Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Интенсификация комбайновой проходки восстающих в прочных горных породах с использованием энергии взрыва

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

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация комбайновой проходки восстающих в прочных горных породах с использованием энергии взрыва"

На правах рукописи

Фофанов Николай Петрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ КОМБАЙНОВОЙ ПРОХОДКИ ВОССТАЮЩИХ

В ПРОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА (НА ПРИМЕРЕ ОАО ППГХО)

Специальность 25 00 22-Геотехнология подземная, открытая и строи юпьная

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чига -2005

Работа выполнена в ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» и Читинском государственном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Лизункин Владимир Михайлович

Научный консультант

доктор технических наук Тюпин Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Воронов Евгений Тимофеевич кандидат технических наук Ермоленко Евгений Андреевич

Ведущая органичация: Институт природных ресурсов, экологии и

криологии (ИПРЭК) СО РАН

Защита диссертации состоится июня 2005 года в часов на заседании

диссертационного Совета Д 212 299 01 при Читинском государственном университете по адресу г Чита, ул Александрово-Заводская, 30, зал заседания Ученого совета Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации просим направить по адресу 672039 г Чита, ул Александрово-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Факс (3022) 26-43-93 E-mail root@chitqu ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского государственного университета

Автореферат разослан «__»_мая__2005г

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд геол -мин наук (СиСЧИИ^у Н П Котова

Общаи характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время горные предприятия Российской Федерации все активнее переходя! к рыночным отношениям, что настойчиво требует снижения себестоимости добываемого полезного ископаемого, особенно при подземной геотехнологии, отличающейся более высокими зафатами по сравнению с открытыми горными работами

Необходимым технологическим процессом подземной геотехнологии является подготовка блоков к выемке, включающая в частности проведение рудоспусков, ходовых, вентиляционных, закладочных и материальных восстающих Наиболее прогрессивным способом проходки восстающих с точки фения безопасности, экономики и социальной привлекательноеги является механическое бурение буровыми установками (комбайнами) Однако практика показала, чго применяемые на рудниках ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ОАО «ППГХО») комбайны 2КВ эффективно работают в массивах горных пород с коэффициентом крепости по ММ Прогодьяконову / до 10 12 В более крепких (прочных) породах технико-экономические показатели (ТЭП) проходки значительно ухудшаются Поэтому создание технологии восстающих комбайном 2КВ в крепких трных породах, обеспечивающей повышение производительности труда и снижение расхода разрушающего инструмента является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит рентабельно эксплуатировать буровые установки в нерегламен тированных условиях

Для повышения ТОП проходки восстающих в прочных горных породах в настоящей работе предложено использовать энергию взрыва, т е направленно изменить физико-технические свойства массива (прочность, микротрещиновагость) или его напряженное состояние перед проходкой восстающих комбайном 2КВ

В диссертационной работе обобщены результаты многолетних исследовании, проведенных при непосредственном участии и под руководством автора в рамках планов НИР ОАО «ПП1 ХО»

Цель работы - повышение эффективности проходки восстающих комбайном 2КВ в прочных массивах горных пород на основе использования энергии взрыва и горного давления

Основная идея работы заключается в предварительном изменении физико-технических свойств и напряженною состояния горного массива энергией взрыва или применения комбайна 2КВ в естественно напря) массиве

БИБЛИОТЕКА

09 «О/нет

КА. \

"М

Объект исследований - трещиноватый напряженный массив горных пород

Предмет исследований - технология и основные процессы проведения восстающих комбайном 2КВ

Основные задами исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Установить влияние действия взрыва на физико-технические свойства и напряженно-деформированное состояние массива прочных горных пород

2 Провести промышленные испытания технологии проведения восстающих комбайном 2КВ в разупрочненных и напряженных массивах

3 Разработать нормативно-техническую документацию на использование способов интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ, внедрить и определить область применения и экономическую эффективность предложенных способов

Методы исследований Реализация поставленной цели осуществлялась на основе комплекса современных методов, включающих анализ литературных источников, промышленные экспериментальные и лабораторные исследования влияния действия взрыва на физико-технические свойства и НДС окружающего горного массива с использованием линейных замеров, поляризационного микроскопа, акустического прибора УКБ-1М, прибора определения коэффициента крепости, хронометражные наблюдения за скоростью проходки восстающих, технико-экономический анализ предложенной технологии, методы анализа и обработки результатов наблюдений с использованием математического аппарата теории вероятности и математической статистики

Защищаемые научные положения.

1 Взрывание заряда ВВ в скважине пробуренной по оси восстающего, разупрочняет массив в радиусе до 10 12 его диаметра и увеличивает скорость комбайновой проходки восстающего в крепких горных породах

2 Формирование напряженно-деформированного состояния массива путем взрывания скважии вне контуров проектируемого восстающего или использование высокого горного давления на больших глубинах позволяет повысить эффективность комбайновой проходки за счет взаимодействия его рабочего органа с напряженными породами

Достоверность научных положений и выводов подтверждена

-достаточным и представительным объемом экспериментальных исследований основных процессов технологии проведенных восстающих комбайном 2КВ,

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов, лабораторных исследований, промышленных экспериментов, положительными показателями внедрения разработанной технологии проведения восстающих комбайном 2КВ в прочных породах

Научная новизна исследований заключается в том, что

- впервые на основе анализа теории и практики научно обоснован способ проведения восстающих комбайном 2КВ с предварительным взрывным воздействием на массив прочных горных пород,

- экспериментально установлены зависимости изменения микротрещи-новатости, скорости продольной волны и прочности крепких горных пород (/"=8 18) с расстоянием о г взорванного заряда ВВ, причем разупрочнение массива происходит в радиусе 10 12 диаметра заряда,

- выявлены основные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния прочных гранитных массивов вокруг взорванного заряда и установлена зона повышенных напряжений на расстоянии от 10 12 до 45 50 диаметров заряда,

- теоретически и экспериментально доказана возможность и определены условия повышения скорос!и проходки восстающих комбайном 2КВ в измененных взрывом и удароопаснык напряженных массивах крепких горных пород,

- разработаны техноло! ические схемы проведения восстающих комбайном 2КВ с предварительным взрывным воздействием и определена область их целесообразного применения в зависимости от крепости горных пород и назначения выработок

Практическое значение работы заключается в разработке

- методов повышения эффективности подземной геотехнологии на основе интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ с использованием энергии взрыва и естественного горного давления,

- нормативно-технической документации по интенсификации проходки восстающих в различных горно-геологических и горнотехнических условиях

Реализация работы. Разработанные в виде нормативно-технической документации рекомендации по интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ внедрены на рудниках №1 и «Глубокий» ОАО «ППГХО» с экономическим эффектом 103,99 тыс рублей (в ценах 1991 года) или 2,8 млн рублей (в ценах 2003 года) Использование комбайнов 2КВ в удароопасных гранитах месторождения

«Антей», помимо повышения эффективности проходки, обеспечивает безопасность горных работ

Личный вклад автора состоит в

- обобщении отечественного и зарубежного опыта применения комбайнов бурового типа и обосновании технологии проведения восстающих комбайном 2КВ на основе изменения физико-технических свойств и напряженного состояния массива крепких горных пород,

- участии при разработке методик, проведении, обработке и анализе результатов исследований,

- разработке нормативно-технической документации, обосновании области применения, внедрении и технико-экономической оценке технологических схем проходки восстающих комбайном 2КВ

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных заседаниях научно-технического совета ОАО «ППГХО» (г Краснокаменск, 1980-1993гг, 1997-2004г г), региональных научно-практических конференциях ЧитГУ(г Чита, 2003-2004г г), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004г)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 патента РФ и авторское свидетельство СССР на изобретение

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 142 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 21 таблицу список литературы из 40 наименований и 8 приложений

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консульгангу дтн Тюпину ВН и научному руководителю дтн, профессору Лизункину В М за участие в выборе направления исследований, постоянное внимание к работе и поддержку на всех этапах ее подготовки

Исключительную благодарность автор выражает сотрудникам Сибирского филиала ВНИГТИПТ, ЧитГУ, работникам управления и подразделений ОАО «ППГХО» за помощь в проведении экспериментов, опытно-промышленной проверке и содействии во внедрении разработок по теме диссертации

Основное содержание работы

Изученность вопроса. Вопросами совершенствования подземной геотехнологии при разработке месторождений полезных ископаемых уделено большое

внимание в работах академика РАН Агошкова М И , чл -кор РАН Бронникова ДМ , Каплунова Д Р , докторов технических наук Галаева Н 3 , Дубинина Н Г , Загирова Н X , Именитова В Р , Ломоносова Г Г , Каплунова Р П .Кравцова В В , Лизункина В М , Назарчика А Ф, Нуждина И И , Овсейчука В А ,Шестакова В А , Фаткулина А М , Фрейдина А М , кандидатов технических наук Абрамова В Ф , Латышева М 3 , Мамсурова Л А, Сергеева В К и других Большой вклад в развитие и совершенствование безопасной разработки жильных месторождений полезных ископаемых внесли доктора технических наук Ляхов А И , Курсакин Г А , Тюпин В Н , кандидаты технических наук Рафиенко ДИ, Сосновский ЛИ, Зайцев БМ, Нечаев Ю Д и другие

В настоящее время на рудниках ОАО «11111 ХО» преобладающее место по объему использования занимает система разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой Растут также объемы добычи руды и металла высокопроизводительными системами подэтажных штреков со скважинной отбойкой и подземным выщелачиванием В применяемых системах и способах разработки значительная часть затрат (до 15 20 %) приходится на проведение вертикальных выработок, отличающихся высокой трудоемкостью и повышенной опасностью В этой связи на рудниках ОАО «ППГХО» широко применяются пр01 рессивные способы проведения восстающих методами бурения комбайном 2КВ и секционным взрыванием скважин Принципиальная технологическая схема бурения восстающего комбайном 2КВ включает бурение передовой скважины сверху вниз и разбуривание восстающего на полное сечение в обратном порядке Широкие промышленные испытания и успешное внедрение комбайнов 2КВ проведены также на ряде рудников Минцветмета СССР в 80 г г прошлого столетия ( СУБР, ПО «Дальполиметалл» и др ) За рубежом проходка восстающих и стволов буровыми установками широко применяется с 60-х годов прошлого столетия При этом ведущими фирмами - производителями являются в США - «Роббинс» «Ингерсолл-Рэнд», «Джарва» (отделение шведской фирмы «Атлас Копко»), в Финляндии - «Ой инбэн АЬ», «Тамрок», в ФРГ - «Вирт», «Турмаг», во Франции - «СМФ Интернационалы; и др

Практика эксплуатации комбайнов 2КВ на рудниках ОАО «ППГХО» показала, что они эффективны при проведении восстающих в породах с коэффициентом крепости / до 8 12 по проф ММ Протодъяконову При большей величине коэффициента крепости существенно (в 1,5 3,0 и более раза) снижается скорость проходки Особенно растут (в 2,5 б раз) расход и затраты на рабочий инструмент (табл 2)

Таблица 2

Показатели проведения восстающих комбайном 2КВ в горно-геологических условиях ОАО «ППГХО»

Наименование горных пород Коэффициент крепости по проф М М Протодъяконо ву Техническая скорость проходки*, м/см Эксплуатаци онная скорость проходки,** м/см Стойкость шарошечных долот LI 1-16 при разбури-вании, шт/м

Туфы фельзитов, туфо-гравелшы, туфопесчани-ки, трахидациты в рудных зонах 3 8 2,9 3,9 0,7 .0,8 0,017

Фетыиты, туфы трахид-ацитов, песчаники, кон-помераш, 1равелиты 8 12 12 1,6 2,9 0,53 0,7 0,042

1 рахидаци ты, пла1 ио-клазовые андезиты, граниты 0,85 1,6 0,39 0,53 0,104

* включает ра^уривание восстающею с уборкой и подъемом штанг,

** включает все операции (транспортировка монтаж комбайна, бурение пилот-скважины, спуск-подл,ем, монтаж-демонтаж ипанг, разбуривание и т д )

I ак как в настоящее время (и в бчижайшем будущем) горные работы ведутся на 1 лубоких горизон!ах в крепких породах (/>8 12), то применение комбайнов 2КВ в таких условиях, как пока)ал опыт их эксплуатации, не выгодно В этой связи перед предприятием остро ваала ¡адача повышения эффективности проведения восстающих вырабокж комбайном 2КВ в прочных породах Актуальность вопроса не только экономическая, но и социальная - обеспечение бе ¡опасных условий проведения восстающих в породах особенно склонных к горным ударам Этого можно достичь расширением применения бурового способа при условии увеличения скорости проходки и снижения шра! на инструмент

Анали! отечес! венного зарубежного опыта показал, что улучшить ЮП бурения восстающих в крепких горных породах можно на основе применения комбинированных способов разрушения, при которых происходит изменение либо условий отделения породы от массива, либо ее физико-механических свойств Из этих способов представляют практический интерес разрушение резцами, гидравлическими струями термическое )лектротермическое, электро! идро-динамическое (электроимпульсное), буровзрывное

В рассматриваемой технологии бурения восстающих комбайном 2КВ и подобными ему установками реальным является применение буровзрывного способа для предварительного снижения прочности или повышения напряженного состояния

породы в проектном контуре восстающего, который по сравнению с физическими способами прост (не требует создания комбинированного исполнительного органа), обладает наиболее высокой технологичностью и эффективностью разрушения пород любой прочности При этом разупрочнение пород может быть осуществлено путем взрывания скважин диаметром 0,105 м или передовой скважины диаметром 0,27м, пробуренных по оси восстающего соответственно стаканом ЖР-100 М и комбайном 2КВ Повышение напряженного состояния возможно путем взрывания 2-3 скважины диаметром 0,105м, расположенных вне проектного контура восстающего Перспективным следует также считать использование энер!ии горного давления для интенсификации механического разрушения

Согласно исследованиям академика В В Ржевского, д i н Л И Барона, Г Я Новика и других ученых на процессы бурения существенное влияние оказывают межкристаллические трещины как естественного, так и искусственного происхождения С увеличением трещиноватости снижается прочность породы и увеличивается ее хрупкость, что положительно сказывается на процессе механического разрушения, в т ч комбайном 2КВ

Взрывание заряда ВВ в скважине пробуренной по оси восстающего, разунрочняет массив в радиусе до 10...12 сю диаметра и увеличивает скорость комбайновой проходки восстающего в крепких горных породах.

Для определения параметров зоны разупрочнения массива проведено 2 серии промышленных и лабораторных исследований

В первой серии экспериментов (проведены на четырех рудниках ОАО «lllil ХО») определяли размеры зон раздавливания (Ал), зон радиальных трещин (Rw) и число трещин, распространяющихся от зарядной полости (Мр) Массивы горных пород представлены гранитами, трахидацитами, кош ломератами, фельзитами, андезито-базальтами Для замеров, которые проводились линейным методом и методом непосредственного подсчета, использовались рабочие и нерабочие забои проходческих выработок и слоевых заходок Используемые параметры БВР диаметр шпура 0,040м, диаметр патрона аммонала-0,020 - 0,032м, длина шпура 1,8м

Анализ результатов исследований показал, что наиболее прочными, труднобуримыми породами рудников ОАО «ППГХО» являются граниты, трахидациты и андезито-базальты Причем, диаметр зоны раздавливания у гранитов и трахидацитов составляет (1,2 3,8)^ (d¡ - диаметр заряда ВВ), у андезито-базальтов (1,8 2,0)d¡ Радиус зоны радиального трешинообразования максимален у андезито-базальтов

(2,5 15)^, имеет меньший размер у трахидацитов (3,8 11,3)с^ и минимален у гранитов (2,5 7,5)с1з

Во второй серии с целью получения количественных закономерностей изменения физико-технических свойств гранитов и трахидацитов с расстоянием от взорванного заряда по 6 забоям проведены исследования на 7 и 8 горизонтах рудника «Восточный» Породы - граниты с/=14 18, трахидациты с/=8 12 После взрывов на различном расстоянии от взрывной полости отбирали пробы, из которых изготавливали на камнерезном станке образцы Затем замеряли параметры микротрещиноватости образцов с использованием поляризационного микроскопа, скорости продольных волн прибором УКБ-1М и коэффициента крепости (методом толчения)

Анализ результатов показал, что изменение физико-технических свойств гранитов (рис 1) после взрыва происходит на расстояниях до 0,4 0,5м или до (10 12)Л При этом среднее расстояние между микротрещинами после взрыва уменьшается с 0,5 1,0 до 0,1 0,5 мм, коэффициент крепости с 14 18 до 2 12 (в среднем - 7) Вокруг заряда образуется от 20 до 40 радиальных макротрещин средней длиной 0,3 м Скорость продольной волны уменьшается с 5000-5500 до 1500 2000 м/с

В трахидацитах (рис 2) изменение физико-технических свойств после взрыва происходит на расстояниях до 0,3 0,5м (или 8 12 диаметров заряда) При этом среднее расстояние между микротрещинами уменьшается с 2,5 до 0,8мм, коэффициент крепости с 10 12 до 3 8 (в среднем - 5) Вокруг зарядов появляется от 8 до 16 радиальных макротрещин Скорость продольных волн в образцах трахидацитов за счет взрывного разупрочнения снижается с 4500-5000 до 4000-4300 м/с Следует отметить, что по мере удаления от заряда ВВ среднее расстояние между микротрещинами и коэффициент крепости увеличиваются как в гранитах, так и в трахидацитах (рис 1, 2)

Промышленные испытания способа интенсификации проходки восстающего комбайном 2КВ с разупрочнением массива взрыванием скважины по его оси проводилось на 7 горизонте рудника №1 ОАО «ППГХО» в штреке 4е-703 при проходке вентиляционного восстающего №1 Массив горных пород между 7 и 6 горизонтами представлен окварцованными трахидацитами Для проведения сравнительного эксперимента из камеры проходки восстающего, по его оси, на 7 горизонте вертикально вверх бурили скважину диаметром 0,105м и длиной 30м Скважину заряжали и взрывали зарядом гранулита АС-8 длиной 25м и массой 200кг Таким образом, экспериментальный участок массива от 7 горизонта и выше на 30м был разупрочнен

О 0.1 0 2 0.3 0.4 0.5 Р,М

Рис.1. Зависимость расстояния между микротрещинами (с1м) -1, коэффициент крепости (0 -2, скорости продольной волны (С) -3, для ;ра-нитов с расстоянием от взорванного заряда ВВ (г). Месюрождение «Антей», 8 горизонт

Рис.2 Зависимость расстояния между микротрещинами (с!*)-!, коэффициента крепости (!) -2, скорости продольной волны (С) -3, для 1ра-хидацитов с расстоянием от взорванного заряда ВВ (г). Рудник «Восточный», 7 горизон!

взрывом в радиусе окочо 1м Базовым (сравнительным) участком служил массив между забоем взрывной скважины и 6 горизонюм, не разупрочненный взрывом После взрыва бурили пилот-скважину с 6 горизонта, навешивали на нее рабочий орган и проводили восстающий комбайном 2КВ, диаметром 1,5м В результате хронометражных наблюдении и их обработки установлено, что в массиве трахидапитов механическая скорость проходки па экспериментальном участке составила 2,3 м/см, на базовом участке 1,5 м/см, те увеличилась в 1,5 раза, что объясняется предварительным разупрочнением массива в 2,0 2,4 pasa

Формирование напряженно-деформированного состояния массива путем взрывания скважин вне контуров проектируемого восстающею или исполыокание высокою юрного давления на больших глубинах позволяет повысим, )ффективносгь комбайновой проходки за счег взаимолейсюия его рабоче! о органа с напряженными породами.

Известно, в г ч из практики ОАО «ППГХО», что в удароопасных породах, находящихся в предельно - напряженном состоянии, наблюдаются явления увеличения киш, дальности отброса породы от забоя, степени измельчения отбитой руды, саморафушения и рафушения массива от незначительных воздействий на нею энергией вфыва и т д Это пос тужило основой для со ¡дания и применения технологии проведения воссыющих комбайном 2КВ в естественно и искусственно напряженных массивах юрных пород

В этой связи была произведена оценка напряженного состояния пород на контуре восстющего в устовиях глубоких горизонтов рудников ОАО «ППГХО» по минимальной величине горного давления (Pmm) в местах их динамического

проявления в зависимости от предельной прочности на сжатие((Тсж^ растяжения (О^ и коэффициента Пуассона ( V) по выражению 1 -V

Рт,п=°р(-)

V

Расчетами установлено что в удароопасных гранитах месторождения «Антей» ( V = 0,1 5 0,23, (7р_ g 12 мГ1а) минимальная величина компоненты горного давления в месте динамического рафушения грани того массива равна Р,„,„=26 68,0 МПа, что сравнимо с ветчиной (7р и <Tt ж Аналогичные значения горного давления (50 100 МПа) усыновлены методом паралтетьных скважин горной лабораторией ЦНИЛ ОАО «ПП1 ХО» в i ранишых массивах на глубине от 450 до 800 м от поверхносш земли, где

происходит саморазрушение массива на контуре обнажения в виде шелушения, сфеляния и динамического заколообразования без приложения механических воздействий Натурными наблюдениями установлено, что величина горизонтальных компонент горного давления, определенная на основе метода параллельных скважин, с глубиной возрастает и составляет для 8 горизонта 67,4 МПа, для 11 горизонта 86,1 МПа Анализ результатов промышленных исследований показал, что при увеличении горного давления в гранитном массиве в 1,3 1,4 раза техническая скорость проходки комбайном 2КВ увеличилась с 0,4 .1,6 м/см (1,0 м/см в среднем) до 0,8. 2,2 м/см (1,5 м/см в среднем), те в 1,5 раза Стойкость шарошечных долот возросла с 3,5 . 3,6 м до 4,8 5,6 м, те в 1,4 1,5 раза

Проведенные исследования позволяют предположить возможность интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ за счет формирования повышенных напряжений в горном массиве в месте расположения проектируемой горной выработки путем бурения и взрывания одного или группы зарядов ВВ

Анализ литературы по вопросу о расположении и размерах зон действия взрыва в трещиноватом массиве показал, что помимо зон раздавливания и радиальных трещин за их пределами существует зона взрывных остаточных напряжений (Кутузов Б Н , Тюпин В Н , Родионов В Н и др) Последняя образуется (по В.Н Тюпину) в результате смещения массива под действием квазистатического давления ПД от заряда ВВ, при котором происходят пластические деформации массива на берегах естественных трещин, а также упругие деформации отдельностей массива При этом величина максимальных взрывных остаточных напряжений изменяется в широком диапазоне и зависит от диаметра заряда ВВ и физико-технических свойств массива горных пород

Для научного обоснования возможности интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ этим способом были проведены промышленные экспериментальные исследования по определению величин и зоны распространения взрывных остаточных напряжений, образуемых в трещиноватом горном массиве под действием взрыва

Исследования проводились на 8 горизонте рудника «Восточный» в блоке 6а-812, слой 5, в забое слоевого орта Вмещающие породы представлены гранитами с размером отдельности 0,25...0,3 м, количество систем трещин - 4. Перпендикулярно забою в его центре бурили взрывной шпур диаметром 0,04м и длиной 2,5м (рис 3) Вокру! пего были пробурены 4 измерительных шпура того же диаметра и длиной 4 м До взрыва по измерительным шпурам 1-2 и 3-4 определяли скорость распространения

ультразвука (продольных волн) Затем по тарировочной зависимости (приведена в диссертации) для гранитов в каждой точке измерения определяли величину напряжения. Далее в центральном шпуре производили взрывание заряда аммонала-200 массой 1 кг и длиной 1 м После взрывания производили замеры скорости продольных волн в массиве по шпурам 1-2 и 3-4 и определяли величину напряжений по тарировочной кривой

В результате установлено, что после взрывания заряда ВВ в центральном шпуре скорость ультразвука в измерительных шпурах 1-2 (рис. 4) увеличилась в среднем с 5,25 103 м/с (до взрыва) до 5,75-Ю3 м/с (после взрыва) Максимальная скорость ультразвука увеличилась с 5,7 103 м/с до 6,2 103 м/с Величина напряжения увеличилась в среднем с 18 МПа (до взрыва) до 40 МПа (после взрыва). Максимальная величина напряжения в горном массиве с 30 МПа до 78 МПа. В шпурах 3-4 максимальные напряжения в массиве увеличились с 40 МПа до 62 МПа

Испытания при проходке восстающих комбайном 2КВ после предварительного создания взрывом зоны остаточных напряжений в горном массиве проводились на 5 горизонте рудника №1 ОАО «ППГХО» в орте 4в-608 Породы представлены неравномерно окварцованными трахидацитами с размером отдельности 0,15 0,4 м Из буровой камеры в орте 4в-508 перед проходкой рудоспуска бурили, а затем взрывали две вертикальные нисходящие скважины диаметром 0,105 м за проектным контуром восстающего на расстоянии двух-пяти метров одна от другой длиной 40 45м. После чего бурили снизу вверх рудоспуск 4в-608/2 комбайном 2КВ диаметром 1,8м

Промышленные эксперименты в рудоспуске 4в-608/2 показали, чю техническая скорость проходки комбайном 2КВ в массиве трахидацитов в зоне действия взрыва в среднем (в сравнении с не взорванными участками рудоспуска 4в-608/2 и при проходке лифтового восстающего 4в-608/1) возросла в 2 раза, с 1,45 м/см (0,23 м/ч) до 2,98 м/см (0,58 м/ч) Увеличение скорости проходки комбайном 2КВ произошло за счет разупрочнения пород при взрыве в радиусе 1м вокруг каждой скважины и формирования зоны взрывных остаточных напряжений в радиусе около 5 м (45. 50d3). При этом стойкость шарошек Ш-16 увеличивалась с 3,56 м до 4,75 м, т е в 1,33 раза.

Дальнейшие испытания и внедрение проводилось в гранитах путем бурения и взрывания двух восстающих (под углом 88-90° к горизонту) скважин диаметром 0,105 м и длиной 52 м, расположенных симметрично относительно оси проектируемого

Л

2 О

шей

УЛОУЛ* £

25

1.3

2.4

4Я

Рис. 3. Схема расположения измерительных (1 -4) и взрывного (5) шпуров в слоевом орте 5 слоя Бл. 6а-812

Рис 4.Экспериментальные зависимости скорости ультразвука (С) -а) и напряжения (а,) в массиве - б), с расстоянием от забоя орта (1шп), до взрыва - Г и после взрыва-2' , в шпурах 1-2. 3'- место расположения заряда ВВ

восстающего на расстоянии 3 5 м друг от друга (рис 5) Длина заряда ВВ - 47 м, масса заряда 370 кг, ВВ гранулит АС-8 или граммонит 79/21 Способ был применен в бл 6а-713 перед проходкой рудоспусков 6а-713/1, 6а-713, материального восстающего ба-713, закладочных восстающих ба-713/3, ба-713/2 Общая длина проходки - 290м

Результаты испытаний и внедрения показали, что за счет создания в массиве гранитов взрывных остаточных напряжений и его разупрочнения техническая скорость проходки составила 1,5 2,4 м/см (1,95 м/см в среднем), стойкость одной шарошки 7,1 м, что соответственно в 2 1 и 2 раза больше, чем в естественном состоянии

На основании проведенных исследований разработана нормативно-техническая документация (НТД) на технологию проходки восстающих комбайном 2КВ с предварительной взрывной подготовкой массива крепких горных пород и в удароопасных напряженных породах (приведена в диссертации)

Технико-экономическими расчетами по критерию суммарные затраты на проведение 1м восстающего установлена область целесообразного применения разработанных взрывных способов интенсификации проходки выработок комбайном 2КВ

Разупрочнение взрыванием одиночной скважины диаметром 0,105 м по оси восстающего рекомендуется применять в породах с коэффициентом крепости f = 8 12, а также в более крепких при проходке ходовых, вентиляционных и материальных восстающих (законтурное разрушение породы взрывом минимально)

В выработках, проводимых в более крепких (f > 10 12), вязких породах, а также используемых в качестве рудоспускных и отрезных восстающих целесообразнее применять либо взрывное напряжение массива 2-3 скважинами диаметром 0,105 м, пробуренных вне контура восстающего, либо разупрочнение породы взрыванием заряда ВВ в передовой скважине диаметром 0,27 м

Технико-экономический анализ показал, что применение комбайна 2КВ в измененных взрывом гранитных массивах снижает себестоимость проходки 1 м восстающего с 10,2 тыс р/м до 6,4 тыс р/м, а в удароопасных породах - до 6,42 тыс р /м Суммарный экономический эффект от внедрения технологии проходки восстающих комбайном 2КВ в предварительно измененных взрывом породах составил 2,8 млн рублей (в ценах 2003 года) или 103,99 тыс рублей в ценах 1991 года

Боевик

Разрез пород: нет. 0-50 и- граниты устойчивые, КОНСТРУКЦИЯ ЗАРЯДА ВВ слабо •грещнно.аше,

ыэфф. f-= 16-18,

ДШ

(2 иитки)

готовят со ириюн;

■вт. JO-бОм - гранаты неустойчивые, коэфф.#=10-12, возможны вьвалы, бурятся без взрьаа, выше трахядацаты

Примечание:

1. Тип ВВ - гравутгг АС-8, заряжание зарядной мшив яаАЗМЕС.

2. Взрывание с покопаю ДШ проводят в 2 приема, заряжая д>е екввквви Длина зарядов (2 приема) 30 я 11м; масса заряда

(ив2 си.)-480 и 176кг.

3. На ода я прием взрывания 250м в 120м ДШ, 3 ЭД.

4. Взрыдоние зарядов в сква-жаяая одиоврвмеииое.

5. При ведении ЕВР соблюдаются сШБ ара взрьквых работая»

А-А |«и|

Рис. 5. Типовой паспорт БВР для взрывной подготовки массива гранитов в бл.6а-713

Заключение

В диссертации на основании выполненных автором исследований дано научное обоснование комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2КВ в крепких породах, внедрение которой вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса при подземной разработке рудных месторождений

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключается в следующем

1 В существующих на ОАО «11111 ХО» технологиях подземной разработки

4

урановых месторождений значительные затраты приходятся на проведение восстающих выработок Применяемые для их проходки комбайны 2КВ не эффективны в крепких (f > 10 12) породах В этих условиях повысить скорость проведения и стойкость рабочего инструмента можно путем разупрочнения или повышения напряженного состояния массива горных пород энергией взрыва, либо применения комбайнов в удароопасных напряженных участках месторождения

2 Взрывание зарядов ВВ в массиве гранитов обеспечивает формирование радиальных трещин длиной (5 \S)d¡ с числом от 20 до 40 и образование повышенной микротрещиноватости пород в радиусе до (10 \2)d¡, что выражается в уменьшении среднего расстояния между микротрещинами с 0,5 1,0 мм до 0,1 0,5 мм Коэффициент крепости гранитов после взрыва в радиусе (10 12)^ (зона разупрочнения) уменьшается с 14 18 до 2 12

При взрывании зарядов ВВ в массиве трахидацитов формируется от 8 до 16 радиальных трещин длиной (8 12) диаметров зарядов с образованием зоны разупрочнения и повышенной микротрещиноватости в радиусе до (8 \2)d¡ и уменьшением среднего расстояния между микротрещинами с 1,0 1,5 до 0,2 0,5 мм Коэффициент крепости трахидацитов в зоне разупрочнения уменьшается с 10 12 до 3 5

3 Использование эффекта разупрочнения массива путем взрывания скважины 4 диаметром 0,105 м по оси проектируемого восстающего обеспечивает увеличение технической скорости проходки комбайном 2КВ с 1,5 м/см до 2,3 м/см и стойкости . шарошек в 1,4 раза Однако при длине восстающего более 30 м из-за отклонения взрывных скважин (до 3 7 м) и малого диаметра зоны разупрочнения (до 2 м при диаметре восстающего 1,5-1,8 м) эффективность бурения выработки снижается

4 Натурными наблюдениями в удароопасных гранитах месторождения «Антей» ОАО «111Д ХО», теоретическими расчетами и опытно-промышленными

испытаниями установлена техническая возможность и экономическая целесообразность использования комбайнов 2КВ на удароопасных участках, где величина горизонтальных компонент горного давления равна или более 26,8 68,0 МПа

Увеличение напряженного состояния массива в призабойной части с 67,4 до 86,1 МПа приводит к возрастанию скорости проходки с 0,4 1,6 до 0,8 2,2 м/см (в 2 2,8 раза), стойкости шарошек Ш-16 с 3,5 3,6 до 4,8 5,6м (в 1,4 1,6 раза) и экономии 3,79 тыс р на 1м восстающего

5 Промышленными экспериментами установлено, что при взрывании зарядов ВВ в гранитах за зоной разупрочнения образуется зона повышенных напряжений (до 45 50 <13), где их средняя величина возрастает с 18 МПа (до взрыва) до 40 МПа, а максимальная - с 40 до 62 МПа Производственные испытания и внедрение показали, что взрывание 2-3 скважин вне контура проектируемого восстающего увеличивает скорость проходки комбайна 2КВ в напряженных взрывом гранитах с 0,4 1,4 до 1,5 2,4 м/см, а стойкость шарошек Ш-16 - с 3,56 до 7,1м

6 Разработана нормативно-техническая документация на способы интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ с использованием энергии взрыва и энергии горного давления, которая может быть использована при проектировании горно-проходческих работ в прочных, абразивных труднобуримых горных породах

7 Разупрочнение массива одиночной скважиной диаметром 0,105м, пробуренной по оси восстающего, рекомендуется применять в породах крепостью /= 8 12, а также в более прочных при проходке ходовых, вентиляционных и материальных восстающих

Разупрочнение массива взрыванием передовой скважины диаметром 0,27м или повышение его напряженности взрыванием 2-3 скважин диаметром 0,105м вне контура выработки целесообразнее применять для проходки восстающих комбайном 2КВ в более крепких (/>10 12) породах, а также используемых в качестве рудоспускных и отрезных восстающих

8 Суммарный экономический эффект от внедрения технологии проходки восстающих комбайном 2КВ с предварительной взрывной подготовкой массива составил 2,8 млн р (в ценах 2003 г) (103,99тыс р в ценах 1991 года) или 3,8 тыс р на 1 м восстающего

Список основных публикаций по теме диссертации

1 АР 1799052 СССР, МКИ Е21С 37/00 Способ взрывной подготовки горного массива к разрушению (соавторы В Н Тюпин, И А Мищенко, С В Матюшин) -Приоритет от 16 03 90 - не публикуется - 7с

2. Закономерности изменения физико-технических свойств массива горных пород после взрывания цилиндрических зарядов ВВ //Четвертая научно-техническая конференция Горного института /Матер конф - Чита ЧитГТУ, 2003 4 3 - С 9496

3 Промышленные испытания способов взрывной интенсификации проходки восстающих комбайном 2КВ в прочных породах на рудниках ОАО «ППГХО» //Четвертая научно-техническая конференция Горного института /Матер конф -Чита ЧитГТУ, 2003 4 3 - С 97-100

4 Область применения комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2КВ в прочных породах Стрельцовской группы месторождений // Вестник Читинского государственного университета Выл 36 -Чита' ЧитГУ, 2004 С.220-226 (соавторы В М. Лизункин , В.Н. Тюпин, А С. Тюкавкин)

5 Патент 1828682 СССР, МКИ Е21Б 5/00 Способ разгрузки удароопасных участков горного массива, (соавторы В.Н Тюпин, В.И Марьясов, С.С. Тюпина) - Приоритет от 16 05.91. - не публикуется .- Зс.

6 Патент 2210671 Россия, МКИ Е21Р 5/00 Р420 3/04 Способ взрывной разгрузки удароопасных участков горного массива (соавторы В.Н Тюпин, Ю Н. Галинов) -Опубл. 20.08.03, бюл. № 23. -6с.

Лицензия ЛР №020525 от 02 06 97

Подписано в печать И.05.OS формат 60x84/16

Уел Печ л 1 0_Тираж 100 экз_Заказ №_73

Читинский государственный университет Ул Александрово-Заводская, 30, г Чита, 672039

РИК ЧитГУ

!» 1 1 в 5 8

РНБ Русский фонд

2006-4 7544

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Фофанов, Николай Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождений Стрельцовского рудного поля. ^

1.2. Физико-технические свойства горных пород и породного массива Стрельцовской группы месторождений.

1.3. Общие сведения о применяемых системах разработки и технологии проведения вертикальных выработок.

1.4. Обоснование перспективного направления совершенствования технологии проведения выработок комбайном 2KB в крепких породах.

1.5. Цель и задачи исследований.

ГЛАВА2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЗРЫВА НА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНОГО МАССИВА.

2.1. Экспериментальные исследования по определению пара -метров зон раздавливания и радиального трещинообра-зования в ближней зоне действия взрыва.

2.2. Промышленные экспериментальные исследования по определению изменения физико-технических свойств массива с расстоянием от заряда ВВ.

2.3. Анализ результатов промышленных экспериментальных исследований.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯ

НИЕ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД.

3.1 Анализ литературных источников по установлению влияния действия взрыва на напряженное состояние массива.

3.2. Методика определения напряженного состояния трещи новатого массива горных пород.

3.3. Экспериментальные исследования по определению НДС массива после взрывания зарядов ВВ.

3.4. Обоснование возможности эффективной проходки вое -стающих в удароопасных массивах горных пород.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК КОМБАЙНОМ 2KB В ИЗМЕНЕННЫХ ВЗРЫВОМ И УДАРООПАСНЫХ МАССИВАХ ГОРНЫХ ПОРОД.

4.1. Методика промышленных испытаний способов интенси -фикации проходки восстающих комбайном 2KB.

4.2. Промышленные испытания комбайна 2KB в разупроч -ненных взрывом породных массивах.

4.3. Промышленные испытания интенсификации проходки восстающих комбайна 2KB в напряженных взрывом породных массивах.

4.4. Промышленные испытания и внедрение проходки вое -стающих комбайном 2KB в удароопасных напряженных гранитных массивах.

4.5. Выводы. j

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ И РАЗРА

БОТКА НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПО ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОВЕДЕНИЯ ВОС

СТАЮЩИХ КОМБАЙНОМ 2KB. Ill

5.1. Нормативно-техническая документация по интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и в удароопасных гранитных массивах месторождения «Антей».

5.2. Расчет экономического эффекта от внедрения технологии проведения восстающих комбайном 2KB с использова нием энергии взрыва и горного давления.

5.3. Определение области применения комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва.

5.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Интенсификация комбайновой проходки восстающих в прочных горных породах с использованием энергии взрыва"

Актуальность работы. В настоящее время горные предприятия Российской Федерации все активнее переходят к рыночным отношениям, что настойчиво требует снижения себестоимости добываемого полезного ископаемого, особенно при подземной геотехнологии, отличающейся более высокими затратами по сравнению с открытыми горными работами.

Необходимым технологическим процессом подземной геотехнологии является подготовка блоков к выемке, включающая в частности проведение рудоспусков, ходовых, вентиляционных, закладочных и материальных восстающих. Наиболее прогрессивным способом проходки восстающих с точки зрения безопасности, экономики и социальной привлекательности является механическое бурение буровыми установками (комбайнами). Однако практика показала, что применяемые на рудниках ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ОАО «ППГХО») комбайны 2KB эффективно работают в массивах горных пород с коэффициентом крепости по М.М. Протодъяконову /до10.12. В более крепких (прочных) породах технико-экономические показатели (ТЭП) проходки значительно ухудшаются. Поэтому создание технологии проходки восстающих комбайном 2KB в крепких горных породах, обеспечивающей повышение производительности труда и снижение расхода разрушающего инструмента является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит рентабельно эксплуатировать буровые установки в нерегламентированных условиях.

Для повышения ТЭП проходки восстающих в прочных горных породах в настоящей работе предложено использовать энергию взрыва, т.е. направленно изменить физико-технические свойства массива (прочность, мик-ротрещиноватость) или его напряженное состояние перед проходкой восстающих комбайном 2KB.

В диссертационной работе обобщены результаты многолетних исследований, проведенных при непосредственном участии и под руководством автора в рамках планов НИР ОАО «ППГХО».

Цель работы - повышение эффективности проходки восстающих комбайном 2KB в прочных массивах горных пород на основе использования энергии взрыва и горного давления.

Основная идея работы заключается в предварительном изменении физико-технических свойств и напряженного состояния горного массива энергией взрыва или применения комбайна 2KB в естественно напряженном удароопасном горном массиве.

Объект исследований - трещиноватый напряженный массив горных пород.

Предмет исследований - технология и основные процессы проведения восстающих комбайном 2KB.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить влияние действия взрыва на физико-технические свойства и напряженно-деформированное состояние массива прочных горных пород .

2. Провести промышленные испытания технологии проведения восстающих комбайном 2KB в разупрочненных и напряженных массивах

3. Разработать нормативно-техническую документацию на использование способов интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB, внедрить и определить область применения и экономическую эффективность предложенных способов.

Методы исследований. Реализация поставленной цели осуществлялась на основе комплекса современных методов, включающих: анализ литературных источников, промышленные экспериментальные и лабораторные исследования влияния действия взрыва на физико-технические свойства и НДС окружающего горного массива с использованием линейных замеров, поляризационного микроскопа, акустического прибора УКБ-1М, прибора определения коэффициента крепости, хронометражные наблюдения за скоростью проходки восстающих, технико-экономический анализ предложенной технологии, методы анализа и обработки результатов наблюдений с использованием математического аппарата теории вероятности и математической статистики.

Защищаемые научные положения.

1. Взрывание заряда ВВ в скважине, пробуренной по оси восстающего, разупрочняет массив в радиусе до 10. 12 его диаметра и увеличивает скорость проходки восстающего комбайном 2KB в крепких горных породах.

2. Формирование напряженного состояния массива путем взрывания скважин вне контуров проектируемого восстающего или использование высокого горного давления на больших глубинах позволяет повысить эффективность комбайновой проходки за счет взаимодействия его рабочего органа с напряженными породами.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена:

-достаточным и представительным объемом экспериментальных исследований основных процессов технологии проведенных восстающих комбайном 2KB;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов, лабораторных исследований, промышленных экспериментов, положительными показателями внедрения разработанной технологии проведения восстающих комбайном 2KB в прочных породах.

Научная новизна исследований заключается в том, что:

- впервые на основе анализа теории и практики научно обоснован способ проведения восстающих комбайном 2KB с предварительным взрывным воздействием на массив прочных горных пород;

- экспериментально установлены зависимости изменения микротре-щи-новатости, скорости продольной волны и прочности крепких горных пород (/"= 8. 18) с расстоянием от взорванного заряда ВВ, причем разупрочнение массива происходит в радиусе 10. 12 диаметра заряда;

- выявлены основные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния прочных гранитных массивов вокруг взорванного заряда и установлена зона повышенных напряжений на расстоянии от 10. 12 до 45.50 диаметров заряда;

- теоретически и экспериментально доказана возможность и определены условия повышения скорости проходки восстающих комбайном 2KB в измененных взрывом и удароопасных напряженных массивах крепких горных пород;

- разработаны технологические схемы проведения восстающих комбайном 2KB с предварительным взрывным воздействием и определена область их целесообразного применения в зависимости от крепости горных пород и назначения выработок.

Практическое значение работы заключается в разработке:

- методов повышения эффективности подземной геотехнологии на основе интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и естественного горного давления;

- нормативно-технической документации по интенсификации проходки восстающих в различных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Реализация работы. Разработанные в виде нормативно-технической документации рекомендации по интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB внедрены на рудниках №1 и «Глубокий» ОАО «ППГХО» с экономическим эффектом 103,99 тыс. рублей (в ценах 1991 года) или 2,8 млн. рублей (в ценах 2003 года). Использование комбайнов 2KB в удароопасных гранитах месторождения «Антей», помимо повышения эффективности проходки, обеспечивает безопасность горных работ.

Личный вклад автора состоит в:

- обобщении отечественного и зарубежного опыта применения комбайнов бурового типа и обосновании технологии проведения восстающих комбайном 2KB на основе изменения физико-технических свойств и напряженного состояния массива крепких горных пород;

- участии при разработке методик, проведении, обработке и анализе результатов исследований;

- разработке нормативно-технической документации, обосновании области применения, внедрении и технико-экономической оценке технологических схем проходки восстающих комбайном 2KB.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных заседаниях научно-технического совета ОАО

ППГХО» (г.Краснокаменск, 1980-1993г.г., 1997-2004г.г.), региональных научно-практических конференциях ЧитГУ (г. Чита, 2003-2004г.г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 патента РФ и авторское свидетельство СССР на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 142 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 40 наименований и 8 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Фофанов, Николай Петрович

5.4. Выводы.

1. В настоящей главе разработана нормативно-техническая документация (НТД) по интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и энергии горного давления, которая может быть использована в прочных, абразивных труднобуримых горных породах. НТД включает в себя область применения, механизм взрывной подготовки массива к разрушению, порядок ведения геолого-маркшейдерских работ, технологию и параметры БВР, технику безопасности.

2. Технико-экономический анализ показал, что применение взрывной интенсификации гранитных массивов приводит к снижению себестоимости проходки 1 м восстающего с 10,2 тыс.р до 6,4 тыс.р. Полезное использование энергии горного давления обеспечивает снижение себестоимости проходки восстающего до 6,42 тыс.р/м. Удельный экономический эффект при взрывной подготовке составляет 3,8 тыс.р на 1 м восстающего, при использовании естественного горного давления - 3,79 тыс.р/м.

Суммарный экономический эффект от проходки восстающих комбайном 2KB на 9-11 горизонтах месторождения «Антей» составил 2,8 млн.р. (в ценах 2003 г.) за счет предварительного воздействия взрывом на массив горных пород.

3. На основании технико-экономических расчетов по критерию суммарные затраты на проведение 1м восстающего установлена область целесообразного применения разработанных взрывных способов интенсификации проходки выработок комбайном 2KB.

Разупрочнение породы взрыванием одиночной скважины диаметром 0,105м, пробуренной по оси восстающего, рекомендуется применять в породах с коэффициентом крепости f = 8. 12, а также в более крепких при проходке ходовых, вентиляционных и материальных восстающих, при котором разрушения за контуром выработки минимальны.

В выработках, проводимых в более крепких (f > 8. 12) породах, а также используемых в качестве рудоспускных и отрезных восстающих, целесообразнее применять либо взрывное напряжение массива группой скважин (2-Зшт.) диаметром 0,105м, пробуренных вне контура восстающего, либо разупрочнение взрыванием заряда ВВ, размещенного в передовой скважине диаметром 0,27м, пробуренной комбайном 2KB.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований дано научное обоснование комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2KB в крепких породах, внедрение которой вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса при подземной разработке рудных месторождений.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключается в следующем.

1. В существующих на ОАО «ППГХО» технологиях подземной разработки урановых месторождений значительные затраты приходятся на проведение восстающих выработок. Применяемые для их проходки комбайны 2KB не эффективны в крепких (/*> 10. 12) породах. В этих условиях повысить скорость проведения и стойкость рабочего инструмента можно путем разупрочнения или повышения напряженного состояния массива горных пород энергией взрыва, либо применения комбайнов в удароопасных напряженных участках месторождения.

2. Взрывание зарядов ВВ в массиве гранитов обеспечивает формирование радиальных трещин длиной (5.15)dj с числом от 20 до 40 и образование повышенной микротрещиноватости пород в радиусе до (10.12)Jj, что выражается в уменьшении среднего расстояния между микротрещинами с 0,5. 1,0 мм до 0,1.0,5 мм. Коэффициент крепости гранитов после взрыва в радиусе (10. 12)dj (зона разупрочнения) уменьшается с 14. 18 до 2. 12.

При взрывании зарядов ВВ в массиве трахидацитов формируется от 8 до 16 радиальных трещин длиной (8. 12) диаметров зарядов с образованием зоны разупрочнения и повышенной микротрещиноватости в радиусе до (8. 12)^ и уменьшением среднего расстояния между микротрещинами с 1,0. 1,5 до 0,2.0,5 мм. Коэффициент крепости трахидацитов в зоне разупрочнения уменьшается с 10. 12 до 3.5.

3. Использование эффекта разупрочнения массива путем взрывания скважины диаметром 0,105 м по оси проектируемого восстающего обеспечивает увеличение технической скорости проходки комбайном 2KB с 1,5 м/см до 2,3 м/см и стойкости шарошек в 1,4 раза . Однако при длине восстающего более 30 м из-за отклонения взрывных (до 3.7 м) скважин и малого диаметра зоны разупрочнения (до 2 м при диаметре восстающего 1,5-1,8 м) эффективность бурения выработки снижается.

4. Натурными наблюдениями в удароопасных гранитах месторождения «Алтей» ОАО «ППГХО», теоретическими расчетами и опытно-промышленными испытаниями установлена техническая возможность и экономическая целесообразность использования комбайнов 2KB на удароопасных участках, где величина горизонтальных компонент горного давления равна или более 26,8.68,0 МПа.

Увеличение напряженного состояния массива в призабойной части с 67,4 до 86,1 МПа приводит к возрастанию скорости проходки с 0,4. 1,6 до 0,8.2,2 м/см (в 2.2,8 раза), стойкости шарошек Ш-16 с 3,5.3,6 до 4,8.5,6м (в 1,4. 1,6 раза) и экономии 3,79 тыс. р. на 1м восстающего.

5. Промышленными экспериментами установлено, что при взрывании зарядов ВВ в гранитах за зоной разупрочнения образуется зона повышенных напряжений (до 45.50 d3), где их средняя величина возрастает с 18 МПа (до взрыва) до 40 МПа, а максимальная - с 40 до 62 МПа. Производственные испытания и внедрение показали, что взрывание 2-3 скважин вне контура проектируемого восстающего увеличивает скорость проходки комбайна 2KB в напряженных взрывом гранитах с 0,4. 1,4 до 1,5.2,4 м/см, а стойкость шарошек Ш-16 - с 3,56 до 7,1м. (Приложение 8).

6. Разработана нормативно-техническая документация на способы интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и энергии горного давления, которая может быть использована при проектировании горно-проходческих работ в прочных, абразивных труднобуримых горных породах.

7. Разупрочнение массива одиночной скважиной диаметром 0,105м, пробуренной по оси восстающего, рекомендуется применять в породах крепостью /= 8. 12, а также в более прочных при проходке ходовых, вентиляционных и материальных восстающих (Приложение 6).

Разупрочнение массива взрыванием передовой скважины диаметром 0,27м или повышение его напряженности взрыванием 2-3 скважин диаметром 0,105м вне контура выработки целесообразнее применять для проходки восстающих комбайном 2KB в более крепких (/>10. 12) породах, а также используемых в качестве рудоспускных и отрезных восстающих.

8. Суммарный экономический эффект от внедрения технологии проходки восстающих комбайном 2KB с предварительной взрывной подготовкой массива составил 2,8 млн. р. (в ценах 2003 г.) (103,99 тыс. р. в ценах 1991 года) или 3,8 тыс. р. на 1м восстающего (Приложение 7).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фофанов, Николай Петрович, Чита

1. Овсейчук В.А. Особенности подземной добычи руд радиоактивных металлов: Учеб. пособие . - Чита: ЧитГТУ, 2000. - 111 с.

2. СТП 120-82. Стандарт предприятия: Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой. Краснокаменск: ППГХО, 1982. - 60 с.

3. СТП 143-84. Стандарт предприятия: Система разработки подэтажными штреками с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. Краснокаменск: ППГХО, 1984. - 32 с.

4. Проект подготовки и отработки блока 5-601. Краснокаменск: ППГХО, УТРУ рудник № 1, 1998.

5. Проект подготовки и отработки блока 4В-603. Краснокаменск: ППГХО, УГРУ, 1982.

6. Справочник физико-технических свойств горных пород месторождений предприятий А-1768, М-5175, Р6449. Фонды СибНИПИ - промтехно-логии - Краснокаменск, 1991. - Арх.№ - 03791.- 36 с.

7. Астрахань А.З., Леоненко Е.В. Проходка стволов бурением на угольных шахтах СССР // Глюкауф. 1991. - № 1/2. - С. 5-9.

8. Гаврилов Ф.Л., Швецов А.И. Механизация проведения восстающих выработок на шахтах Северо-Уральского бокситового рудника // Цветная металлургия. 1984. - № 7. - С. 27-30.

9. Кононов Г.Н., Намаев Е.А., Мокрица Н.С. Использование комбайна 2KB при углубке шахтного ствола // Шахтное строительство. 1984. - № 2. -С. 15-16.

10. Методические рекомендации по внедрению проходческих комбайнов 2KB на подземных рудниках ПО «Дальполиметалл» МЦМ СССР. п. Дальнегорск, 1988. -46 с.

11. Гальперин В.Г., Зырянов А.Г. Проходка восстающих буровым способом // Цветная металлурги я. 1989. - № 4. - С. 73-77.

12. Юдин Н.П., Эйдельштейн И.А. Исследование разрушения горных пород Карагандинского бассейна резцовым и шарошечным инструментом // Разрушение горных пород механическими способами: Сб. науч. тр. М, 1966. - С.70-81.

13. Лизункин В.М. Научно-методические и физико-технические основы комбайновой выемки крепких руд маломощных некрутопадающих месторождений. Дисс.докт. техн. наук / ЧитГТУ. Чита, 1999. - 287 с.

14. Галяс А.А., Долгополов А.В. и др. Пути совершенствования конструкций термошарошечных долот для бурения скважин в карьере // Термомеханические методы разрушения горных пород: Сб. науч. тр. -М., 1972. С.44-47.

15. Никонов Г.П., Кузьмич И.А., Гольдин Ю.А. Разрушение горных пород струями воды высокого давления. М.: Недра, 1986. - 143 с.

16. Bauman L., Heneke I. Untersuchunqen zur Verrinqerunq des Enerqieauf-wander von Tunnelbohrmaschinen mit Disken Rollenbohrwerk zeugen und

17. Hochdruchwasser Strahlen //Gltickauf Forschunqsh. - 1980, 41. -№ 6. - S 238-241.

18. Clark R.A. Success for Anderson Strathclyde hiqh -pressure water road header//Colliery Guardian, Enqland. 1985, 232, 7/8. - P.P. 255 - 256.

19. Bauman L., Henneke I. Verrinqern der Vorschubkraf un Erhohen der Vor-triebsqeschwindiqkeit vonTunnelbolirmaschinen mit Hilfe von Horhdruck-wasser Strahlen //Gltickauf Forschunqsh. - 1980, 41. - № 5. - S. 193 - 196.

20. Новые методы разрушения горных пород: Учеб. пособие для вузов./ Емелин М.А., Морозов В.Н., Новиков Н.П., Протасов Ю.И., Смоляниц-кий А.А. М.: Недра, 1990. - 240 с.

21. А.С. 1641058, СССР А1 Е21С 37/18. Способ электродинамического разрушения горных пород / А.Г. Машкин, В.М. Лизункин, Ю.В. Машкина (СССР) № 4734694/03: заявл. 20.06.89; не публикуется. - 3 е.,ил.

22. Фофанов Н.П. Закономерности изменения физико-технических свойств массива горных пород после взрывания цилиндрических зарядов ВВ //Четвертая научно-техническая конференция Горного института /Матер.конф. Чита: ЧитГТУ, 2003. Ч.З. - С.94-96.

23. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М: Недра, 1983.-343 с.

24. Тюпин В.Н. Классификация горных пород по взрываемости с учетом тре-щиноватости. //Техн. прогресс в атом. пром. Сер.: ГМП. 1989, вып. 1,с. 3-7.

25. Ржевский В .В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М: Недра, 1973. 285 с.

26. РацМ.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М: Недра, 1970. 159 с.

27. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. М: Недра, 1982. 247 с.

28. Тюпин В.Н. Методика расчета параметров БВР при подэтажно-камерной отбойке. // Техн. прогресс в атом. пром. Сер.: ГМП. 1989, - вып. 7, с. 3-5

29. Тюпин В.Н. Исследование средств и способов взрывания трещиноватых горных пород с целью увеличения зоны регулируемого дробления. Дисс. канд. техн. наук. /МГИ. - Москва, 1979. - 133 с.

30. Кутузов Б.Н., Тюпин В.Н. Определение размеров зон деформирования трещиноватого массива взрывом заряда ВВ.//Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1983. -№4. - С. 53-58.

31. Тюпин В.Н. Разработка взрывных способов снижения напряженного состояния удароопасных массивов.// Горный журнал 1992. - №12. - С. 27-29.

32. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М: Недра, 1986. 301 с.

33. Глушко В.Т., Ямщиков B.C., Яланский А.А. Геофизические методы контроля в шахтах и тоннелях. М: Недра, 1987. 287 с.

34. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарян Э.В. Основы механики горных пород. -Ленинград: Недра, 1977. 347 с.

35. Турчанинов И.А., Панин В.И. Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. Ленинград, Недра, 1986. 175с.

36. Патент 1799052 СССР, МКИ Е21С 37/00. Способ взрывной подготовки горного массива к разрушению./ В.Н. Тюпин, Н.П. Фофанов, И.А. Мищенко, С.В. Матюшин. Не публикуется - 7с.

37. Патент 1799051 Россия, МКИ Е21С 37/00. Способ взрывной подготовки массива к разрушению / В.Н Тюпин., Ю.Б. Ковшар Не публикуется - 4с.

38. Тюпин В.Н. Повышение эффективности геотехнологии с использованием энергии взрыва при деформировании напряженных трещиноватых массивов горных пород. Дисс. докт. техн. наук /ВНИПИПТ - Москва, 2002. - 268 с.

39. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах.-М., 1986.-270 с.