Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

На правахрукописи

ВЕРЕВОЧКИН Игорь Евгеньевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ НА КАРЬЕРАХ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДОВ (на примере Стойленского ГОКа)

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

доктор технических наук, профессор ВИКТОРОВ Сергей Дмитриевич

доктор технических наук БОБИН Вячеслав Александрович

кандидат технических наук КУЗНЕЦОВ Виктор Андреевич

Федеральное государственное унитарное предприятие «Союзвзрывпром»

Защита состоится«_\Т» уААСЬп А 1\ 2004 г. в 1030 часов на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 Института проблем комплексного

освоения недр РАН по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан « С( Л ^ 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд.техн.наук —ДЗ) Богданов Г.И.

2004-4

24278 Актуальность работы

На открытых горных работах более 80% объемов горных пород разрабатывается с применением буровзрывных работ. От эффективности взрывной подготовки руд и скальных пород в карьере зависит нормальная работа всего предприятия.

Стойленский горно-обогатительный комбинат является одним из крупнейших и передовых предприятий железорудной промышленности России. Разведанные запасы руды комбинат будет отрабатывать еще 200 лет. Кроме железной руды комбинат добывает кристаллические сланцы, выветренные сланцы, кварцито-песчанники, глины, суглинки, мел, пески, мергель. Рудное поле карьера слагают богатые железные руды и железистые кварциты с содержанием железа от 27% до 52%. Крепость руд при сложной их структуре изменяется в широких пределах, от рыхлых пород до весьма крепких. Взрывной способ отбойки и дробления руд на Стойленском карьере является основным. Взрывы проводятся два раза в месяц. За один раз взрывают до 1000 тонн взрывчатого вещества.

Существующие методы проектирования массовых взрывов не в полной мере учитывают особенности строения рудных тел. Нет методов-учитывающих энергетические принципы расчета параметров зарядов взрывчатых веществ. Сложная структура рудных тел и частичная обводненность скважин обусловливают применение комбинированных зарядов в скважинах. Нет надежных методов расчета рациональных параметров комбинированных зарядов, учитывающих условия конкретного взрываемого блока. Применяемые методы проектирования недостаточно оперативны, проекты трудно корректировать, недостаточно полно учитываются физико-механические и структурные свойства пород на блоке. Качество подготовленных проектов не контролируется. Не контролируется точность исполнения проектов при подготовке массовых взрывов. Многие из

этих проблем могут быть решены при внедрении компьютерных технологий проектирования

Изложенные соображения показывают актуальность научной задачи разработки метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов.

Цель работы - повышение технико-экономической эффективности буровзрывных работ на основе совершенствования метода проектирования массовых взрывов

Идея работы - использование энергетического принципа расчета параметров зарядов для проектирования массовых взрывов с применением компьютерных технологий.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались теоретические исследования, анализ и обобщение литературных данных, промышленные эксперименты, метод экспертных оценок.

Защищаемые положения:

1. Метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии.

2. Закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород

3. Расчет параметров и технология формирования комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах из водосодержащего ВВ в нижней части скважины и гранулированного ВВ в ее верхней части.

4. Сопоставительный анализ проектной и фактической схем обуривания скважин на блоке и оценка негативных последствий их расхождения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается:

• использованием научно обоснованного энергетического подхода к оценке объемов разрушения горной породы, приходящейся на одну скважину, исходя из типа взрывчатого вещества, конструкции заряда в скважине и свойств горного массива;

• соответствием расчетных значений параметров расположения скважин при массовых взрывах, реальной геометрии уступа и свойствам горного массива;

• эффективным внедрением разработанных технологий и-предложенных способов расчета комбинированных зарядов в производство.

Научная новизна диссертации

Впервые разработан метод проектирования массовых взрывов на карьерах с использованием энергетического принципа дробления горных пород в горных массивах сложной структуры.

Разработан новый метод расчета параметров при формировании комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах..

Впервые разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока.

Практическое значение работы заключается во внедрении в производство рациональных параметров буровзрывных работ при отбойке сложно- структурных рудных тел, в разработке и внедрении технологии формирования комбинированных зарядов из водосодержащих и гранулированных ВВ, в адаптации программы автоматизированного проектирования БВР «Ustup 10» к условиям Стойленского ГОКа.

Реализация результатов работы

Метод расчета рациональных параметров БВР на основе энергетического принципа дробления горных пород с учетом сложной

структуры строения горного массива проходит промышленное испытание, а метод расчета параметров и технология формирования комбинированных зарядов, в частично обводненных и сухих скважинах, из водосодержащих и гранулированных ВВ внедрены на Стойленском карьере (акт о внедрении от 2.10.2003 имеется в приложении к диссертации).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: Международной конференции «Горное дело - 2000» (Москва, 2000 г.); Международной конференции по проблемам ведения взрывных работ (г. Рудный, 2000 г.); на научном симпозиуме «Неделя-горняка - 2003» (Москва, 2003 г.); на технических советах Стойленского ГОКа; на научном семинаре в ИПКОНРАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 20 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 64 наименований и приложение.

Основное содержание работы

К настоящему времени выполнено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований, внесших неоценимый вклад в теорию и практику разрушения горных пород взрывом. Большой вклад в развитие теории и практических взрывных способов разрушения пород на карьерах внесли известные ученые: Н.В.Мельников, В.В.Ржевский, К.Н.Трубецкой, Д.М.Бронников, Л.И.Барон, Г.П.Демидюк, Б.Н.Кутузов, С.Д.Викторов, Н.Н.Казаков, В.Н.Мосинец, Р.Н. Родионов, Г.И.Покровский, Б.Р.Ракишев, А.Н.Ханукаев, М.Ф.Друкованный и др.

Исследование дробления взрывом сложно-структурных горных массивов. При традиционном методе проектирования массовых взрывов на карьерах не в полной мере учитываются особенности дробления горных массивов сложной структуры. С целью более полного учета особенностей строения сложно-структурных массивов при оперативном проектировании

буровзрывных работ, автором предложен энергетический метод расчета параметров каждой скважины индивидуально.

Суть метода состоит в следующем. Вероятный объем, отбиваемый одним скважинным зарядом, условно разделяется на ячейки

ЛУ=Л\ Ау Аг.

Размер ячеек задается перед началом расчета.

Для каждой ячейки, в зависимости от типа породы, в которую она попала, рассчитывается удельный расход ВВ по формуле

где - эталонный расход ВВ для руды, слагающей эту ячейку; е -коэффициент, учитывающий энергию применяемого ВВ; Ка - коэффициент, учитывающий размер кондиционного куска; у - объемный вес руды.

В расчетах используется цифровая модель геологической структуры массива. В этой модели заданы свойства горной породы и соответствующая этим свойствам удельная энергия разрушения. Данные о структурах горного массива и реальной геометрии уступов получают, используя имеющиеся на карьере геологические данные и маркшейдерские замеры.

Эталонный расход ВВ выбирается по таблице в зависимости от трещиноватости и крепости породы. Коэффициенты, учитывающие энергию применяемого ВВ и размер кондиционного куска, выбираются из заданных табличных данных. Определяется удельная энергия разрушения горной породы в любой точке рассматриваемого массива.

Энергия дробления объема каждой ячейки вычисляется по формуле

ЛЕ =Ч(х,у

где - удельная энергия разрушения зависящая от координат

расположения рассматриваемой ячейки в массиве, - объем ячейки,

м

Суммируя затраты энергии, для каждой из ячеек по всему объему горного массива, соответствующему рассматриваемой скважине получаем общую требуемую энергию разрушения

Условие окончания решения по каждой скважине - совпадение энергии заряда в скважине и требуемой энергии разрушения массива горной породы приходящейся на скважину зависящей от линии наименьшего

сопротивления XV

Е* - Е^У) = О

Используемый метод расчета позволяет определять энергоемкость разрушения сколь угодно сложного массива и находить для этих условий оптимальное значение линии наименьшего сопротивления. В результате этого подхода к расчетам расположения зарядов в массиве удалось установить закономерности изменения объемов горного массива приходящегося на одну скважину. Чем больше в рассматриваемом массиве горной породы зон с высоким удельным расходом энергии на его разрушение, тем меньше объем горной породы, приходящийся на скважину,

В таблице представлен конкретный пример влияния соотношения разных пород в объеме, отбиваемом скважинным зарядом, на проектные отбиваемые объемы.

Соотношение разных пород Л/Т, % 80/20 68/32 56/44 44/56 32/68 24/76 12/88

Традиционные проектные объемы, м' 450 450 450 450 450 450 450

Проектные объемы по энергетическому принципу, м3 593 561 546 535 520 507 478

Л - легко взрываемые, Т - трудно взрываемые.

На рис.1 представлены зависимости отбиваемых скважинным зарядом объемов при традиционном и предлагаемом методах проектирования от процентной доли легко взрываемых пород.

400 ____

I 20 40 01 • 10,%

Рис. 1. Зависимость объемов, отбиваемых скважинным зарядом от процентного содержания легко взрываемой породы в сложно структурном массиве (1-традиционный метод расчета; 2 - предлагаемый метод расчета).

Как видно из таблицы и рисунка при традиционном методе проектирования сложная структура массива не учитывается. При энергетическом методе расчета проектный объем разрушения для каждой скважины зависит от соотношения разных пород. С увеличением доли легко взрываемых пород до 80% объем породы отбиваемый скважинным зарядом возрастает более чем на 30%.

Энергетический метод расчета параметров позволяет учесть сколь угодно сложное геологическое строение рудного массива и сколь угодно сложную геометрическую конфигурацию уступа.

Рациональные параметры дробления сложно-структурных горных массивов комбинированными зарядами. На Стойленском карьере в массивах сложной структуры и в частично обводненных скважинах

7

целесообразно формировать комбинированные заряды: водоустойчивое ВВ в нижней части скважины, не водоустойчивое более дешевое ВВ в верхней части. Комбинированные заряды целесообразно применять и в тех случаях, когда верхняя часть уступа сложена менее прочными породами.

На рис. 2 представлена схема комбинированного заряда.

\

и и » \

г «

Рис. 2. Схема комбинированного заряда.

Известны свойства взрывчатых веществ £?1,(22> выбранных для формирования комбинированного заряда. Известен диаметр d скважины и плотности заряжания р\,рг• Предложенный метод расчета параметров комбинированных зарядов выполняется не только с учетом геометрии уступа, скважины и степени обводнености, но и с учетом потребной энергии на разрушение разных зон уступа. Цель применения комбинированных зарядов снижение затрат без ухудшения качества дробления горной массы.

Суммарная потребная энергия для разрушения скважинным зарядом проектного объема Езар рассчитывается с учетом энергетического принципа дробления горных пород.

Из совместного решения уравнений

ЕзаР = • + а^/ъ).

^зар = ¿1 + ¿2.

определяется длина каждой части заряда.

Масса ВВ в зарядах

где - длина нижней части заряда; - плотность заряжания нижнего заряда; длина верхней части заряда; - плотность заряжания верхнего ВВ; 01^2 - масса зарядов;,вместимость одного метра скважины.

Из решения этих уравнений определяются параметры комбинированного заряда:

Технология формирования комбинированных зарядов из водосодержащего ВВ в нижней части и гранулированного ВВ в верхней части осложняется тем, что гранулы твердого ВВ тонут и внедряются в нижнюю часть заряда. Нами разработана технология двух стадийного формирования комбинированных зарядов с суточным перерывом между стадиями. Сначала формируется нижний заряд из жидкого ВВ с установкой боевика, а через сутки формируется верхний заряд из гранулированного ВВ с обязательной установкой верхнего боевика. Технология предусматривает возможность формирования в этих зарядах инертного промежутка из песка.

С целью проверки методики расчета параметров комбинированных зарядов и технологии их формирования, проведены промышленные эксперименты на Стойленском карьере. Испытывали две конструкции рассредоточенных комбинированных зарядов: с одним и с двумя инертными промежутками из песка.

Опытные работы вели на основе полного комплекта проектной документации на массовый взрыв, которая разрабатывалась для каждого блока, согласовывалась и утверждалась в установленном порядке.

Критериями оценки эффективности параметров и технологии в опытных взрывах были: снижение выхода негабарита, определяемого прямыми замерами негабаритных кусков; качественная проработка подошвы

уступа по маркшейдерским съемкам; суммарная стоимость использованных ВВ, отнесенная к 1 м3 отбитой горной массы.

На опытных блоках выход негабарита уменьшился почти в два раза. Не было случаев завышения подошвы уступа. Относительные затраты на ВВ при применении комбинированных зарядов неизменно снижались.

При проведении каждого массового взрыва два раза в месяц, в двух -трех блоках применяли комбинированные заряды. Комбинированными зарядами при проведении опытов отбили более миллиона кубометров горной массы. Опытные работы перешли в стадию внедрения. Технология формирования комбинированных зарядов утверждена органами Госгортехнадзора России.

Адаптация компьютерной программы оперативного проектирования БВР к условиям Стойленского ГОКа. На Стойлепском ГОКе оперативное проектирование массовых взрывов выполняется в две стадии. Проектирование буровых работ является первой стадией. В соответствии с планом развития горных работ на плане уступа намечается место расположения блока. Маркшейдерская группа проводит детальную съемку места расположения блока. Результаты съемки заносятся в журнал маркшейдерской съемки. По результатам маркшейдерской съемки отстраивается графический план блока, на который наносятся:

- положение бровки уступа (кривая линия с точками);

- положение задней кромки уступа (или развала неубранной горной массы (кривая линия с точками);

- положение крайнего ряда ранее взорванных скважин (кривая или ломаная линия с точками);

- контуры обуриваемого участка.

Работники геологического отдела наносят на графический план блока геологическое строение участка. Разновидности руд и пород выделяются

При традиционном проектировании проектная группа готовит, с применением большого объема ручных работ, два проектных документа: схему расположения скважин для бурения и таблицу параметров буровых работ.

Проектирование взрывных работ на блоке является второй стадией оперативного проектирования БВР.

Для перехода па компьютерное оперативное проектирование использована программа «№Шр-10», разработанная в ИПКОН РАН. Ее адаптация к условиям Стойленского ГОКа предусматривала согласование и корректировку применяемых расчетных методов, создание идентичных проектных документов, приобретение компьютерного оборудования, программного обеспечения и обучение персонала.

Исходными данными для компьютерного проектирования взрывных работ являются: результаты маркшейдерской съемки фактического положения обуренных на блоке скважин или графическая схема с фактическим положением скважин и откорректированными границами рудных тел.

После внесения в компьютер исходной информации в автоматическом режиме рассчитываются все параметры взрывных работ. С их использованием формируются все проектные документы: «План фактического положения скважин под взрыв»; «Таблица параметров взрывных работ»; «Схема коммутации взрывной сети»; «Схема конструкции скважинных зарядов»; «Технический расчет».

На экране монитора проектные документы имеют фрагментарный вид. (Рис. 3). С помощью линеек прокрутки можно просмотреть всю таблицу.

Программа «№Шр-10» является эффективным средством компьютерного оперативного проектирования массовых взрывов.

Использование программы «Ustup10» в качестве инструмента анализа проектных решений и контроля качества их исполнения.

При традиционном методе оперативного проектирования иногда согласовывается и утверждается проектная документация, в которой параметры отдельных скважин или групп скважинных зарядов выходят за пределы рациональных. Автором предложено использовать программу «№Шр10» в качестве инструмента анализа проектных решений. Предложено использовать два критерия рациональности параметров: ЛНС (линия-наименьшего сопротивления) любой скважины должна быть меньше предельно преодолимой ЛСПП (линия сопротивления до подошвы уступа); потребная энергия разрушения проектного объема породы не должна превышать энергию заряда в скважине более допустимого предела. При несоблюдении хотя бы одного критерия рациональности в строке параметров скважинного заряда печатается метка «брак».

Компьютерное проектирование, на основе применения энергетического принципа расчета параметров заряда, позволило определять необходимый запас энергии зарядов в первом ряду скважин. В ряде случаев из-за большой величины линии наименьшего сопротивления по подошве уступа энергии заряда в скважинах было явно недостаточно и требовалось бурение дополнительных скважин.

Предложенный метод расчета позволяет выполнять контроль качества исполнения проектов. Предложено осуществлять совмещением схем проектного положения скважин с фактическим их положением. На компьютерной схеме можно совместить проектное положение скважин с фактическим, пометив их разным цветом или точками. Такое совмещение наглядно показывает допущенные отклонения от проекта при обуривании уступа.

Устранить допущенные отклонения перебуриванием скважин невозможно. Влияние на качество дробления допущенных отклонений можно частично смягчить изменением массы заряда в скважинах. Но в этих условиях прямой связи между добавленной массой заряда и качеством дробления породы нет. Добавленный в верхнюю часть скважины заряд повлияет на качество дробления руды в верхней части уступа, но вряд ли он повлияет на качество дробления руды в нижней части уступа.

На рис. 4 представлена совмещенная схема проектного и фактического положения скважин по блоку № 156, гор. -10 м. Точками помечено их проектное положение, кружочками - фактическое. Несовпадение фактического положения скважин с проектным существенное.

шшнннвннвя

Рис. 4. Совмещенная схема проектного и фактического положения скважин

на блоке № 156

По совмещенной схеме можно дать экономическую оценку ущерба от допущенных отклонений от проекта. При сопоставительном анализе проектного и фактического положения скважин может возникнуть одна из следующих возможных ситуаций.

1. Скважины пробурены гуще, чем предусмотрено проектом. Уменьшился объем отбитой руды. В этом случае имеет место ущерб от избыточного бурения и от завышенного расхода ВВ на взрывание. Ущерб от избыточного бурения и ущерб от перерасхода ВВ определяется по формуле

"я

где проектный объем отбиваемой горной массы; фактический объем отбиваемой горной массы; проектный выход горной массы с одного метра скважины; - цена одного метра пробуренной скважины;

- проектная масса заряда по блоку; - фактическая масса заряда по блоку; - цена одной тонны ВВ.

2. Скважины пробурены реже, чем предусмотрено проектом. В этом случае, из-за плохого качества дробления руды, увеличиваются затраты на экскавацию отбитой горной массы. Ущерб в этом случае определяется по формуле

где - фактическая стоимость экскавации одного кубометра-

отбитой горной массы; проектная стоимость экскавации одного

кубометра отбитой горной массы.

Заключение

В диссертации, являющейся завершенной научно-исследовательской работой, изложен разработанный автором метод проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов с использованием компьютерных технологий.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработан метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии. Метод позволяет учитывать свойства сложно-структурных рудных тел любой конфигурации.

2. Установлена закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород. В отличии от существующих методов расчетов учет сложной структуры взрываемого массива позволяет показать оптимальный объем

разрушаемой породы приходящейся на одну скважину и правильно выбрать геометрию расположения скважины на блоке.

3. Разработан метод расчета параметров и двухстадийная технология формирования комбинированных зарядов из водосодержащего и гранулированного ВВ. В предложенной технологии в нижнюю часть заряда помещается водосодержащее взрывчатое вещество повышенной энергии, через сутки в верхнюю часть заряда помещают гранулированное взрывчатое вещество. Технология внедрена на Стойленском карьере.

4. Разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока. Предложены способы оценки негативных последствий их расхождения. Применение разработанного метода позволяет выполнять объективную оценку качества проектирования массовых взрывов и дает инструмент для оценки эффективности работы различных звеньев проектировщиков.

5. Выполнена адаптация компьютерной программы проектирования массовых взрывов «№Шр 10» к условиям Стойленского карьера и начато ее промышленное использование. Разработаны способы использования, имеющейся на карьере геологической и маркшейдерской информации, для составления цифровых моделей карьера, необходимых при работе компьютерной программы. Разработан вид документации выдаваемой при компьютерных расчетах сопоставимый с документами, используемыми на карьере при традиционных расчетах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Веревочкин И.Е. Энергетический принцип расчета параметров буровзрывных работ. Энергетические принципы расчета параметров БВР и некоторые параметры волн в карьерах. Отдельные статьи Горного

информационно-аналитического бюллетеня 2003, № 2. М., МГТУ, 2003 г., стр.3-9.

2. Веревочкин И.Е., Викторов С.Д., Кочанов А.Н. Оперативное проектирование массовых взрывов на карьерах. Энергетические принципы расчета параметров БВР и некоторые параметры волн в карьерах. Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня 2003, №2. М., МГТУ, 2003 г., стр. 10-14.

3. Клюка Ф.И., Веревочкин И.Е. Совершенствование взрывных работ в карьере ОАО «Стойленский ГОК». «Международный сборник научных трудов», 571 с. Изд. РИИ, г. Рудный, 2000 г., стр. 103-107.

4. Веревочкин И.Е. Новые технические решения по разработке Стойленского месторождения и совершенствованию взрывных работ. «Сборник материалов международной конференции « Горное дело-2000». М., МГТУ, 2001, стр. 291-300.

5. Клюка Ф.И., Веревочкин И.Е. Освоение крупных месторождений региона КМА с применением новых технологий и оборудования. «Международный сборник научных трудов», 571 с. Изд. РИИ, г. Рудный, 2000 г., стр. 107-114.

6. Клюка Ф.И., Веревочкин И.Е. Проблемы дальнейшего развития горнорудного производства в бассейне КМА. «Международный сборник научных трудов», 571 с. Изд. РИИ, г. Рудный, 2000 г., стр. 114-120.

7. Веревочкин И.Е. Стойленскому ГОКу - 40 лет. Горный журнал, №6,2001.

8. Виноградов С.А., Веревочкин И.Е. Строительство и освоение мощностей Стойленского ГОКа - результат творческого сотрудничества горняков и проектировщиков. Горный журнал, № 6, 2001.

Лицензия JTP №21037 от 08 февраля 1996 г. Подписано в печать с оригинал-макета 21.01.2004 г. Формат 60x84 1/16. Бумага «Mega Сору Office». Печать офсетная. Набор компьютерный. Объем 1 ел. Тираж 100 экз. Заказ № 94.

111020, Москва, Крюковский тупик, 4.

Издание ПКОН РАН, 111020, Москва, Крюковский тупик, 4.

г 2086

РНБ Русский фонд

2004-4 24278

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Веревочкин, Игорь Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Анализ состояния и методов проектирования буровзрывных работ на карьерах

1.1 Обзор расчетных методов проектирования буровзрывных работ на карьерах

1.2 Мировой и отечественный опыт использования компьютерных технологий для решения горно-технологических задач

1.3 Цифровая модель горного массива

1.4 Цель, идея и задачи исследования

Глава П. Традиционное и компьютерное проектирование массовых взрывов в условиях Стойленского ГОКа.

2.1 Горно-геологические условия Стойленского карьера

2.2 Традиционное проектирование массовых взрывов

2.3 Особенности и возможности компьютерного проектирования

2.4. Формирование совмещенных компьютерных планов маркшейдерской и геологической информации карьера

Глава Ш. Определение рациональных параметров буровзрывных работ при проектировании массовых взрывов

3.1. Методика компьютерного отображения поверхностей обуриваемого блока

3.2. Энергетический принцип расчета рациональных параметров буровзрывных работ

3.3. Рациональные параметры комбинированных зарядов

Глава IV. Проектирование буровзрывных работ с использованием компьютерных технологий

4.1.Особенности компьютерного проектирования

4.2. Компьютерное проектирование буровых работ

4.3. Компьютерное проектирование взрывных работ

Глава V. Оценка эффективности проектирования буровзрывных работ с применением компьютерных технологий

5.1. Компьютерное проектирование как инструмент анализа проектных решений

5.2 Сопоставительный анализ проектной и фактической схем расположения скважин на уступе

5.3. Эффективность внедрения комбинированных зарядов

5.4. Эффективность проектирования массовых взрывов на Стойленском ГОКе на основе энергетического принципа с применением компьютерных технологий

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов"

Актуальность работы. На открытых горных работах более 80% объемов горных пород разрабатывается с применением буровзрывных работ. От эффективности взрывной подготовки руд и скальных пород в карьере зависит нормальная работа всего предприятия.

Стойленский горно-обогатительный комбинат является одним из крупнейших и передовых предприятий железорудной промышленности России. Разведанные запасы руды комбинат будет отрабатывать еще 200 лет. Кроме железной руды комбинат добывает кристаллические сланцы, выветренные сланцы, кварцито-песчанники, глины, суглинки, мел, пески, мергель. Рудное поле карьера слагают богатые железные руды и железистые кварциты с содержанием железа от 27% до 52%. Крепость руд при сложной их структуре изменяется в широких пределах, от рыхлых пород до весьма крепких. Взрывной способ отбойки и дробления руд на Стойленском карьере является основным. Взрывы проводятся два раза в месяц. За один раз взрывают до 1000 тонн взрывчатого вещества.

От эффективности взрывной подготовки руд и скальных пород в карьере зависит нормальная работа оборудования при погрузке, транспортировании и переработке горной массы. На комбинате постоянно уделяется большое внимание совершенствованию взрывных работ.

Важнейшими мероприятиями по совершенствованию взрывных работ стали:

- создание собственного цеха взрывных работ;

- строительство завода по приготовлению акватолов;

- комплексная механизация работ по изготовлению и использованию взрывчатых веществ на комбинате;

- разработка испытание и внедрение в производство новых видов взрывчатых веществ;

- внедрение компьютерных технологий проектирования массовых взрывов.

Существующие методы проектирования массовых взрывов не в полной мере учитывают особенности строения рудных тел. Нет методов учитывающих энергетические принципы расчета параметров зарядов взрывчатых веществ. Сложная структура рудных тел и частичная обводненность скважин обусловливают применение комбинированных зарядов в скважинах. Нет надежных методов расчета рациональных параметров комбинированных зарядов, учитывающих условия конкретного взрываемого блока. Применяемые методы проектирования недостаточно оперативны, проекты трудно корректировать, недостаточно полно учитываются физико-механические и структурные свойства пород на блоке. Качество подготовленных проектов не контролируется. Не контролируется точность исполнения проектов при подготовке массовых взрывов. Многие этих проблем могут быть решены при внедрении компьютерных технологий проектирования.

Изложенные соображения показывают актуальность научной задачи разработки метода проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов.

Цель работы - повышение технико-экономической эффективности буровзрывных работ на основе совершенствования метода проектирования массовых взрывов

Идея работы - использование энергетического принципа расчета параметров зарядов для проектирование массовых взрывов с применением компьютерных технологий.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались теоретические исследования, анализ и обобщение литературных данных, промышленные эксперименты, метод экспертных оценок.

Защищаемые положения:

1. Метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии.

2. Закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород.

3. Расчет параметров и технология формирования комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах из водосодержащего ВВ в нижней части скважины и гранулированного ВВ в ее верхней части.

4. Сопоставительный анализ проектной и фактической схем обуривания скважин на блоке и оценка негативных последствий их расхождения. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается:

• использованием научно обоснованного энергетического подхода к оценке объемов разрушения горной породы, приходящейся на одну скважину, исходя из типа взрывчатого вещества, конструкции заряда в скважине и свойств горного массива;

• соответствием расчетных значений параметров расположения скважин при массовых взрывах, реальной геометрии уступа и свойствам горного массива;

• эффективным внедрением разработанных технологий и предложенных способов расчета комбинированных зарядов в производство.

Научная новизна диссертации

Впервые разработан метод проектирования массовых взрывов на карьерах с использованием энергетического принципа дробления горных пород в горных массивах сложной структуры.

Разработан новый метод расчета параметров при формировании комбинированных зарядов в частично обводненных скважинах.

Впервые разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока.

Практическое значение работы заключается во внедрении в производство рациональных параметров буровзрывных работ при отбойке сложно- структурных рудных тел, в разработке и внедрении технологии формирования комбинированных зарядов из водосодержащих и гранулированных ВВ, в адаптации программы автоматизированного проектирования БВР «UstuplO» к условиям Стойленского ГОКа.

Реализация результатов работы

Метод расчета рациональных параметров БВР на основе энергетического принципа дробления горных пород с учетом сложной структуры строения горного массива проходит промышленное испытание, а метод расчета параметров и технология формирования комбинированных зарядов, в частично обводненных и сухих скважинах, из водосодержащих и гранулированных ВВ внедрены на Стойленском карьере (акт о внедрении от 2.10.2003 имеется в приложении к диссертации).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: Международной конференции «Горное дело - 2000» (Москва, 2000 г.); Международной конференции по проблемам ведения взрывных работ (г. Рудный, 2000 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка - 2003» (Москва, 2003 г.); на технических советах Стойленского ГОКа; на научном семинаре в ИПКОН РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Веревочкин, Игорь Евгеньевич

Заключение

В диссертации, являющейся завершенной научно-исследовательской работой, изложен разработанный автором метод проектирования массовых взрывов на карьерах на основе энергетического принципа расчета параметров зарядов с использованием компьютерных технологий (на примере Стойленского ГОКа).

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработан метод проектирования параметров расположения скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах на основе использования энергетического принципа дробления горных пород с применением компьютерной технологии. Метод позволяет учитывать свойства сложно-структурных рудных тел любой конфигурации.

2. Установлена закономерность изменения объема породы отбиваемого скважинным зарядом от типов и соотношения в нем разновидностей руд при использовании энергетического принципа дробления пород. В отличии от существующих методов расчетов учет сложной структуры взрываемого массива позволяет показать оптимальный объем разрушаемой породы приходящейся на одну скважину и правильно выбрать геометрию расположения скважины на блоке.

3. Разработан метод расчета параметров и двухстадийная технология формирования комбинированных зарядов из водосодержащего и гранулированного ВВ. В предложенной технологии в нижнюю часть заряда помещается водосодержащее взрывчатое вещество повышенной энергии, через сутки в верхнюю часть заряда помещают гранулированное взрывчатое вещество. Технология внедрена на Стойленском карьере.

4. Разработан метод сопоставительного анализа проектной и фактической схем обуривания блока. Предложены способы оценки негативных последствий их расхождения. Применение разработанного метода позволяет выполнять объективную оценку качества проектирования массовых взрывов и дает инструмент для оценки эффективности работы различных звеньев проектировщиков.

5. Выполнена адаптация компьютерной программы проектирования массовых взрывов «Ustup 10» к условиям Стойленского карьера и начато ее промышленное использование. Разработаны способы использования, имеющейся на карьере геологической и маркшейдерской информации, для составления цифровых моделей карьера, необходимых при работе компьютерной программы. Разработан вид документации выдаваемой при компьютерных расчетах сопоставимый с документами, используемыми на карьере при традиционных расчетах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Веревочкин, Игорь Евгеньевич, Москва

1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М., Недра, 1978, 543 с.

2. Барон Л.И. Коэффициенты крепости горных пород. М., Наука, 1972. 176 с.

3. Викторов С.Д. .Разработка и применение простейших взрывчатых веществ. М., ИПКОН РАН, 1996. 156 с.

4. Демидюк Г.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ. М., Недра. 1975. С. 28-29.

5. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Бондаренко Н.М. и др. Механизация взрывных работ. М., Недра, 1984.

6. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М., Недра, 1975. 192 с.

7. Покровский Г.И. Взрыв. М., Недра, 1980. 190 с.

8. Нормативный справочник по буровзрывным работам / Ф.А. Авдеев, B.J1. Барон, Н.В. Гуров, В. X. Кантор.- 5 -е изд. перераб. и доп.; М.: Недра,- 1986.

9. Справочник по буровзрывным работам/ М.Ф.Друкованный, JI.B. Дубнов, Э.О. Миндели.- М.: Недра.- 1976.

10. Проектирование взрывных работ в промышленности / Э.Б. Башкуев, A.M. Бейсебаев В.Ф. Боганицкий и др.- 2-е изд. перераб. и доп. М.-Недра.-1983,- 359 с.

11. Справочник взрывника / Б.Н. Кутузов, В.М. Скоробогатов, И.Е. Ерофеев и др.: Под общей ред. Б.Н. Кутузова.- М.: Недра, 1988.

12. Дунаев В.А., Ермолов В.А. Геологические факторы, влияющие на взрываемость горных пород при открытой разработке полезных ископаемых//Горн.Инф.-анал.бюл./Моск.гос.ун-т.-1999.-№ 1 .-С. 11-16

13. Кутузов Б.Н., Лемеш Н.И.,Плужников В.Ф. Классификация горных пород по взрываемости на карьерах //Горный журнал.-1979.-№2.-С. 41-43.

14. Тангаев И.А. Буримость и взрываемость горных пород. М.: Недра, 1987.-186 с.

15. Репин Н.Я., Бирюков А.В. К расчету степени дробления горных пород взрывом скважинных зарядов/ Изв. Высш. Учеб. Завед. //Горный журнал,- № 10,- 1972,- С. 75-78.

16. Карта взрываемости горных пород и автоматизации проектирования буровзрывных работ на карьерах/В.А.Дунаев, С.С.Серый,

17. A.В.Герасимов, В.А.Ермолов В.А.//Горн.журнал-2000.-№1.-С. 17-21.

18. Метод районирования горных пород по трудности взрывания.

19. B.Н. Мосинец, Е.М. Подойницын, А.Н. Солдатов и др. ФТПРПИ .- 1967,-№1.-С. 30-36.

20. Веревочкин И.Е. Новые технические решения по разработке Стойленского месторождения и совершенствованию взрывных работ. Сборник материало конференции "Горное дело-2000". М., МГГИ, 2001. С. 291-300.

21. Веревочкин И.Е. Стойленкому ГОКу 40 лет // Горный журнал, №6, 2001. С. 15-19.

22. Виноградов С.А., Веревочкин И.Е. Строительство и освоение мощностей Стойленского ГОКа результат творческого сотрудничества горняков и проектировщиков.// Горный журнал, №6, 2001. С. 23-25.

23. Калашников А.Т. Эффективная технология буровзрывных работ в карьере Лебединского ГОКа- / Горный журнал № 3,- 1987.- С. 30-34.

24. Рубцов С.К., Шлыков А.Г, Шелепов П. А. повышение эффективности буровзрывных работ на карьерах комбината. // Горный журнал,-1998.-№8,- С. 41-44.

25. Буровзрывные работы на карьере «Мурунтаю»/ С.К.Рубцов, О.Н.Малыгин, П.А.Шеметов, И.П.Бибин, В.В.Гончаров.- Горный журнал.-2001,№8,-С. 33-37

26. Азаркович А.Е., Шуйфер М.И. Оценка относительнойё взрывной эффективности различных взрывчатых веществ в массиве пород // ФТПРГТИ.-1997.-№2.

27. Падуков В.А., Антоненко В.А., Подозерский Д.С. Разрушение горных пород при ударе и взрыве Д.: Наука, 1971.

28. Падуков В.А., Маляров И.П. Механика разрушения горных пород при взрыве. Иркутск- 1985

29. Исследование полей напряжений и процесса образования трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах// Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва: Из-во: АН СССР, 1958

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

31. Александрова Н.И., Шер Е.Н. Влияние забойки на разрушение горных пород взрывом цилиндрического заряда// ФТПРПИ.-1999.-№5. С. 4256.

32. Ракишев Б.В., Ракишева З.Б. Разрушение массива пород в торцевой части заряда //Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород-М.- 1999.- С. 180-184.

33. Исследование влияния сетки скважин, диаметра зарядов и удельного расхода ВВ на степень дробления взорванной массы// П.С. Данчев, В.Н. Рождественский, К.Ш. Зайнулик и др. Сб. Взрывное дело №69/26, М.: Недра,-С. 194-201.

34. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом.- М.: Недра.-1974,- 224 с.

35. Баранов Е.Г. Короткозамедленное взрывание.- Фрунзе : Илим.-1971,- 146 с.

36. Кучерявый Ф.И., Друкованный М.Ф., Гаек Ф.В. Короткозамедленное взрывание на карьерах.- М.: Госгортехиздат, 1962.- 227 с.

37. Машуков В.И. Расчет оптимальных интервалов замедления при короткозамедленном способе взрывании// Горный журнал, 1965, № 11

38. Лангефорс У., Кильстрем Б. Современная техника взрывной отбойки горных пород,- М.: Недра.- 1968.- 284 с.

39. Фадеев А.Б. Дробящее и сейсмическое действие взрывов на карьерах. М.: Недра, 1972.-136 с.

40. Единые правила безопасности при взрывных работах/ Редкол.: М.П. Васильчук и др.: Утв. Госгортехнадзором России 1992- М.: НПО ОБТ,-1992.

41. Капустин Ю.Е. Некоторые вопросы использования компьютеров на горных предприятиях СНГ. //Горный журнал.,- 1993, №7.-С. 52-57.

42. Капустин Ю.Е., Ноулес А. Состояние и основные тенденции развития компьютерных технологий проектирования открытых горных работ.// Горный журнал, -1995, №9- С. 15-18.

43. Алферов А.Ю., Васильев П.В., Кинзерская Е.А. Состояние и тенденции компьютеризации геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ. Маркшейдерский вестник, №1, 1996. С. 22-23.

44. Программно-аппаратное обеспечение, фонд цифрового материала, услуги и нормативно-правовая база геоинформатики в России и СНГ. Ежегодный обзор. М.; ГИС-ассоциация, 1995.- 273 с.

45. Аленичев В.М., Суханов В.И. Компьютерная технология составления паспорта буровзрывных работ. // Горный журнал, №9-10, 1999. С. 79-86.

46. Чечетин С.Г., Хохолков А.А. Использование компьютерной технологии в горном и взрывном деле. // Горный журнал, №9-10, 1999. С. 8690.

47. Аммерал Л. Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. М., "Сол Систем", 1992, 223 с.

48. Ерлыков B.JI., Быховец А.Н., Дунаев В.А. и др. Компьютерная горно-геолого-маркшейдерская система "Ковдор-геомарк". // Горный журнал, №12, 1997. С. 26-29.

49. Кутузов Б.Н. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ. В кн. Разрушение горных пород взрывом. М.,- 1994. С. 406-445.

50. Пакет программ для математического моделирования процесса динамического деформирования и разрушения горных пород. В кн.: "Новые технологии комплексного использования природных ресурсов Севера. 1998.

51. Лукичев С.В., Козырев С. А., Фаттахов Э.И. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьере. М.,-1997. С. 58-60.

52. Лукичев С.В., Козырев А.А., Васерман А.Д., Бусырев В.М. Информационные технологии в горном деле. Апатиты, КНЦ РАН, 1998, 173 с.

53. Лукичев С.В., Наговицин О.В., Свинин B.C., Егоров В.Ф. Система автоматизированного планирования и проектирования горных работ GeoTech ЗО-Апатит. // Горный журнал, №3, 2000. С. 56-58.

54. Викторов С.Д., Казаков Н.Н. Автоматизированное проектирование и сравнительный анализ результатов веерной отбойки при подземной разработке месторождений. В кн. Проблемы безопасности и совершенствования горных работ. Пермь, 1999. С. 29-30.

55. Справочник открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, Н.Н. Мельников и др. М.: Горное бюро- 1994 .- 590 с.

56. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом.- М.: МГИ.-1992,- 516 с.

57. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах.- М.: Недра.- 1976.-271 с.

58. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов. М.: Недра,-1978.-256 с.

59. Ракишев Б.Р. Прогнозирование технологических параметров взорванных пород на карьерах.-Алма-Ата: Наука.-1983.-240с.

60. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве,- 3-е изд. перераб. и доп., М.: 1997.- 232 с.