Исследование буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву

Яковлев, Сергей Сергеевич

Автореферат диссертации по теме "Исследование буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву"

На правах рукописи

ЯКОВЛЕВ Сергей Сергеевич

УДК 622.271

ИССЛЕДОВАНИЕ БУРОВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ МЕЛОВ К ГИДРОМОНИТОРНОМУ РАЗМЫВУ (ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ЛЕБЕДИНСКОГО ГОКа)

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Диссертация выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель доктор технических наук КОНОНЕНКО Евгений Андреевич.

доктор технических наук, профессор КАШПАР Леонтий Николаевич, кандидат технических наук ДЬЯЧУК Олег Владимирович.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт по проблемам Курской Магнитной Аномалии (НИИКМА) (г. Губкин)

Защита диссертации состоится « ОМХ^ГУ^-СК_2005 года

в час, на заседании диссертационного совета Д 212.128.04 в Московском

государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан

«^6» д^е^одоЛ

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор БУБИС Ю.В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессов, простота и надежность оборудования, высокая производительность труда, относительно небольшие затраты на проведение горных работ.

В настоящее время гидромеханизация достаточно широко применяется в горнодобывающей промышленности при проведении вскрышных работ на железорудных и угольных карьерах, в производстве строительных материалов и гидротехническом строительстве.

Проведенный анализ проектов отработки угольных и железорудных месторождений (разрабатываемых и проектируемых) показывает, что общий объем вскрышных пород, который можно разработать средствами гидромеханизации, составляет порядка 6 млрд.м3, а годовые объемы гидровскрышных работ могут быть значительно увеличены и доведены до 100 млн.м3 в год. В частности, на гидроучастке Лебединского ГОКа средствами гидромеханизации ежегодно разрабатывается порядка 4 млн. м3 вскрышных пород, в том числе 2,5 - 3 млн. м3 мелов.

Мело-мергельные породы, представленные в карьерах КМА, по своим физико-механическим свойствам отнесены к полускальным породам, поэтому их гидромониторный размыв требует большого давления воды перед насадкой гидромонитора и значительного удельного расхода воды. В связи с этим наиболее эффективным средством, обеспечивающим их разработку способом гидромеханизации, является специальная подготовка этих пород к гидромониторному размыву путем предварительного буровзрывного рыхления.

После проведения буровзрывных работ (БВР) взорванные мела размываются гидромониторами, а образовавшаяся гидросмесь забирается грунтовым насосом и подается в систему совместного гидротранспортирования с суглинками. В результате значительно сокращаются удельные потери напора при гидротранспортировании. Кроме того, намыв такой гидросмеси в шла-мохранилище предотвращает экологически вредный процесс пыления хвостов обогащения после их подсыхания и способствует раскислению почвы, в результате чего поверхность сравнительно быстро зарастает травой - дернуется.

В последнее время на Лебединском ГОКе при проведении взрывных работ, на карьере используется взрывчатое вещество (ВВ) собственного изготовления - «ТОВАН». Это экологически чистое ВВ обеспечивает качественное дробление пород в карьере, а собственная сырьевая база по производству эмульсионных ВВ, делает себестоимость «ТОВАНа» значительно ниже по сравнению с ВВ заводского приготовления.

Известно, что затраты на БВР зависят от кусковатости взорванной горной массы (мелов). При этом, чем выше степень измельчения мелов, тем лег-11 они размываются гидромониторной струей и, следовательно, меньше величина затрат на гидромеханизацию, но в то же время возрастает стоимость буровзрывной подготовки. Очевидно, существует такой гранулометрический состав и технологические параметры данной технологии, которые обеспечивают минимум суммарных затрат на гидромеханизированную разработку ме-лов.

Учитывая изменившиеся в последнее время цены на энергоносители, ВВ, оборудование и материалы, целесообразно произвести оптимизацию параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки, используя эмульсионное взрывчатое вещество «ТО-ВАН», которая позволит повысить эффективность работы гидрокомплекса.

Целью данной работы является установление оптимальных параметров гидромеханизированной разработки меловых отложений с применением буровзрывной подготовки их к гидромониторному размыву.

Основная идея диссертации заключается в том, что минимальные затраты на гидромеханизированную разработку мелов при их буровзрывной подготовке их к гидромониторному размыву и соответствующие параметры этой технологии могут быть определены за счет выбора определенного гранулометрического состава взорванной горной массы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Средневзвешенный размер кусков взорванной горной массы (с!ср) позволяет установить зависимость изменения затрат и параметров БВР, а также производительность гидромониторно'-землесосного комплекса и затраты на гидровскрышу, что обеспечивает возможность минимизировать суммарные затраты при гидромеханизированной технологии отработки мелов;

2. При увеличении средневзвешенного размера кусков взорванных мелов с 0,1м до 0,2м удельный расход взрывчатого вещества «ТОВАН» уменьшается в 2 раза, однако при этом производительность гидромониторно-землесосного комплекса по твердому уменьшается почти на 30%.

3. Увеличение величины напора воды перед насадкой гидромонитора с 1,6МПа до 2,0МПа при гидромеханизированной отработке с буровзрывной подготовкой к размыву в условиях карьера Лебединского ГОКа приводит к увеличению годовой производительности гидромониторно-землесосного комплекса в среднем на 10 % и позволяет снизить удельный расход ВВ «ТОВАН» с 0,25 кг/м3 до 0,18 кг/м3, при этом удельный расход воды уменьшается на 0,5 м3/м3.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, обеспечивается применением современных параметров технологических схем, основанных на представленных сведениях о рабо-

те горных предприятий и подтверждается сходимостью полученных результатов с фактическими показателями работы карьера.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения параметров буровзрывных работ при применении эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН», а также в определении зависимости изменения производительности гидромониторно-землесосного комплекса от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов.

Практическое значение работы состоит в разработке методики оптимизации параметров гидромеханизированной технологии разработки мелов с применением буровзрывного способа их подготовки к размыву и в определении оптимальных параметров данной технологии в условиях карьера Лебединского ГОКа.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по оптимизации параметров буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву приняты к использованию ГУП «Энергогидромеханизация» и взрывным цехом ОАО «Лебединский ГОК».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003-2004 гг.) и на III Съезде гидромеханизаторов России (Москва, 2003 г.).

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 научных работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 28 рисунков и 20 таблиц, список использованных источников из 70 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам совершенствования технологии гидромеханизации посвящены многие работы отечественных ученых, среди которых А.П. Юфин, А.Е. Смолдырев, И.А. Кузьмич, В.Н. Покровская, Ю.В. Бубис, А.И. Харин, В.Ф. Хныкин, С.С. Шавловкий, Л.Н. Кашпар, Е.А. Кононенко, В.И. Шелоганов, А.Э. Тухель, A.M. Гальперин, В.И. Кулигин, В.И. Александров, И.М. Ялта-

нец, А.М. Бабец, В.М. Павленко, А.А. Кулешов, О.В. Дьячук и др., а также исследования, выполненные под руководством создателя школы гидромеханизаторов - проф Г.А. Нурока, среди которых диссертации кандидатов технических наук Ю.Ш. Хузина и М.С. Подгорного, посвященные исследованию процесса гидромониторного размыва мелов и глин с применением буровзрывной подготовки к размыву. Главной заслугой этих работ является доказательство целесообразности и высокой эффективности данной технологии. В работе Ю.Ш. Хузина впервые была установлена зависимость изменения производительности гидромонитора от параметров буровзрывных работ. Однако применяемые в то время ВВ по своим характеристикам отличались от эмульсионного ВВ «ТОВАН», следовательно в настоящее время потребуются иные параметры БВР. Зависимость производительности гидромонитора от параметров БВР была установлена только при одном, фактическом значении напора воды перед насадкой гидромонитора Ннг (1,6 МПа). Кроме того, в настоящее время значительно изменились цены на энергоносители, оборудование, ВВ и средства взрывания. Следовательно, для достижения главной цели настоящей работы - оптимизации параметров технологической схемы гидромеханизированной разработки мелов с буровзрывной подготовкой их к размыву - необходима разработка методики, позволяющей учитывать различные значения напора воды перед насадкой гидромонитора, а также исследование влияния параметров БВР при применении ВВ «ТОВАН» на эффективность данной технологии.

Эмульсионное ВВ «ТОВАН» имеет стабильное качество, водоустойчиво, обладает низкой чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям, не содержит тротил как промежуточный компонент, безопасно в обращении и хорошо совместимо с неэлектрическими системами инициирования, что подтверждает его высокие детонационные и энергетические способности. При массовых взрывах в карьере выброс токсичных газов и пыли с использованием эмульсионного ВВ уменьшается в 10 - 15 раз, тем самым

почти полностью исключаются выбросы вредных веществ в атмосферу и водоемы, а также сокращается время проветривания карьеров.

Себестоимость «ТОВАНа» по сравнению с ВВ заводского приготовления и акватолом ниже, она составляет порядка 3321-3772 рублей за тонну. Себестоимость акватола - порядка 5055-5677 рублей за тонну, а стоимость заводских ВВ колеблется от 6462 рублей за тонну (граммонит 79/21) до 18501-19231 рублей за тонну (гранулотол).

Важным преимуществом ВВ собственного изготовления является безопасность в обращении, при этом не требуется поддержание температурного режима, так как «ТОВАН» - это холодное эмульсионное ВВ, а также снижается экологическая нагрузка на окружающую среду вследствие незначительной токсичности продуктов взрыва и низкого пылеобразования.

Для разработки метода оптимизации параметров гидромеханизированной технологии разработки мелов были поставлены следующие задачи:

1. установление зависимостей кусковатости взрываемых мелов от основных параметров БВР при применении ВВ «ТОВАН»;

2. исследование зависимости между кусковатостью взрываемых мелов и затратами на БВР при применении ВВ «ТОВАН»;

3. определение зависимости между кусковатостью взорванных мелов и эффективностью гидромониторного размыва с учетом различного напора воды перед насадкой гидромонитора;

4. изменение затрат на гидромеханизацию в зависимости от кус-коватости взорванных мелов;

5. разработка методики оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки к размыву.

С целью оптимизации параметров технологии гидромеханизированной разработки мелов с буровзрывной подготовкой необходимо определить минимум затрат на разработку 1 м3 мелов по этой технологии. Регулирование параметров этой технологии возможно осуществлять в рамках двух смежных

технологических процессов: буровзрывной подготовки и гидромониторного размыва. Кроме того, изменяя величину разрабатываемого уступа, возможно влиять на оба этих процесса. При увеличении или уменьшении высоты уступа возможно изменение следующих параметров и показателей, характеризующих исследуемую технологию: тип бурового станка, его производительность и затраты на бурение, а также производительность гидромонитора при размыве (она в определенной степени зависит от высоты развала - уступа), что влияет на величину затрат на размыв. Однако широко применять данный способ, наверное, нецелесообразно, так как величина разрабатываемых уступов в карьерах должна быть увязана с техническими средствами, которыми будут разрабатываться эти уступы после отработки объемов меловой вскрыши на этом горизонте. В то же время не стоит отказываться от этого способа регулирования в пределах залегания меловой толщи в контурах карьера, так как временное (на период отработки на этом горизонте мелов средствами гидромеханизации) сдваивание или разбивка их на подуступы вполне приемлема. Следовательно, в процессе исследований необходимо в качестве одного из способов регулирования параметров данной технологии рассмотреть степень влияния величины высоты уступа на затраты при гидромеханизированной разработке мелов.

Изменение диаметра скважинного заряда при буровзрывной подготовке мелов к гидромониторному размыву возможно лишь в том случае, когда используемый на карьере буровой станок может изменять диаметр скважины или в наличии имеются буровые станки различных типов. Специально приобретать буровой станок для осуществления данной технологии - нецелесообразно. Более разумным при имеющемся буровом оборудовании будет изменение конструкции заряда в скважине, то есть не сплошное (с учетом необходимой величины забойки) заполнение скважин взрывчатым веществом, а с воздушными промежутками.

Наиболее технологично изменять величину удельного расхода взрывчатого вещества для регулирования гранулометрического состава взорванной

горной массы путем изменения расстояния между рядами скважин и между скважинами в ряду. При этом происходит изменение таких параметров исследуемой технологии, как затраты на взрывание и затраты на бурение, а косвенно, в зависимости от гранулометрического состава взорванного мела, оказывается влияние на производительность гидромеханизации и затраты на гидромониторный размыв.

При этом следует учитывать тот факт, что интенсивность размыва и производительность гидроучастка в целом зависит от величины напора воды перед насадкой гидромонитора. В конкретных условиях гидромеханизации карьера, когда структура комплексной механизации определена, то есть установлены соответствующие типы насосов, изменение напора перед насадкой гидромонитора ограничено характеристикой насосного оборудования. В принципе возможно подключения дополнительного насоса (при последовательном их соединении), но это не всегда возможно из-за ограниченности типажа насосного оборудования и наличия установленной мощности. В неполной мере регулирование величины напора перед насадкой гидромонитора возможно за счет изменения диаметра рабочего колеса насоса и числа оборотов электродвигателя. Увеличение напора перед насадкой гидромонитора безусловно способствует увеличению производительности гидроустановок по твердому, однако в комплексе с большим расходом воды размыв производится более эффективно. Увеличение расхода воды однозначно требует замены насосного оборудования, а это приведет к необходимости подключения дополнительного грунтового насоса (землесоса) в систему гидротранспорта. В таком случае можно говорить об изменении самого гидрокомплекса. Следовательно, этот способ регулирования параметров исследуемой технологии применим скорее всего на стадии проектирования нового гидрокомлекса карьера.

Все вышесказанное можно резюмировать в виде классификации способов регулирования параметров технологии гидромеханизированной разра-

ботки мелов с буровзрывной подготовкой к гидромониторному размыву, которая приведена в табл. 1.

Принятая схема БВР обеспечивает определенное значение кусковато-сти взорванного мела, которое может быть оценено по величине dcp. В свою очередь, кусковатость взорванных мелов определяет эффективность его размыва струей гидромонитора при существующем напоре воды перед его насадкой. От интенсивности размыва (концентрации гидросмеси) зависит производительность гидротранспортной установки, то есть эффективность работы всего гидромониторно-землесосного комплекса.

Очевидно, что и затраты на буровзрывные работы зависят от величины dcp. При этом, чем выше степень измельчения мелов, тем легче они размываются гидромониторной струей и, следовательно, меньше величина затрат на гидромеханизацию. Очевидно, существует такой гранулометрический состав и технологические параметры данной технологии, которые обеспечивают минимум суммарных затрат.

Следовательно, гранулометрический состав взорванных мелов является общим критерием эффективности исследуемой технологии. Он является совокупностью различных фракций кусков взорванных мелов.

Известно, что на кусковатость мела, полученную в результате дробления буровзрывным способом, оказывают влияние несколько основных параметров: Ну - высота разрабатываемого уступа; aM - предел прочности на одноосное сжатие; S(axb) - размеры сетки скважин; 1 - величина размера средней естественной отдельности; Кзап - коэффициент заполнения скважин и т.д. Для установления взаимосвязи этих параметров с кусковатостью взорванной горной массы предлагается в качестве характеристики гранулометрического состава мелов использовать параметр dcp, выраженный в метрах. С целью проверки однозначности определения разделения по крупности различных фракций во взорванной горной массе, соответствующих величине dcp, произведен расчет на ЭВМ по программе кафедры ТО МТУ (проф. Н.Н. Медникова). Установлено, что при соответствующих значениях параметров,

о

а о

3

ся •о

!а К •а

-2 ь к •о

г »

а

з ■о о

!

Изменение диаметра екпяжиннпго заряда

Изменение конструкции заряда в скважине

Изменение расстояния межау рядами скважин

Изменение рассюяния между

_скважинами в ряду.,

Сдваивание уступов или разбивка на подуступы

Изменение напора на насадке гидромонитора

Изменение подачи (расхода) воды

«• х

г № •а

I 8

н

5 а в

и V £ я £

5»

•в о

г

•о 2 в х

г

а

§

I I

г X

I в и к о

К §

а £

4

5

Ь •в О

3! о

3 5

"в а г №

4

г

Е в

характеризующих буровзрывные работы и физико-механические свойства мелов (коэффициент Пуассона, скорость продольной упругой волны в массиве, предел прочности на одноосное сжатие и т.д.), однозначно определяется график гранулометрического состава взорванной породы и средний размер куска в развале. л

В процессе исследований определены зависимости изменения удельного расхода ВВ (qB8) «ТОВАНА» от величины dcP при различных значениях Ос* и Ну (рис.1), q„, от диаметра скважины (de,,) при различных значениях S(axb) и К3а„ (рис.2), а также dcKB от dq, при различных значениях величины размера средней естественной отдельности (1ср) и КЛ (рис.3)

Из представленной на рис. 1 зависимости Ц„в ОТ dep видно, что при увеличении удельного расхода ВВ с 0,2 кг/м3 до 0,3 кг/м3 средневзвешенный размер взорванных мелов уменьшается с 0,2 м до ОД м.

Из графика зависимости, представленной на рис. 2, можно сделать вывод о том, что при увеличении d«,, с 0,14 м до 0,18 м величина qBB увеличивается с 0,18 кг/м3 до 0,4 кг/м3.

График зависимости (^и ОТ d^, при различных значениях 1Ср и Кзапфм.рис. 3) показывает, что при увеличении da,, с 0,14 м до 0,18 м куско-ватость взорванных мелов уменьшается с 0,3 м до 0,1 м.

Эти зависимости позволяют рассчитать затраты на ВВ и средства взрывания при соответствующей величине

На следующем этапе исследований, на основании экспериментальной зависимости Ю.Ш. Хузина, характеризующей производительность гидромонитора (при напоре перед насадкой гидромонитора Ннг=1,б МПа) от qB8, установлена зависимость изменения годовой производительности гидромонитор-но-землесосного комплекса от величины при различных значениях Нкг (рис.4). Это позволило определить зависимость удельных затрат на гидромониторную разработку мелов при различных значениях как функцию величины dq,.

Рис.1. Графики зависимости цвв от с!ср при разной высоте уступа и различных пределах прочности на сжатие асж

Рис.2. Графики злвисомости Цвв от dexa при высотс уступа Ну 25 м и различных сетках скважин

Ц.-0Д5» ---1^=0,5» ...........I „-0,75.

Рис.3. Графики зависимости dclM от dcP при различных значениях 1сР, различных значениях коэффициента заполнения скважин Кмп

<Эг

млн. м'/год

2,5

1,5

1 \.

...... - -

" ч ч • ч 4 ч \\ \ \\ \ -Л

> • N 4 А

-►

0,1 0,15 0,2 0,25 <1ср,м

Ннг=1,6МПа Н<Г=1,8МШ Ниг=2,0МПа

Рис.4. График зависимости годовой производительности гидромониторно-землесосного комплекса от dcP, при различных значениях Ннг

Установленные зависимости позволяют сформировать методику оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов при применении их буровзрывной подготовки к размыву. Укрупненный алгоритм этой методики приведен на рис. 5 Он позволяет нам оптимизировать параметры исследуемой технологии при различных условиях ее применения, таких как: высота уступа, предел прочности на одноосное сжатие, величина размера средней естественной отдельности, сетка скважин, проектный расход взрывчатого вещества, диаметр скважин и т.д.

Принятая в качестве основного критерия кусковатости взорванной горной массы (мелов) величина ёср позволила определить динамику изменения затрат на буровзрывную подготовку и гидромеханизацию. Предлагаемый принцип расчета затрат по основным процессам исследуемой технологии -буровзрывной подготовки мелов к размыву и гидромеханизированный способ их разработки, позволяет оптимизировать параметры технологической схемы, а для проектируемого карьера - определить рациональные условия применения всего комплекса. Разработанная методика позволила установить динамику затрат на буровзрывную подготовку при различных горнотехнических условиях: Ну=15 м и 25 м; осж=10МПа и 20МПа; «Зсш=160 мм и 200 мм; 8=6x6 м и 7x7 м, а также определить затраты на разработку взорванных мелов средствами гидромеханизации при различных значениях 1ср=0,25 м,

как функций величины

Исследование динамики затрат позволяет установить суммарные затраты на разработку мелов по указанной технологии, а так как с увеличением ёср затраты на размыв имеют тенденцию к увеличению, а затраты на БВР, наоборот - к снижению, мы имеем экстремум суммарной функции.

Построив графики суммарных затрат на гидромеханизированную разработку мелов в зависимости от величины с1ср - средневзвешенного размера кусков взорванных мелов, мы получили зоны минимума (рис. 6а, 6б,6в и 6г). Каждому значению величины Сср соответствуют определенные параметры

Рис.5. Укрупненный алгоритм оптимизации параметров технологии гидромеханизированной отработки мелов

Рис. 6. Графики зависимости суммарных затрат на буровзрывную подготовку и гидромониторный размыв мелов при различных значениях dcp.

технологии. Все это дает возможность определить оптимальные параметры исследуемой технологии для горнотехнических условий гидроучастка карьера Лебединского ГОКа. При Ну=25 м, ссж=20МПа, 1ср=0,75 м, при применении ВВ - «ТОВАН» оптимальными параметрами гидромеханизированной технологии разработки мелов с буровзрывной подготовкой являются: диаметр скважины - 0,16 м; удельный расход ВВ - 0,25 кг/м3; сетка скважин -6x6 м; напор на насадке гидромонитора - 2 МПа; удельный расход воды - 7,4 м3/м3; часовая производительность по твердому - 500 м3/час - которые позволяют обеспечить годовую производительность гидромониторно-землесосного комплекса Ош„=2,5 млн.м3 и удельные затраты на разработку 1 м3-11руб/м3.

Данные рекомендации приняты к использованию ГУП «Энергогидромеханизация» и взрывным цехом ОАО «Лебединский ГОК».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований решена актуальная научная задача оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки при использовании эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН», которая позволяет повысить безопасность и эффективность работы гидрокомплекса, а также снижает негативное экологическое воздействие буровзрывных работ на окружающую среду.

Основные выводы и результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Величина средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы определяет эффективность гидромониторного размыва и параметры буровзрывных работ, что позволяет обосновать оптимальные параметры гидромеханизированной технологии разработки мелов.

2. Применение эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН» обеспечивает повышение безопасности буровзрывных работ за счет его при-

готовдения непосредственно перед заряжанием. Исследованиями установлены основные параметры БВР от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов. В условиях карьера Лебединского ГОКа при увеличении удельного расхода ВВ с 0,2 кг/м3 до 0,3 кг/м3 величина средневзвешенного размера кусков взорванных мелов уменьшается с 0,2м до 0,1 м.

3. Определена зависимость изменения годовой производительности гид-ромониторно-землесосного комплекса карьера Лебединского ГОКа от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов. При увеличении средневзвешенного размера кусков взорванных мелов с 0,1 м до 0,2 м производительность гидрокомплекса уменьшается на 30 %.

4. Разработанная методика оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов при применении буровзрывного рыхления позволяет оптимизировать параметры этой технологии для различных горнотехнических условий эксплуатации, такие как: высота разрабатываемого уступа, предел прочности мелов при одноосном сжатии, величина бризантности ВВ, напор воды перед насадкой гидромонитора, удельный расход воды, расстояние гидротранспортирования и тд.

5. Для условий карьера Лебединского ГОКа установлены оптимальные параметры гидромеханизированной технологии разработки мелов с применением буровзрывной подготовки:

- диаметр скважины - 0,16 м;

- удельный расход ВВ - 0,25 кг/м3;

- сетка скважин - бхб м;

- напор на насадке гидромонитора - 2 МПа. '

- удельный расход воды- 7,4 м3/м3;

- часовая производительность по твердому - 500 м3/час;

- годовая производительность - 2500000 м3/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Павленко В.М., Кононенко ЕА, Яковлев С.С. Пути совершенствования буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву. //Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2002, № II. 162-163с.

2. Яковлев С.С. Об использовании эмульсионных взрывчатых веществ при подготовке мелов к гидромониторному размыву. //Гидромеханизация-2003. Выпуск 3. - М: Изд-во МГГУ, 2004, - 81-86с.

3. Яковлев С.С. Оптимизация параметров гидромеханизированной разработки мелов при применении новых типов взрывчатых веществ. //Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2004, № 6. 234-236с.

4. Яковлев С.С. Анализ способов регулирования параметров технологии гидромеханизированной разработки мелов с буровзрывной подготовкой к гидромониторному размыву. Деп. рук., справка № 387/03-05 5с, МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005, № 3.

Подписано к печати 08.02.05 г. Формат 60x90/16 Объем 1 п.л._Тираж 100 экз._Заказ №

Типография Московского государственного горного университета 117935, ГСП 1, Москва, Ленинский проспект, д.6

г f. оо

i ; . •• i . ' s» ,

fr

2 2 MAP 2005

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Яковлев, Сергей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ. Lf

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОМОНИТОРНО

ЗЕМЛЕСОСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ВСКРЫШНЫХ

ПОРОД НА КАРЬЕРАХ. g

1.1. Состояние и перспектива применения гидромеханизации на карьерах. g

1.2. Опыт применения гидромеханизации для разработки плотных и пластичных пород. -(2.

1.3. Задачи и методы исследования.2М

2. ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ МЕЛОВ. ф 2.1. Принципы оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов (БВР и гидромониторный размыв), в зависимости от средневзвешенного размера кусков взорванных мелов. 2У

2.2. Исследование влияния основных параметров БВР на величину средневзвешенного размера кусков взорванных мелов.3g

2.3. Исследование влияния средневзвешенного размера кусков взорванных мелов на эффективность размыва гидромониторноземлесосным комплексом. 5V

Выводы по главе 2 . £

3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННО ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПЛОТНЫХ ПОРОД. £g

3.1. Исследование изменения удельных затрат на БВР при различных значениях величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов. gg

3.2. Исследование изменения удельных затрат на гидромеханизированную разработку при различных значениях величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов . g 5" Укрупненный алгоритм методики определения суммарных затрат на разработку мелов. Q

Выводы по главе 3 . л

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛОТНЫХ ПОРОД С БУРОВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКОЙ к

РАЗМЫВУ (применительно к условиям Лебединского ГОКа). \q\

Расчет оптимальных параметров технологии гидромеханизированной разработки мелов.j[q^

Экологический аспект применения новых типов взрывчатых веществ.^

Выводы по главе 4.-f-fO

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву"

Актуальность работы. Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессов, простота и надежность оборудования, высокая производительность труда, относительно небольшие затраты на проведение горных работ.

В настоящее время гидромеханизация достаточно широко применяется в горнодобывающей промышленности при проведении вскрышных работ на железорудных и угольных карьерах, в производстве строительных материалов и гидротехническом строительстве.

Проведенный анализ проектов отработки угольных и железорудных месторождений (разрабатываемых и проектируемых) показывает, что общий объем вскрышных пород, который можно разработать средствами гидромеханизации, составляет порядка 6 млрд.м3, а годовые объемы гидровскрышных работ могут быть значительно увеличены и доведены до 100 млн.м3 в год. В частности, на гидроучастке Лебединского ГОКа средствами гидромеханизации ежегодно разрабатывается порядка 4 млн. м3 вскрышных пород, в том числе 2,5 - 3 млн. м3 мелов.

Мело-мергельные породы, представленные в карьерах КМА, по своим физико-механическим свойствам отнесены к полускальным породам, поэтому их гидромониторный размыв требует большого давления воды перед насадкой гидромонитора и значительного удельного расхода воды. В связи с этим наиболее эффективным средством, обеспечивающим их разработку способом гидромеханизации, является специальная подготовка этих пород к гидромониторному размыву путем предварительного буровзрывного рыхления.

После проведения буровзрывных работ (БВР) взорванные мела размываются гидромониторами, а образовавшаяся гидросмесь забирается грунтовым насосом и подается в систему совместного гидротранспортирования с суглинками. В результате значительно сокращаются удельные потери напора при гидротранспортировании. Кроме того, намыв такой гидросмеси в шламохранилище предотвращает экологически вредный процесс пыления хвостов обогащения после их подсыхания и способствует раскислению почвы, в результате чего поверхность сравнительно быстро зарастает травой - дернуется.

В последнее время на Лебединском ГОКе при проведении взрывных работ, на карьере используется взрывчатое вещество (ВВ) собственного изготовления - «ТОВАН». Это экологически чистое ВВ обеспечивает качественное дробление пород в карьере, а собственная сырьевая база по производству эмульсионных ВВ, делает себестоимость «ТОВАНа» значительно ниже по сравнению с ВВ заводского приготовления.

Известно, что затраты на БВР зависят от кусковатости взорванной горной массы (мелов). При этом, чем выше степень измельчения мелов, тем легче они размываются гидромониторной струей и, следовательно, меньше величина затрат на гидромеханизацию, но в то же время возрастает стоимость буровзрывной подготовки. Очевидно, существует такой гранулометрический состав и технологические параметры данной технологии, которые обеспечивают минимум суммарных затрат на гидромеханизированную разработку мелов.

Учитывая изменившиеся в последнее время цены на энергоносители, ВВ, оборудование и материалы, целесообразно произвести оптимизацию параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки, используя эмульсионное взрывчатое вещество «ТОВАН», которая позволит повысить эффективность работы гидрокомплекса.

Целью данной работы является установление оптимальных параметров гидромеханизированной разработки меловых отложений с применением буровзрывной подготовки их к гидромониторному размыву.

Основная идея диссертации заключается в том, что минимальные затраты на гидромеханизированную разработку мелов при их буровзрывной подготовке их к гидромониторному размыву и соответствующие параметры этой технологии могут быть определены за счет выбора определенного гранулометрического состава взорванной горной массы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Средневзвешенный размер кусков взорванной горной массы (dcp) позволяет установить зависимость изменения затрат и параметров БВР, а также производительность гидромониторно-землесосного комплекса и затраты на гидровскрышу, что обеспечивает возможность минимизировать суммарные затраты при гидромеханизированной технологии отработки мелов;

2. При увеличении средневзвешенного размера кусков взорванных мелов с 0,1м до 0,2м удельный расход взрывчатого вещества «ТОВАН» уменьшается в 2 раза, однако при этом производительность гидромониторно-землесосного комплекса по твердому уменьшается почти на 30%.

3. Увеличение величины напора воды перед насадкой гидромонитора с 1,6МПа до 2,0МПа при гидромеханизированной отработке с буровзрывной подготовкой к размыву в условиях карьера Лебединского ГОКа приводит к увеличению годовой производительности гидромониторно-землесосного комплекса в среднем на 10 % и позволяет снизить удельный л о расход ВВ «ТОВАН» с 0,25 кг/м до 0,18 кг/м , при этом удельный расход

2 л воды уменьшается на 0,5 м /м .

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, обеспечивается применением современных параметров технологических схем, основанных на представленных сведениях о работе горных предприятий и подтверждается сходимостью полученных результатов с фактическими показателями работы карьера.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения параметров буровзрывных работ при применении эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН», а также в определении зависимости изменения производительности гидромониторно-землесосного комплекса от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов.

Практическое значение работы состоит в разработке методики оптимизации параметров гидромеханизированной технологии разработки мелов с применением буровзрывного способа их подготовки к размыву и в определении оптимальных параметров данной технологии в условиях карьера Лебединского ГОКа.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по оптимизации параметров буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву приняты к использованию ГУП «Энергогидромеханизация» и взрывным цехом ОАО «Лебединский ГОК».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003-2004 гг.) и на III Съезде гидромеханизаторов России (Москва, 2003 г.).

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 научных работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 28 рисунков и 20 таблиц, список использованных источников из 70 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Яковлев, Сергей Сергеевич

Основные выводы и результаты, полученные в диссертации, заключаются в следующем:

1. Величина средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы определяет эффективность гидромониторного размыва и параметры буровзрывных работ, что позволяет обосновать оптимальные параметры гидромеханизированной технологии разработки мелов.

2. При применении эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН» установлены основные параметры буровзрывных работ от величины средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы. При уменьшении средневзвешенного размера кусков взорванных мелов в условиях карьера Лебединского ГОКа с 0,2 м до 0,1 м, удельный расход ВВ увеличивается с 0,2 кг/м до 0,3 кг/м ,

3. Определена зависимость изменения годовой производительности гидромониторно-землесосного комплекса карьера Лебединского ГОКа от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов. При увеличении средневзвешенного размера мелов с 0,1 м до 0,2 м , производительность гидрокомплекса уменьшается на 30 %.

4. Разработанная методика оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов при применении буровзрывного рыхления позволяет оптимизировать параметры этой технологии для различных горнотехнических условий эксплуатации,

U-i которыми являются: высота разрабатываемого уступа, предел прочности мелов при одноосном сжатии, величина бризантности ВВ, напор воды перед насадкой гидромонитора, удельный расход воды, расстояние гидротранспортирования и тд.

5. Для условий карьера Лебединского ГОКа установлены оптимальные параметры гидромеханизированной технологии разработки мелов с применением буровзрывной подготовки:

- диаметр скважины 0,16 м;

- удельный расход ВВ - 0,25 кг/м3;

- сетка скважин - 6x6 м; напор на насадке гидромонитора - 2 МПа.

- удельный расход воды - 7,4 м3/м3;

- часовая производительность по твердому 500 м3/час; годовая производительность 2500000 м3/год. ллг

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований решена актуальная научная задача оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки при использовании эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН», которая позволяет повысить безопасность и эффективность работы гидрокомплекса, а также снижает негативное экологическое воздействие буровзрывных работ на окружающую среду.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Яковлев, Сергей Сергеевич, Москва

1. Азимиров Л.В., Кононенко Е.А. Экологические аспекты гидроотвалообра-зоваиия в эрозионных формах на примере Кузбасса/Технология и технические средства разработки месторождений мирового океана: Сб.-МГИ. 1987г.-55-59с.

2. Бабец A.M. Исследование и выбор рациональных технологических схем рекультивационных работ: Дисс. канд. техн. наук. М., 1981. - 132 с.

3. Бабец A.M., Симкин Б.А., Титовский В.И. Использование средств гидромеханизации для рекультивационных работ в бассейне КМА // Горный журнал.-1978.-№2.

4. Бессметрный К.С., Бритарев В.А. Гидромониторщик на карьере. -М., Недра, 1982.

5. Бирюков А.В., Кузнецов В.И., Ташкинов А.С. Статистические модели в 4 процессах горного производства. Кемерово. Изд-во «Кузбассвузиздат».1996г.-227с.

6. Бубис Ю.В. Метод определения границ гидромеханизированной открытой разработки. -Уголь, 1963, №4.

7. Виницкий К.Е. Оптимизация технологических процессов на открытых разработках. М.: Недра, 1985. - 263 с.

8. Галиев Ж.К. Экономика предприятия М.: МГГУ, 2001- 303с.

9. Гальперин A.M., Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993. - 252 с.

10. Геологический словарь. Т. 1, 2. М.: Недра, 1973.

11. Геология, гидрогеология и железные руды КМА. М.: Недра, 1969. - III тома.

12. Горные науки. Освоение и сохранение недр земли / Под ред. К.Н.Трубецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. - 478 с.

13. Дмитриев Г.П., Махарадзе Л.И., Гочиташвили Т.Ш. Напорные гидротранспортные системы. М.: Недра, 1991,-3 04с.

14. Дьячук О.В. Открытая геотехнология добычи угля земснарядами из обводненных месторождений. Дисс. на соиск. уч. степ.к.т.н. -М.: МГГУ,2001.-195с.

15. Емельянов В. И. Технология бульдозерной разработки вечно-мерзлых россыпей. -М., Недра, 1976.

16. Животовский JI.C., Смойловская JI.A. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы. М.: Машиностроение, 1986.

17. Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранспорта грунтов ВНИИГ им. Веденеева -JL, Энергия, 1972.

18. Кашпар JI.H. Гидромеханизация вскрышных работ. М: УДН, 1970. 74с.

19. Кашпар JI.H. Исследование технологии гидротранспорта пород от мощных экскаваторов в условиях карьеров КМА. Дисс. на соиск. уч. степ.к.т.н. -М., 1964.

20. Кашпар JI.H. Процессы открытых горных работ в примерах и задачах. -М.:УДН, 1987.

21. Кононенко А.Е. Разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. -М.: МГГУ, 1999.-136с.

22. Кононенко Е.А. Опыт применения и перспективы гидромеханизации на карьерах // Горный журнал. 1997. - №№ 3, 7.

23. Кононенко Е.А., Горте В.Ф. Перспективы гидровскрышных работ на угольных разрезах. Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности. // Сб. ЦНИИЭИуголь.-1984.-№6.-23-25с.

24. Красавин А.П. Экологизация горного производства в угольной промышленности: Дисс. . докт. техн. наук в форме научного доклада. М.: МГИ, 1991.-32 с.

25. Кузьмич И.А. Исследование технологии разрушения угля струями воды высокого давления. Автореф. докт. дисс. -М., МГИ, 1973.

26. Кузьмич И.А., Гольдин Ю.А., Тиме А.А. Способы разрушения и выемки угля струями воды различных параметров. М. 1970г. 104с.

27. Маляров Ю.А., Пешкова М.Х. Учебное пособие для выполнения экономической части дипломных проектов. М.: МГГУ, 1994

28. Медников Н.Н. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ/Учебное пособие М.: МГГУ, 1996г.ц» 31. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам М.:1. Недра, 1982 г.

29. Натоцинский В. И., Кочергина А. В. Эксплуатация основного и вспомогательного оборудования при разработке россыпей гидромеханизацией. -М., ЦНИИцветмет, 1972.

30. Никонов Г.П., Шавловский С.С., Хныкин В.Ф. Теоретические и экспериментальные исследования процесса движения и распада водяной струи. -М., ИГД им. А. А. Скочинского, 1968.

31. Никонов Г.П., Кузьмич И.А., Гольдин Ю.А. Разрушение горных пород струями высокого давления. М., 1986г.

32. Новожилов М. Г. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1971.

33. Нормы технологического проектирования предприятия промышленности нерудных строительных материалов., -М., Стройиздат, 1977.

34. Нурок Г. А. Гидромеханизация открытых разработок. М., "Недра", ,1* 1970.

35. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горЩных работ. М.: Недра, 1985.

36. Нурок Г.А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород. -М., 1974.- 168 с.

37. Нурок Г.А., Лешевич В.В., Кононенко Е.А. Гидромеханизация горных работ на карьерах: Экспресс-информация ЦНИИЭИуголь. М., 1978. -40 с.

38. Павленко В.М. Оценка влияния гидровскрышных работ на эффективность дренирования карьерных полей в сложных гидрогеологических условиях. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. в форме науч. доклада. -М., МГИД992.

39. Павленко В.М., Кононенко Е.А., Яковлев С.С. Пути совершенствования буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву. //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2002, №11. 162-163с.

40. Подгорный М.С. Исследование гидравлической разработки плотных глиф нистых пород при буровзрывном рыхлении в условиях карьеров Кузбасса.

41. Дисс. на соиск. уч. степ.к.т.н. -М., 1975.-177с.

42. Правила техники безопасности и производственной санитарии при производстве земляных работ способом гидромеханизации. -М, Мин-трансстрой СССР, 1973.

43. Ревазов М.А., Лобанов Н.Я., Маляров Ю.А., Персиц В.З. Экономика природопользования: Учебник для студентов горно-геологических специальностей ВУЗов. М., 1992.

44. Ржевский В. В. Процессы открытых горных работ. -М., Недра, 1984.

45. Ржевский В. В. Технология и комплексная механизация открытых гор* ных работ. -М., Недра, 1980.

46. Ржевский В.В. Горные науки. М.: Недра, 1985. - 96 с.

47. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.-1600 с.

48. Справочник открытые горные работы./Трубецкой К. Н., Потапов М.Г., Виницкий К. Е., Мельников Н. Н. и др. -М., Горное бюро, 1994.

49. Терминология открытых горных работ / Под общ. ред. В.В. Ржевского и др. Учебное пособие. М.: МГИ, 1987. - 95 с.

50. Терминология открытых горных работ / Под общ. ред. В.В. Ржевского и др. Учебное пособие. М.: МГИ, 1987. - 95 с.

51. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. М.: Недра, 1982г.

52. Титовский В.И., Калашников А.Г., Бабец A.M. Опыт рекультивации нарушенных земель в бассейне КМА/Обзорная информация. Вып. 2.-М.: Черметинформация, 1988.

53. Томаков П.И., Коваленко B.C., Михайлов A.M., Калашников А.Г. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ, 1994. -417 с.

54. Хныкин В.Ф. Гидравлическая разработка россыпных месторождений. -М., МГРИ, 1988.

55. Хныкин В.Ф. Практический опыт и некоторые вопросы теории проведения водозаводных канав на гидравлических разработках россыпей. Дисс. на соиск. уч. степ.к.т.н. -М., 1961.

56. Хузин Ю.Ш. Исследование технологии гидравлической разработки мело-мергельных пород, применительно к условиям карьеров КМА. Дисс. на соиск. уч. степ.к.т.н Губкин, 1971. -168с. .

57. Шелоганов В.И. К расчету характеристик трубопроводов грунтовых насосов. Сб. научных трудов. -М., МГИ, 1983.

58. Шелоганов В.И. Разработка энерго- и водосберегающих карьерных вскрышных гидромониторно-землесосных комплексов Дисс. докт. техн. наук. М., 1996. - 283 с.

59. Шелоганов В.И., Кононенко Е.А. Насосные установки гидромеханизации/Учебное пособие М.: МГГУ, 1999г.

60. Шкундин Б. М. Машины для гидромеханизации земляных работ Справочное пособие. М, Стройиздат, 1982.

61. Юфин А.П. Гидромеханизация. М., Стройиздат, 1974.

62. Яковлев С.С. Об использовании эмульсионных взрывчатых веществ при подготовке мелов к гидромониторному размыву. //Гидромеханизация-2003. Выпуск 3. М.: Изд-во МГГУ, 2004 , - 81-86с.

63. Яковлев С.С. Оптимизация параметров гидромеханизированной разработки мелов при применении новых типов взрывчатых веществ. //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 2004, № 6.234-236с.

64. Яптанец И.М. Выбор параметров гидромеханизации на карьерах. -М., Недра, 1980.

65. Ялтанец И.М. Проектирование гидромеханизации открытых горных работ. М.: МГГУ, 1994. - 480 с.

66. Ялтанец И.М., Кулигин В.И. Гидромеханизация открытых горных работ. -М.МГГУ, 1996.