Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК"

Ковтун, Юлия Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК"
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК""

На правах рукописи

КОВТУН Юлия Викторовна

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА ГИПСОВЫХ РУДНИКАХ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ШАХТЫ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

2 2 [.¡др 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2012

005013181

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Пушкарев Александр Евгеньевич.

Официальные оппоненты: Мельник Владимир Васильевич; доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Подземная разработка пластовых месторождений», МГТУ, г. Москва;

Добрынин Александр Артурович. кандидат технических наук, директор ООО «ПироВзрыв», г. Москва

Ведущая организация: Федеральное Государственное научное бюджетное учреждение «Горный институт» Кольского научного центра РАН. Мурманская область, г. Апатиты.

Защита диссертации состоится «16» апреля 2012 г. в 14 ч. 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 33-13-05

Автореферат разослан «14» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н.

А. Б. Копылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Горнодобывающая отрасль для России является одной из наиболее значимых отраслей народного хозяйства во многом определяющей уровень экономического развития страны в целом. Являясь источником энергетических и сырьевых ресурсов, горнодобывающая отрасль формирует базовые издержки экономики и, в частности для строительной индустрии. Добыча нерудных полезных ископаемых призвана обеспечить растущий спрос на сырьё для строительных материалов, а объективные условия рынка требуют изыскания путей снижения затрат на их переработку. При этом буровзрывной способ отбойки горной массы является основным способом добычи и именно от его эффективности зависит конкурентоспособность конечной продукции. Так, практически весь добываемый гипсовый камень отделяется от массива посредством взрыва. Однако отсутствие научно обоснованных способов прогнозирования фракционного состава отбитой горной массы с учетом особенностей воздействия взрыва на гипсовый массив затрудняет поиск путей повышения производительности добычи. При этом нет апробированных критериев оценки эффективности использования энергии взрыва, применительно к отбойке гипсового камня, что не позволяет обосновать тип взрывчатого вещества, наиболее подходящий для конкретных условий и определяет актуальность работы.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, НИОКР Тульского отделения Межрегиональной общественной организации «Академия горных наук» по заказу ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК», а также при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009-2010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (гос. контракт № П1120).

Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей буровзрывной отбойки гипсового камня для обоснования энергетических параметров процесса, обеспечивающих повышение эффективности разработки.

Идея работы заключалась в том, что эффективная отбойка гипсового камня в технологических забоях большого сечения достигается за счет применения простейших взрывчатых веществ местного производства, с учетом выявленных закономерностей формирования фракционного состава массы отбитого гипсового камня, при рациональных энергетических характеристиках процесса.

В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ основных результатов ранее выполненных ра-

бот в области буровзрывной добычи полезных ископаемых; экспериментальные исследования разрушения массива взрывчатыми веществами местного производства в условиях полигона и технологических забоев; обработку результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- описание распределения фракционного состава отбитого гипсового камня должно производиться полиномом четвертой степени, позволяющим рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;

- для оценки эффективности применения простейших взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры с установленными энергетическими характеристиками целесообразно использовать показатель удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции, учитывающий потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого;

- при отбойке гипсового камня в забоях большого сечения необходимо осуществлять предварительное разупрочнение врубовых скважин, обеспечивающих формирование дополнительной свободной поверхности, и согласование интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции;

- выявлен характер распределения фракционного состава отбитого гипсового камня и получен полином четвертой степени, позволяющий рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;

- установлена взаимосвязь удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции от объёмной концентрации энергии применяемого взрывчатого вещества, учитывающая потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого и позволяющая оценить эффективность буровзрывной отбойки;

- определены параметры разупрочняющего скважинного заряда и согласованы интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом проведенных экспериментов; корректной обработкой результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики и подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами экспериментов, полученными в ус-

ловиях полигона и технологических забоев (средняя величина относительной погрешности не превышает 20 %).

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования фракционного состава гипсового камня в технологических забоях большого сечения при буровзрывной отбойке простейшими взрывчатыми веществами местного приготовления, с учетом рационального использования энергетических характеристик взрывчатых веществ, что позволяет обосновать параметры и повысить эффективность буровзрывных работ.

Практическое значение работы:

- обоснована эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, обеспечивающих повышение коэффициента использования шпура и снижение выхода

пылевидной фракции;

- модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованы интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»;

- подобрано оборудование для приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры в условиях стационарного подземного производственного пункта в условиях шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

Реализация работы. Основные научные результаты и практические рекомендации приняты Тульским региональным отделением МОО «Академия горных наук» к использованию при разработке технологических схем буровзрывных работ. Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Комплексное освоение недр» и «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» для студентов Тульского государственного университета (ТулГУ), обучающихся по направлению 130400 «Горное дело». Программное обеспечение используется при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на ежегодной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2009 и 2010 гг.); IV Магистерской научно-технической конференции ТулГУ (г. Тула, 2009 г.); 3-й Международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2010 г.); конференциях молодых ученых и конференциях профессорско-преподавательского состава в ТулГУ (г. Тула, 2009,2010 и 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, из них 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содер-

жит 30 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 70 наименований и приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору А.Е. Пушкареву за помощь в процессе выполнения работы, а также доктору технических наук, заведующему кафедрой «Геотехнологии и строительство подземных сооружений», доктору технических наук, профессору Н.М. Качурину за постоянное внимание и поддержку, оказанные в ходе выполнения работы, и всем сотрудникам кафедры ГиСПС.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ результатов исследований, выполненных O.E. Власовым, Г.П. Де-мидюком, С.А.Давыдовым, Э.И. Ефремовым, И.Ф. Жариковым, H.H. Казаковым, Б.Н. Кутузовым, Л. Н. Марченко, Н.В. Мельниковым, В.Н. Мосинцем, Г.И. Покровским, А.Ф. Сухановым, А.Н. Ханукаевым и других авторов, позволяет сформировать представления о действии взрыва, лежащие в основе применяемых в настоящее время схем расчета параметров взрывания и методов управления взрывом. Буровзрывной способ отбойки горной массы является основным способом добычи гипсового камня. Однако в настоящее время прогнозирование фракционного состава отбитой горной массы производится на основе частного опьгга без учета особенностей воздействия взрыва на гипсовый массив и критериев оценки эффективности использования энергии взрыва.

На основании изложенного, а также в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследований:

- определить эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры;

- выявить характер распределения фракционного состава отбитого гипсового камня, позволяющий рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;

- установить взаимосвязь удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции с объёмной концентрацией энергии применяемого взрывчатого вещества;

- определить параметры разупрочняющего скважинного заряда и обосновать интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»;

- модернизировать действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованных интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающий эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»;

- подобрать оборудование для приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры в условиях стационарного подземного производственного пункта в условиях шахты ООО «КНАУФ

ГИПС НОВОМОСКОВСК».

В большинстве методик по определению эффективности взрывчатых веществ (ВВ) используют расчетные значения теплотворной способности или теплоты взрыва - основной характеристики ВВ, в наибольшей мере влияющей на уровень энергоёмкости взрывного разрушения горных пород и потенциальную экономию затрат на взрывные работы. При этом, для конкретного паспорта буровзрывных работ важным показателем является объёмная концентрация энергии в (ккал/м ), определяемая как произведение плотности заряжания р (кг/м3) на теплоту взрыва 0ВВ (ккал/кг).

В качестве основного критерия, характеризующего процесс разрушения массива при буровзрывной отбойке, был принят показатель удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции и (кг/т), учитывающий объем затраченной во время взрыва энергии и фракционный состав отбитой горной массы.

К исследованиям были приняты наиболее распространенные типы простейших ВВ на основе аммиачной селитры:

- гранулит «Игданит - П» (ТУ 7276-001-04683349-98);

- гранулит 5- МП (ТУ 7276-079-00203938-2005);

- гранулит А6 (ТУ 113-03-00203789-16-93);

- граммотол-15 (ТУ 7276-016-11692478-98).

Основные характеристики выбранных ВВ представлены в табл. 1

Таблица 1

_Основные характеристики ВВ, принятых к исследованиям

Ш<2 п/п

Наименование параметров

Теплота взрыва, кДж/кг (ккал/кг)

Игданит-П

Гранулит 5-МП

38003900 (910-930)

4180-4600 (1000-1050)

Гранулит А6

4400-4600 (1050-1100)

Граммотол-15

4037(963)

Насыпная плотность, кг/м3___

750 - 840

800-1000

900-950

750 - 900

Объем газов, л/кг

980

800-830

860-880

926

Учитывая известный факт, что в конкретных производственных условиях при изготовлении и заряжании шпуров возможны отклонения характеристик ВВ от паспортных, существенно влияющие на их работоспособность и эффективность, были выполнены полигонные испытания отобранных типов ВВ, изготовленных в условиях стационарного пункта приготовления с использованием гравитационного смесители ОСГ-ЗОО. При испытаниях определялась

взрывная эффективность всех марок испытываемых ВВ на основе измерения скорости детонации с использованием прибора гВЬ - 10 и применения датчиков ДПИД (ТУ 4314-018-54634296-2006). Заряды формировались в стальных трубах длинной 6 м, заваренных с одного конца "наглухо" стальной пластиной, внутренним диаметром 45,0 мм с толщиной стенки 6 мм. Инициирование взрыва осуществлялось взрыванием патрона аммонита 6ЖВ, размещаемом на расстоянии = 100 мм от торца трубы, с использованием электродетонатора (ЭД-З-Н). Датчики измерения скорости детонации размещались (рис. 1) на расстоянии от 100 мм до 5500 мм на поверхности трубы с интервалами 500 - 1000 мм в подготовленных для их установки отверстиях. При взрывании трубы размещались в горизонтальном положении.

ЙШ Последовательность действий в ходе полигонных испытаний.

- определение геометрических параметров трубы: длина трубы I, м, и внутренний диаметр трубы <4 м;

- определение массы пустой трубы

' V $ ^ *1 -заряжание;

| . , - определение массы заряженной

| V трубы Л/3, кг;

* Ш * к - определение величины недозаряда

, ' к - установка датчиков; 'щ,. - определение расстояния между

датчиками 5, мм;

- проверка работоспособности ус-I тановленных датчиков;

- установка патрона боевика;

Рис. 1. Установка датчиков ' взРьшание с регистрацией времени прохождения фронта волны детонации между датчиками Т, мкс (рис. 2).

Скорость детонации УД, м/с, рассчитывалась по формуле

УД = Т (1)

Расчет плотности р, кг/м3, заряжания производился по формуле

<W:i4ar" [Ї.52П0.М) ................"dt:74.00us' 1/ffi 135'»'2

Рис. 2. Осциллограмма прохождения фронта детонации

Анализ полученных результатов показал, что в ходе испытаний исследуемые Игданит-П, Гранулит-5МП, Граммотол-15 продемонстрировали скорость детонации существенно выше, чем приведено в справочной литературе. Это может быть объяснено более высокой плотностью заряда (табл. 2).

Таблица 2

Установленные характеристики ВВ_

Название ВВ Скорость детонации, м/с Плотность заряда, кг/м3

ТУ при испытаниях ТУ при испытаниях

Игданит-П 2200-2700 4149 800 1093

Гранулит 5-МП 4000 5024 900 1350

Граммотол-15 3200 4978 850 1300

Для проведения сравнительных испытаний в очистных забоях шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» были составлены паспорта, схемы БВР и подготовлены забои в нужном количестве. Заряжанию каждым видом ВВ подлежало пять забоев. Бурение шпуров производилось установками SMAG BW50 8HY50. Количество шпуров на забой - 81, глубина до 6,5 м. Заряжание шпуров производилось смесительно-зарядной установкой «Ульба-400МИ». При проведении испытаний учитывалось: наличие отказавших зарядов, коэффициент использования шпура (к.и.ш), количество негабаритного гипсового камня свыше 1000 мм. Кроме того осуществлялся рассев гипсового камня с целью определения фракционного состава.

Последовательность действий в ходе предварительных испытаний:

- определение геометрических размеров забоя;

- обуривание забоя по утверждённым паспортам БВР;

- замеры фактической длины шпуров, £шпура»м;

- заряжание шпуров;

- замеры величины недозаряда, £недшар> м;

- замер состава призабойной атмосферы;

- взрывание забоя;

- погрузка отбитого гипсового камня;

- фиксация негабаритов;

- определение фракционного состава отбитого гипсового камня. Анализ итоговых результатов испытаний показал, что максимальный и

стабильный к.и.ш. получен при взрывании составами:

- граммотол-15 (0.98; 0,97; 0,96; 0,96; 0,95 или среднеарифметический по 5 результатам - 0,964);

- гранулит-5МП (0,96; 0,96; 0,96; 0,96; 0,93 или средний - 0,954);

- игданитом-П (0,97; 0,96,0,95; 0,88; 0,86 или средний - 0,924). При взрывании Гранулитом-Аб зафиксирован отрицательный результат. Причина отрицательного результата: расслоение ВВ изготовленного на

одной платной аммиачной селитре. Как следствие - изменение (увеличение) критического диаметра, затухание детонации при взрывании в трубах и в забое в диаметре 42 мм.

Анализ фракционного состава отбитого гипсового камня показал, что имеются две фракции, на которые приходится максимальная доля в общем объеме отбитой горной массы (табл. 3).

Таблица 3

Средний по забоям фракционный состав отбитого гипсового камня

Фракция, мм Игданит-П Гранулит 5-МП Граммотол-15

<5 19,1 18,6 24,1

5,00 5,9 5,8 6,4

10,00 7,6 7 8,6

20,00 6,7 6,7 7,4

40,00 4,6 4,8 4,5

50,00 4,5 5,4 4,2

60,00 11,1 12,7 10,3

100,00 16,4 20 17,8

150,00 13,6 16 15

200,00 1,9 3 1,7

Итого 100,0 100,0 100,0

Во всех проведенных замерах значительное количество составляет пылевидная фракция (А < 5 мм) и фракции 60 < А < 150 мм (рис. 3).

а)

б)

А. им

Рис.3. Фракционного состава отбитого гипсового камня при использовании: а - Граммотола-15; б—Гранулита 5-МП; в - Игданита-П

Такой характер распределения отличается от широко распространенного нормального распределения. Это можно объяснить высокой степенью переизмельчения материала в пришпуровой зоне, что и приводит к возрастанию доли пылевидной фракции. Анализ экспериментальных данных показал, что наилучшим образом описать распределение фракционного состава отбитого гипсового камня можно полиномом четвертой степени вида:

С = Д1 х4 + В2 х3 + В3 х2 + В^к + В5, (3)

где: С-доля конкретной фракции в общем отбитом объеме,... ^-эмпирические коэффициенты.

В результате статистической обработки экспериментальных данных было получено выражение для расчета доли конкретной фракции А (мм) в общем объеме отбитой горной массы:

С = 4-10"7-Л4 - 2-1СГ4у)3 + 0,02-А2 - 0,97-А + 16,38. (4)

Оценка удельного расхода ВВ на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции М в зависимости от объемной концентрации энергии производилась на основании экспериментальных данных, полученных при отбойке каждым из принятых к исследованиям типов ВВ. Средние значения контролируемых и расчетных величин представлены в табл. 4.

Таблица 4

Оценка удельного расхода ВВ на единиц отбитой горной массы

Наименование параметра Игданит - П Гранулит 5-МП Граммотол 15

0, ккал/м3 1005,56 1383,75 1249,00

р, кг/м3 1093,44 1350,49 1297,14

М, кг 591,46 722,84 664,87

II, кг/т 0,7014 0,8746 0,8423

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила получить расчетную зависимость, отражающую взаимосвязь между удельным расходом ВВ на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции и и объемной концентрации энергии 0

II— 0,4438Хи(0 - 2,3461 (5)

Анализ полученной зависимости показал, что с ростом объемной концентрации энергии удельный расход ВВ на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции также будет расти (рис. 4). Это объясняется

тем, что при реализации большей объемной концентрации энергии будет увеличиваться объем переизмельченной горной массы в пришпуровой зоне, уменьшится выход кондиционной фракции, а, следовательно, увеличится удельный расход ВВ.

0.65

Рис.4. Зависимость удельного расхода ВВ на единицу массы отбитого гипсового камня V (кг/т) от объемной концентрации энергии 2 (ккал/м )

На основании результатов выполненных исследований был разработан модернизированный паспорт буровзрывных работ с установкой разупроч-няющего заряда в компенсационные скважины и согласованием интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов. Анализ возможных схем компенсационных скважин и врубовых шпуров (рис. 5) с учетом рекомендаций С. Олафссона показал, что если расстояние между осями шпура и скважины а будет находиться в диапазоне 1,5с1 < а < 2,Ы произойдёт только разрушение породной перемычки между зарядом и компенсационной скважиной (без гарантированного смещения раздробленной породы), что снижает эффективность отбойки. Тогда как при а > 2,\d заряд работает в режиме камуфлета, характеризующегося пластическими деформациями породы и минимальной уходкой. Зависимость а =1,5^ даёт лучшие результаты взрывания.

•8-

ООО ООО

а) б) в)

Рис. 5. Типичные схемы врубов с незаряженными (компенсационными) скважинами: а)-с одной; б)-с двумя; в)- с 6 компенсационными скважинами 13

Для повышения эффективности формирования вруба в среднюю верхнюю скважину устанавливается разупрочняющий заряд аммонита 6ЖВ, вес которого рассчитывается исходя из объёма массива гипсового камня, составляющего вруб. Так, масса наружного заряда для разрушения породной перемычки между компенсационными скважинами в груди забоя на участке длиной 0,3-0,4 м определяется по формуле, рекомендованной Матвейчуком В.В.

M=KHV, (6)

где: А"н - удельный расход аммонита 6ЖВ на дробление породы, принимаемый от 1,5 до 3,0 кг/м5; V - объём разрушаемого объекта, м3.

Для условий технологического забоя ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» разрушаемый объём на участке 400 мм в контуре компенсационных врубовых скважин будет составлять 0,64 м3, и, соответственно, потребный заряд аммонита 6ЖВ - 1 кг.

При расчете интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов ¿зам (мс) необходимо учитывать время необходимое на очистку вновь образованного компенсационного объёма ц (мс), и разброс времени срабатывания применяемых средств инициирования /разб си (мс). В связи с этим расчет времени замедления срабатывания шпуровых зарядов следует рассчитывать по формуле П. И. Кушнерова:

> t2 Щ +/« + ^разб си (7)

где: tx + t2 + h ~ сумма времени прохождение детонации по заряду (/,), на дробление (t2) и на перемещение раздробленной горной породы в компенсационный объём (/3) рекомендуется справочниками.

Результаты выполненных исследований и практические рекомендации приняты Тульским региональным отделением МОО «Академия горных наук» к использованию при разработке технологических схем буровзрывных работ. На их основе модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованных интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающий эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК», и подобран комплект оборудования для оснащения подземного стационарного пункта приготовления ВВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности буровзрывной отбойки, которые позволяют обосновать энергетические параметры процесса, обеспечивающие повыше-

ниє эффективности добычи гипсового камня за счет применения простейших взрывчатых веществ местного производства, с учетом выявленных закономерностей формирования фракционного состава отбитой горной массы, что имеет существенное значение для добывающей отрасли России.

Основные выводы, научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

1. Экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции. Так, коэффициент использования шпура увеличился в среднем на 18 %, а содержание пылевидной фракции уменьшилось в 1,9 раз.

2. Выявлено что при буровзрывной отбойке гипсового камня имеются две фракции А < 5 мм и 60 < А < 150 мм, на которые приходится максимальная доля в общем объеме отбитой горной массы. При этом распределение фракционного состава отбитого гипсового камня носит полиномиальный характер. Получен полином четвертой степени, позволяющий рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитого гипсового камня с максимальной погрешностью не превышающей 20 %.

3. Установлено, что с ростом объемной концентрации энергии удельный расход взрывчатых веществ на единицу отбитого гипсового камня кондиционной фракции также будет расти по логарифмическому закону. Получено выражение для расчета удельного расхода взрывчатых веществ на единицу отбитого гипсового камня, с учетом потерь на переизмельчение отбиваемого

полезного ископаемого.

4. Определено, что для повышения эффективности отбойки в компенсационные скважины необходимо устанавливать разупрочняющий заряд аммонита 6ЖВ массой 1 кг, а при расчете интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов следует учитывать также время необходимое на очистку вновь образованного компенсационного объёма и разброс времени срабатывания применяемых средств инициирования.

5. Модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованных интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающий эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. К.Н.Трубецкой, И.В.Милитенко, А.В.Старшинов, Ю.В. Доильницы-на (Ковтун), В.Ю.Фадеев, С.С.Костылев. Роль Н.В.Мельникова в создании ВВ простейшего состава (Игданитам 50 лет: успехи, проблемы и перспективы развития) // Развитие идей Н.В.Мельникова в области комплексного освоения недр (к 100-летию со дня рождения академика

Н.В.Мельникова). Материалы Международного совещания.- М.: УРАН ИПКОН РАН, 2009. С. 62-65.

2. Доильницына Ю.В. (Ковтун). Ещё раз об игданитах и АНФО // Известия ТулГУ "Естественные науки". Серия: "Науки о Земле". Выпуск 5. 2009 г - С. 39-46.

3. Ковтун Ю.В. Некоторые результаты инновационных направлений ведения горных работ на предприятии ОАО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»// «Записки горного института». Том 200. СПГТИ(ТУ) 2010 г. С.49-50.

4. Ковтун Ю.В. О необходимости и путях повышения качества бестроти-ловых гранулированных ПВВ // Горный журнал № 8 2011г. С. 246-250.

5. Головин К.А. Коновалов О.В. Копылов А.Б. Пушкарев А.Е., Ковтун Ю.В. Исследование скорости детонации промышленных ВВ на шахте ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»// Материалы Международной научно-практической конференции «Взрывные технологии. Эмпирика и теория. Достижения. Проблемы. Перспективы». ТулГУ. Тула, 2011. С. 91-99.

Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 6.03.2012 Формат бумаги 60x84 ^ . Бумага офсетная.

Усл.печ.л. 1,5. Уч.-изд.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 39 Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ковтун, Юлия Викторовна, Тула

61 12-5/2329

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования Тульский государственный университет

Ковтун Юлия Викторовна

Специальность 25.00.20 - "Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ -

На правах рукописи

доктор технических наук, А.Е Пушкарёв

Тула 2012

Стр.

Введение 4

глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. Задачи и методы исследований 9

1.1. Современные представления теории разрушения горных пород 9

1.2. Особенности взрывного разрушения при проходке 16

1.3. Обзор основных технологических схем проходки камерных 22 выработок большого сечения

1.4. Особенности отработки месторождения гипса камерными 24 выработками на предприятии ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

1.5.Цель и идея работы. Постановка задачи исследований 27

глава 2. ВЫБОР БАЗОВОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ УСЛОВИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

2.1. Характеристики ВВ, определяющие уровень эффективности 29 взрывного разрушения

2.2. Алгоритм выбора типа ВВ 33

2.3. Отбор марок ВВ из выбранного класса аммиачно-смелитренных 36 ВВ для проведения сравнительных испытаний

2.4. Выводы 41

глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЗРЫВЧАТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕСЕВЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

3.1. Планирование и организация проведения сравнительных 42 испытаний ВВ

3.2. Объекты испытаний, их сравнительные характеристики 43

3.2.1. Гранулит «Игданит - П» 43

3.2.2. «Гранулит-5МП» 44

3.2.3. «Гранулит - А6» 45

3.2.4. «Граммотол -15» 46

3.3. Технология приготовление ВВ для испытаний 48 3.4 Полигонные испытания 50

3.5. Предварительные испытания в забоях горных выработок 56

3.6. Анализ фракционного состава отбитого гипсового камня 59

3.7. Анализ показателей эффективности отбойки 73

3.8. Вывод 79

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ СМЕСЕЙ

НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ. ВЫБОР СМЕСИТЕЛЬНОГО И ЗАРЯДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УСЛОВИЙ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

4.1. Критерии выбора оптимального места размещения пункта 82 приготовления взрывчатых веществ

4.2. Общие требования к подземному пункту приготовления ВВ 83

4.3. Оборудование для изготовления ВВ 84

4.4. Буровое и зарядное оборудование 89

4.5. Выводы 94 глава 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШПУРОВОЙ ОТБОЙКИ 95

НА ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ПАРАМЕТРОВ БВР

5.1. Методика расчета комплекта врубовых шпуров 95

5.2. Расчет комплекта врубовых зарядов «Игданита-П» для условий 99 предприятия ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

5.3. Разработка конструкции разупрочняющего заряда 103

5.4. Выбор времени замедления для комплекта врубовых шпуров 105 5.4.1. Общие сведения и обзор методик определения оптимальных 105 интервалов замедлений

5.5. Выводы 115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116

Список используемой литературы 118

Приложения 124

ВВЕДЕНИЕ

Горнодобывающая отрасль для России является одной из наиболее значимых отраслей народного хозяйства во многом определяющей уровень экономического развития страны в целом. Являясь источником энергетических и сырьевых ресурсов, горнодобывающая отрасль формирует базовые издержки экономики и, в частности для строительной индустрии. Добыча нерудных полезных ископаемых призвана обеспечить растущий спрос на сырьё для строительных материалов, а объективные условия рынка требуют изыскания путей снижения затрат на их переработку. При этом буровзрывной способ отбойки горной массы является основным способом добычи и именно от его эффективности зависит конкурентоспособность конечной продукции. Так, практически весь добываемый гипсовый камень отделяется от массива посредством взрыва. Однако отсутствие научно обоснованных способов прогнозирования фракционного состава отбитой горной массы с учетом особенностей воздействия взрыва на гипсовый массив затрудняет поиск путей повышения производительности добычи. При этом нет апробированных критериев оценки эффективности использования энергии взрыва, что не позволяет обосновать тип взрывчатого вещества, наиболее подходящий для конкретных условий, что и определяет актуальность работы.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, НИОКР Тульского отделения Межрегиональной общественной организации «Академия горных наук» по заказу ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК», а также при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (20092010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и федеральной целевой программы

«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (гос. контракт № П1120).

В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ основных результатов ранее выполненных работ в области буровзрывной добычи полезных ископаемых; экспериментальные исследования разрушения массива взрывчатыми веществами местного производства в условиях полигона и технологических забоев; обработку результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- при отбойке гипсового камня в забоях большого сечения необходимо осуществлять предварительное разупрочнение перемычек компенсационных врубовых скважин, обеспечивающих формирование дополнительной свободной поверхности, и согласование интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции;

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

обеспечивается представительным объемом проведенных экспериментов; корректной обработкой результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики и подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами

экспериментов, полученными в условиях полигона и технологических забоев (средняя величина относительной погрешности не превышает 20 %).

Практическое значение работы:

подобрано оборудование для приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры в условиях стационарного подземного производственного пункта в условиях шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

(ТулГУ), обучающихся по направлению 130400 «Горное дело». Программное обеспечение используется при курсовом и дипломном проектировании.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 25 таблицы, список использованной литературы из 70 наименований и приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору А. Е. Пушкареву за помощь в процессе выполнения работы, а также доктору технических наук, заведующему кафедрой «Геотехнологии и строительство подземных сооружений», доктору технических наук, профессору Н. М. Качурину за постоянное внимание и поддержку, оказанные в ходе выполнения работы, и всем сотрудникам кафедры ГиСПС.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современные представления теории разрушения горных пород

В основу разработки методов управления дроблением горных пород взрывом, расчета их параметров и эффективного использования положены физические основы действия взрыва на среду. Многообразие, сложность и быстрота протекания явлений, сопровождающих взрыв и разрушение среды, обусловили возникновение различных представлений о механизме разрушения среды взрывом [1,2]. К числу основных явлений, сопровождающих взрыв следует отнести: детонацию заряда; расширение зарядной полости; истечение продуктов детонации; механическое взаимодействие продуктов детонации со средой; формирование и распространение ударных воздушных волн; распространение и взаимодействие волн напряжений в твердой среде; разрушение среды; сдвижение разрушенного материала и разлет осколков [3].

Первая попытка описать процесс разрушения массива горных пород действием взрыва в случае неоднородности среды встречается у М. В. Мачинского [4]. Исходя из основных положений энергетической теории взрыва, М. В. Мачинский объясняет возникновение трещин в слабых местах взрываемого массива, как результат действия волны напряжения, после прохождения которой трещины продолжают развиваться и в какой-то момент времени смыкаются, в результате чего горная порода оказывается раздробленной. Он считает, что волна проходит бесследно через прочные участки породы; при прохождении же ее через слабые участки проявляются зачатки трещин. Взгляды М. В. Мачинского получили дальнейшее развитие в ряде работ последних лет.

Физически глубоко обоснованные представления качественной картины действия взрыва на среду, изложены в работе Г. И. Покровского [5]. Порода, непосредственно примыкающая к заряду, на незначительный промежуток времени сильно сжимается; в дальнейшем ее частицы получают движение по

радиальным направлениям и смещаются вслед за фронтом волны деформаций. В результате вокруг заряда образуется зона сильно деформированной породы. В этой зоне возникают напряжения, которые обычно превосходят временное сопротивление разрыву и приводят к появлению радиальных трещин. Но с удалением от заряда напряжения ослабевают, и новые трещины не образуются. При взрыве в результате увеличения полости, занимаемой зарядом, и снижения температуры газа давление газообразных продуктов взрыва падает и сильно сжатая порода вблизи заряда начинает перемещаться к центру полости, обусловливая возникновение концентрических трещин. Когда волна сжатия доходит до открытой поверхности, находящиеся вблизи поверхности частицы свободно смещаются в ее сторону. Интенсивное движение породы в сторону открытой поверхности передается все более удаленным от нее слоям среды, внутрь породы распространяется волна разрежения, вызывающая растягивающие напряжения. Трещины, образующиеся под действием волны разрежения, развиваются перпендикулярно к направлению ее распространения. Волна разрежения, возникающая вблизи плоской поверхности среды, распространяется так, как если бы она шла от заряда, представляющего собой зеркальное отражение реального заряда. В результате появляются разрушения, вызванные обратным движением поля напряжений.

Описанный Г. И. Покровским механизм действия взрыва на среду и разрушение ее при взрыве многократно подтвержден экспериментально как в лабораторных, так и в промышленных условиях.

О. Е. Власов [6] показал возможность приближенных решений, приняв допущение о мгновенности передачи энергии взрыва окружающей среде и о не сжимаемости среды. В этих условиях энергия взрыва передается среде в виде кинетической, а среда в этот момент ведет себя как не сжимаемая идеальная жидкость, поведение которой описывается уравнениями гидродинамики. Начальное поле кинетической энергии с учетом формы и расположения зарядов дает возможность оценить размеры зон возможных разрушений среды взрывом.

Разделяя начальную кинетическую энергию среды на энергию поступательного движения и энергию деформации, О. Е. Власов разработал основы расчета дробления горных пород взрывом, позволяющие методами классической механики определить расчетный гранулометрический состав взорванной массы и приближенно оценить дробящее действие взрыва не только сферических, но и цилиндрических зарядов.

При помощи рекомендуемой О. Е. Власовым модели процессов дробления можно оценить лишь конечные результаты действия взрыва, но нельзя рассматривать последовательно все происходящие в среде изменения и деформации. Такой подход к решению задачи отличается от классических методов механики сплошных сред, где основной независимой переменной является время.

Во второй половине двадцатого века, характеризующейся широким развитием теоретических и экспериментальных исследований в области познания и управления действие

Информация о работе

Ковтун, Юлия Викторовна
кандидата технических наук
Тула, 2012
ВАК 25.00.20

Диссертация

Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК" - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК" - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы