Разработка метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов: На примере Стойленского ГОКа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Веревочкин, Игорь Евгеньевич

• Веревочкин, Игорь Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Веревочкин, Игорь Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Анализ состояния и методов проектирования буровзрывных работ на карьерах

1.1 Обзор расчетных методов проектирования буровзрывных работ на карьерах

1.2 Мировой и отечественный опыт использования компьютерных технологий для решения горно-технологических задач

1.3 Цифровая модель горного массива

1.4 Цель, идея и задачи исследования

Глава П. Традиционное и компьютерное проектирование массовых взрывов в условиях Стойленского ГОКа.

2.1 Горно-геологические условия Стойленского карьера

2.2 Традиционное проектирование массовых взрывов

2.3 Особенности и возможности компьютерного проектирования

2.4. Формирование совмещенных компьютерных планов маркшейдерской и геологической информации карьера

Глава Ш. Определение рациональных параметров буровзрывных работ при проектировании массовых взрывов

3.1. Методика компьютерного отображения поверхностей обуриваемого блока

3.2. Энергетический принцип расчета рациональных параметров буровзрывных работ

3.3. Рациональные параметры комбинированных зарядов

Глава IV. Проектирование буровзрывных работ с использованием компьютерных технологий

4.1.Особенности компьютерного проектирования

4.2. Компьютерное проектирование буровых работ

4.3. Компьютерное проектирование взрывных работ

Глава V. Оценка эффективности проектирования буровзрывных работ с применением компьютерных технологий

5.1. Компьютерное проектирование как инструмент анализа проектных решений

5.2 Сопоставительный анализ проектной и фактической схем расположения скважин на уступе

5.3. Эффективность внедрения комбинированных зарядов

5.4. Эффективность проектирования массовых взрывов на Стойленском ГОКе на основе энергетического принципа с применением компьютерных технологий

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов: На примере Стойленского ГОКа»

Актуальность работы. На открытых горных работах более 80% объемов горных пород разрабатывается с применением буровзрывных работ. От эффективности взрывной подготовки руд и скальных пород в карьере зависит нормальная работа всего предприятия.

Стойленский горно-обогатительный комбинат является одним из крупнейших и передовых предприятий железорудной промышленности России. Разведанные запасы руды комбинат будет отрабатывать еще 200 лет. Кроме железной руды комбинат добывает кристаллические сланцы, выветренные сланцы, кварцито-песчанники, глины, суглинки, мел, пески, мергель. Рудное поле карьера слагают богатые железные руды и железистые кварциты с содержанием железа от 27% до 52%. Крепость руд при сложной их структуре изменяется в широких пределах, от рыхлых пород до весьма крепких. Взрывной способ отбойки и дробления руд на Стойленском карьере является основным. Взрывы проводятся два раза в месяц. За один раз взрывают до 1000 тонн взрывчатого вещества.

От эффективности взрывной подготовки руд и скальных пород в карьере зависит нормальная работа оборудования при погрузке, транспортировании и переработке горной массы. На комбинате постоянно уделяется большое внимание совершенствованию взрывных работ.

Важнейшими мероприятиями по совершенствованию взрывных работ стали:

- создание собственного цеха взрывных работ;

- строительство завода по приготовлению акватолов;

- комплексная механизация работ по изготовлению и использованию взрывчатых веществ на комбинате;

- разработка испытание и внедрение в производство новых видов взрывчатых веществ;

- внедрение компьютерных технологий проектирования массовых взрывов.

Существующие методы проектирования массовых взрывов не в полной мере учитывают особенности строения рудных тел. Нет методов учитывающих энергетические принципы расчета параметров зарядов взрывчатых веществ. Сложная структура рудных тел и частичная обводненность скважин обусловливают применение комбинированных зарядов в скважинах. Нет надежных методов расчета рациональных параметров комбинированных зарядов, учитывающих условия конкретного взрываемого блока. Применяемые методы проектирования недостаточно оперативны, проекты трудно корректировать, недостаточно полно учитываются физико-механические и структурные свойства пород на блоке. Качество подготовленных проектов не контролируется. Не контролируется точность исполнения проектов при подготовке массовых взрывов. Многие этих проблем могут быть решены при внедрении компьютерных технологий проектирования.

Изложенные соображения показывают актуальность научной задачи разработки метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов.

Цель работы - повышение технико-экономической эффективности буровзрывных работ на основе совершенствования метода проектирования массовых взрывов

Идея работы - использование энергетического принципа расчета параметров зарядов для проектирование массовых взрывов с применением компьютерных технологий.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались теоретические исследования, анализ и обобщение литературных данных, промышленные эксперименты, метод экспертных оценок.

Защищаемые положения:

1. Метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии.

2. Закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород.

3. Расчет параметров и технология формирования комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах из водосодержащего ВВ в нижней части скважины и гранулированного ВВ в ее верхней части.

4. Сопоставительный анализ проектной и фактической схем обуривания скважин на блоке и оценка негативных последствий их расхождения. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается:

• использованием научно обоснованного энергетического подхода к оценке объемов разрушения горной породы, приходящейся на одну скважину, исходя из типа взрывчатого вещества, конструкции заряда в скважине и свойств горного массива;

• соответствием расчетных значений параметров расположения скважин при массовых взрывах, реальной геометрии уступа и свойствам горного массива;

• эффективным внедрением разработанных технологий и предложенных способов расчета комбинированных зарядов в производство.

Научная новизна диссертации

Впервые разработан метод проектирования массовых взрывов на карьерах с использованием энергетического принципа дробления горных пород в горных массивах сложной структуры.

Разработан новый метод расчета параметров при формировании комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах.

Впервые разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока.

Практическое значение работы заключается во внедрении в производство рациональных параметров буровзрывных работ при отбойке сложно- структурных рудных тел, в разработке и внедрении технологии формирования комбинированных зарядов из водосодержащих и гранулированных ВВ, в адаптации программы автоматизированного проектирования БВР «UstuplO» к условиям Стойленского ГОКа.

Реализация результатов работы

Метод расчета рациональных параметров БВР на основе энергетического принципа дробления горных пород с учетом сложной структуры строения горного массива проходит промышленное испытание, а метод расчета параметров и технология формирования комбинированных зарядов, в частично обводненных и сухих скважинах, из водосодержащих и гранулированных ВВ внедрены на Стойленском карьере (акт о внедрении от 2.10.2003 имеется в приложении к диссертации).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: Международной конференции «Горное дело - 2000» (Москва, 2000 г.); Международной конференции по проблемам ведения взрывных работ (г. Рудный, 2000 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка - 2003» (Москва, 2003 г.); на технических советах Стойленского ГОКа; на научном семинаре в ИПКОН РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Веревочкин, Игорь Евгеньевич

Заключение

В диссертации, являющейся завершенной научно-исследовательской работой, изложен разработанный автором метод проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов с использованием компьютерных технологий (на примере Стойленского ГОКа).

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработан метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии. Метод позволяет учитывать свойства сложно-структурных рудных тел любой конфигурации.

2. Установлена закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород. В отличии от существующих методов расчетов учет сложной структуры взрываемого массива позволяет показать оптимальный объем разрушаемой породы приходящейся на одну скважину и правильно выбрать геометрию расположения скважины на блоке.

3. Разработан метод расчета параметров и двухстадийная технология формирования комбинированных зарядов из водосодержащего и гранулированного ВВ. В предложенной технологии в нижнюю часть заряда помещается водосодержащее взрывчатое вещество повышенной энергии, через сутки в верхнюю часть заряда помещают гранулированное взрывчатое вещество. Технология внедрена на Стойленском карьере.

4. Разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока. Предложены способы оценки негативных последствий их расхождения. Применение разработанного метода позволяет выполнять объективную оценку качества проектирования массовых взрывов и дает инструмент для оценки эффективности работы различных звеньев проектировщиков.

5. Выполнена адаптация компьютерной программы проектирования массовых взрывов «Ustup 10» к условиям Стойленского карьера и начато ее промышленное использование. Разработаны способы использования, имеющейся на карьере геологической и маркшейдерской информации, для составления цифровых моделей карьера, необходимых при работе компьютерной программы. Разработан вид документации выдаваемой при компьютерных расчетах сопоставимый с документами, используемыми на карьере при традиционных расчетах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Веревочкин, Игорь Евгеньевич, 2004 год

1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М., Недра, 1978, 543 с.

2. Барон Л.И. Коэффициенты крепости горных пород. М., Наука, 1972. 176 с.

3. Викторов С.Д. .Разработка и применение простейших взрывчатых веществ. М., ИПКОН РАН, 1996. 156 с.

4. Демидюк Г.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ. М., Недра. 1975. С. 28-29.

5. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Бондаренко Н.М. и др. Механизация взрывных работ. М., Недра, 1984.

6. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М., Недра, 1975. 192 с.

7. Покровский Г.И. Взрыв. М., Недра, 1980. 190 с.

8. Нормативный справочник по буровзрывным работам / Ф.А. Авдеев, B.J1. Барон, Н.В. Гуров, В. X. Кантор.- 5 -е изд. перераб. и доп.; М.: Недра,- 1986.

9. Справочник по буровзрывным работам/ М.Ф.Друкованный, JI.B. Дубнов, Э.О. Миндели.- М.: Недра.- 1976.

10. Проектирование взрывных работ в промышленности / Э.Б. Башкуев, A.M. Бейсебаев В.Ф. Боганицкий и др.- 2-е изд. перераб. и доп. М.-Недра.-1983,- 359 с.

11. Справочник взрывника / Б.Н. Кутузов, В.М. Скоробогатов, И.Е. Ерофеев и др.: Под общей ред. Б.Н. Кутузова.- М.: Недра, 1988.

12. Дунаев В.А., Ермолов В.А. Геологические факторы, влияющие на взрываемость горных пород при открытой разработке полезных ископаемых//Горн.Инф.-анал.бюл./Моск.гос.ун-т.-1999.-№ 1 .-С. 11-16

13. Кутузов Б.Н., Лемеш Н.И.,Плужников В.Ф. Классификация горных пород по взрываемости на карьерах //Горный журнал.-1979.-№2.-С. 41-43.

14. Тангаев И.А. Буримость и взрываемость горных пород. М.: Недра, 1987.-186 с.

15. Репин Н.Я., Бирюков А.В. К расчету степени дробления горных пород взрывом скважинных зарядов/ Изв. Высш. Учеб. Завед. //Горный журнал,- № 10,- 1972,- С. 75-78.

16. Карта взрываемости горных пород и автоматизации проектирования буровзрывных работ на карьерах/В.А.Дунаев, С.С.Серый,

17. A.В.Герасимов, В.А.Ермолов В.А.//Горн.журнал-2000.-№1.-С. 17-21.

18. Метод районирования горных пород по трудности взрывания.

19. B.Н. Мосинец, Е.М. Подойницын, А.Н. Солдатов и др. ФТПРПИ .- 1967,-№1.-С. 30-36.

20. Веревочкин И.Е. Новые технические решения по разработке Стойленского месторождения и совершенствованию взрывных работ. Сборник материало конференции "Горное дело-2000". М., МГГИ, 2001. С. 291-300.

21. Веревочкин И.Е. Стойленкому ГОКу 40 лет // Горный журнал, №6, 2001. С. 15-19.

22. Виноградов С.А., Веревочкин И.Е. Строительство и освоение мощностей Стойленского ГОКа результат творческого сотрудничества горняков и проектировщиков.// Горный журнал, №6, 2001. С. 23-25.

23. Калашников А.Т. Эффективная технология буровзрывных работ в карьере Лебединского ГОКа- / Горный журнал № 3,- 1987.- С. 30-34.

24. Рубцов С.К., Шлыков А.Г, Шелепов П. А. повышение эффективности буровзрывных работ на карьерах комбината. // Горный журнал,-1998.-№8,- С. 41-44.

25. Буровзрывные работы на карьере «Мурунтаю»/ С.К.Рубцов, О.Н.Малыгин, П.А.Шеметов, И.П.Бибин, В.В.Гончаров.- Горный журнал.-2001,№8,-С. 33-37

26. Азаркович А.Е., Шуйфер М.И. Оценка относительнойё взрывной эффективности различных взрывчатых веществ в массиве пород // ФТПРГТИ.-1997.-№2.

27. Падуков В.А., Антоненко В.А., Подозерский Д.С. Разрушение горных пород при ударе и взрыве Д.: Наука, 1971.

28. Падуков В.А., Маляров И.П. Механика разрушения горных пород при взрыве. Иркутск- 1985

29. Исследование полей напряжений и процесса образования трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах// Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва: Из-во: АН СССР, 1958

30. Мосинец В.Н., Пашков А.Д., Латышев В.А. Разрушение горных пород М.: Недра.- 1975.

31. Александрова Н.И., Шер Е.Н. Влияние забойки на разрушение горных пород взрывом цилиндрического заряда// ФТПРПИ.-1999.-№5. С. 4256.

32. Ракишев Б.В., Ракишева З.Б. Разрушение массива пород в торцевой части заряда //Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород-М.- 1999.- С. 180-184.

33. Исследование влияния сетки скважин, диаметра зарядов и удельного расхода ВВ на степень дробления взорванной массы// П.С. Данчев, В.Н. Рождественский, К.Ш. Зайнулик и др. Сб. Взрывное дело №69/26, М.: Недра,-С. 194-201.

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

35. Баранов Е.Г. Короткозамедленное взрывание.- Фрунзе : Илим.-1971,- 146 с.

36. Кучерявый Ф.И., Друкованный М.Ф., Гаек Ф.В. Короткозамедленное взрывание на карьерах.- М.: Госгортехиздат, 1962.- 227 с.

37. Машуков В.И. Расчет оптимальных интервалов замедления при короткозамедленном способе взрывании// Горный журнал, 1965, № 11

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

39. Фадеев А.Б. Дробящее и сейсмическое действие взрывов на карьерах. М.: Недра, 1972.-136 с.

40. Единые правила безопасности при взрывных работах/ Редкол.: М.П. Васильчук и др.: Утв. Госгортехнадзором России 1992- М.: НПО ОБТ,-1992.

41. Капустин Ю.Е. Некоторые вопросы использования компьютеров на горных предприятиях СНГ. //Горный журнал.,- 1993, №7.-С. 52-57.

42. Капустин Ю.Е., Ноулес А. Состояние и основные тенденции развития компьютерных технологий проектирования открытых горных работ.// Горный журнал, -1995, №9- С. 15-18.

43. Алферов А.Ю., Васильев П.В., Кинзерская Е.А. Состояние и тенденции компьютеризации геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ. Маркшейдерский вестник, №1, 1996. С. 22-23.

44. Программно-аппаратное обеспечение, фонд цифрового материала, услуги и нормативно-правовая база геоинформатики в России и СНГ. Ежегодный обзор. М.; ГИС-ассоциация, 1995.- 273 с.

45. Аленичев В.М., Суханов В.И. Компьютерная технология составления паспорта буровзрывных работ. // Горный журнал, №9-10, 1999. С. 79-86.

46. Чечетин С.Г., Хохолков А.А. Использование компьютерной технологии в горном и взрывном деле. // Горный журнал, №9-10, 1999. С. 8690.

47. Аммерал Л. Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. М., "Сол Систем", 1992, 223 с.

48. Ерлыков B.JI., Быховец А.Н., Дунаев В.А. и др. Компьютерная горно-геолого-маркшейдерская система "Ковдор-геомарк". // Горный журнал, №12, 1997. С. 26-29.

49. Кутузов Б.Н. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ. В кн. Разрушение горных пород взрывом. М.,- 1994. С. 406-445.

50. Пакет программ для математического моделирования процесса динамического деформирования и разрушения горных пород. В кн.: "Новые технологии комплексного использования природных ресурсов Севера. 1998.

51. Лукичев С.В., Козырев С. А., Фаттахов Э.И. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьере. М.,-1997. С. 58-60.

52. Лукичев С.В., Козырев А.А., Васерман А.Д., Бусырев В.М. Информационные технологии в горном деле. Апатиты, КНЦ РАН, 1998, 173 с.

53. Лукичев С.В., Наговицин О.В., Свинин B.C., Егоров В.Ф. Система автоматизированного планирования и проектирования горных работ GeoTech ЗО-Апатит. // Горный журнал, №3, 2000. С. 56-58.

54. Викторов С.Д., Казаков Н.Н. Автоматизированное проектирование и сравнительный анализ результатов веерной отбойки при подземной разработке месторождений. В кн. Проблемы безопасности и совершенствования горных работ. Пермь, 1999. С. 29-30.

55. Справочник открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, Н.Н. Мельников и др. М.: Горное бюро- 1994 .- 590 с.

56. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом.- М.: МГИ.-1992,- 516 с.

57. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах.- М.: Недра.- 1976.-271 с.

58. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов. М.: Недра,-1978.-256 с.

59. Ракишев Б.Р. Прогнозирование технологических параметров взорванных пород на карьерах.-Алма-Ата: Наука.-1983.-240с.

60. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве,- 3-е изд. перераб. и доп., М.: 1997.- 232 с.