Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формализация параметров буровзрывных работ при проходке горно-разведочных выработок

ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Антонников, Виталий Николаевич

Введение.

Глава 1. Анализ существующих методик расчета паспорта БВР.

Глава 2. Исследование факторов, влияющих на удельный расход ВВ в проходческом забое.

2.1. Анализ методик расчета удельного расхода ВВ, предложенных в литературе по горному делу.

2.2. Разработка теоретических основ расчета удельного расхода ВВ в проходческих забоях.

2.3. Разработка универсальной методики расчета удельного расхода ВВ в горно-разведочных выработках.

2.4. Влияние площади поперечного сечения выработки на удельный расход ВВ.

2.5. Выбор взрывчатых веществ.

Глава 3. Исследование работы заряда в проходческих забоях.

3.1. Состояние и анализ изученности работы зарядов в проходческих забоях.

3.2. Работа заряда вблизи ограниченной свободной поверхности.

3.3. Модель работы заряда в условиях бокового зажима;.

3.4. Модель работы заряда в сторону врубовой скважины

3.5. Предельное значение коэффициента бокового зажима.

3.6. Использование методики расчета предельного значения коэффициента бокового зажима применительно к типовым врубам.

Глава 4. Сравнительная оценка расчетных и производственных параметров комплектов шпуров с прямыми врубами

4.1. Завцсимость ЛЕС от величины полости обнажения.

4.2. Расстояние между зарядом В В и врубовой скважиной.

4.3. Анализ влияния коэффициента разрыхления горной породы на критический коэффициент зажима.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формализация параметров буровзрывных работ при проходке горно-разведочных выработок"

Естественный ход развития науки и техники привел к тому, что во все отрасли промышленности происходит тотальное внедрение новых информационных систем и технологий. Не остается в стороне от этого процесса и геологоразведочная отрасль. Современные компьютерные технологии широко применяются в управлении и экономике геологоразведки, в геофизике, в геоэкологии и в геоинформатике.

Весьма перспективным и продуктивным направлением применения современных информационных технологий является геолого-экономическое моделирование. Научные разработки в этой области, выполненные в МГГРУ под руководством проф. Е.А. Козловского показали, что применение компьютерной модели геологоразведочных работ дает возможность быстрей выйти на оптимальные режимы технологических процессов, резко улучшив технико-экономические показатели разведки месторождений. Это позволяет снизить материальные затраты и сократить сроки разведки месторождений.

Дальнейшее развитие геолого-экономического моделирования разведки месторождения полезных ископаемых неизбежно приводит к необходимости разработки обобщенных моделей производства тяжелых геологоразведочных работ, включающих бурение разведочных скважин и проведение горноразведочных выработок.

Эти работы являются сложными и охватывают самые различные процессы и операции. Так сооружение разведочной скважины включает не только собственно бурение и извлечение керна, но и целый комплекс работ, связанных с монтажом-демонтажем буровой установки, а также подготовкой площадки, прокладыванием дорог, ЛЭП, трубопровода и т.п. Для того чтобы создать объединенную модель, необходимо разработать поэлементные модели всех процессов, которые станут кирпичиками общего здания.

Определенные разработки в формировании модели бурения разведочных скважин были выполнены на кафедре Оптимизации геологоразведочных процессов МГГРУ. В их основу заложен принцип использования моделей элементов технологических операций, разработанных различными исследователями и организациями, оцениваемых лишь по адекватности описания реального технологического процесса бурения. Модель необходима для получения оценочных результатов при разработке технологии, поэтому не ее вид, а ее результаты должны однозначно определять окончательное технологическое решение. Именно такая постановка позволит эффективно и гибко использовать компьютерную модель в производственных условиях, давая технологам возможность корректировать систему путем замены одних локальных моделей (моделей элементов технологии) на другие.

Структурно модель технологического процесса бурения состоит из четырех основных блоков:

• ввода и выбора технических характеристик применяемого оборудования и инструмента;

• хранения и предварительной обработки технологической информации полученной по результатам реализаций технологии на объекте;

• оценки и прогноза параметров и критериев, характеризующих протекание технологического процесса;

• визуализации результатов моделирования технологических процессов бурения.

Горно-разведочные работы являются не менее сложными по набору процессов и операций, чем буровые. А скорее более сложными. Например, собственно процесс проведения горной выработки состоит из различных технологически и технически не схожих друг с другом процессов (бурение шпуров, заряжание и взрывание, уборка породы и т.д.). Они лишь объединены в общий цикл и следуют в определенной последовательности. Но для их выполнения требуется абсолютно разная техника и квалификация.

Вопросам оптимизации горно-разведочных работ были посвящены работы Куличихина Н.И., Рогинского В.М., Лукьянова В.Г. и др. Однако, они в то время не ставили своей целью разработку моделей, ориентированных на компьютерные технологии обработки информации. Хотя отдельные аспекты в их работах представляют интерес для разработки объединенной модели горно-разведочных работ.

Взрывной способ отделения горной породы от массива остается преобладающим при проведении горно-разведочных выработок. И хорошо известно, что от эффективности буровзрывных работ зависит эффективность всего цикла проходческих работ.

Проходческий цикл начинается с бурения шпуров. Поэтому традиционно во всех справочниках и учебниках изложение технологии буровзрывных работ начинается с рассмотрения техники и технологии бурения шпуров.

Однако, при проектировании проходческих работ прежде чем решить вопрос как и чем бурить, необходимо определить сколько шпуров надо бурить, на какую глубину и как их расположить в забое.

Таким образом, начинать проектирование проходческого цикла надо с рассмотрения технологии взрывной отбойки горных пород.

Настоящая работа посвящена исследованию особенностей взрывной отбойки горных пород в проходческом забое горно-разведочных выработок с целью разработки обобщенной модели шпуровой отбойки пород и составлению на ее базе методики компьютерного проектирования БВР.

При проектировании взрывной отбойки горных пород решаются два основных вопроса.

• Какое количество выбранного ВВ необходимо для качественного разрушения заданного объема горной породы.

• Как разместить расчетное количество ВВ в разрушаемом объеме породы, чтобы получить проектируемые показатели отрыва.

В основе любого расчета необходимого количества ВВ лежит его удельный расход в кг/м отбиваемой породы. Существующие методики расчета удельного расхода ВВ в проходческих забоях при всех их достоинствах имеют особенности, делающие их трудно совместимыми с современными информационными технологиями:

• Узкая область применения, ограниченная конкретными горнотехнологическими условиями.

• Нет однозначных рекомендаций по выбору факторов, влияющих на удельный расход ВВ.

• Размытые рекомендации делают методики малопригодными для использования в автоматизированных расчетах.

Еще сложнее является ситуация с размещением зарядов в отбиваемом массиве породы. Как правило, в литературе этот вопрос не рассматривается и отдается «на откуп» проектировщикам, и они проектируют комплекты шпуров, исходя из собственного опыта. Размещение отбойных и оконтуривающих шпуров, как правило, затруднений не вызывает. Но размещение врубовых шпуров, особенно в прямых врубах, становится сложной задачей, которую решают в основном методом проб и ошибок.

В настоящее время в горной промышленности все шире внедряется высокопроизводительное буровое оборудование, которое предусматривает увеличение глубины шпуров до 3 м, а судя по тенденциям отечественного и зарубежного опыта, в перспективе и до 5 м. При такой глубине шпуров клиновые врубы полностью вытесняются прямыми врубами с 1-2 врубовыми скважинами или шпурами.

Современные технологии управления производством требуют предельной формализации любых расчетов. Такие технологии не должны базироваться на опыте отдельно взятого человека.

Для того чтобы разработать математическую модель технологического производства, необходимо предельно формализовать все взаимосвязи и взаимозависимости между всеми технологическими процессами. Это необходимо сделать не только с точки зрения геолого-экономического моделирования, но и с точки зрения управления как процессами БВР, так и управления и автоматизации всеми процессами проходческого цикла в забое горно-разведочных выработок.

Управление процессами проходки с активным использованием компьютеров стало реальностью. Ярким примером такого управления является финская технология "Computerized Drill and Blast Method" (Компьютеризированные буровзрывные работы). По ней автоматизация процесса поднялась от уровня проектирования процесса БВР до уровня управления процессом, когда сенсоры, установленные на перфораторах, по скорости бурения шпуров определяют крепость горной породы, и в зависимости от нее ботовой компьютер бурильной установки меняет параметры паспорта БВР.

Все вышесказанное позволяет сказать, что актуальным являются:

1. Исследование влияния различных горно-технологических факторов на удельный расход ВВ при проведении горно-разведочных выработок и разработка универсальной методики расчета удельного расхода ВВ, которая не зависит от конкретных условий, учитывает основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ, а также легко адаптируется к современным компьютерным технологиям.

2. Исследование взрывной отбойки горных пород с применением прямых врубов и моделирование работы врубовых зарядов. Разработка методики расчета параметров прямых врубов, исходя из структурных особенностей и физико-механических свойств взрываемых пород, а также технологических параметров зарядов ВВ.

Необходимо отметить еще один важный стимул для развития моделирования технологических процессов геологоразведочных работ, - это современные проблемы подготовки и переподготовки инженерных кадров. Российская Федерация встала на путь всеобщей компьютеризации средней школы. Количество выпускников школ, активно владеющих компьютерами, с каждым годом увеличивается. По этому не только МГУ, МИФИ и т.п., но и все остальные ВУЗы должны быть готовы к преподаванию всех дисциплин, включая не только фундаментальные, но и сугубо прикладные технологические, на уровне, адекватном современным компьютерным технологиям.

Все вышеизложенное делает проблемы формализации взаимосвязей технологических процессов горно-разведочных работ и разработки их компьютерных моделей особенно актуальными.

Заключение Диссертация по теме "Технология и техника геологоразведочных работ", Антонников, Виталий Николаевич

Заключение

Взрывной способ отделения горной породы от массива остается преобладающим при проведении горно-разведочных выработок. И от эффективности буровзрывных работ зависит эффективность всего цикла проходческих работ.

В основе любого расчета БВР лежит удельный расход взрывчатого вещества (ВВ). Анализ методик расчета удельного расхода ВВ выявил ряд недостатков, основные из которых: о В основном традиционные методики основаны на эмпирических рекомендациях для конкретных условий. о Нет четких рекомендаций по выбору факторов, влияющих на удельный расход ВВ. о "Размытые" рекомендации делают методики малопригодными для использования в автоматизированных расчетах.

В настоящее время в горной промышленности все шире внедряется высокопроизводительное буровое оборудование, которое предусматривает увеличение глубины шпурового комплекта до 3 м, а судя по тенденции отечественного и зарубежного опыта, в перспективе и до 5 м. При такой глубине шпуров клиновые врубы полностью вытесняются прямыми врубами с 1-2 врубовыми скважинами или шпурами.

В этой связи актуальными являются:

1. Разработка универсальной методики расчета удельного расхода ВВ, которая не зависит от конкретных условий, учитывает основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ, а также легко адаптируется к современным компьютерным технологиям.

2. Исследование взрывной отбойки горных пород с применением прямых врубов, моделирование работы врубовых зарядов. Разработка методики расчета параметров прямых врубов, исходя из структурных особенностей и физико-механических свойств взрываемых пород, а также технологических параметров зарядов ВВ.

В результате исследований:

1. Проведен анализ существующих методик расчета удельного расхода ВВ, на основе которого сформулированы основные требования к универсальной методике расчета и определены основные факторы, влияющие на удельный расход ВВ. Это позволило разработать универсальную методику расчета удельного расхода ВВ.

2. Раскрыта технологическая сущность коэффициента влияния площади поперечного сечения выработки на удельный расход ВВ.

3. Установлено, что коэффициент влияния площади поперечного сечения горно-разведочной выработки зависит не только от площади забоя, но и от крепости горной породы.

4. Раскрыто явление бокового зажима врубовых зарядов. Оно заключается в увеличении затрат энергии, требуемой для дробления горной породы вследствие изменения ее напряженного состояния.

5. Разработана методика расчета параметров зарядов ВВ, работающих в сторону свободной поверхности ограниченных размеров разных конфигураций.

6. Разработана методика определения критических параметров зарядов прямых врубов.

7. Разработано программное обеспечение для оперативного расчета параметров БВР.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Антонников, Виталий Николаевич, Москва

1. Абрамян Э.И. К вопросу интенсификации дробления горных пород взрывом. - В сб. «Взрывное дело», № 65/22. М., «Недра», 1968

2. Авдеев Ф.А., Барон B.JI. и др. Нормативный справочник по буровзрывным работам. М.: Недра, 1986

3. Андреев К.К., Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. М., Оборонгиз, 1960

4. Афонин В.Г., Гейман Л.М., Комир В.М. Справочное пособие по взрывным работам в строительстве. Киев: Будивельник, 1982

5. Багдасаров Ш.В., Верчеба А.О., Пальмов И.И. Справочник горного инженера геологоразведочных партий. М.: Недра, 1986

6. Баранов Е.Г., Беремок О.Н. Взрывные работы на подземных рудниках. -М.: Недра, 1985

7. Барон Л И. Горнотехнологическое породоведение. Предмет и способы исследований. Изд-во "Наука", 1977

8. Баум Ф.А. К вопросу оценки эффективности действия зарядов с воздушными промежутками. В сб. «Взрывное дело», № 54/11. М., «Недра», 1964

9. Баум Ф.А., Григорян С.С., Санасарян Н.С. Определение импульса взрыва вдоль образующей скважины и оптимальных параметров скважинного заряда. В сб. «Взрывное дело», № 54/11. М., «Недра», 1964

10. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: изд-во физико-математической литературы, 1959

11. Беляев А.Ф., Азбукина Л.А. Влияние свойств заряда ВВ на разрушение блоков цементного раствора. В сб. «Взрывные работы». М., Госстройиздат, 1960

12. Брылов С.А. Горное дело. М.: Недра, 1975

13. Брылов С.А., Багдасаров Ш.Б., Грабчак Л.Г. Современная технология и механизация горно-разведочных работ-М.: Недра, 1976

14. Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Бухаров Г.Н. и др. Взрывные работы при разведке полезных ископаемых. М.: Недра, 1985

15. Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Комащенко В.И. Горно-разведочные и буровзрывные работы. М.: Недра, 1989

16. Ведутин В.Ф. Исследование различных схем расположения шпуров по сечению забоя, вып. IV. Новокузнецк (Труды ВостНИГРИ), 1964

17. Горюнов Ю.В., Перцов Н.В., Сумм Б.Д. Эффект Ребиндера. М., «Наука», 1966

18. Грабчак Л.Г., Малышев Ю.Н., Комащенко В.И., Федунец Б.И. Проведение горно-разведочных выработок и основы разработки месторождений полезных ископаемых, М: Из-во Академии горных наук, 1997

19. Григорян И.Г., Пометун Д.Е., Горбенко Л.А., Ловля С.А. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. М.: Недра, 1980

20. Демидюк Г.П. Метод коротких замедлений как средство совершенствования взрывных работ. В сб. «Совершенствование буровзрывных работ». М., Госгортехиздат, 1959

21. Демидюк Г.П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде. В сб. «Буровзрывные работы в горной промышленности». М., Госгортехиздат, 1962

22. Демидюк Г.П. Управление действием взрыва и расчет скважинных зарядов. В сб. «Взрывное дело», № 51/8. М., Госгортехиздат, 1963

23. Демидюк Г.П., Ведутин В.Ф. Эффективность взрыва при проведении выработок. М. «Недра», 1973

24. Друкованный М.Ф. и др. Справочник по буровзрывным работам. М.:1. Недра, 1976

25. Друкованый М.Ф., Комир В.М. Механизм разрушения горных пород взрывом и управление им. В сб. «Взрывное дело», № 57/14, М., «Недра», 1965

26. Дубынин Н.Г., Кристин К.А. О коэффициентах рыхления гордых пород. Труды ИГД АН СССР, вып. 1. М., Углетехиздат, 1958

27. Единые правила безопасности при взрывных работах. НПО ОБТ, Москва, 1992

28. Карамзин В.И., Серго Е.Е. Жендрунский А.П. и др. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых М.: «Недра», 1974

29. Комир В.М., Кузнецов В.М.,. Воробьев В.В, Чебенко В.Н. Повышение эффективности действия взрыва в твердой среде М.: "Недра", 1988

30. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Изд. Мое. Гос. горного ун-та, 1994

31. Кутузов Б.Н. и др. Справочник взрывника. М.: Недра, 1988

32. Кутузов Б.Н., Валухин Ю.К., Давыдов С.А. Проектирование взрывных работ. М., "Недра", 1974.

33. Кутузов Б.Н., Комащенко В.И., Носков В.Ф. и др. Лабораторные и практические работы по разрушению горных пород взрывом. М.:1. Недра, 1982

34. Легастаев Е.Г. Исследование эффективности применения игданита в прямых врубах по горным породам. В сб. «Взрывное дело», вып. 65/22. М., «Недра», 1968

35. Лукьянов В.Г., Грабчак Л.Г., Рогов В.Ф. Проведение горизонтальных горноразведочных выработок скоростным методом. -М.: Недра, 1989

36. Лукьянов В.Г., Громов А.Д. Проведение горноразведочных выработок. М.: Недра, 1986

37. Лыхин П.А., Зильбершмидт В.Г., Правин А.Б. Комплекты шпуров при проведении горных выработок. М.: Недра, 1973

38. Магойченков М.А., Галаджий Ф.М., Росинский H.JI. Мастер-взрывник. М.: Недра, 1975

39. Мельников Н.В., Марченко JI.H. К вопросу о работе и механизме действия взрыва в твердых средах. В сб «Взрывное дело», № 45/2 М, Госгортехиздат, 1960

40. Мосинец В.Н., Абрамов A.B. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород взрывом. М.: Недра, 1982

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

42. Мухтаров Г.Г., Рогинский В.М. Проведение горизонтальных разведочных выработок. -М.: Недра, 1984

43. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Щуплик М. Н. Технология строительства подземных сооружений. I, II, III части. М.: Недра, 1983

44. Носков В.Ф., Комащенко В.И., Жабин Н.И. Буровзрывные работы на открытых и подземных разработках. -М.: Недра, 198245.0ника Д.Г. Проведение горных выработок М.: «Недра», 1969

45. Отчет по НИР Разработка, испытание и внедрение паспортов буровзрывных работ при проходке выработок с помощью самоходного оборудования на Тишинском руднике. ВНИИцветмет, 1982

46. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывным веществам и средствам взрывания. М.: Недра, 1977

47. Покровский Г.И. Взрыв М, «Недра», 1967

48. Правила безопасности при геологоразведочных работах М.: Недра, 1979

49. Протодьяконов М М. Материалы для урочного положения горных работ. М., Изд. ЦК горнорабочих, 1926

50. Ракишев Б.Р. Прогнозирование технологических параметров взорванных пород на карьерах. Алма-Ата: «Наука», 1983

51. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 2-е, дополненное и переработанное. М.: «Недра», 1974

52. Родионов В.Н. К вопросу о повышении эффективности взрыва в твердой среде. В сб. «Взрывное дело», № 57/8 М., Госгортехиздат, 1963

53. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. и др. Механический эффект подземного взрыва. М, «Недра», 1971

54. СНиП 3.02.03-84. Подземные горные выработки/ Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985

55. Суханов А.Ф. Разрушение горных пород взрывом. В сб «Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва» М, Изд. АН СССР 1959

56. Суханов А.Ф., КутузовБ.Н. Разрушение горных пород взрывом-М.:1. Недра, 1983

57. Ткачук К.Н., Федоренко П.И. Взрывные работы в горно-руднойпромышленности. Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Вища школа, 1990

58. Толковый горно-геологический словарь/ В.А. Гладун, Н.Б. Здорик, Т.Б.

59. Здорик и др. М.: Рус. яз., 1993.

60. Фадеев А.Б. Расчет скважинных зарядов с позиции волновой теории взрыва. В сб. «Взрывное дело», № 55/12 М, «Недра» 1964

61. Ханукаев А.Н. О физической сущности процесса разрушения горных пород взрывом. В сб. «Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва» М, Изд. АН СССР, 1958

62. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении горных пород взрывом. М., Госгортехиздат 1962

63. Черниговский А.А. Метод плоских систем зарядов в горном деле и строительстве. М «Недра» 1971

64. Чупрунов Г.Д. Проведение и крепление горных выработок. М., Госгортехиздат 1960

65. Шапиро В.Я. Классификация горных пород по взрываемости при проходке выработок. ФТПРПИ, №3, 1988

66. Шехудрин В.К., Холобаев Е.Н., Несмотряев В.И. Проведение подземных горных выработок. М.: Недра, 1980

67. Шехурдин В.К., Несмотряев В.И., Федоренко П.И. Горное дело. М.: Недра. 1987

68. Brady B.H.G.and Brown Е.Т. Rock Mechanics for underground mining.

69. George Allen & Unwin. 1985

70. Explosives Today. Series 2, №2, 1976, AECI, South Africa

71. Explosives Today. Series 2, №3, 1976, AECI, South Africa

72. Jaeger J.C. and Cook N.G.W. Fundamentals of rock Mechanics. Third edition. Chapman and Hall. 1979

73. Langefors U., B. Kilstrnm. The Modern Technique Of Rock Blasting.1.ndon, Pergamon Press, 1969

74. Richard E. Goodman. Introduction to Rock Mechanics. Second Edition. John Wiley&Sons. 1989

75. Stagg K.G.and Zienkiewicz O.C. Rock Mechanics in Engineering Practice.

76. John Wiley&Sons. First published. 1968

77. Wittke W. Proceeding. Seventh International Congress of Rock Mechanics.

78. Volume 2. Aachen/Deutschland/1991