Влияние распределения плотности энергии взрыва на эффективность отбойки горных пород: на примере "Щуровского" карьера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Шляпин, Алексей Владимирович

• Шляпин, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шляпин, Алексей Владимирович

Введение.

1. Существующие представления о разрушение горных пород взрывом.

1.1. Основные гипотезы действия взрыва в породах.

1.2. Зоны регулируемого и нерегулируемого дробления.

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

1.4. Цель работы и задачи исследования.

2. Определение энергии взрыва, переданной в зону технологического дробления породы.

2.1. Модель физического процесса передачи энергии взрыва в зону технологического дробления породы.-.

2.2. Камуфлетная фаза расширения полости.

2.3. Распространение цилиндрической волны в массиве горных пород

2.4. Параметры полости к моменту начала прорыва продуктов детонации в атмосферу.

3. Комплекс компьютерных программ для расчета распределения плотностей энергии взрыва.

3.1. Принципы расчета распределения плотностей энергии взрыва.

3.2. Программа расчета распределения плотностей энергии камуфлетной фазы.

3.3. Программа расчета распределения плотностей энергии волновой фазы.

3.4. Программа расчета распределения плотностей энергии послеволновой фазы.

3.5. Суммарное распределение плотностей энергии взрыва.

4. Проведение промышленных экспериментов.

4.1. Условия дробления горных пород на «Щуровском» карьере.

4.2. Определение рациональных параметров БВР для условий «Щуровского» карьера.

4.3. Определение грансостава с использованием компьютерной программы

4.4. Результаты дробления породы при рекомендованных параметрах БВР

4.5. Эффективность предложенных параметров БВР.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние распределения плотности энергии взрыва на эффективность отбойки горных пород: на примере "Щуровского" карьера»

Актуальность проблемы. В настоящее время при проведении открытой разработки месторождений полезных ископаемых основной объем пород отбивается и дробится скважинными зарядами промышленных взрывчатых веществ.

В последние десятилетия достигнут большой* прогресс в совершенствовании технологии взрывных работ, взрывчатых материалов, средств взрывания и- комплексной механизации взрывных работ. Широкое применение нашли взрывчатые вещества; . изготовляемые на горных предприятиях. Активно внедряются современные компьютерные технологии. Совершенствуется метод выбора рациональных параметров буровзрывных работ с учетом условий взрывания зарядов ВВ.

Качество' дробления горной- массы- в значительной степени определяется характером - распределения- энергии взрыва в массиве горных пород. Но из-за1 сложности этого процесса характер распределения, энергии в массиве изучен недостаточно. Поэтому численное исследование с использованием компьютерных программ, энергетических параметров промышленных взрывов, в карьерах является актуальным.

В работе дано решение научной- задачи по влиянию рассчитанных численных значений распределения, плотности энергии взрыва в- массиве горных пород на' технико-экономические показатели буровзрывных работ на карьере.

Задача решена в плоской постановке, без учета зон, прилежащих к забойке и перебуру, с учетом' фактических физико-механических и технологических свойств пород конкретного карьера.

Цель работы - изучение влияния энергетических параметров промышленных взрывов на технико-экономическую эффективность взрывных работ.

Научная идея. Численные значения плотности энергии взрыва в породе являются суммой численных значений плотности энергии камуфлетной, волновой и послеволновой фаз процесса.

Методы исследований. В работе использовался комплексный метод исследований,, включающий системный анализ, теоретические исследования, численные исследования физических и технологических процессов, экспериментальные исследования.

Положения представляемые к защите.

1. Предложена физическая модель послеволновой фазы взрыва, в соответствии с которой после отражения волны напряжений от обнаженной поверхности и возвращения ее к зарядной полости продолжает развиваться не симметричная газовая полость. Процесс расширения* газовой полости завершается, когда ее граница достигает обнаженной поверхности, продукты детонации начинают прорываться в атмосферу, и полость перестает быть замкнутой.

2. Предложена геометрическая модель, конечного состояния газовой полости, внешние контуры которой очерчиваются дугой» с радиусом, равным полуширине воронки выброса, дугой камуфлетной полости и отрезками прямых, выходящих из углов, воронки выброса и касающихся камуфлетной полости. Получены, аналитические зависимости для определения различных геометрических элементов конечного состояния полости, энергетических параметров'этой-фазы процесса и распределения энергии послеволновой фазы в отбиваемом объеме породы.

3. Разработан расчетный метод и комплекс компьютерных программ «Энергия» для определения численных значений плотности энергии в отбиваемом объеме при групповом взрывании скважинных зарядов с выделением двух характерных расчетных объемов.

Научная новизна заключается в разработке физической модели послеволновой фазы, взрыва, в разработке геометрической модели конечного состояния газовой полости в момент завершения развития этой фазы, в получении аналитических зависимостей для определения геометрических и энергетических параметров послеволновой фазы взрыва, в разработке расчетного метода и комплекса компьютерных программ «Энергия», позволивших определять суммарные численные значения распределения плотности.энергии взрыва в массиве для условий конкретного карьера.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена комплексной методикой работ,, предусматривающей использование современных теоретических и экспериментальных средств исследований, и результатами промышленных экспериментов.

Практическое значение работы состоит в использовании комплекса компьютерных программ «Энергия» в качестве инструмента исследования распределения плотности- энергии в массиве для вариантов с разными параметрами, и с выбором рациональных параметров БВР для конкретных условийвзрывания.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы' докладывались на. научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МРГУ, 2006, 2007, 2008 гг.), на V Международной конференция «Физические проблемы разрушения горных пород» (Санкт-Петербург, СПГТИ, 2006 г.), на III и IV Международных научных школах молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами, молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2006, 2007 гг.), на V международной научной конференции «Наука и1 новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, РГГРУ, 2006 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной* работы опубликовано в 7 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и ' • заключения, изложенных на 115 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков; 3 таблицы, список литературы, состоящий из 99 наименований и приложение. Общий объем работы 128 страниц.

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

выводы.

Диссертационная работа является законченной научно-исследовательской работой, в- которой дано решение научной задачи по влиянию рассчитанных численных значений распределения плотности энергии взрыва в массиве горных пород на технико-экономические показатели буровзрывных работ карьера.

Основные научные и практические результаты, работы заключаются в следующем:

1. Разработана асимметричная физическая модель послеволновой фазы взрыва, которая1 начинает развиваться только при наличии обнаженной поверхности с момента возвращения отраженной волны напряжений к центру заряда и завершает свое развитие в момент начала прорыва продуктов, детонации в атмосферу.

2. Разработана геометрическая- модель конечного состояния газовой, полости, поперечное сечение которой, ограничено дугой камуфлетной полости, дугой' с кривизной, равной, полуширине воронки, выброса- и; прямыми, выходящими из углов воронки выброса и касающимися камуфлетной полости.

3. Получены аналитические зависимости для определения геометрических параметров газовой полости: Смещения границы полости определяются по аналитическим зависимостям для 6 разных секторов. Получены аналитические зависимости для определения, энергии и, плотности-энергии в зоне действия послеволновой фазы взрыва.

4. Выделены два,расчетных объема, определив параметры возмущения в которых можно определить характер распределения плотности энергии для всего обуренного блока. Первый объем расположен- между двумя-соседствующими зарядами в ряду, а второй — за пределами крайнего скважинного заряда в ряду.

5. Разработан расчетный метод определения фазовых, зональных и суммарных численных значений плотности энергии в зоне технологического дробления породы взрывом.

6. Разработан комплекс компьютерных программ «Энергия», состоящий из 4 основных и 30 вспомогательных программ, с использованием которого для каждого варианта взрыва рассчитываются 14 двухмерных матриц с цифровыми значениями плотности энергии в каждой ячейки матрицы, размером 10 х 10 см. Разработана программа, представляющая численные значения плотности энергии в виде разноцветных планограмм, что упрощает их технологический анализ.

7. На основе расчета и анализа численных значений плотности энергии для набора вариантов в условиях «Щуровского» карьера выбраны рациональные параметры БВР, которые позволяют уменьшить объем бурения и расход ВВ при сохранении качества дробления горной массы. Рекомендации опробованы, одобрены и приняты к внедрению. Расчетный экономический эффект составляет 3 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шляпин, Алексей Владимирович, 2008 год

1. Авдеев Ф.А., Барон B.JL, Блейман И.Л. Производство массовых взрывов. — М.: Недра, 1977. 312 с.

2. Адушкин В.В., Спивак A.A. Геомеханика крупномасштабных взрывов — М.: Недра, 1993. — 319 с.

3. Адушкин В.В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом // Физические проблемы взрывного разрушения горных пород. М.: ИПКОН РАН, 1999. - С. 18-29.

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

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

6. Аммерал Л. Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. М.: Сол Систем, 1992. - 223 с. г

7. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 7. М.: Бизнес-Пресс, 2005.-1152 с.

8. Архангельский А.Я. Приемы программирования в Delphi. Версия 5-7. -М.: БИНОМ, 2003. 362 с.

9. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения. М.: АН СССР, 1960.-122 с.

10. Барон Л.И., Докучаев М.М., Васильев Г.А., Дороничева Л.А.

11. Взрывные работы в горнорудной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1960. -182 с.

12. Барон Л.И. Проблема дробления горных пород при взрывной отбойке // Проблема дробления горных пород взрывом. М.: Углетехиздат, 1959.

13. Баум Ф.А. Процесс разрушения горных пород взрывом. — М.: Взрывное дело, 1974. 223 с.

14. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Физматгиз, 1959.-792 с.

15. Баум Ф.А. О научных исследованиях в области действия взрыва и влияния физико-механических свойств горных пород на эффективность взрыва // Вопросы теории действия взрыва в горной породе. М.: ИГД им. Скочинского, 1962.

16. Белаенко Ф.А. Исследование полей напряжений и процесса образования трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958.-С. 126-140.

17. Белин В.А., Белина Е.П. Влияние трещиноватости массива на распространение взрывных волн // Исследование физических свойств горных пород и процессов горного производства. М.: 1984. - С. 28-36.

18. Викторов С.Д., Казаков H.H., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессом разрушения горных пород взрывом // Горный журнал, 1995, №7.-С. 46^7.

19. Викторов С.Д., Еременко A.A., Закалинский И.В. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири. Новосибирск: Наука РАН, 2005. — 201 с.

20. Викторов С.Д., Казаков H.H. Параметры волны в зоне дробления породы взрывом // Вюник Кременчучьского Державного Полггехшчного Ушверситету «Науков1 пращ Кременчучького державного полггехшчного ушверситету». Выпуск 5/2005. С. 141—144.

21. Викторов С.Д., Казаков H.H. Автоматизированное проектирование и сравнительный анализ результатов веерной* отбойки при подземной разработке месторождений // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ. Пермь: 1999. - С. 29-30.

22. Викторов С.Д., Казаков H.H., Шляпин A.B., Добрынин И.А. Определение грансостава по фотопланограммам с использованием компьютерной программы // Горный информационно-аналитический бюллетень «Взрывное дело», ОВ'№ 8. М.: Мир горной книги, 2007. - 296 с.

23. Викторов С.Д., Иофис М.А., Гончаров С.А. Сдвижение и разрушение горных пород М.: Наука, 2005. - 277 с.

24. Викторов С.Д., Галченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами. — М.: Научтехлитиздат, 2006.-268 е.

25. 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.

26. Гончаров* С.А. Перемещение и складирование горной массы. — М.: МГГУ, 2006 . 274 с.

27. Горбонос М.Г. Расчет параметров .буровзрывных работ при отбойке горных пород на карьерах. М.: МГГУ, 2005. - 74 с.

28. Голик В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых. — Владикавказ: МАВР, 2006. 976 с.

29. Гофман В.Э., Хомоненко А.Д. Delpphi: Быстрый старт. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 288 с.

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

31. Демидюк Б.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением' гранулированных взрывчатых веществ.-М.: Недра, 1975.-312 с.

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

33. Демидюк Г.П. К вопросу о зависимости степени-дробления породы взрывом от диаметра зарядов ВВ // Взрывное дело; № 67/24. М:: Недра, 1969. -С. 19 23. • . '

34. Друкованный М^Ф^ Комир В^М., Кузнецов В.М^ Действие взрыва; в горных породах.-Киев:.Наука; 1973. — 184 с.

35. Друкованный М.Ф. и др. Механизация взрывных работ. М.: Недра, 1984. -248 с.

36. Ерлыков В.Л., Быховец А.Н., Дунаев В.А. ш др. Компьютерная горно-геолого-маркшейдерская система "Ковдор-геомарк" // Горный журнал, 1997, № 12. С.26-29. "

37. Жуков А.В. Изучаем Бе1рЫ. СПб:: Питер, 2001. - 352 с.

38. Казаков Н.Н; Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М:: Недра, 1975.- 185 с.

39. Казаков Н.Н; Вторая стадия безволнового расширения полости скважинного заряда // Взрывное дело. М.: МГ'У, 2002.43; Казаков H;tL О 1СПД взрыва // Проблемы взрывного дела, №1. — М:: МГУ, 2002.-С. 203-210.

40. Казаков H.H. О структуре трещины разрушения в породе // Физические* проблемы взрывного разрушения массивов горных пород: Тр. Международной научной конференции 7-11 сентября 1988 г. ИПКОН. РАН. -М.: 1999. — С.94—96.,

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

42. Казаков H.H., Копылов C.B. Комплекс компьютерных программ для определения формы и параметров развала // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, OB № 7. — Ml: Мир горной,книги, 2007. С. 41-44. v

43. Казаков H.H.', Шляпин A.B. О распределении энергии .взрыва в породе // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, OB № 7. M.: Мир горной книги, 2007. - С. 234— 237.

44. Казаков Н.Н;, Шляпин A.B. Полость к началу выброса продуктов детонации в атмосферу // Физические проблемы разрушения горных пород: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Плеханова. — СПб.: 2007.-С. 189-191 .

45. Казаков H.H.', Шляпин A.B. Особенности расчета энергии квазистатической фазы взрыва // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, OB № 7. — M.: Мир горной книги, 2007. С. 262-265.

46. Казаков H.H. Некоторые параметры волн напряжений при технологических взрывах // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горногоинформационно-аналитического бюллетеня, OB № 5. — M.: Мир горной книги, 2007.-С. 201-207.

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

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

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

50. Копылов C.B., Казаков H.H. Форма волньг в породе при взрыве // Энергетический принцип расчета параметров БВР и некоторые параметры волн в карьерах: Сб. статей Горного информационно-аналитического бюллетеня, №2. -М.: МГГУ, 2003. С. 21-25.

51. Крысин P.C., Новинский В.В. Модели взрывного дробления горных пород. — Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2006. 144 с.

52. Крюков Г.М. Физика разрушения горных пород при бурении и взрывании. -М.: МГГУ, 2004.

53. Крюков Г.М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале. М'.: МГГУ, 2005.-30с.

54. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела. -Новосибирск: Наука, 1977. — 260с.

55. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Том 1 и 2. М.: 1992 и 1994.-516 и 445 с.

56. Кутузов Б.Н. Система автоматизированного проектирования; буровзрывных работ// Разрушение горных пород взрывом. М;: 1994. - С. 406445; . ' .

57. Кутузов: Б.Н., Андриевский;? А.П. Новые теории и новые, технологии разрушения горных пород: удлиненными- зарядами взрывчатых веществ. — Новосибирск: Наука, 2002. 96 с.

58. Лукичев: C.B., Козырев С.А., Фатгахов Э.И. Система? автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьере. Mi: 1997.- С. 58-60.

59. Лукичев C.B., Козырев A.A., Васермап А.Д.,, Бусырев В.М. Информационные технологии в горном деле. Апатиты: КНЦ РАН, 1998. — 173-с.

60. Лукичев C.B., Наговицин O.B., Свинин B.C., Егоров В.Ф:

61. Мельников Н.В., Марченко Л.11. Энергия« взрыва и конструкция заряда. М; : Наука, 1964;

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

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

64. Мельников Н:В., Демидюк Г.П. и- др. Регулирование объемной концентрации энергии ВВ как средство интенсификации дробления горных пород взрывом. М.: ИФЗ АН СССР, 1970. - 114 с.

65. Мельников Н.В. Развитие горной науки в области открытой разработки месторождений СССР. -М.: Углетехиздат, 1957.

66. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва. — М.: Недра, 1976.-271с.

67. Орленко Л.П. Физика взрыва. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 704 с.

68. Парамонов Г.П., Менжулин М.Г., Хохлов С.В. « Модели формирования гранулометрического состава разрушенной горной' массы в различных зонах взрывного разрушения // Взрывное дело, № 93/50. —-М.: МВК по взрывному делу АГН, 2001. С. 99-106.

69. Подозерский Д.С., Падуков В.А. Разрушение горных пород при ударе и взрыве.— Ленинград: 1971.

70. Покровский Г.И. Взрыв. М.: Недра, 1980.

71. Покровский Г.И. Предпосылки теории дробления пород взрывом // Вопросы теории разрушения горных пород действием^ взрыва. М.: АН СССР, 1958.-С. 140-149.

72. Покровский Г.И., Федоров Н.С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. — М.: Стройиздат, 1957. 275 с.

73. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. Механический эффект подземного взрыва. -М.: Недра, 1971.

74. Ржевский В.В. Основы физики горных пород. -М.: Недра, 1984.

75. Станюкович К.П. Неустановившиеся движения сплошной среды. -М.: Гостехиздат, 1955. 804 с.

76. Смирнов С.А., Власов. O.E. Основы расчета дробления горных пород взрывом. М:: АН СССР, 1962. - 102'с.

77. Суханов А.Ф., Назаров П.П., Кутузов Б.Н:, Ханукаев Л.Н. и др. Буровзрывные работы. М.: Госгортехиздат, 1962. — 242 с.

78. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Современный уровень техники взрывных работ и разрушение горных-пород. М.: МГИ, 1963. - 80 с.

79. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений, при разрушении пород взрывом. — М.: Госгортехиздат, 1962. 200 с.

80. Цирель C.B. Гранулометрический состав разрушенных горных пород: экспериментальные данные и методы расчета // Взрывное дело, № 92/94. -М.: Недра; 1999.-С. 100-116.

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

82. Шемякин Е.И., Качанов- А.Н: Волны- напряжений при взрыве1 скважинного заряда // Взрывное дело, № 91/48. M.: МВК по ВД при АГН, 1998.-С. 12-21.

83. Шляпин A.B. Модель передачи энергии взрыва в породу // Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых: Материалы V Международной научно-практической конференции. М.: РГГРУ, 2006. - С. 96-97.

84. Шляпин A.B. Комплекс компьютерных программ «Энергия» // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых: Материалы 3-й

85. Международной научной школы молодых ученых и специалистов. — М.: ИПКОН РАН, 2006. С. 99-101.

86. Шляпин А.В. Определение зон регулируемого и нерегулируемого дробления // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых: Материалы 4-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов. М.: ИПКОН РАН, 2007. - С. 1031-05.

87. Parker J.R. Algorithms for image processing and computer vision. -New York N.Y. USA: John Wiley & Sons, Inc, 1997.

88. Milan Sonka, Vaclav Hlavac Image processing, analysis and machine vision. CA, USA: Brooks/Cole Publishing company, 1999.