Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности горных работ путем обеспечения безотказности инициирования зарядов ВВ при добыче полезных ископаемых

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Маслов, Андрей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1 Особенности технологии взрывных работ в условиях подземных и открытых горных работ

1.2 Анализ современных систем инициирования зарядов

1.3 Цели и методы исследований

Глава 2. Повышение эффективности электровзрывных работ на подземных рудниках

2.1 Статистическое моделирование инициирования электродетонаторов в условиях подземных горных разработок

2.2 Эффективность инициирования источниками напряжения и тока

2.3 Влияние параметров топологической структуры системы электрического инициирования зарядов на результаты инициирования

2.4 Воздействие блуждающих токов на электровзрывную цепь при проведении электровзрывных работ на подземных рудниках 84 Выводы

Глава 3. Повышение эффективности массовых взрывов в условиях открытых горных работ

3.1 Повышение безотказности системы электрического инициирования зарядов в условиях открытых горных работ

3.2 Статистическое моделирование попадания электродетонаторов с минимальным и максимальным импульсом в электровзрывную сеть

3.3 Воздействие блуждающих токов на электровзрывную цепь при проведении массовых взрывов в условиях открытых горных работ

Выводы

Глава 4. Конструирование прибора взрывания с контролем электрической энергии потребленной при проведении массовых взрывов

4.1 Обоснование увеличения коэффициента допустимой мощности силовых модулей приборов взрывания

4.2 Устройство контроля индикации отказов

4.3 Блок-схема устройства контроля энергии

4.4 Методика и область применения устройства. Практические рекомендации

4.5 Экономическая эффективность 145 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности горных работ путем обеспечения безотказности инициирования зарядов ВВ при добыче полезных ископаемых"

Актуальность работы. Планами развития горных предприятий предусматриваются соотношения между отдельными звеньями технологической цепи при добыче минерального сырья. Прогресс технологий подземной разработки месторождений неразрывно связан с надежностью технологических процессов. Важным технологическим звеном, определяющим показатели работы горного предприятия рудника, являются взрывные работы. Высокая естественная трещиноватость и хрупкость пород, избирательность параметров разупрочнения руд под действием взрывных нагрузок, необходимость обеспечения определенной крупности горной массы для получения конечной продукции должного качества определяют важность взрывных работ среди прочих процессов горного производства.

Повышение надежности регулируемого измельчения и разупрочнения пород взрывом позволяет обеспечить цикличность и безаварийность добычи полезного ископаемого. В этой связи актуальным является проведение исследований ресурсосберегающих методов взрывной отбойки, которые за счет повышения надежности инициирования зарядов ВВ обеспечивают повышение интенсивности и безопасности очистных и проходческих работ. Это направление реализуется путем разработки эффективной методики исследования условий безотказного инициирования элекгродетонаторов и создания теории приборов взрывания новых типов.

Оптимизация параметров отбойки руд в условиях открытых и подземных горных работ на основе разработки эффективных методов инициирования электродетонаторов с использованием возможностей моделирования систем электрического инициирования зарядов.

Цель работы - повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых за счет повышения безотказности взрывной отбойки.

Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:

- моделирование процессов инициирования электродетонаторов с различными параметрами возбуждения взрывного воздействия на породный массив;

- исследование и оптимизация источников напряжения для безотказного инициирования ЭВС, мощности, потребляемой системами электрического инициирования зарядов, а также воздействия блуждающих токов на системы электрического инициирования зарядов;

- разработка устройств контроля энергии при разрушении пород;

- моделирование безотказных схем инициирования для подземного и открытого способов разработки месторождений.

Основная идея диссертации. Идеей работы является улучшение показателей взрывного дробления руд и пород за счет безотказности электрического инициирования зарядов с использованием возможностей статистического моделирования.

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

Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы удовлетворительной сходимостью (не менее 85%) результатов теоретических и экспериментальных исследований систем электрического инициирования зарядов.

Защищаемые научные положения:

1. Показатели очистных и проходческих работ коррелятивно зависят от безотказности систем электрического инициирования зарядов определяемой взаимным влиянием друг на друга статистических параметров ЭВС.

2. При одновременном влиянии на систему электрического инициирования зарядов блуждающих токов различных типов суммарный влияющий ток увеличивается в 1.5 - 2 раза по сравнению с величиной блуждающего тока каждого отдельного типа.

3. Учет взаимного расположения в цепи ЭД различной чувствительности уменьшает максимальное значение требуемого безотказного тока на 40 - 50 %, при уменьшении вероятности отказов.

4. Коэффициент допустимой мощности для элементов систем электрического инициирования может быть увеличен в 1.5-2 раза на основе учета кратковременности протекания тока, что обеспечивает повышение надежности инициирования зарядов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена новая взаимозависимость между статистическими параметрами элементов ЭВС, характеристикой процессов инициирования и надежностью безотказного дробления пород при подземной и открытой добыче руд.

2. Разработаны новые математическая модель и методика расчета вероятности отказов ЭД в сложных ЭВС в зависимости от взаимного расположения в ней ЭД с максимальной и минимальной чувствительностью.

3. Обоснована возможность увеличения коэффициента допустимой мощности элементов ЭВС для повышения безотказности инициирования взрывания зарядов.

4. Разработан новый прибор взрывания с контролем качества инициирования по энергетическому признаку.

Научная ценность работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования систем электрического инициирования зарядов ВВ в совокупности решают проблему надежности процессов отбойки руд и пород за счет безотказного инициирования зарядов.

Практическое значение работы.

Предлагаемые методы обеспечения надежности взрывания зарядов, в том числе применение сетевого прибора взрывания с контролем потребленной ЭВС энергии, позволяют повысить эффективность взрывных работ при добыче руд, уменьшить выход негабарита, расход шпуров, скважин, расход ВВ и средств взрывания.

Результаты работы могут быть использованы при разработке: технической документации, регламентирующей производство взрывных работ рудниках и карьерах; технических требований на приборы взрывания и контроля; инструкций по ведению взрывных работ в подземных рудниках и на карьерах; а также в учебном процессе для студентов специальностей: «Технология и безопасность взрывных работ», «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Открытые горные работы» и др.

Реализация и апробация работы.

Результаты исследований рекомендованы для повышения безотказности и безопасности электровзрывания на рудниках Садонского СЦК, Тырныаузского ГОК, Урупского ГОК и компании «Норильский никель».

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГМИ (г.Владикавказ, 1998 - 2002г.г.), Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-99» (г.Нальчик, 1999г), на кафедрах «Технология разработки месторождений» и «Безопасность жизнедеятельности» СКГМИ (г.Владикавказ, 2003).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 8 печатных работах, включая патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 158 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 8 таблиц, 138 формул, список литературы из 68 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Маслов, Андрей Анатольевич

выводы

Разработан новый прибор взрывания с контролем качества инициирования по энергетическому признаку.

Разработана методика применения нового прибора взрывания. Применение устройства контроля потребляемой энергии входящего в прибор взрывания при проведении электровзрывания на карьерах, и в рудниках позволит увеличить безопасность взрывных работ.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования в совокупности решают проблему надежности процессов отбойки руд и пород. Предлагаемые методы обеспечения безотказности взрывания зарядов повышают эффективность взрывных работ до 15%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной научно - практической задачи повышения эффективности технологии подземной и открытой разработки месторождений на основе создания новых средств взрывания, обеспечения надежности систем электрического инициирования зарядов и безотказного их инициирования.

В результате выполненных исследований и расчетов:

1. Оптимизированы параметры технологий безотказного инициирования ЭВС при взрывной отбойке руд в рудниках и на карьерах.

2. Определена корреляция между показателями очистных и проходческих работ и безотказности систем электрического инициирования зарядов, определяемой взаимным влиянием друг на друга статистических параметров ЭВС.

3. Доказано, что при одновременном влиянии на систему электрического инициирования зарядов блуждающих токов различных типов, суммарный влияющий ток увеличивается в 1.5 - 2 раза по сравнению с величиной блуждающего тока каждого отдельного типа.

4. Установлено, что учет взаимного расположения в цепи ЭД различной чувствительности уменьшает максимальное значение требуемого безотказного тока на 40 - 50 % и вероятность отказов.

5. Установлены новые взаимозависимости между статистическими параметрами элементов ЭВС, характеристикой процессов инициирования и надежностью безотказного дробления пород при подземной и открытой добыче руд.

6. Разработаны новые математическая модель и методика расчета вероятности отказов ЭД в сложных ЭВС в зависимости от взаимного расположения в ней ЭД с максимальной и минимальной чувствительностью.

7. Обоснована возможность повышения безотказности инициирования взрывания зарядов путем увеличения коэффициента допустимой мощности элементов систем электрического инициирования зарядов, что обеспечивает повышение надежности инициирования зарядов.

8. Разработан новый прибор взрывания с контролем качества инициирования по энергетическому признаку.

9. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования в совокупности решают проблему надежности процессов отбойки руд и пород.

10. Предлагаемые методы обеспечения безотказности взрывания зарядов повышают эффективность взрывных работ до 15%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Маслов, Андрей Анатольевич, Владикавказ

1. М.М. Граевский «Электрическое взрывание от сетей переменного тока», Недра, М., 1974 г. с.ЗО 120.

2. Лурье А.Н. «Электрическое взрывание зарядов», -М.: 1963 г. с. 43 89.

3. Ю. С. Петров «Основы теории электровзрывания», Владикавказ 1998

4. Инструкция по конструированию, расчету, монтажу электровзрывных сетей и технология заряжания при взрывании в вертикальных стволах шахт, опасных по газу или пыли, взрывными приборами. Харьков, ВНИИОМШС, 1978.

5. Граевский М.М., Хаслер В.Г. Современные зарубежные электродетонаторы. -Безопасность труда в промышленности, 1979, №9, с.40-52.

6. М. М. Граевский «Справочник по электрическому взрыванию зарядов», Москва "Недра" 1986. с. 12-132.

7. Кушнеров П.И., Павлыш Б.П. Качество токопроводников электродетонаторов и надежность электровзрывания. В кн.: Повышение безопасности взрывных работ в угольных шахтах. Вып. В-233. М.: ИГкД им Сочинского, 1973, №10,23 с.

8. Дубинин А.Ф., Беркман М.И., Попов В.А. Проникновение опасного импульса блуждающего тока простой спектральной формы в электровзрывную цепь. // Горный журнал. Известия ВУЗов, № 7,1989г., с 85.

9. Ручкин В.М., Страусман Р.Я. Электровзрывание на участках, опасных по блуждающим токам. В кн.: Взрывное дело, №49/5. -М.: Госгортехиздат, 1962, с. 87-92.

10. Защита зарядов взрывчатых веществ от преждевременных взрывов блуждающими токами. (Под ред. М.М. Граевского). М.: Недра, 1987, 361с.

11. Озерной М.И., Петров Ю.С. Критерии оценки горных предприятий по степени опасности в отношении преждевременных взрывов зарядов сторонними токами. В сб.: Проблемы охраны труда, Казань, 1974. с. 88 — 289.

12. Петров Ю.С. Блуждающие токи в горной промышленности // Безопасность труда в промышленности, № 2,1986, с.53-54.

13. Петров Ю.С. Влияние блуждающих токов контактной откатки на безопасность ведения электровзрывных работ // Известия ВУЗов, Горный журнал, №4,1983, с. 99-103.

14. Густафссон Р. Шведская техника взрывных работ. -М.: Недра, 1977. с. 67

15. Тормасов В.В., Гавриленко В.Т., Садовский Г.И., Климов В.И. Электрические взрывные устройства и приборы контроля // Изд. Красноярского политехнического института, 1972. с. 132.

16. Рейнслау Э.О. О максимально допустимом числе электродетонаторов при применении взрывных машинок. Горючие сланцы, 1969, №5, с. 1-3.

17. Г.А. Беришвили «Короткозамедленное взрывание при проведении горных выработок», М., Недра, 1971. с. 43-65

18. Г. И. Садовский и др. «Взрывные приборы и машинки для электровзрывания», Москва "Недра" 1975. с. 54.19. «Технология взрывных работ», Горный Журнал, с.72, № 1 ,1985. с. 24.

19. Аланов Н.Г., Пахомов Н.М., Петров Ю.С. Повышение безопасности и надежности электровзрывания // Безопасность труда в промышленности, 1979, №7, с.47-48.

20. Петров Н.Г. О расчете гарантированной силы тока при групповом электровзрывании. В. кн.: Взрывное дело, № 60/17. М.: Недра. 1996, с. 218224.

21. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. -М.: Недра, 1988. с. 45-51

22. Петров Н.Г., Россинский H.J1. Короткозамедленное взрывание в шахтах. -М.: Недра, 1985. с.76

23. Б.Н. Кутузов, М.А. Пшеничный. Взрывные работы на открытых разработках. М.: Недра, 1969. с.30

24. Миндели Э.О. Буровзрывные работы при подземной добыче полезных ископаемых. М.: Недра, 1966. с. 87.

25. Б.Н. Кутузов, А.Ю. Бутуков, Б.И. Вайнштейн и др. Взрывные работы в опасных условиях угольных шахт. М.: Недра, 1979. с. 63

26. Нопарилин А.И., Бурмин Г.М., Дорогезицев В.В. и др. Опыт преждевременных отказов при массовых взрывах. // Горный журнал №6, 1993, с.24.

27. Граевский М. М., Тормасов В.В. Проблемы безотказного взрывания современных промышленных электродетонаторов от сетей переменного тока // Сб.науч.трудов Норильского вечернего индустриального института, физико-электротехнический выпуск, 1970,№6, с5-19.

28. Шнайдер М.Ф., Бейсебаев A.M. Безопасность проведения массовых взрывов. -М.: Недра, 1982,124с.

29. Барон B.JL, Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. -М.: Недра, 1989. с 20-98.

30. Галаджий Ф.М. Безопасность взрывных работ в шахтах. М.: Госгортех-издат, 1972. с. 71.

31. Россинский H.JI. Исследование основных параметров, вопросов безопасности и результаты промышленных испытаний короткозамедленного взрывания зарядов. В кн.: Совершенствование буровзрывных работ. М.: Углетехиздат, 1959. с. 88.

32. Кондратьева Л.А., Осипов В.М. Обеспечение безопасности электровзрывания новыми техническими средствами // Безопасность труда в промышленности, 1998, №12, с.30-31.

33. Исследование блуждающих токов на руднике и карьере Тырнаузского ГОКа и разработка мер по повышению безопасности и безотказности электровзрывания. Отчет о н/и работе, рук-ль Ю.С. Петров, СКГМИ, 1976.

34. Бейлинг К., Дрекопф К. Взрывчатые вещества и средства взрывания. — Оборонгиз, 1941. с. 31 -44.

35. Алексеенко А.Г., Галицин А.А, Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. -М.: Радио и связь, 1984. с. 48

36. Каган Б.М., Сташнн В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. -М.: Энергоатомиздат, 1987. с. 91.

37. Е.П. Балашов «Микропроцессоры и микропроцессорные системы», Радио и связь, М., 1981г. с. 35 87.

38. Гершгал Д. А., Ефремов Е.А. «Взрывные машинки и измерительные приборы для электровзрывания». М. Госгортехиздат, 1960, 46 с.

39. Граевский М. М., Тормасов В.В. Массовое электровзрывание переменным током с помощью полупроводниковых приборов. М., Высшая школа, 1972,106 с.

40. А.А. Петровский «Методы и микропроцессорные средства обработки широкополосных и быстродействующих процессов в реальном времени», Наука и техника, Минск, 1988 г. с. 67.

41. Гельеранд Ф.М. и др. Метод количественной оценки величины инициирующих импульсов электродетонаторов. В кн.: Научные труды. Вып. 19 (КНИУН). -М.: Недра, 1966, с.5-8.

42. Шуцкий В.И., Петров Ю.С., Короткое И.М. Исследование входного сопротивления электровзрывных сетей // Известия ВУЗов, Горный журнал №4,1987, с.103-106.

43. Россинский Н.Л. Исследование основных параметров короткозамедлен-ного взрывания. В кн.: Короткозамедленное взрывание. М.: Углетехиз-дат, 1958. с. 33.

44. Применение короткозамедленного взрывания при проведении выработок в угольных и сланцевых шахтах/ Н.Г. Петров, Б.В. Левин, С.П. Мальцев, С.В. Островидов. М., ЦНИЭИуголь, 1972. 31 с.

45. Петров Ю.С., Масков Ю.П., Зайва А.Н. Инициирование сложных электровзрывных цепей постоянным напряжением и импульсом напряжения прямоугольной формы // Деп.в ВИНИТИ, Владикавказ, № 424-В98 от 12.092.98 г.

46. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразовательных. -М.: Энергия, 1978. с. 23 98.

47. Икеда С., Араки Т. Стойкость тиристоров к скорости нарастания прямого тока. «ТИИЭР», 1967, №8, с. 66 - 70 .

48. Г.М. Петров «Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах», Машиностроение, М., 1973 г. с. 61.

49. Шелехов К.В., Оболенцев Н.А. Устройства цифрового регулирования мощности в промышленных электротермических установках. -В кн.: Механизация и автоматизация управления. -Киев: УкрНИИНТИ, 1978, №1

50. Б. Г. Келехсаев «Нелинейные преобразователи и их применение», Справочник, Москва "Салон-Р", 1999 г. с. 33.

51. Ю.Р. Носов «Физические основы работы полупроводникового диода в импульсном режиме», Наука, М., 1968 г. с. 23 66.

52. Ф.И. Самохин, A.M. Маврицын, В.Ф. Бухтояров «Элекрооборудование и электроснабжение открытых горных работ», Москва «Недра», 1988. с. 14 -52.

53. Капелюшников Г.И. Взрывание зарядов от сети переменного тока // Безопасность труда в промышленности, 1961, №3, с.21-23.

54. Перспективные технические требования к системам электровзрывания // Информационный бюллетень № 11(930)-89. Москва, 1989.

55. Маслов А.А., Пагиев К.Х., Статистическое моделирование процесса инициирования электродетонаторов переменным током // Тезисы докладов Северо-Кавказской региональной научной конференции «Перспектива 99», Нальчик, 1999, с. 344.

56. Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Маслов А.А. Совершенствование электронных устройств инициирования электродетонаторов и управления взрывом // Труды СКГТУ, Выпуск 5, 1998, с. 61.

57. Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Маслов А.А. Анализ средств обеспечения замедления при электрическом взрывании зарядов // Труды СКГТУ, Выпуск 6, 1999, с. 141.

58. Маслов А.А. Анализ возможности определения срабатывания ЭД с помощью контроля потребления сетью энергии // Труды аспирантов СКГТУ, 2000, с. 21.

59. Маслов А.А., Петров Ю.С. Условия безотказного инициирования двух произвольно расположенных электродетонаторов // Труды аспирантов СКГТУ, 2001, с. 115.

60. Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Маслов А.А. Анализ условий безотказности при инициировании электродетонаторов постоянным напряжением // Деп. в ВИНИТИ 09.10.01, №2125-В2001.

61. Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Маслов А.А. Обоснование допустимой величины тока в магистральных проводах ЭВС // Деп. в ВИНИТИ 27.11.02, №2044-В2002.

62. Патент РФ № 2202766 Сетевой прибор взрывания / Пагиев К.Х., Петров Ю.С., Маслов А.А.//БИ №11, 2003.

63. Drekopf К. Uber Elektrische Zunder. "Zeitschrift fur das gesamte Schiess-und Sprengstoffwesen", 1931, №6-12.

64. Keuchel G. Das elektrische Zunden grosser Zundergruppen der Bruckenzun-der A und U bei Bauwerkssprengungen und die dabei gesammelten Erfahrun-gen. -"Nobel Hefte", 1971, №2.

65. Praxis elektrischen Zeindung Schaffler 8 Co Wein, 1969.