работ с учетом геолого-структурных особенностей массива. Горный журнал №5, 1981. С. 42-45.

41 Иванова И. Н. Двустворчатые моллюски и условия осадконакопления (литолого-палеоэкологический и актуалистический анализ позднепалеозойских отложений юга Западной Сибири и мелководья некоторых морей СССР). М., Наука, 1973, 164 С.

42 Игнатенко И.М. Разработка методики и автоматизированной системы оценки взрываемости горных пород на карьерах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород, 2011. 134 С.

43 Ильницкая Е. И., Тедер Р. И., Ватолин Е. С. и др. Свойства горных пород и методы их определения. М.: Недра, 1969. 392 С.

44 Ископаемые органогенные постройки, рифы, методы их изучения и нефтегазоносность. М., Наука, 1975. 235 С

45 Казаков H.H. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами М.: Недра, 1975.185 С.

46 Калашников, А.Т. Технология добычи и переработки железных руд на карьерах / А.Т. Калашников. М.: Недра, 1993. 219С.

47 Карогодин Ю. Н. Ритмичность осадконакопления и нефтегазоносность, М„ Недра, 1974. 176 С.

48 Копытов А.И., Масаев Ю.А., Першин В.В. Взрывные работы в горной промышленности. Новосибирск, 2013. 511 С.

49 Кутузов, Б.Н. Разрушение горных пород взрывом (взрывные технологии в промышленности). М.: МГГУ, 1994. 448 С.

50 Кутузов, Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М.: МГГУ, 1992. 516

С.

51 Кучерявый, Ф.И. О влиянии степени трещиноватости и ориентировки трещин в массиве на результаты взрывов в карьерах. Взрывное дело. № 56/13,1964. С.211-219.

52 Кучерявый, Ф.И. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972. 240 С.

53 Левковский Р.З. Рапакиви. Л.: Недра, 1975. 223 С.

54 Ломизе Е. М. Фильтрация в трещиноватых породах. М.-Л., 1951. С. 85

55 Ляхов Г.М. Основы динамики взрывных волн в грунтовых и горных породах. М.: Недра, 1974. 192 С.

56 Магойченков М.А., Галаджий Ф.М., Росинский Н.Л. Мастер взрывник, Москва Недра 1975,288 С.

57 Макарова Р.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Тула, 2011. 114 С.

58 Матвейчук В.В., Чурсалов В.П. Взрывные работы. М.: Академический проект, 2002. 384 С.

59 Машуков, В.И. О влиянии анизотропии трещиноватости на показатели отбойки горных пород. Горный журнал №7, 1986. С. 41- 43.

60 Методические указания по геологической съемке м-ба 1:50000. Л., Недра, 1974.

61 Мечиков О.С. Определение гранулометрического состава взорванной горной массы фотограмметрическим методом. 1959. С. 106-114.

62 Мечиков О.С. Фотограмметрический способ оценки результатов взрывных работ и влияния естественной трещиноватости. Горное дело № 3, 1958. С. 15-16.

63 Михайлов А.Е. Полевые методы изучения трещин в горных породах. Москва, 1956 г. С. 8.

64 Мовчан Д. В. Современный самоучитель работы в AutoCAD Civil 3D. М. 2013, 574 С.

65 Мосинец, В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.: Недра, 1976. 271 С.

66 Неганов, В.П. Совершенствование технологии открытой разработки золоторудных и алмазных месторождений Горный журнал №27,2001. С.27-30.

67 Оксанич И.Ф. Закономерности дробления пород взрывом и прогнозирование их гранулометрического состава. М.: Недра, 1982. 166 С.

68 Орлов A.B. AutoCAD 2015. Руководство Издательство. Питер, 2015.

384 С.

69 Основные теоретические вопросы цикличности седиментогенеза. М., Наука, 1977.

70 Панков, Д.В. Опыт районирования карьера Ковдорского ГОКа по взры-ваемости горных пород. 1982. С. 27-33.

71 Пелевина И. А. AutoCAD Civil 3D 2010. BHV-СПб, 2010. 502 С.

72 Периодические процессы в геологии. J1., Недра, 1976. 262 С.

73 Пермяков Е. Н., Тектоническая трещиноватость Русской платформы. МОИП, 1956.

74 Покровский Г.И. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. М.: Стройиздат, 1957. 275 С.

75 Покровский Г.И. Предпосылки теории дробления пород взрывом. М.: АН СССР, 1958. С. 140-149.

76 Попов А.Я. Исследование и разработка способа экранирования взрывных волн с целью повышения эффективности и безопасности буровзрывных работ в угольных забоях шахт. Тбилиси, 1977. 22 С.

77 Протодьяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. НКТП, 1933. 127 С.

78 Пэк А. В. Трещинная тектоника и структурный анализ. АН СССР, 1939.

79 Рац, М.В. Структурные модели в инженерной геологии. М.: Недра, 1973.216 С.

80 Ритмичность природных явлений. JL, Наука, 1973. 255 С.

81 Родионов В.Н. Механический эффект подземного взрыва. М.: Недра, 1964. 186 С.

82 Рождественский, В.Н. Расчет параметров буровзрывных работ с учетом трещиноватости и качества дробления пород. Горный журнал №7,1981. С.51-52.

83 Рубцов, В.К. Изучение структурных особенностей массива горных пород применительно к взрывным работам. Взрывное дело №53/10, 1963. С.31-36.

84 Сафронов В.П. Разработка рациональной технологии управления труд-нообрушающейея кровлей в комплексно-механизированных лавах на базе исследования проявлений горного давления. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

85 Сафронов В.П. К вопросу о создании гибких технологий для разработки месторождений известняка. Подземная разработка тонких и средней мощности уголных пластов: сб. науч. Трудов. 4.2. Тула, 2002. С.243-246.

86 Сафронов В.П. Оценка по показателю «блочность» основных структурных элементов массива карбонатных пород. Проблемы и перспективы развития горнодобывающей промышленности Подмосковного бассейна: тр. Междун. Найч.-практич. Конф. ТулГУ, 2002. С.85-86.

87 Сафронов В.П., Сафронов В.В., Макаров A.B. Установление зависимостей геометрических и прочностных параметров природных блоков от мощности вмещающего слоя. Известия Тульского государственного университета, Естественные науки. 2010. Вып. 1. С. 294-298.

88 Соколов Д. С., Смирнов А. А. Методика графического изображения трещиноватостей. Разведка недр № 1.

89 Справочник по буровзрывным работам. М.Ф. Друкованный, JT.B. Дубнов, Э.О. Миндели, К.И. Иванов, В.И.Ильин. М.:Недра, 1976. 631 С.

90 Суханов А.Ф. Буровзрывные работы. М.: Госгортехиздат, 1962. 242 С.

91 Суханов А.Ф. Разрушение горных пород взрывом. М.: Недра, 1983. 344

С.

92 Суханов А.Ф. Современный уровень техники взрывных работ и разрушение горных пород. М.: МГИ, 1963. - 80 С.

93 Сухоручкин В. В., Применение полярной сетки при изучение трещинной тектоники. Горный журнал № 10, 1945.

94 Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., К.Е. Винницкий. Открытые горные работы. М.: Горное бюро, 1994. 590 С.

95 Трунин А. П., Финаревский И. И., Чистяков С. В. Фототеодолитная съемка в крупных масштабах. Изд. 2-е испр. и доп. М.: Недра, 1978.207 С.

96 Фелистов Э.С. Программа Autodesk AutoCAD 2004. Учебное пособие по автоматизированному проектированию, 2004. 448 С.

97 Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М.: Недра, 1974. - 224 С.

98 Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. М.: Госгортехиздат, 1962. 200 С.

99 Хлобустов A.A. К методике замеров трещиноватости горных пород. Узб. Геол. Ж. №3, С. 78-82.

100 Чирков A.C. Добыча и переработка строительных горных пород: Учебник для вузов М.: МГГУ, 2001. - 623 С.

101 Чэпел Эрик. AutoCAD Civil 3D 2014. Официальный учебный курс. МК Пресс, 2013.440 С.

102 Шевцов, А.Я. Вязкие сдвиговые деформации и тектоническая делимость железорудной толщи Старооскольского района КМА. В.: ВГУ, 1996. 93 С.

103 Шлайн И.Б. Разработка месторождений карбонатных пород. М.: Недра, 1968. 293 С.

104 Щербаков П.Н., Метод оперативной оценки крепости и трещиноватости горных пород при производстве буровзрывных работ на карьерах. Горный журнал №7, 1983. С.35-37.

утверждаю

Днректор__ О' " " ''ИМ С»

• ч Корнеев В.Д.

I' > *. . » • . •

2015 г.

АКТ

О внедрении (использовании) результатов кандидат с ко й диссертационном работы

ПАНКРАТОВА АНТОНА ВАЛЕРЬЕВИЧА

Комиссия и сосгане:

председатель: М.С. Лазарев, директор научной части, ГИГ1. к.г.н.;

члены комиссии: Ю.В. Зайцев — руководи гель по проектной чаеш. км.н.. доцент;

Р.В. Макаров - ведущий специалист но рациональному использованию leopecypcoB, к.т.н;

A.A. Сидорков - глапшпй инженер по экологической безопасноеiи и охране окружающей среды, к.т.н.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы ПАНКРАТОВА АНТОНА ВАЛЕРЬЕВИЧА «Обоснование технологических параметров взрывной нодюювки массива известняков к экскавации», представленной на соискание ученой cienetni кандидат технических наук, использованы в деятельности ООО «ГЕО'ШМС» при разработке проектом документации п виде расчетов параметров взрывного способа подготовки породною массива к экскавации путем введения координат заложения зарядов вфывчаюю вещества, зависящих от природных размеров отдельностей и геометрии выемочною блока. Использование полученных результатов способствует получению породной массы с гранулометрическим соскшом. с)1вечающим [ехнолошческим требованиям юрною производив». и новышешпо выхода полезной массы с единицы объема выемочного блока.

Результаты внедрялись при выполнении НИР по ¡емам:

1 Панкратов, A.B. Совершенсиювание буровзрывною способа подюювки породною массива к экскавации / A.B. Панкраюв, М.С. Лазарев, A.A. Сидорков, O.IO. Сифронон /' Мшсриилм II Международной заочной научно-практической конференции молодых уче-ных, аспирантов, студентов «Современные проблемы освоения недр». Белгород. - 2012. - С. 98 - 101.

2 Сафронов, В.П. Применение доступных технологий в совершенствовании буро-взрывных paöoi / B.II. Сафронов, A.B. Панкратов / Доклады 3-й Всероссийской научпо-1с\ничсской конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологий». - 2012. - 4.2. - С. 94 -

3 Панкратов, A.B. Использование эффекта быстрою горения вмеею деюнации ВВ при подютовке горного массива к экскавации / A.B. Панкратов / Доклады 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и техно-логин». - 2012.-4.2.-С. 40-44.

4 Сафронов, В.П. Решения по совершенствованию расчетного аппарата подготовки паспорта БВР / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Изв. ТулГУ. Пауки о Земле. -2013. - Выи.З. - С. 90 - 96.

99.

5 Сафронов, В.П. Новые закономерности взрывной подготовки выемочного блоки массива карбонатных пород к экскавации / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Изв. ТулГУ. Технические науки.- 2013. -Вып.6, 4.1. -С. 94 - 101.

6 Сафронов, В.П. Совершенствование расчетного алгоритма параметров паспорта буровзрывных работ / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2014. -Вып.4.-С. 151-166.

7 Сафронов, B.II. Уточнение формулы определения линии наименьшего сопротивле-ния по откосу уступа карьера / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Сборник трудов IV Меж-дународной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития угольных регионов России». Прокопьевск. - 2014. - С. 66 - 67.

8 Сафронов, В.П. Обоснование параметров БВР с учетом природного фанулометри-ческого состава массив карбонатных пород / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Электрон-нмй Научный вестник Московского государственного горного университета. - 2014. - Вып.2(47). — С. 110 - 117.

9 Сафронов, В.Г1. Уточнение расчетных формул для разработки паспортов буро-взрывных работ / В.П. Сафронов, A.B. Панкратов / Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2015 - Выи.4. - С. 37 -45.

10 Сафронов, В.П. Патент РФ №2517289. Способ ведения буровзрывных работ. В.П. Сафронов, В.В. Сафронов, Р.В. Макаров, A.B. Панкратов. Опубликован 27.05.2014. Бюллетень №15-2014.

Председатель комиссии, директор научной части, ГИП ООО «ГПОТИМС», к.т.н.

М.С. JhiiapeB

ЗЮОТШЙОБАШ ФВДЦЕРАЩШШ

«

ш т

ш %

« «

ш ш ш ш т

т »

НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

№2517289

СПОСОБ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА

КАРЬЕРАХ

Патентообладателе ли): Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОТИМС" (КМ)

Лвтор(ы): Сафронов Виктор Петрович (1111), Сафронов Вадим Викторович (Яи), Макаров Роман Владимирович (1111), Панкратов Антон Валерьевич (1111)

Заявка №2013100438 Приоритет изобретения 09 января 2013 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 28 марта 2014 г. Срок действия патента истекает 09 января 2033 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности

В.П. Симонов