Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии отбойки горной массы в уступах повышенной высоты на нагорных карьерах кумулятивными зарядами

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии отбойки горной массы в уступах повышенной высоты на нагорных карьерах кумулятивными зарядами"

На правах рукописи

ХАРЕБОВ Георгий Зурикоевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОТБОИКИ ГОРНОЙ МАССЫ В УСТУПАХ ПОВЫШЕННОЙ ВЫСОТЫ НА НАГОРНЫХ КАРЬЕРАХ КУМУЛЯТИВНЫМИ ЗАРЯДАМИ

(НА ПРИМЕРЕ КАРЬЕРОУПРАВЛЕНИЯ «КАВДОЛОМИТ» РСО-А)

Специальности: 25.00.22 Геотехнология (подземная, открытая,

строительная)

25.00.36 Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ 2004

Работа выполнена на кафедре «Технология разработки месторождений» Северо-Кавказского ордена Дружбы народов горно- металлургического института (ГТУ)

Научный руководитель:

К.Т.Н., проф. КабисовХазби Гитеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Каган Герман Федорович, кандидат технических наук Теблоев Роланд Антонович

Ведущая организация: ОАО «Кавказцветметпроект»

Защита диссертации состоится 1лН)ДЙ ¿00^1 в Щ часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.02 при Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (ГТУ) по адресу: 362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул.Николаева,44, СКГМИ (ГТУ), факс: (867-2) 74-99-45

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., проф.

Кондратьев Ю.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Более 60 % всех видов полезных ископаемых в мире добывают открытым способом, при этом около половины из них локализованы в месторождениях нагорного типа. Эти месторождения расположены выше господствующего уровня земной поверхности, чаще всего на склонах гор, изрезанных ущельями, балками и оврагами и интенсивно нарушены тектоническими структурами различных порядков. Особенности нагорных месторождений предъявляют повышенные требования к технологии добычи минералов, нередко учитываемые не в полной мере, поэтому технологические решения по совершенствованию способов разработки таких месторождений представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Целью работы является улучшение технологических, экономических и экологических показателей эксплуатации нагорных карьеров путем оптимизации параметров взрывной отбойки полезного ископаемого.

Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:

- установление особенностей кумулятивного действия взрыва и моделирование параметров зарядных камер с многовекторной кумуляцией;

- уточнение научных основ расчета и управления параметрами массовых взрывов на карьерах.

Идея работы состоит в оптимизации зарядов взрывчатых веществ по критерию взрывной доставки полезного ископаемого к основанию карьера и расположению его там равномерным слоем.

Методы исследования: обобщение и анализ литературных источников и передового опыта, физическое и математическое моделирование, технические расчеты.

Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы удовлетворительной сходимостью не менее 85 % результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Защищаемые научные положения:

1 .Локализация пыли в атмосфере при взрывных работах обеспечивается концентрацией добычных процессов в благоприятное время года.

2. Физические свойства взрывов сверхмощной силы подчиняются законам газовой динамики, что позволяет управлять их параметрами взрывной отбойки с комплексным эффектом, так как мощность взрыва при минной отбойке используется не более чем на 20-25 % . Для исключения призм обрушения фокусы кумуляции взрывов направляются на 7-8° меньше устойчивого стояния уступа и на 10-12° с наклоном к горизонту.

3. Моделирование взрывных работ базируется на эквивалентных массах зарядов, пропорциональных пределам прочности разрушаемых массивов и кубу геометрического масштаба берм и уступов карьера.

Научная новизна и значимость:

1 .Установлен комплекс причин низкой эффективности разработки нагорных месторождений с использованием тяжелой и дорогой техники.

2. Раскрыты ранее не учитываемые горно-технические особенности разработки нагорных месторождений.

3. Оптимизирована технология разработки нагорных месторождений наклонными прирезками и скользящими бермами с взрывным транспортом полезного ископаемого до основания карьера и расположения его там равномерным слоем.

4.Обоснованы параметры камерных зарядов ВВ с многовекторной кумуляцией и сосредоточением мощи взрыва в разрушаемых секциях прирезок, чем существенно повышен коэффициент полезного действия зарядов.

5. Предложен метод конструирования зарядных камер с многовекторной кумуляцией, при которой не происходит выброса газов и пыли в атмосферу с загрязнением окружающей среды, и погашением сейсмических колебаний разрушительной силы внутри предельных контуров карьера.

Научная ценность работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования технологии в совокупности решают проблему оптимизации процессов отбойки полезного ископаемого за счет управления параметрами взрыва.

Практическое значение работы. Предлагаемые методы управления параметрами взрывания зарядов, позволяют повысить эф-

фективность добычи полезных ископаемых и улучшить экологические аспекты эксплуатации месторождений.

Результаты работы могут быть использованы при разработке технической документации, регламентирующей производство взрывных работ на рудниках и карьерах, а также в учебном процессе для студентов горных специальностей.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами моделирования и опытно-промышленных испытаний, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, а также статистической обработкой результатов.

Реализация и апробация работы. Результаты исследований рекомендованы для практического использования на карьерах нагорного типа. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГМИ (г. Владикавказ, 1996-2003 гг.), на кафедрах «Технология разработки месторождений» и «Безопасность жизнедеятельности» СКГМИ (г. Владикавказ, 2003), на Ш Международном конгрессе «Экологические проблемы горных территорий» (Владикавказ, 1998 г.).

Публикации, По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ.

Объем работы. Диссертация содержит 130 страницы машинописного текста, 23 иллюстрации, 17 таблиц и список литературы из 98 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору литературы и практике массовых взрывов. В анализируемых работах массовые взрывы при производстве открытых горных работ исследованы достаточно полно. Существующие технические решения в качестве основных вопросов конструирования камерных зарядов ВВ на открытых горных работах рассматривают массу заряда, линию наименьшего сопротивления и расстояние между зарядами в рядах.

Из анализа литературных источников сделаны выводы:

- наиболее полно исследованы вопросы управления крупностью минералов, особенно при разрушении в обводненных средах;

-для формирования профиля борта карьера рекомендуется создание экранизирующей щели путем взрывания контурных скважин;

- основным инструментом регулирования ширины уступов является удельный расход ВВ, т.е. величина зарядов в рядах скважин.

В ходе исследований действия взрыва в твердой среде учеными и практиками установлено:

1 .При взрыве ВВ, расположенного в твердой среде, газообразные продукты действуют на окружающую среду по всем направлениям с одинаковой силой. Вокруг зарядной камеры образуются трещины радиального направления. По трещинам, достигшим свободной поверхности, т.е. величины, равной ЛНС, происходит выброс газообразных продуктов взрыва, оказывающих поршневое действие на породу и разрушающих ее.

. 2. Основной недостаток технологии разрушения массива взрывами камерных зарядов состоит в том, что грунты из образуемой воронки выбрасываются по радиальным направлениям, вследствие чего выброс в желаемом направлении не обеспечивается.

3.Использование для вскрышных работ плоских зарядов при определенных горнотехнических условиях позволяет перемещать породу на расстояние 1000 - 1500 м. Взрывание сосредоточенного заряда разбрасывает породу, вследствие чего значительная доля ее остается в пределах проектируемого контура. При взрывании же плоского заряда порода перемещается компактной массой в заданном направлении (рис. 1).

Рис. 1. Схема действия взрывов плоского и камерного зарядов.

Исследование возможности применения плоских зарядов на открытых горных работах в полигонных условиях показало, что плоские заряды обеспечивают экономию ВВ, односторонний отброс взрываемой породы и регулируемую ширину ее развала.

Технология и механизация ведения горных работ на карьерах разных типов - высотных, поверхностных и глубинных - мало отличаются друг от друга. Американские, канадские и африканские карьеры отличаются высокой насыщенностью буровым, взрывным, погрузочным и транспортным оборудованием. Но коэффициент его использования не превышает 0,45.

Технология отработки высоких уступов зависит, в основном, от объемов добычи, характера залегания рудных тел и топографии месторождения. Высокие технико-экономические показатели обеспечиваются на месторождениях, разрабатываемых уступами повышенной высоты.

Боснийское месторождение доломита является типичным нагорным месторождением и по топографическим, геологическим и горнотехническим факторам имеет сходство со многими нагорными месторождениями России и СНГ. Оно является одним из крупнейших доломитовых месторождений в мире с количеством балансовых запасов около 238 млн. тонн.

Разрушение полезного ископаемого осуществляют буровзрывным способом с использованием камерных зарядов ВВ. В основании уступов на горизонтах 980, 1025 и 1075 (рис.2) проходят штольни юго-западного направления сечением 1,6 х 2,0 и длиной от 40до50м, в которых проходят минные камеры объемом до 60 м3.

Во второй главе рассмотрены аспекты разработки нагорных месторождений наклонными прирезками с доставкой полезного ископаемого силой взрыва в условиях Боснийского карьера.

Опытным использованием этого способа разработки определено, что он обладает следующими недостатками:

- при одновременном взрывании 180 т ВВ в трех зарядных камерах в атмосферу выбрасывается до 9000 м3 ядовитых газов с концентрацией, намного превышающей ПДК при пересчете на условный оксид углерода. Газовое облако достигает поселков Балта, Редант, Южный, Осетиновское и затрагивает юго-восточную территорию г. Владикавказа;

Рис. 2. Схема разработки нижней части Центрального участка:

1 - камерные заряды ВВ, 2 -форма развала после взрывных работ

на уступах

- при массовом взрывании на карьере отбивается 125000 м3 горной массы и в воздух поднимается не менее 19 т мелкодисперсной доломитовой пыли, токсичной для живых веществ;

- массовые взрывы на поверхности земли, заряды которых измеряются десятками тонн, генерируют сейсмические колебания, которые провоцируют движение обвалов, лавин, камнепадов, а те, в свою очередь, повреждают сенокосы, пастбища, жилища, кошары.

- массовые взрывы, проводимые сосредоточенными зарядами, не поддаются управлению. После взрывов на откосах остаются ослабленные взрывом участки массива, внезапное обрушение которых представляет опасность для людей и механизмов.

Для исследования характера распространения мелкодисперсной фракции пыли использован пикетно-экранный метод. Листы бумаги размером А1 прикрепляли к рамам из деревянных реек и

покрывали тонким слоем битума марки Б-1. Экраны на пикетах устанавливали дважды. Первый раз измеряли количество оседающей пыли в течение 5 часов до взрыва. Второй раз - за 1 час до взрыва и за 4 часа после взрыва.

Экраны сжигали в предварительно тарированных алюминиевых емкостях и вместе с пеплом взвешивали с точностью до 1 мг. По разности весов определяли величину запыленности, создаваемую массовым взрывом.

Сейсмические колебания, генерируемые массовыми взрывами, по признаку разрушительного воздействия разделяются на слабые, средние, сильные и очень сильные. Колебания первой группы не сопровождаются последствиями. Средние колебания сопровождаются незначительными камнепадами и осыпанием мелкого щебня. При сильных колебаниях происходит низвержение элювиальных скоплений на склонах, срыв и скатывание вниз валунов. При очень сильных колебаниях образуются оползни, обвалы, лавины, срыв породных массивов больших объемов со смещением по склону.

По «шаткости» склоны гор разделены на семь классов (табл.1). Степень шаткости склона зависит от угла склона к горизонту, связности лежащего на склоне разрушенного материала и величины внедрения этого материала в господствующую дневную поверхность склона.

Табл и ца1

Классификация склонов гор по степени шаткости

№ Класс шаткости Степень шаткости

1 Чрезвычайно шаткие 12

2 Очень сильно шаткие 10

3 Сильно шаткие 7

4 Шаткие 5

5 Слабо устойчивые 3

6 Устойчивые 2

7 Очень устойчивые 1

8 Монолитные 0

На рис. 3 изображено поведение разрушенного материала на склонах с различными углами наклона к горизонту при массовых взрывах на близлежащих нагорных карьерах

/

I 3

' X

I 2

3

С

о'

О

9

2/

О

/ £

/

О'/ о/ / >

\! / • С о с/

* а Ф

% ' * '

/ " • ' о

!.'ПаДа'ют, сш^б »• 4 У&г' >

\1 ; - . ^ .д1«1 I

.1

/К

»

//

I Валчн , 4 , погружается \ ,НаСыт, уплотняется. \ ' степень шаткости (ст)=<1

кг

\ 27° \35'" '.40 ',45 " 155' \7(1 * - - * - ♦

Рис. 3. Поведение насыпей и валунов на горных склонах с разными углами наклонов к горизонту при сейсмических колебаниях, образуемых массовыми взрывами.

Исследование запыленности атмосферы в результате взрывных работ вдоль Военно-Грузинской дороги показано на рис.4. Экспериментально установлено, что по этому признаку наиболее благоприятным (с наименьшим пылеобразованием) временем года является зима. Установлено также, что доломит при отбойке и развале не замерзает и не прилипает к кузовам автосамосвалов.

Для сосредоточенных зарядов при массовых взрывах характерно образование выемки в виде конуса, в вершине которого располагается заряд ВВ или воронки выброса (рис.5). В зависимости

от отношения радиуса г основания конуса к ЛНС различают заряды: нормального (и=г, и,==1), усиленного (п-г, и»>1) и уменьшенного (п-г, м>< 1) заряда.

Рис. 4. Количество пыли при массовых взрывах в зависимости от времени года и погодных условий.

Рис. 5. Схема образования призмы обрушения при массовых взрывах сосредоточенными зарядами: 1 - нормальная воронка выброса, 2 - сосредоточенный заряд ВВ, 3 - призма возможного обрушения при взрыве, 4 -призма возможного обрушения.

Результаты дифференцирования источников пылеобразования и их массовой доли типизированы в рамках табл.2.

Третья глава посвящена исследованию закономерностей управления параметрами взрывной отбойки.

Исследования советских ученых Л. И. Седова, М. А. Садовского, Я. Б. Зельдовича, Ю. Б. Харитона, А. Ф. Беляева и других, а также зарубежных ученых способствовали созданию широко развитой теории подобия в области взрыва.

В развитие этих представлений параметры взрывной отбойки на основе гидродинамической теории кумуляции с достаточной степенью корреляции описываются предлагаемыми формулами. Скорость кумулятивной струи:

0)

где а - угол между образующими конической кумулятивной выемки и ее осью;

- скорость, сообщаемая взрывными газами облицовке кумулятивной выемки.

Для определения величины Ут обозначим толщину облицовки Ът и плотность металла облицовки рт. Примыкающее к облицов-

¥

Таблица 2

Типизация источников пылеобразования при взрывных работах

№ Процесс Операция процесса Доля участия, % Количество пыли Расчетная формула

г/м3 кг/ прирезку

1 2 3 4 5 6 7

I Отбойка 1. Сжатие трещин 14 21 2625 <2ш = -Ю"3

2. Соударение кусков при взлете 4 6 750 Охпс ~ 7Г ^в.мЯп у 'к

3. Соударение кусков при падении 4 6 750 Озпс ~ Кг мЯп у 'к

4. Удар упавших кусков по лежащим 22 33 4125 Ууп

Итого 44 66 8250

1 2 3 4 5 6 7

II Выемка и погрузка 5. Царапание породы зубьями ковша экскаватора 6. Истирание кусков и раздавливание мелочи ковшом экскаватора 7. Скатывание кусков по откосу навала при наборе в ковш экскаватора 8. Соударение кусков породы при погрузке в кузов автосамосвала 8 8 2 11 12 12 3 16 1500 1500 375 2062 ю-6 'не ю-6 К. я в

Итого 29 43 5437

III Транспортирование 9. Истирание шинами самосвалов 16 24 3000 'лв

10. Разгрузка из самосвалов в бункера фабрики 11 16 2062 во»-1*4*-10* "я»

Итого 27 40 5062

Всего 100 149 18750

ке взрывчатое вещество имеет среднюю толщину 8е и плотность Ре .

При таких условиях:

Делая выемки с малыми углами и применяя другие технологические решения, можно управлять скоростью струй, обладающих кумулятивным эффектом.

Влияние геометрии заряда на параметры взрыва исследовали на модели, представляющей собой куб со стороной 27,5 см. Эта величина представляет собой нижнюю границу размеров кондиционного доломитового блока. При меньшем размере блока он разрушается на мелкие куски с образованием отходов.

Необходимое количество зарядов и их направленность с целью устранения выступов и утесов на стенке, образующейся после взрыва, определено экспериментально.

В первой серии экспериментального исследования формы заряда перед взрыванием измеряли параметры: с!- диаметр заряда; т - массу ВВ; /вв - длину заряда; к — глубину кумулятивной выемки; Ь - глубина полости, образуемой взрывом; йс - расстояние от заряда до окончания шпура (рис. 6).

(2)

К

¡4-

ВВ

Блок доломита

Рис. 6. Размещение кумулятивного заряда в блоке доломита.

После взрыва замеряли параметры: глубину образующейся полости в блоке доломита - Ьп /диаметр полости - Бп.

Во второй серии экспериментального исследования формы заряда использована рабочая схема заряда с двухвекторной кумуляцией, представленная на рис.7.

Ь

д А' 1

И Б' ■ Блок ДОЛОМИ! I 1 1 а ' / к/ ~ Заряд ВВ

Л

Рис. 7. Заряд с двухвекторной кумуляцией.

В результате опытных работ экспериментально подтверждена эффективность двухвекторной кумуляции для формирования берм и откосов карьера.

Четвертая глава содержит практические рекомендации по использованию двух- векторной кумуляции для отбойки доломита. На основе геометрического, кинематического, деформационного и динамического критериев подобия получена зависимость массы сосредоточенного заряда ВВ в натуре Мн от массы заряда в модели Мм:

где X - число векторов направленного взрыва;

аа - масштаб пределов прочности материалов модели и натуры;

а1 -геометрический масштаб.

Параметры взрывания, определенные в результате опытных взрывов на моделях с использованием электродетонаторов мгновенного действия, приведены в табл. 3.

Знаком + (плюс) обозначены наилучшие результаты по формированию берм и откосов, а также обеспечению взброса, отброса или выброса горной массы. Знаком - (минус) обозначены неудовлетворительные результаты, а знаком х -посредственные.

Таблица 3

Влияние взрывов с различным количеством векторов

кумуляции

Размер уступа, см Количество векторов кумуляции

на берме на откосе ДЛЯ взб роса для отб роса для выброса

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

30x30x30 + X - - - - + X

40x40x40 X + X + - - X + X - - X + X - - - X + X - - - X + X

50x50x50 - X + X - - - X + X - - X + X - - - X + X - - - X +

В табл. 4 приведены расчетные массы ВВ для реализации оптимальных результатов на основании моделирования взрывов. Дифференцированная оценка влияния взрывов позволяет еще более повысить эффект управления качеством доломита и состоянием окружающей среды.

Направленные взрывы по предложенной технологии в сравнении с отбойкой руды сосредоточенными минными зарядами на взброс обеспечивают экономию ВВ на 17 % при уступах с размерами 50x50x50 м. Снижение удельного расхода ВВ по предлагаемой технологии сопровождается получением годового экономического эффекта в размере 140 тыс. рублей.

Взрывная доставка доломита с верхних горизонтов на дно карьера при объеме добычи 700 тыс. т в год уменьшает годовые затраты на внутрикарьерный автотранспорт на сумму более 3 млн. р.

Таблица 4

Оптимальные заряды ВВ для условий Боснийского карьера

Размер участка, м Количество ВВ, т Расход ВВ, кг/м3

Взброс Опорос Выброс Всего

30 16.5 22.0 27.6 66.0 0.804

40 33.0 38.6 44.0 115.6 0.602

50 49.6 55.1 60.6 165.3 0.440

Уменьшение сейсмического действия взрыва за счет их направленности и снижение пылеобразования при взрывных и транспортных работах снижает негативное воздействие горных работ и токсичных попутных продуктов их производства на окружающую среду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной научно-практической задачи повышения эффективности технологии открытой разработки месторождений на основе отбойки горной массы в уступах повышенной высоты многовекторными кумулятивными зарядами взрывчатых веществ.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработка нагорных месторождений наклонными прирезками и скользящими предохранительными бермами с использованием зарядных камер с многовекторной кумуляцией снижает расход ВВ, уменьшает влияние сейсмических колебаний грунта разрушительной силы и улучшает экологическое состояние экосистем окружающей среды нагорного региона добычи.

2. Кумуляция силы взрыва по плоскостям тектонических нарушений, остающихся свободными после разрушения очередной

секции на разрабатываемом уступе, исключает зависание отбитой массы и существенно повышает безопасность горных работ.

3. Использование многовекторной кумуляции для рыхления, взброса и отброса горной массы в заданный участок погрузки уменьшает автотранспортные внутрикарьерные расходы.

4. Минимизация массы одновременно взрываемого ВВ обеспечивается увеличением линейных размеров откоса до 50 м и снижением ширины скользящих берм до 30 м.

5. Технология отработки Боснийского карьера с отбойкой горной массы в уступах повышенной высоты кумулятивными зарядами и взрывной доставкой снижает удельный расход ВВ на 10 %, что обеспечивает годовой экономический эффект 140 тыс. р.

6. Снижение сейсмического действия взрывов на вмещающий месторождение участок добычи минералов обеспечивается их направленностью и уменьшением одновременно взрываемых масс ВВ.

7. Суммарный экономический эффект от снижения затрат на внутрикарьерный транспорт превышает 3 млн. рублей в год при объеме добычи доломита 700 тыс. т.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Харебов Г.З., Кабисов Х.Г., Харебов КС. Влияние формы и размеров зарядных камер на разрушаемую секцию уступа при разработке нагорных месторождений. Инф.листок №68-086-01. СО ЦНТИ, 2000.

2. Кабисов Х.Г., Харебов КС, Харебов Г.З. Способ разработки нагорных месторождений. Инфлисток №68-085-01.СО ЦНТИ, 2001.

3. Кабисов Х.Г, Харебов Г.З. Исследование массовых взрывов на физических моделях. Инф. листок №68-144-01, СО ЦНТИ, 2002.

4. Харебов Г.З. Экологическая оценка взрывных работ на Боснийском доломитовом карьере //Сб. науч. трудов №1 АН ВШ. Владикавказ, 2003. С.311-312.

5. Кабисов Х.Г., Харебов Г.З. Сейсмическая устойчивость склонов при массовых взрывах на нагорных карьерах //Сб. науч. трудов №1 АН ВШ. Владикавказ, 2003. С.301-304.

6. Харебов Г.З. Моделирование взрывных работ минными зарядами //Сб. науч. трудов №1 АН ВШ. Владикавказ, 2003. С.45-46.

7. Алборов И.Д., Харебов Г.З. Загрязнение окружающей природной среды при автотранспортных работах на карьерах //Вестник МАНЭБ, т. 8, №3 (63). Владикавказ, 2003. С.146-150.

8. Алборов И.Д., Харебов Г.З. Состояние экосферы при эксплуатации карьеров //Колыма №4,2004. С.48-51.

Подписано в печать 2004 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 222 Подразделение оперативной полиграфии СКГМИ, 362021, г.Владикавказ, ул. Николаева, 44

№12630

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Харебов, Георгий Зурикоевич

ВВЕДЕНИЕ

1.ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ литературных публикаций

1.2. Анализ практики разработки нагорных месторождений

1.3. Анализ практики Боснийского карьера

1.4. Цели, задачи и методика исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ РАЗРАБОТКИ НАГОРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

2.1.Ранжирование технологий разработки по опасности для среды

2.2. Исследование условий для миграции отходов в среду

2.3. Исследование параметров технологического пылеобразования

2.4. Исследование качества и количества пыли

2.5. Исследование параметров технологического разрушения массива 70 Выводы

3. ИСССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ

И ДОСТАВКИ

3.1. Теоретические предпосылки эффекта кумуляции

3.2. Исследование параметров кумуляции взрыва зарядов ВВ

3.3. Моделирование параметров много-векторного взрыва

3.4.Исследование моделей много- векторного взрыва 88 Выводы

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКИ НАГОРНЫХ КАРЬЕРОВ

4.1. Методика моделирования параметров взрыва

4.2. Экспериментальное определение оптимальных параметров взрыва

4.3.Методика расчета параметров взрывной отбойки 106 4.4.Эколого-экономическая эффективность технологии 112 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии отбойки горной массы в уступах повышенной высоты на нагорных карьерах кумулятивными зарядами"

Актуальность проблемы. Более 60 % всех видов полезных ископаемых в мире добывают открытым способом, при этом около половины из них локализованы в месторождениях нагорного типа. Эти месторождения расположены выше господствующего уровня земной поверхности, чаще всего на склонах гор, изрезанных ущельями, балками и оврагами и ^интенсивно нарушены тектоническими структурами различных порядков. Особенности нагорных месторождений предъявляют повышенные (требования к технологии добычи минералов, нередко учитываемые не в полной мере, поэтому технологические решения по совершенствованию способов разработки таких месторождений представляет собой актуальную научно-практическую задачу.

Целью работы является улучшение технологических, экономических и экологических показателей эксплуатации нагорных карьеров путем оптимизации параметров взрывной отбойки полезного ископаемого. Для достижения указанной цели решаются следующие задачи: установление особенностей кумулятивного действия взрыва и моделирование параметров зарядных камер с многовекторной кумуляцией; - уточнение научных основ расчета и управления параметрами массовых взрывов на карьерах.

Идея работы состоит в оптимизации зарядов взрывчатых веществ по критерию взрывной доставки полезного ископаемого к основанию карьера и расположению его там равномерным слоем.

Методы исследования: обобщение и анализ литературных источников и передового опыта, физическое и математическое моделирование, технические расчеты.

Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы удовлетворительной сходимостью не менее 85% результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Защищаемые научные положения:

1 .Локализация пыли в атмосфере при взрывных работах обеспечивается t концентрацией добычных процессов в благоприятное время года.

2. Физические свойства взрывов сверхмощной силы подчиняются законам газовой динамики, что позволяет управлять их параметрами взрывной отбойки с комплексным эффектом, так как мощность взрыва при минной отбойке используется не более чем на 20-25 % . Для исключения призм обрушения фокусы кумуляции взрывов направляются на 7-8° меньше устойчивого стояния уступа и на 10-12° с наклоном к горизонту.

3. Моделирование взрывных работ базируется на эквивалентных массах зарядов, пропорциональных пределам прочности разрушаемых массивов и кубу геометрического масштаба берм и уступов карьере.

Научная новизна и значимость:

1 .Установлен комплекс причин низкой эффективности разработки нагорных месторождений с использованием тяжелой и дорогой техники.

2. Раскрыты ранее не учитываемые горнотехнические особенности разработки нагорных месторождений.

3. Оптимизирована технология разработки нагорных месторождений наклонными прирезками и скользящими бермами с взрывным транспортом полезного. ископаемого до основания карьера и расположения его там равномерным слоем.

4.0боснованы параметры камерных зарядов ВВ с многовекторной кумуляцией и сосредоточением мощи взрыва в разрушаемых секциях прирезок, чем существенно повышен коэффициент полезного действия зарядов.

5. Предложен метод конструирования зарядных камер с многовекторной кумуляцией, при которых не происходит выброса газов и пыли в атмосферу с загрязнением окружающей среды, и погашением сейсмических колебаний разрушительной силы внутри предельных контуров карьера.

Научная ценность работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования технологии в совокупности решают проблему оптимизации процессов отбойки полезного ископаемого за счет управления параметрами взрыва.

Практическое значение работы.

Предлагаемые методы управления параметрами взрывания зарядов, позволяют повысить эффективность добычи полезных ископаемых и улучшить экологические аспекты эксплуатации месторождений.

Результаты работы могут быть использованы при разработке технической документации, регламентирующей производство взрывных работ на рудниках и карьерах, а также в учебном процессе для студентов горных специально стей.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами моделирования и опытно-промышленных испытаний, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, а также статистической обработкой результатов.

Реализация и апробация работы.

Результаты исследований рекомендованы для практического использования на нагорных карьерах России.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГМИ (г. Владикавказ, 1996 — 2003 г.п), на кафедрах «Технология разработки месторождений» и «Безопасность жизнедеятельности» СКГМИ (г.Владикавказ, 2003), на III Международном конгрессе «Экологические проблемы горных территорий» (Владикавказ, 1998 г.).

I ( (

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Харебов, Георгий Зурикоевич

Выводы

1.Физическое моделирование обеспечивает экономическую эффективность за счет уменьшения удельного расхода ВВ при увеличении высоты уступов и улучшении экологических параметров технологии при уменьшении ширины берм.

2.Снижение пылеобразования при взрывных работах и исключение или сокращение пылеобразования от внутрикарьерного автотранспорта способствует решению экологических проблем региона.

3.Управление взрывом на Боснийском карьере на взброс позволяет снизить массу заряда ВВ на 17% при отбойке руды блоками 50x50x50м.

4.Показатели ВВ при использовании доставки руды с верхних уступов на дно карьера взрывом по сравнению с базовой технологией минной отбойки снижаются на 10%, что обеспечивает годовой эффект не менее 3 млн. рублей в ценах до 1990 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной научно - практической задачи повышения эффективности технологии открытой разработки месторождений-на основе отбойки горной массы в уступах повышенной высоты много -векторными кумулятивными зарядами взрывчатых веществ.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1.Разработка нагорных месторождений наклонными прирезками и скользящими предохранительными бермами с использованием зарядных камер с многовекторной кумуляцией снижает расход ВВ, уменьшает влияние сейсмических колебаний грунта разрушительной силы и улучшает экологическое состояние экосистем окружающей среды нагорного региона добычи.

2. Кумуляция силы взрыва по плоскостям тектонических нарушений, остающихся свободными после разрушения очередной секции на разрабатываемом уступе, исключает зависание отбитой массы и существенно повышает безопасность горных работ.

3.Использование многовекторной кумуляции для рыхления взброса и отброса горной массы в заданный участок погрузки уменьшает автотранспортные внутрикарьерные расходы.

4.Минимизация массы одновременно взрываемого ВВ обеспечивается увеличением линейных размеров откоса до 50 м и снижением ширины скользящих берм до 30 м.

5.Технология отработки Боснийского карьера с отбойкой горной массы в уступах повышенной высоты кумулятивными зарядами и взрывной доставкой снижает удельный расход ВВ на 10%, что обеспечивает годовой экономический эффект 140 тыс. рублей.

6.Снижение сейсмического действия взрывов на вмещающий месторождение участок добычи минералов обеспечивается их направленностью и уменьшением одновременно взрываемых масс ВВ.

7.Суммарный экономический эффект от снижения затрат на внутри карьерный транспорт превышает 3 млн. рублей в год при объеме добычи доломита 700 тыс. тонн.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Харебов, Георгий Зурикоевич, Владикавказ

1. Байков Б.Н. Снижение потерь разубоживания руд на карьерах цветной металлургии. -М.:, Недра, 1977,256 с.

2. Нормативный справочник по буровзрывным работам, 4-е изд., испр. и доп. -М.:, Недра, 1975,431 с.

3. Брылов СА., Грабчак Л.Г., Букаров Г.Н. Взрывные работы при разведке полезных ископаемых.-М.:, Недра, 1985,222 с.

4. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. Учебник для техникумов. 2-е изд., исп. и перераб., доп. -М.:, Недра, 1980,292 с.

5. Безопасность взрывных работ в промышленности. -М.:, Недра, 1977,344 с.

6. Друкованный М.Ф., Дубнов Л.В., Миндели Э.О. Справочник по буровзрывным работам. -М:, Недра, 1976,631 с.

7. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. -М.:, Недра, 1990,235 с.

8. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. Учебник для техникумов. 3-е изд., исп. и перераб., доп. -М.:, Недра, 1988,383 с.

9. Вексельман В.М., Лубенец ВА., Семешин В.З. Пособие взрывника железной шахты. Киев, Техника, 1978,184 с.

10. Друкованный М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. -М.:, Недра, 1973,415 с.

11. П.Кутузов Б.Н., Пильничный М.А. Взрывные работы на открытых разработках.-М.:, Недра, 1969,161 с.

12. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. -М.:, Недра, 1974,424 с.

13. Справочник по буро-взрывным работам на карьерах. Киев, Наукова думка, 1973,440 с.

14. Справочник по взрывному делу. —М.:, ОНТИ, 1936,936 с.

15. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. -М.:, Гостортехиздат, 1962,200 с.

16. J1 Дон Лит. Сейсмическое действие взрыва. -М.:, Госгортехиздат, 1963,128 с.

17. Указание по определению интенсивности колебаний грунта и радиусов сейсмически опасных зон при короткозамедленном взрывании на подземных и открытых работах Лениногорского комбината. Усть-Каменогорск, ВНИИЦветмет, 1963,73 с.

18. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им. -М.:, Недра, 1976,246 с.

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

20. Буткевич Г.Р. Направления развития технологии открытых разработок на основе анализа массива изобретений. Горный журнал, №1, 1989.

21. Ефремов Э.И. Управление взрывным дроблением и перемещение горных пород в условиях карьеров Кривбасса. Горный журнал, №1, — 1988.

22. Ефремов Э.И. Кравчуов С.И. Мячина Н.И. и др. Разрушение горных пород энергией взрыва. -Киев, Наукова думка, 1987,259 с.

23. Галустян Э.Л. Проблемы формирования нерабочих уступов в бортах глубоких карьеров. Горный журнал, №6, 1987.

24. Линев В.П. Определение результирующего угла наклона рабочего борта карьера. Горный журнал, № 10, 1987.

25. Рождественский В.Н., Маликов Ю.Н., Шелестов П.П. и др.

26. Кабисов Х.Г Харебин М.П. Отчет по хоздоговорной теме: Исследование влияния формы и размеров зарядных камер на эффективность разрушения горных пород на нагорных карьерах. Фонды Карьероуправления "Кавдоломит" СКГТУ, 1994.

27. Липовой А.И. и др. А.С. № 883420 (СССР). Устройство для формирования полости в заряде взрывчатого вещества. 1981

28. Липовой А.И. и др. А.С. № 746111 (СССР). Устройство для формирования полости в заряде взрывчатого вещества. Б.И.,1980, № 25.

29. Кабисов Х.Г., Итаров К.Ю. Новая высоко эффективная технология разработки нагорных месторождений наклонными прирезками, и скользящими предохранительными бермами.,гор.жур.,1991г.,15 с.

30. Покровский Г.И., Федоров И.С., Алиев Г.А. Теория и практика центробежного моделирования в горном деле. —М.: Недра, 1979

31. Буровзрывные работы. Под ред. А.Ф. Суханова. М.: Недра, 1962

32. Покровский Г.И. Взрыв. —М.: Недра, 1969.

33. Кирпичев М.В. Теория подобия. -М.: Изд. АН СССР, 1953.

34. Ильштейн A.M., Брокмиллер И.Б., Руппенейт К.В. Исследования проявлений горного давления в условиях Никопольского бассейна. Сб. трудов НИГРИ. -М.: Металлугриздат, 1957.

35. Изучение проявлений горного давления на моделях./Г.Н. Кузнецов, М.Н. Будько и др., -М.: Углетехиздат., 1968

36. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шахтер Б.И. Физика взрыва. -М.: Физматгиз, 1959.

37. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. —М.: Гостехиздат, 1957.

38. Справочник по горнорудному делу. Т.2 (Подземные горные работы), -М.: 1961,810 с.

39. Мельников Н.В, Краткий справочник по открытым горным работам. -М.: Недра, 1974,424 с.

40. Юматов В.П. Технология открытых горных работ и основанные расчеты при комбинированной разработке рудных месторождений. -М.: Недра, 1966, 147 с.

41. Ржевский В.В. и др. Открытая разработка месторождений на больших глубинах. Горный журнал. № 5, 1988,13-20 с.

42. Юматов Б.П. и др. Особенности строительства высокогорных карьеров в зоне сдвижения горной породы на примере Мукуланского карьера. Цветная металургия№ 19, 1981,13-15 с.

43. Юматов Б.П. и др. Основные задачи повышения эффективности разработки высокогорных месторождений. Изв. ВУЗов. Геология и разведка. № 3, 1980,140-144 с.

44. Рождественский В.Н. Эффективный способ управления параметрами развала при взрыве скважинных зарядов на карьере. Горный журнал №12, 1985,32-33 с.

45. Ким. Д.Н., Сапожников В.Т. Способ отработки уступов на контуре погашения в разнообразных структурных условиях. Горный журнал №12, 1986,24-26 с.

46. Юматов Б.П. и др. Особенности комбинированной разработки нагорных месторождений и перспективы расширения области ее применения. Горный журнал № 1, 1986,52-53 с.

47. Mining Engineering. 1970— 1975 гг.

48. Костяков А.А., Ткачев А.Ф. Особенности эксплуатации глубоких железнорудных карьеров. Горный журнал № 8, 1988,29-32 с.

49. Шинное кладбище. Правда, 13 октября, 1988 г.

50. Волегов В.В., Максимов В.К. и др. Особености формирования нагорной части карьера на крутых склонах. Горный журнал № 9, 1983,27-28 с.

51. Ржевский В.В., Анистратов Ю.И., Ильин С.А. Открытые горные работы в сложных условиях. -М.: Недра, 1981.

52. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. -М.: Недра, 1981.

53. Океании Н.Ф. Особенности разработки глубоких карьеров в сложных гидрогеологических условиях. Горный журнал № 10, 1983,33-34 с.

54. Черных А.Н., Брылин В.Д. Реконструкция Сибайского медногорного карьера. Горный журнал № 10, 1990.

55. Rosskamp М. Qsrter W. Steinruchserhaltniss in den USA. Naturstein Inol. 1973, №1,2.

56. Развитие станков шарошечного бурения за рубежом. В кн.: Угольное и горнорудное машиностроение. Буровое оборудование. -М.: НИИимформтяжмаш, 1968,32-38 с.

57. Кабисов Х.Г., Харебин М.П. Совершенствование технологии разработки Боснийского месторождения доломита. Отчет по хоздоговорной научно-исследовательской теме. № 1272, 1988.

58. Авторские свидетельства и патентная литература с 1965 по 2001 гг.

59. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2, -М.: Недра, 1985

60. А.С. № 1292410 от 11.12.84.t

61. Авдеев Ф.А., Барон В.Л., Блейман И.Л. Производство массовых взрывов. -М: Недра, 1977,291-296 с.

62. Итаров К.К., Кабисов Х.Г. Способ разработки нагорных месторождений наклонными прирезками и , скользящими предохранительными бермами. А.С. № 1680999

63. Кабисов Х.Г., Харебин М.П. Отчет по хоздоговорной теме «Изыскание и исследование эффективного способа разработки' Боснийского месторождения доломита выше высотной отметки 1200 м». Фонды карьероуправления Кавдоломит и СКГМИ, 1989.

64. Хухрина Е.В., Пименова З.М. Определение веществ в воздухе. -М.: Металлургия, 1976.

65. Кокарев Н.П. Исследование метеорологических условий. -М.: Металлургия, 1976.

66. Безопасность труда на производстве. Справочное пособие. Под редакцией проф. Б.М. Злобинского. -М.: 1976.

67. Хетагуров Г.Д. Расчет удлиненных зарядов рыхления. Орджоникидзе, 1989. . .

68. Кутузов Б.Н, Пшеничный И.А. Взрывные работы на открытых разработках. -М.: Недра, 1969.

69. Друкованный М.Ф. Область применения метода взрывания высоких уступов и механизм разрушения пород. Горный журнал № 4, 1970.

70. Итаров Ю.К., Кутузов Б.Н. Взрывная технология разработки нагорных месторождений крутыми слоями. Горный журнал №2, 1991

71. Черниговский А.А. Применение направленного взрыва в горном деле и строительстве.-М.: Недра, 1976

72. Васильев М.В., Вереса Ф.И., Траур И.Ф. и др. Опыт открытой разработки рудных месторождений США. -М.: Недра, 1981

73. Абегян Ц.Х. Повышение эффективности эксплуатации рудоспусков на нагорных карьерах. Горный журнал №3, 1991

74. Буткевич Г.Р. К проблеме разработки нагорных месторождений. Горный журнал №7, 1997

75. Ильин С.А. Развитие гравитационного транспорта на нагорных карьерах. Горный журнал №7-8, 1996

76. Лазоватский Т.А. Эффективность испольжования породо- и рудоскатов (практический анализ стратегического опыта). Горный журнал №3, 1991

77. Линь Де Юй, Кутузов Б.Н. Буровзрывные работы на рудных карьерах Китайской Народной Республики и направления их совершенствования. Горный журнал №2, 1994

78. Нгуен Тхан Туан. Эффективная технология открытой разработай месторождений типа «гора-залеж». Горный журнал №2, 1994

79. Анистратов Ю.И., Булат С.А. Повышение эффективности проектных решений по комплексной механизации горных работ на высокогорных карьерах. Горный журнал №10,1992

80. Галустян Э.Л., Бряков С.П., Ермаков И.И. Опыт формирования высокого нагорного отвала. Горный журнал №2, 1990

81. Галустян Э.Л. Устойчивость бортов и отвалов нагорных карьеров. Горный журнал №8, 199183.3обнин В.И., Бахарева Т.П., Малютин В.И. Деформации нагорных карьеров. Горный журнал №7,1992

82. Демин A.M. Проблема предупреждения деформаций открытых горных выработок и отвалов. Горный журнал №7, 1994

83. Галустян Э.Л., Веретельник И.П. Предупреждение крупномасштабных разрушений бортов карьеров путем поэтапной оценки их устойчивости. Горный журнал №9, 1999

84. Быковцев А.С., Беленко А.П., Сытенков В.Н. Определение рациональной формы борта глубоких карьерах. Горный журнал №9, 1999

85. Несмашный Е.А., Романенко А.В. Прогноз устойчивости бортов рудных карьеров. Горный журнал №9, 1999

86. Попов И.И., Окатов Р.П., Низаметдинов Ф.К. Механика скальных массивов и устойчивость карьерных откосов, Алма-Ата, Наука, 1986

87. Харебов Г.З., Кабисов Х.Г., Харебов Г.З. Влияние формы и размеров зарядных камер на разрушаемую секцию уступа при разработке нагорных месторождений. Инф.листок №68-086-01. СО ЦНТИ, 2000.

88. Кабисов Х.Г., Харебов К.С., Харебов Г.З. Способ разработки нагорных месторождений.Инф.листок №68-085-01.СО ЦНТИ, 2001.

89. Кабисов Х.Г, Харебов Г.З. Исследование массовых взрывов на физических моделях. Инф. Листок №68-144-01, СО ЦНТИ, 2002.

90. Харебов Г.З. Экологическая оценка взрывных работ на Боснийском доломитовом карьере //Сборник научных трудов №1 АН ВШ, Владикавказ, 2003, С.311-312.

91. Кабисов Х.Г, Харебов Г.З. Сейсмическая устойчивость склонов при массовых взрывах на нагорных карьерах //Сборник научных трудов №1 АН ВШ, Владикавказ, 2003, С.301-304.

92. Харебов Г.З. Моделирование взрывных работ минными зарядами //Сборник научных трудов №1 АН ВШ, Владикавказ, 2003, С.45-46.

93. Алборов И.Д. Харебов Г.З. Загрязнение окружающей природной среды при автотранспортных работах на карьерах //Вестник МАНЭБ, том 8, №3 (63) Владикавказ, 2003. С. 146-150.

94. Алборов И.Д. Харебов Г.З. Состояние экосферы при эксплуатации карьеров //Колыма №4, 2004, С.48-51.

95. Густафсон Р. Шведская техника взрывных работ. -М.: Наука 1977

96. Кабисов Х.Г. Механическое воздействие зарядов различных геометрических форм на разрушаемую секцию уступа. Труды СКГТУ, вып. 3, 1997.