Разработка сейсмобезопасных методов взрывания горных пород в приконтурной зоне железорудных карьеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Болотова Юлия Николаевна

• Болотова Юлия Николаевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Болотова Юлия Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИКОНТУРНОЙ ЗОНЫ КАРЬЕРОВ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Сырьевая база России железорудного сырья, разрабатываемого с применением открытых технологий

1.2 Анализ современных требований к качеству и безопасности производства взрывных работ

1.3 Современные методы управления действием взрыва на открытых горных разработках

1.4 Технологии ведения взрывных работ в приконтурной зоне для получения устойчивых откосов на железорудных карьерах

1.5 Задачи исследований

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАССИВА ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЗРЫВАЕМЫХ ПОРОД

2.1 Картирование рабочей зоны карьера АО «Михайловский ГОК» по степени трещиноватости и взрываемости

2.2 Определение изменения физико-технических свойств железистых кварцитов и взрываемости горных пород железорудных месторождений с глубиной разработки

2.2.1 Результаты проведенных исследований

2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЙ СКВАЖИННЫМИ ЗАРЯДАМИ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБОВ ИХ ИНИЦИИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ГОРНОЙ

МАССЫ К ВЫЕМКЕ

3.1. Предпосылки возможности управления взрывным воздействием на окружающую среду в приконтурной зоне карьеров

3.2 Модельных исследований нагружения среды при взрывной подготовке горной массы к выемке

3.3 Исследования различных режимов инициирования удлиненных сплошных, рассредоточенных и комбинированных удлиненных зарядов ВВ на песчано-цементных моделях

3.4 Аналитические и модельные исследования по изучению влияния контурного взрывания на снижение интенсивности взрывных волн при подготовке горной массы к выемке

3.5 Изучение влияния различных параметров буровзрывных работ при отработке приконтурных зон железорудных карьеров

3.6 Выводы по главе

Глава 4 РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ СЕЙСМОБЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИКОНТУРНЫХ ЗОН ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРОВ

4.1 Обоснование новой эффективной технология подготовки горных пород к выемке в приконтурной зоне железорудных карьеров

4.2 Разработка новой эффективной технология подготовки горных пород к выемке в приконтурной зоне железорудных карьеров

4.3 Основные элементы разработанной технологии подготовки горных

пород к выемке при отработке приконтурных зон железорудных карьеров

4.4 Выводы по главе

Глава 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ И СРЕДСТВ ИНИЦИИРОВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

5.1 Исследования влияния качества неэлектрических систем инициирования на эффективность технологии подготовки горных пород к выемке в приконтурной зоне

5.2 Исследования влияния детонационных характеристик ЭВВ и качества средств инициирования на технологию подготовки горных пород к выемке на железорудных карьерах

5.3 Анализ результатов исследований зарядов ЭВВ при отработке приконтурных зон карьеров

5.4 Экономическая эффективность от внедрения разработанной сейсмобезопасной технология подготовки горных пород к выемке при отработке приконтурных зон для условий АО «Михайловский ГОК»

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка сейсмобезопасных методов взрывания горных пород в приконтурной зоне железорудных карьеров»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Железорудное сырье является основой промышленности России, а лидерами горнодобывающей промышленности нашей страны разрабатываются крупнейшие месторождения. Добыча железной руды обеспечивает полностью потребности в металле все важнейшие отрасли промышленности: строительную, машиностроительную, оборонную, газонефтедобывающую, электромеханическую и др. При этом добыча руды неразрывно связана с применением современных технологий отделения рудных блоков от массива горных пород, их дробление, транспортирование, обогащение и т.д. Наиболее эффективным способом отделения горной массы от рудной залежи являются взрывные работы.

Особенностью железорудного сырья является его повышенная крепость, обводненность, изменчивость физико - технических свойств и взрываемость, что накладывает особые требования на эффективность производства. Опыт разработки железорудных месторождений показывает, что интенсификация процессов добычи руды связана с обеспечением заданного качества дробления горной массы, углублением рабочей зоны, опасностью обрушения бортов карьера, экологической и промышленной безопасности окружающей среды, охраняемых зданий, сооружений, автомобильных и железных магистралей, жилых поселков и населенных пунктов. Поэтому исследования, направленные на разработку технологии отработки приконтурной зоны карьера с применением сейсмобезопасных способов подготовки горной массы к выемке, основанных на изучении свойств пород и руд, текстурно-структурных особенностей железорудных месторождений для обеспечения необходимого качества дробления горной массы и устойчивости бортов карьеров, являются весьма актуальными.

Цель работы - разработка сейсмобезопасных методов взрывания горных пород в приконтурной зоне железорудных карьеров для обеспечения заданного качества дробления горной массы и устойчивости бортов и уступов.

Идея работы - обеспечение заданного качества дробления горной массы и устойчивости бортов железорудных карьеров основано на изучении физико-технических свойств разрабатываемых пород, районировании карьерного поля по трещиноватости и взрываемости, использованием сейсмобезопасной технологии взрывных работ с применением пилообразной экранирующей контурной щели, обеспечивающей защиту законтурного пространства и улучшение качества дробления горной массы за счет отражения взрывных волн напряжения в приконтурную зону.

Задачи исследования:

- системный анализ теории и практики отработки приконтурной зоны карьеров с применением взрывных работ, разрабатывающих железорудные месторождения;

- анализ теории и практики буровзрывных работ при открытой разработке железорудных месторождений с учетом изменяющейся трещиноватости и крепости;

- анализ и оценка влияния параметров буровзрывных работ на эффективность дробления горной массы при производстве взрывных работ в приконтурной зоне карьера;

- изучение физико-технических свойств разрабатываемых пород, районирование карьерного поля по трещиноватости и взрываемости;

- изучение детонационных процессов в скважинных зарядах взрывчатых веществ и их влияние на эффективность отработки приконтурной зоны;

- обоснование параметров сейсмобезопасного способа взрывания горных пород в приконтурной зоне железорудных карьеров с применением пилообразной экранирующей контурной щели.

Объект исследования - приконтурная зона карьера, разрабатываемая с применением сейсмобезопасных способов подготовки горной массы к выемке.

Предмет исследования - параметры буровзрывных работ, обеспечивающие сейсмобезопасность и повышение качества дробления массива

Методы исследования. Для решения задач исследования и достижения поставленной цели и использован метод анализа и обобщения литературных источников и опыта ведения взрывных работ на железорудных месторождениях, комплексного изучения результатов теоретических и экспериментальных исследований с применением численного и физического моделирования, сравнительного анализа результатов аналитических расчетов и моделирования с результатами опытно-промышленных исследований.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Сейсмобезопасный метод взрывной подготовки горных пород к выемке при отработке приконтурных зон основанный на изучении физико -технических свойств пород, районировании массива по степени трещиноватости и взрываемости, взрывании основных комбинированных зарядов бризантных ВВ с использованием предварительного щелеобразования, образованного предварительным одновременным взрывом сближенных зарядов взрывчатых веществ с кольцевым воздушным зазором, расположенных в шахматном порядке в два ряда, с образованием контурной щели пилообразной формы. Такая форма контурной щели, по сравнению с «прямолинейной», обеспечивает повышение эффективности защиты законтурного пространства в 7-7,5 раз и отражение от неё волн напряжения и, в следствии этого, улучшение качества дробления горной массы в приконтурной зоне карьера.

2. Применение в приконтурной зоне карьера сплошного комбинированного удлиненного заряда, состоящего из двух типов взрывчатых веществ, отличающихся скоростью детонации и размещенными в зарядной полости в порядке возрастания скорости детонации от устья к донной части, при одновременном их инициировании, аналогичен дробящему действию заряда с воздушным промежутком, что снижает воздействие сейсмовзрывных волн на законтурное пространство при уменьшении среднего размера куска взорванной горной массы.

3. Повышение эффективности взрывного дробления горной массы в приконтурной зоне с применением эмульсионных взрывчатых в зарядах

диаметром 150-250 мм с газогенерацией и обратным способом инициирования, связано с расстоянием от промежуточного детонатора до верхней бровки заряда, при уменьшении этого расстояния с 10 до 6 м, вероятность перехода детонации заряда ВВ в горение уменьшается в 3-3.5 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается глубоким анализом результатов исследований отечественных и зарубежных ученых и обоснованным выбором методов исследований, обеспечивается надежностью, представительностью и достаточным объемов анализируемых данных, сопоставимостью результатов теоретических, лабораторных и опытно-промышленных исследований и хорошей сходимостью с практикой' эксплуатации железорудных карьеров в различных горно-геологических условиях.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что комбинированные скважинные заряды, состоящие из взрывчатых веществ с возрастанием скорости детонации от устья к донной части при взрыве аналогичны зарядам с воздушными промежутками что, повышает устойчивость бортов карьеров и улучшает качество дробления горной массы в приконтурной зоне железорудных карьеров.

2. Установлена закономерность влияния способа инициирования удлинённых зарядов эмульсионных взрывчатых веществ, изготавливаемых с применением газогенерирующих компонентов, на их детонационные характеристики и качество дробления горной массы при взрыве.

3. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена технология защиты законтурного пространства и улучшение качества дробления горной массы при взрывном дроблении в приконтурной зоне карьера путем применения пилообразной защитной контурной щели, образуемой одновременным взрывом сближенных зарядов взрывчатых веществ, расположенных в два ряда в шахматном порядке.

Практическая значимость работы заключается в разработке практических рекомендаций по отработке приконтурной зоны железорудных

карьеров с использованием защитной экранирующей щели пилообразной формы и применением комбинированных конструкций скважинных зарядов, обеспечивающих снижение разрушения законтурного пространства и улучшающих результаты взрывной подготовке горной массы к выемке, а также в практическом обосновании схем инициирования зарядов взрывчатых веществ с целью повышения надежности и безотказности срабатывания зарядов взрывчатых веществ при массовых взрывах.

Реализация работы. Научные положения и практические рекомендации, изложенные в диссертации, использованы при отработке приконтурных зон на карьерах АО «Михайловский ГОК» с ожидаемым экономическим эффектом, превышающим 38 млн рублей в год.

Личный' вклад соискателя заключается в участии во всех этапах исследования: анализ исследований, проведенных отечественными и зарубежными авторами, определении цели и постановке задач исследования, проведении аналитических, лабораторных, полигонных и натурных исследований, обосновании рекомендаций по отработке приконтурных зон карьеров с применением буровзрывных работ, методики расчета параметров, анализ и обобщении основных результатов исследований, формулировании выводов, заключения и практических рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение и положительную оценку на Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2022-2023гг.), на заседаниях Научного Совета РАН «Народнохозяйственное использование взрыва» (Москва,, Геленджик, Анапа, 2019-2023гг.) на международных научно-практических конференциях по горному и взрывному делу (Геленджик, Анапа, Железногорск 2017-2022гг.), Технических заседаниях на АО «Михайловский ГОК» и АО «Лебединский ГОК», АО «КМА-Руда», ООО «АВИСТО», ООО «РудХим» (20182023гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, в т.ч. 2 работы в

журнале, включенном в Международную базу индекса цитирования Scopus и Положительное решение о выдаче патента №2022111855(024922) от 29.09.2022г.

Соответствие паспорту специальности. Отраженные в диссертации научные положения соответствуют паспорту специальности 2.8.6. «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»: п.2. Геомеханическое обеспечение открытой и подземной добычи полезных ископаемых, разработка методов управления горным давлением, удароопасностью, креплением, сдвижением горных пород, устойчивостью бортов карьеров, разрезов, отвалов и подземных выработок; п.9. Развитие теории и разработка способов и средств разрушения и предразрушения горных пород механическими, взрывными, гидравлическими, тепловыми, электрофизическими, комбинированными и другими воздействиями; п.10. Воздействие взрывов на массив горных пород, горные выработки, подземные и наземные сооружения, на окружающую среду.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 146 с. машинописного текста, содержит 75 рис., 15 табл., список использованной' литературы из 109 наименования.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Тюпину В.Н. и сотрудникам кафедры «Прикладная геология и горное дело» и лично заведующему кафедрой Игнатенко И.М. за содействие и практические советы при написании диссертации.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИКОНТУРНОЙ ЗОНЫ КАРЬЕРОВ. ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Сырьевая база России железорудного сырья, разрабатываемого с применением открытых технологий

Железорудное сырье является основой промышленности России и крупнейшие месторождения страны, являются лидерами горнодобывающей промышленности нашей страны. Добыча железной руды обеспечивает полностью потребности в металле все важнейшие отрасли промышленности: строительную, машиностроительную, оборонную, газонефтедобывающую,

электромеханическую и др. Добыча руды неразрывно связана с переработкой, обогащением, металлургией и обработкой металла. При этом добыча руды неразрывно связана с применением современных технологий отделения рудных масс от массива горных пород, их дробление, транспортирование, обогащение и т.д. Наиболее эффективным способом отделения горной массы от рудной залежи являются взрывные работы. Особенность железорудного сырья является его повышенная крепость и взрываемость, что накладывает особые требования на эффективность буровых и взрывных работ. Опыт разработки железорудных месторождений показывает, что интенсификация процессов добычи руды связана с углублением рабочей зоны открытой технологии, опасностью обрушения бортов карьера в отработанной части и обеспечением экологической и промышленной безопасности окружающей среды, охраняемых зданий, сооружений, автомобильных и железных магистралей, жилых поселков и населенных пунктов.

Необходимо отметить, что железорудные месторождения России располагаются по всей территории страны, но только в Европейской части расположены крупнейшие горно-обогатительные комбинаты с открытой технологией добычи: в центре Европейской части (Лебединский ГОК,

Михайловский ГОК, Стойленский ГОК), на Кольском полуострове (Ковдорский ГОК, Оленегорский ГОК), Карелия (Костомукшский ГОК).

Все эти предприятия характеризуются высоким содержание железа в руде до 50-60%, различной степени трещиноватости, высокой обводненностью, разнообразием рудных проявлений и вмещающих пород и значительными запасами руды. Так, например, [1] на Оленегорском месторождении рудное проявление наблюдается на глубину до 1000 м и протяженностью 35-40 км. Только разведанные запасы на месторождениях Европейской части составляют более 5-6 млрд. т.

Темпы развития металлургической промышленности позволяют прогнозировать повышение глубины отработки месторождений с применением открытых и смешанных технологий, усугубление проблем, связанных с повышением устойчивости бортов карьеров в условиях повышения взрывных нагрузок на массив и увеличении масштабов массовых взрывов [2]. Только в промышленности России в 2021г. было израсходовано более 2млн т. взрывчатых веществ (ВВ) [3]. При этом рост применения ВВ в промышленности за последние 10 лет превысил 100%.

1.2 Анализ современных требований к качеству и безопасности производства взрывных работ

При отработке месторождений полезных ископаемых применяются различные технологии, связанные с разрушением горных пород. их транспортирование, складирование, обогащение и дальнейший передел. В зависимости от структурных особенностей и природы месторождения затраты на эти технологические процессы будут отличаться. Но от качества разрушения горных пород зависит эффективность остальных технологических процессов добычи полезных ископаемых. В связи с тем, что железорудные карьеры характеризуются повышенной крепостью и неоднородностью разрабатываемых

горных пород, то доля затрат на взрывное дробление горных пород. особенно, железистых кварцитов, становиться преобладающей по сравнению с последующими переделами. Отличительной особенностью взрывной подготовки горной массы является то, что от неё зависят потери и разубоживание полезного ископаемого, производительность погрузочно-транспортного оборудования и геомеханические процессы, связанные с устойчивостью бортов карьеров, т.е. эффективность работы всего предприятия.

Особое место во взрывной подготовке горных пород к выемке играют отрицательные проявления взрыва на окружающую среду и обеспечение безопасности при взрыве объектов, находящихся в зоне действия взрыва или в прилегающих районах [4].

Степень дробления горных пород, наиболее объективным критерием которой является гранулометрический состав горной массы, и ее коэффициент разрыхления [5], существенно влияет на параметры процесса черпания экскаватора и, соответственно, на его производительность. От кусковатости пород в развале, прежде всего, зависят величина коэффициента экскавации, длительность экскаваторного цикла, использование полезной емкости транспортных сосудов и время их оборачиваемости. Влияние качества раздробленной горной массы на техническую производительность карьерных экскаваторов наглядно видно на рисунке 1.1 [6, 7].

Анализ показывает, что увеличение коэффициента разрыхления взорванной горной массы с 1,4 до 1,7 снижает техническую производительность экскаваторов в 1,5^2 и более раза.

Результаты исследований свидетельствуют, что качество подготовки горных пород существенно сказывается также на производительности транспортных средств. Увеличение процентного выхода фракций размером более 400 мм с 10% до 80% повышает стоимость транспортировки ж/д транспортом на 25%, производительность автосамосвалов уменьшается на 15^20% [8].

Рисунок 1.1 - Зависимость технической производительности экскаватора от качества раздробленной горной массы: 1 - ЭКГ-12,5, 2 - ЭКГ-8, 3 - ЭКГ-4,

Очевидно, что с увеличением содержания кусков оптимальной крупности значительно возрастает эффективность добычного и транспортного оборудования. Однако, несмотря на определенное развитие науки в области взрывного дробления горных пород, разработки эффективных методов взрывания, гранулометрический состав взорванной горной массы на карьерах при отбойке горных пород средне- и крупноблочной категории не всегда отвечает запросам горного производства. В связи с этим производительность экскаваторов, особенно с небольшим размером ковша, не превышает 0,5-0,7 их технической производительности.

В большинстве случаев качество взрывоподготовки горной массы не всегда отвечает требованиям, предъявляемым к интенсификации технологических схем разработки и, таким образом, значительно повышает требования к равномерности дробления взорванной горной массы, а, следовательно, и к методам ведения взрывных работ.

Еще одним важным фактором, влияющим на бесперебойную высокопроизводительную работу погрузочной и транспортной горной техники, является максимальное снижение количества отказов взрываемых зарядов, что

при больших объемах взрывных работ оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели горных предприятий.

В работе [9] приведены результаты, характеризующие влияние отказов скважинных зарядов на качество подготовки взорванной горной массы и безопасность работ. Было также определено, что в зоне отказавших зарядов выход фракций размером 0-200 мм уменьшился в 13,6 раза; 200-400 мм - в 3,2 раза; выход фракций 400-800 мм изменился незначительно, а 800-1200 мм увеличился в 3,2 раза. Это привело к увеличению размера среднего куска в 3,1 раза.

Исследования [10] показали, что на ликвидацию отказов и устранение их последствий дополнительно расходуется до 20% стоимости массовых взрывов.

Статистические исследования (данные треста «Кривбассвзрывпром») показывают, что при наличии одиночных отказов в крепких и весьма крепких породах производительность экскавационных работ снижается на 50%, а в породах средней крепости - на 20%. Кроме того, статистика [6] показывает, что третья часть несчастных случаев при взрывных работах связана с устранением отказов.

Из анализа причин отказов скважинных зарядов на карьерах [11,12] следует, что подавляющая часть (95%) одиночных отказов произошли в обводненных скважинах. Исследования [12] также показали, что 50-55% отказов приходится на промежуточный детонатор, состоящий из одной шашки Т-400 и одной нити ДШ.

Важно отметить, что при заряжании сухих скважин количество отказов в 711 раз меньше, чем при заряжании обводненных скважин. Это означает, что учет гидрологической ситуации очень важен для выбора рациональной технологии взрывных работ.

Результаты анализа отказов скважинных зарядов, приведенные в работе [13], показывают, что процент отказа растет с увеличением столба воды в скважине. Авторы отмечают, что нерешенной остается задача обеспечения надежного инициирования зарядов в обводненных скважинах.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать основные требование к взрывной подготовке горной массы с выемки - безотказность взрывания горной

массы, получение заданного гранулометрического состава без содержания негабаритных фракций, обеспечение высокопроизводительной работы горнотранспортной техники за счет получения хорошо раздробленной горной массы и максимального повышения надежности инициирования взрываемых зарядов.

1.3 Современные методы управления действием взрыва на открытых

горных разработках

Россия является одной из крупнейших горнодобывающих стран мира. У нас существуют мощные научные школы, производственные предприятия, осуществляется подготовка и переподготовка кадров для горной промышленности. Разнообразные условия добычи полезных ископаемых вызывают необходимость развития различных методов подготовки горной массы к выемке. В России существует огромная плеяда ученых и специалистов, которые внесли весомый вклад в развитии взрывных процессов и технологий. Отличительной особенностью Российских горных предприятий является высокая обводненность большинства месторождений, наличие трещиноватых и метаморфизованных горных пород, различных структурных неоднородностей и разломов. Все эти особенности привели к созданию различных технологий ведения взрывных работ [14-18].

Необходимо отметить, что железорудные карьеры характеризуются всеми этими особенностями, но обладают и отличительными обстоятельствами добычи железорудного сырья. К ним относятся высокая интенсивность добычи сырья, применение массовых взрывов большой мощности и массы одновременно взрываемых зарядов, наличием охраняемых объектов и ведением работ на глубоких горизонтах. Поэтому на таких разработках большое внимание уделяется вопросам геомеханики и устойчивости массива, технологиям ведения горных и взрывных работ в приконтурной зоне [19-22].

Все взрывные технологии, направленные на повышение качества дробления горной массы, обладают и опасными проявлениями действия взрыва в среде, сопровождающие возникновением сейсмовзрывных волн, разлетом осколков и ударно-воздушных волн, а также выделением ядовитых продуктов взрыва [23-26].

Несмотря на имеющиеся разработки и технологические приемы, и в условиях интенсификации горного производства не всегда можно обеспечить безопасность взрывания, особенно в приконтурной зоне. Это обстоятельство связано с необходимостью эффективной защиты борта карьера от обрушения при обеспечении заданного качества дробления взорванной горной массы [27].

В условиях отработки приконтурных зон карьера основную опасность представляет образование и распространение в законтурном пространстве сейсмовзрывных и ударных воздушных волн.

Исследования, проведенные в направлении изучения процессов разрушения горных пород, вызывают интерес у ученых России и ученых других стран, специализирующиеся в этой области, позволили разработать различные способы и методы управления взрывными процессами, при разрушении горных пород [28, 29, 30]. Здесь необходимо отметить, что любые взрывные технологии имеют и отрицательные проявления, которые необходимо учитывать при рассмотрении технологических процессов с потенциальными ограничениями. Такие ограничения предусматриваются при ведении взрывных волн в приконтурной зоне.

В условиях отработки приконтурной зоны следует обращать особое внимание на воздействие взрыва на законтурное пространство, качество дробления взорванной массы и безотказность взрывания зарядов ВВ.

Известны методы ведения взрывных работ, которые позволяют минимизировать отрицательное проявление взрыва на окружающую среду, но все они имеют ограниченную область применения или повышенную трудоемкость, или технологические ограничения. Таким эффективным технологическим приемом является управление энергией действия взрыва путем применения

различных конструкций зарядов. Большой вклад в этом направлении взрывного дела внесли академик Н. В. Мельникова и Л. Н. Марченко [31,32].

Работы этих ученых, которые широко апробированы в различных горногеологических условиях, предлагают применение в удлиненных скважинных зарядах ВВ использовать воздушные промежутки определенной длины. Механизм использования таких промежутков связан с увеличением зарядной полости и снижении на этой основе пикового давления продуктов детонации при взрыве, увеличении времени их воздействия на разрушаемый массив и, как следствие этого, улучшение качества дробления и распределения гранулометрического состава горной массы после взрыва. Однако их применение в обводненных горных породах, в зарядах эмульсионных ВВ и скважинах малого диаметра весьма затруднительно.

А применение средств инициирования, с пиротехническими замедлителями не дают возможность реализовать в полном объеме возможности зарядов ВВ с воздушными промежутками в связи с различным временем срабатывания промежуточных детонаторов, размещенных в отдельных частях заряда [33].

Необходимо отметить, что коэффициент относительной работоспособности эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) с газогенерацией находится в пределах 1,35-1,78, что не позволяет их эффективно использовать в крепких горных породах к котором относятся месторождения железорудного сырья. Поэтому еще большее снижение взрывного давления в зарядной полости за счет применения воздушных промежутков на наш взгляд нерационально.

В определенных условиях возможно заменить воздушный промежуток на промежуток, заполненный инертным материалом, который не участвует во взрывных (детонационных) процессах. Однако опыт применения таких конструкций заряда показал [34], что их применение оправдано при невысоком коэффициенте заполнении взрывных скважин ВВ и таким образом приводит к повышению колонки заряда и улучшению качества дробления верхней части уступа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Болотова Юлия Николаевна, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Основы геологии. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: МГГУ, 2008. 598с.

2. Кутузов Б.Н. Справочник взрывника часть 1. Библиотека горного инженера. Т. 10. - М.: Изд-во «Горное дело», ООО «Киммерийский центр. 215с.

3. Годовой отчет о деятельности Ростехнадзора в 2020г.- М.: ЗАО НТЦ ПБ, 202. 369 с.

4. Кутузов. Б.Н., Белин В.А. Проектирование и организация взрывных работ. - М.: Изд-во МГГУ. 2011. 410 с.

5. Сеинов Н.П. К вопросу использования величины коэффициента разрыхления как характеристики кусковатости для оценки производительности погрузочно-транспортного оборудования на открытых разработках // Взрывное дело. 1963. № 53/10. С.123-131.

6. Изыскание методов дробления пород взрывом, обеспечивающих оптимальную кусковатость при применении передвижных вибродробильных агрегатов в Кузбассе. - М.: Отчет о НИР ИГД им.А.А.Скочинского. № 72039914.1972. 228 с.

7. Глускин Л.И., Корсаков П.Ф., Кожевников А.А. Буровзрывные работы на карьерах нерудной промышленности. - М.: Недра, 1978. 165 с.

8. В.Л.Ерлыков, В.Г.Кожевников, В.П.Бутаков, С.В.Грузин, А.О.Мазманян. Результаты испытаний самосвала САТ 785В в условиях Ковдорского ГОКа // Горный журнал. 1997. № 12. С.35-42.

9. Лимин И.Б. Исследование и разработка эффективного и надежного метода инициирования зарядов взрывчатых веществ детонирующим шнуром при разрушении крепких горных пород: дис.... канд. техн. наук. - Кривой рог, 1981.145 с.

10. Фридман А.Г. О роли качественных характеристик ВМ в повышении безопасности и эффективности взрывных работ // Безопасность труда в промышленности. 1977. №8. С.40-42.

11. Грачев Ф.Г., Пахомов Н.М. Причины отказов скважинных зарядов на карьерах и меры по их предупреждению // Безопасность труда в промышленности. 1977. №8. С.42-45.

12. Кутузов Б.Н., Гладжий Ф.М., Давыдов С.А., Вайнштейн Б.И., Зенин В.И. Безопасность взрывных работ в промышленности.- М.: Недра, 1977. 344 с.

13. Перегудов В.В., Усов О.С., Еременко Г.И. Анализ отказов скважинных зарядов на карьерах Кривбасса // Металлургическая и горнорудная промышленность. - Днепропетровск. 1981. № 4. С.56-57.

14. Дубнов Л.В., Колисниченко И.Т. Об энергетическом критерии эффективности ВВ и некоторых его следствиях // Горный журнал. 1968. № 5. С.27-31.

15. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. - Ч.2. Взрывные работы в горном деле и промышленности.- М.: Изд. «Горная книга», Изд. МГГУ, 2008. 512 с.

16. Яновский Б.Г., Березин В.К., Гусев И.П., Власкин Ю.К. Разрушение кварцитов зарядами ВВ с воздушными промежутками. // Совершенствование технологии открытой разработки угольных месторождений: тезисы докл. Всерос. конф. - Кемерово, 1981. С.174-176.

17. Баум Ф.А., Санасарян Н.С. Влияние условий инициирования заряда ВВ на величину и распределение удельных импульсов взрыва вдоль образующей скважины // Взрывное дело. 1966. №59/16. С.21-28.

18. Друкованный М.Ф., Комир В.М., Харитонов В.И. Влияние направления детонации на формирование поля напряжений и дробление горных пород действием взрыва // Труды V сессии Ученого совета по народнохозяйственному использованию взрыва. - Фрунзе :Изд-во Илим, 1965. С.37-42.

19. Кутузов, Б.Н., Тюпин В.Н. Определение размера зоны регулируемого дробления при взрыве заряда в трещиноватом массиве // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1979. № 8. С.30 - 38.

20. Федосеев, А.В. Обоснование размеров сетки скважинных зарядов при взрывном разрушении слоистых массивов железистых кварцитов: дис. ... канд. техн. наук. - СПб., 2014. 136 с.

21. Ракишев Б.Р. Определение размеров зон разрушения в массиве пород при скважинных зарядах дробления // Взрывное дело». 2010. № 103/60. С. 53-65.

22. Парамонов Г.П., Ковалевский В.Н., Мысин А.В. Действие на массив горных пород скважинных зарядов различных конструкций //Взрывное дело. 2019. № 122/79. С. 106-121.

23. Козырев С. А., Камянский В.Н, Аленичев И. А. Оценка взаимодействия скважинных зарядов при различных интервалах замедлений между ними // Взрывное дело. 2017. № 117/74. С. 60-75.

24. Камянский В. Н. Оценка влияния сейсмовзрывных нагрузок в ближней зоне взрыва // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. Спец. выпуск 23. С. 316—325.

25. Белин В. А., Холодилов А. Н., Господариков А. П. Методические основы прогнозирования сейсмического действия массовых взрывов // Горный журнал. 2017. № 2. С. 66—68.

26. Afum B.O., Caverson D., Ben-Awuah E. A conceptual framework for characterizing mineralized waste rocks as future resource // International Journal of Mining Science and Technology. 2019. V. 29. P. 429-435.

27. Мысин А.В., Парамонов Г.П., Миронов Ю.А. Совершенствование буровзрывных работ на железорудном карьере Открытого Акционерного Общества «Михайловский горно-обогатительный комбинат» // Маркшейдерский Вестник. 2017. № 6. С.19-24.

28. Безматерных В.А., Кузьмин В.Г. Сравнение дробящего действия взрыва одиночных зарядов взрывчатых веществ разных конструкций // Горный журнал. 1990. № 9. С. 70-73.

29. Баум, Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. Физика взрыва. - М.: Наука, 1975. 704с.

30. Друкованный, М.Ф., Куц В.С., Ильин В.И. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. - М: Недра, 1980. - 224с.

31. Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Энергия взрыва и конструкция заряда. -М.: Недра, 1964. 138 с.

32. Марченко Л.Н. Увеличение эффективности взрыва при добывании полезных ископаемых. - М.: Наука, 1965. 123 с.

33. Белин В.А., Болотова Ю.Н., Умрихин Э.А., Полях А.Е. Оценка качества капсюлей-детонаторов (с пиротехническим замедлением) неэлектрических систем инициирования по времени их срабатывания // Горная промышленность. 2022. № 1. С.36-38.

34. Жариков И.Ф. Эффективность разрушения горных пород зарядами различных конструкций. // Взрывное дело.1986. № 89/46. С.31-42.

35. Кутузов Б.Н., Крюков Г.М., Авдеев А.Ф. Модели разрушения отдельностей горных пород в зоне нерегулируемого дробления при взрыве зарядов ВВ // Горный журнал. 1981. № 7. С.74-78.

36. Кучерявый Ф.И., Михалюк А.В. Использование дилатансии горных пород при взрывных работах // Горный журнал. 1984. № 12. С.1-7.

37. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. - М.: Недра. 1980. 320 с.

38. Демидюк Г.П., Викторов С.Д., Фугзан М.М. Влияние взрывного нагружения на эффективность последующих этапов обогащения // Взрывное дело.1986. № 89/46. С.116-121.

39. Разрушение горных пород энергией взрыва / Под ред. Э.И. Ефремова. -Киев : Наукова думка, 1987.С.264.

40. Кучерявый Ф.И., Зуева Л.В., Кривцов Н.В. О механизме разрушения блочных массивов // Горный журнал. 1983. № 6. С.58-63.

41. Кусов Н.Ф., Пшеничный В.И., Корнеев А.А. Влияние направления детонации скважинных зарядов ВВ на разрушение пород средней крепости и на на параметры волн напряжений. // Научные сообщения ИГД им.А. А. Скочинского. Вып. 85. 1971. С.75-81.

42. Сеинов Н.П., Жариков И.Ф., Симонов А.А., Нуриджанян Г.З., Киселев А.Г. О некоторых результатах исследования многоточечного инициирования удлиненных зарядов лабораторных и полигонных условиях. // Научные сообщения ИГД им. А.А.Скочинского. Вып. 165. Технология и комплексная механизация добычи угля открытым способом. 1978. С.20-24.

43. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Анализ устойчивости детонационной волны при ее распространении в ЭВВ, сенсибилизированном газовыми порами // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017.№ 5. С. 241-254.

44. Шулин Г.Н. Применение многоточечного инициирования при взрывании высоких уступов карьер № 1 ЦГОКа // Горный журнал. 1977. № 6. С.24-26.

45. Белин В.А. Механизм взрывного разрушения отдельностей трещиноватого массива с учетом сил зацепления // Взрывное дело.1984. № 86/43. С.48-51.

46. Тюпин В. Н. Взрывные и геомеханические процессы в трещиноватых напряженных горных массивах. - Белгород: ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2017. 192 с.

47. Игнатенко И. М., Годовников Н. А., Дунаев В. А. Методика построения прогнозно-деформационной модели прибортовой зоны карьера в массивах скальных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2018. № S1. С. 72-78.

48. Попов И.И., Окатов Р.П. Борьба с оползнями на карьерах. - М.: Недра, 1980. 197 с.

49. Попов И.И., Окатов Р.П., Низаметдинов Ф.И. Механика скальных массивов и устойчивость карьерных откосов. - Алма-Ата: Наука, 1986. 411 с.

50. Пушкарев В.И. Анализ напряженно-деформированного состояния откосов горных пород при крутом залегании слоев. - Тематический сборник. -Караганда: КарПТИ, 1986. С. 13-22.

51. Сисин А.Г. Об образовании откосов бортов карьера при погашении уступов. - Бюллетень. Цветная металлургия (горное дело), 1993. №21(242). 25 с.

52. Баранов Е.Г., Мосинец В.Н. Метод взрывания с предварительным оконтуриванием разрушаемого массива // Горный журнал. 1994. №7. С. 25-30.

53. Федоренко П.И. Буровзрывные работы. - М.: Недра, 1991. 412 с.

54. Друкованый М.Ф. Ефремов Э.И. Область применения метода взрывания высоких уступов и механизм разрушения пород // Горный журнал. 1990. №11. С. 39-41.

55. Типовой проект буровзрывных работ на карьерах Центрального рудоуправления НГМК. - Зарафшан, 2000. 20 с.

56. Санакулов К.С., Шеметов П.А. Карьер Мурунтау на пути к рекордной глубине: основные этапы развития и модернизации горных работ // Горный журнал. 2009. №11. С. 98-102.

57. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. Перевод с английского // М.: Недра, 1980. 455 с.

58. Жариков И.Ф., Марченко Л.Н. Исследование механизма действия удлиненных зарядов при взрыве в твердой среде // Взрывное дело.1971. № 71/28. С.81-91.

59. Зельдович Я.Б., Кормер С.Б., Синицын М.В., Курянин А.И. Температура и теплоемкость плексигласа, сжатого ударной волной //ДАН СССР. 1958.Т.122. №1. С.48-51.

60. Баканова А.Л., Дудоладов И.П., Трунин Р.Ф. Сжатие щелочных металлов сильными ударными волнами. // Физика твердого тела. 1965.Т.7. С.1615-1622.

61. Жариков И.Ф., Марченко Л.Н., Родионов В.Н. Исследование распространения взрывных волн напряжений в твердой двумерной среде // ФТПРПИ. № 6. 1968. С.26-36.

62. Жариков И.Ф. Моделирование действия скважинных зарядов на плоских двумерных моделях // Научные сообщения ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского. № 317/2000. С.190-203.

63. Болотова Ю.Н. Влияние конструкции заряда взрывчатого вещества на формирование сейсмовзрывных волн// Взрывное дело. 2021. №133/90. С. 149-157.

64. Садовский М. А. Сейсмика взрывов и сейсмология // Изв. АН СССР. Физика земли. 1987. №11. С. 34-42.

65. Томилин А.К. Основы обобщенной электродинамики. -М.: Наука, 2009.

129 с.

66. Горинов С.А. Инициирование и детонация эмульсионных взрывчатых веществ. - Йошкар-Ола: Стринг, 2020. 214 с.

67. Мельников Н.В., Ржевский В.В., Протодьяконов М.М. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. - М.: Недра,1975. 279с.

68. Белин В.А., Исмаилов Т.Т. Управление дроблением и перемещением горной массы при взрыве на глубоких горизонтах карьеров // Цветная металлургия.1985. № 12. С.24-26

69. Белин В.А., Болотова Ю.Н. Изучение физико-технических свойств пород как основа разработки ресурсосберегающей технологии взрывных работ // Взрывное дело. 2021. №130/87. С. 147-167.

70. Ракишев Б.Р., Нуриеисов М.Б., Касымканов Х.М. Устойчивость бортов рудных карьеров и отвалов. - Алматы: КазНТУ, 2006. 131 с.

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

72. Цейтлин Я.И. К расчету мощности охранного целика при взрывах // Взрывное дело. 1997. №78/35. С.36-45.

73. Шуйфер М.И., Краснов Ю.К. Некоторые вопросы исследования сейсмического эффекта взрывов и определение сейсмобезопасных весов зарядов на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС. - М.: Труды Гидропроекта. 1994. Вып. 43. С. 165-168

74. Боровиков В.А. Расчет параметров контурного взрывания удлиненными зарядами с воздушными промежутками // Взрывное дело. 1999. №70/27. С. 18-29.

75. Боровиков В.А. Некоторые теоретические аспекты предварительного щелеобразования. - Физические процессы горного производства // Межвузовский сб. - СПб. 2005. Вып. 2. С. 69-73

76. Боровиков В.А., Мисник Ю.М., Моисеев С.И. К расчету параметров волн напряжений при взрыве. - Горно-строительные и взрывные работы // Сб. трудов. СПб ГУ. 2003. Вып. 1. С. 32-42.

77. Белин В.А. Взрывное разрушение отдельностей трещиноватого массива с учетом сил зацепления // В сб.: Интенсификация и контроль горного производства физико-химическими методами. - М.: МГИ, 1985. С.19-22.

78. Белин В.А., Ганопольский М.И., Барон В.Л. и др. Методы ведения взрывных работ. Специальные взрывные работы: учебное пособие / под редакцией проф. В.А. Белина. / М.: из-во МГГУ, 2007. 563 с.

79. Маркочев В. М., Алымов М. И. О теории хрупкого разрушения Я. Френкеля и А. Гриффитса // Чебышевский сб., 2017.Т.Вып. 3. С. 381-393.

80. Граур М.И. Управление процессом разрушения пород при контурном взрывании с целью получения устойчивых откосов уступов в карьерах: дис.... канд. техн. наук.- М., 1981. 201 с.

81. Ганопольский. В.Л., Барон. В.А., Белин. В.В., Строгий И.Б. Определение безопасных расстояний при производстве взрывных работ. - М.: из-во «Горное дело», 2017.176 с.

82. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах». Серия 13, Выпуск 14. - М.: ЗАО «Научно технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2018. 330 с.

83. Белин В.А., Вяткин Н.Л., Болотова Ю.Н., Горбонос М.Г. Инновационные технологии взрывного дела // Взрывное дело. 2020. №129/86. С. 252-261.

84. Белин В.А., Вяткин М.Н., Болотова Ю.Н., Чабан В.С., Умрихин Э.А.

Новые технологии взрывного дела на службе горных предприятий России. Итоги 21 международной конференции АНО НОИВ // Взрывное дело. 2021. №133/90 . С. 5-29.

85. Сивенков В.И., Иляхин С.В., Маслов И.Ю. Эмульсионные взрывчатые вещества и неэлектрические системы инициирования. - М.: Щит-М, 2013. 320с.

86. Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Сер. В. Вып. 2. - М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Гостехнадзора России», 2002. 80с.

87. Кутузов Б.Н., Горинов С.А. Физико-технические основы создания эмульсионных и гранулированных ВВ и средств их инициирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № 3-1. С.34-52.

88. Соловьев В.С. Некоторые особенности ударно-волнового инициирования взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36. №6. С.65-76.

89. Соснин В.А. Особенности механизма детонации эмульсионных взрывчатых веществ // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19. № 19. С. 28-33.

90. Юношев А.С., Пластинин А.В., Сильвестров В.В. Исследование влияние плотности эмульсионного взрывчатого вещества на ширину зоны реакции // Физика горения и взрыва. 2012. Т. 48. № 3. С. 79-88.

91. Gorinov SA., Maslov I.Y. Physical and technical evaluation of possibility using low-density explosives in smooth blasting // 11th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting. 24-26 August 2015. Sydney, Australia: Published by AIMM. 2015. Pp. 555-564.

92. Silvestrov V.V. Explosive welding with the emulsion explosives // Explosive production of new materials: Science, Technology, Business, and Innovation/ Ed. by A.A. Deribas and Yu. B. Scheck. - Moscow: Torus Press, 2010. P. 70.

93. Vanbrabant F, Chacon E, Quinones L. Mach waves gen- erated by the detonation of a cylindrical explosive charge - ex- periments and simulations. In: Proceeding of the 6th Interna- tional Symposium on Rock Fragmentation by Blasting -Frag- blast // Johannesburg, South Africa. 2002. Pp. 21-35.

94. Braithwaite M, Sharpe G, Chitombo G. Simulation of real deto- nations as an energy source term for the Hybrid Stress Blasting Model. In: Sanchidrian JA, editor // Ninth international symposium on rock fragmentation by blasting. Spain: Granada. 2009. Pp. 327-333.

95. Rock Fracture and Blasting: Theory and Applications. // Oxford: B-H/Elsevier Science, 2016. 345p.

96. Белин В.А., Болотова Ю.Н., Горбонос М.Г. Исследования детонационных характеристик эмульсионных взрывчатых веществ, применяемых на железорудных карьерах // Горная промышленность. 2022. № 1. С.52-56.

97. Горинов С.А., Кутузов Б.Н. О неустойчивости детонационных волн в эмульсионном взрывчатом веществе, сенсибилизированном газовыми порами // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 4. С. 302-307.

98. Горинов С.А., Маслов И.Ю. Особенности распространения детонационной волны в ЭВВ // Взрывное дело. 2017. № 117/74. С. 146-156.

99. Годовой отчет о деятельности Федеральной' службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2020 году. -М.: НТЦ ПБ. 2021. 366с.

100. Котляров А.А. Повышение эффективности смесевых ВВ при использовании в их составе пористой аммиачной селитры // Взрывное дело. 2020. № 129/86. С. 165-177.

101. И.В.Кузьминский, О механизме инициирования из горячих точек // Химическая физика. 2007.Т. 26. №12.С .13-20.

101. Карпенко И. И., Морозов В. Г., Чернышова О. Н., Янилкин Ю. В. Расчет скорости роста горячих очагов в процессе детонации с учетом турбулентного механизма передачи энергии // Химическая физика. 2008. Т. 27. № 3. С. 16-20.

102. Бабкин Р.С., Парамонов Г.П. К вопросу снижения выбросов оксидов азота при ведении взрывных работ // Мониторинг. Наука и технологии. 2018. № 2(35). С. 31-34.

103. Аленичев И.А. Реакция массива горных пород в карьерном пространстве на динамические воздействия при производстве взрывных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. №7. С. 189-195.

104. Сейсмическая безопасность при взрывных работах: учебное пособие / Авт. В.К. Совмен, Б.Н. Кутузов, А.Л. Марьясов, Б.В. Эквист, А.В. Токаренко. -М.: Изд. «Горная книга». 2002. 228 с.],

105. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности. - М.: Недра, 1972. 240 с.

106. СНИП СНиП 3.07.01-85 при производстве БВР. Ведомственные строительные нормы буровзрывные работы при подготовке скальных оснований бетонных гидротехнических сооружений в открытых выемках

107. Белин В.А., Болотова Ю.Н. Влияния различных параметров буровзрывных работ в приконтурной зоне железорудных карьеров на эффективность горных работ // Взрывное дело. 2022. №134/91.С. 75-85.

108. Оценка качества капсюлей' - детонаторов (с пиротехническим замедлением) неэлектрических систем инициирования по времени их срабатывания / В.А. Белин, Ю.Н. Болотова, Э.А. Умрихин, А.Е. Полях // Горная промышленность. 2022. № 1. С.36-38.

109. Белин В.А., Болотова Ю.Н., Авдеев А.Ф. Вяткин М.Н., Умрихин Э.А. Способ ведения взрывных работ в приконтурной зоне карьеров // Патент России №2784839, 29.09.2022.