Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья

Найданов, Кирилл Цырен-Дашиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья"

На правах рукописи

НАЙДАНОВ Кирилл Цырен-Дашиевич

□03055Э5В

РАЗРАБОТКА ЩАДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ ЮВЕЛИРНОГО И ПОДЕЛОЧНОГО САМОЦВЕТНОГО СЫРЬЯ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ)

Специальность 25.00.22 - Геотехнология подземная, открытая и строительная

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чита - 2007

003055956

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Воронов Евгений Тимофеевич доктор технических наук, профессор Костромин Михаил Витальевич

кандидат технических наук, доцент Зыков Николай Васильевич

Ведущая организация

Институт природных ресурсов экологии и криологии (ЙПРЕК) СО РАН

Защита диссертации состоится 23 марта 2007 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государственном университете по адресу: г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.299.01 Н.П. Котовой.

Факс: (3022) 26-43-93; Web-server: www.chitgu.ru: e-mail: root@chitgu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Читинского государственного университета.

Автореферат разослан « 3 » февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, л

канд. геол.-минерал, наук <?/£>* ¿у Н.П. Котова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В конце XX в. в Восточной Сибири открыт ряд уникальных месторождений ценного ювелирного и камнесамоцветного сырья (Малханское месторождение цветного турмалина; Инаглинское месторождение ювелирного хромдиопсида; месторождения чароита «Сиреневый камень» и др.).

При всем разнообразии как самих полезных ископаемых с точки зрения их свойств, характеристик, практического использования, так и их генезиса и условий залегания, все они объединяются одним общим к ним требованиям со стороны промышленности - они должны извлекаться из недр неповрежденными.

Поэтому одной из главных проблем при добыче ювелирных и поделочных камней является обеспечение максимальной кристаллосохранности, их естественной целостности и монолитности. Учитывая, что подавляющее большинство камнесамоцветного и ювелирного сырья залегает в крепких вмещающих породах, требующих применения буровзрывных работ, особую актуальность приобретает разработка щадящих технологий разработки таких месторождений.

При добыче чароита одной из нерешенных технологических задач является проблема «щадящего» отделения блоков чароита от горного массива с максимальным сохранением естественной монолитности. Применение взрывчатых веществ, даже слабобризантных, губительно для чароита из-за образования макро- и микротрещин, препятствующих использованию такого уникального ювелирно-поделочного сырья по своему назначению.

В связи с этим исследования по разработке и внедрению минералосбере-гающих технологий при добыче ценного ювелирного и самоцветного сырья являются весьма актуальными.

Объектами исследований являются вскрышные и очистные горные работы при эксплуатации месторождений камнесамоцветного и кристаллического ювелирного сырья (турмалина, чароита, горного хрусталя).

Предмет исследований: технологические процессы буровзрывной и невзрывной отбойки самоцветного минерального сырья.

Цель работы - повысить эффективность разработки месторождений ювелирно-поделочного минерального сырья за счет внедрения кристалло- и минералосберегающих технологий ведения горнодобычных работ.

Идея работы заключается в комплексном (комбинированном) использовании невзрывных и «щадящих» буровзрывных методов отбойки камнесамоцветного сырья и их оптимизации с учетом конкретных горногеологических условий и форм нахождения полезного ископаемого во вмещающих породах.

На разрешение были поставлены следующие основные задачи.

1. Дать анализ специфических горно-геологических условий наиболее уникальных месторождений ювелирно-поделочного минерального сырья Восточной Сибири и специфических условий их отбойки и технологий добычи.

2. Обосновать рациональные принципы обеспечения сохранности кристаллического и поделочного минерального сырья при использовании буровзрывной технологии вскрышных работ.

3. Исследовать оптимальные режимы и параметры отбойки камнесамо-цветного сырья с использованием невзрывных разрушающих составов и технических устройств.

4. Разработать и испытать комбинированные технологии добычи ювелирно-поделочного минерального сырья на основе рационального комплек-сирования щадящих буровзрывных и невзрывных методов отбойки при добыче цветного турмалина, чароита и хромдиопсида.

5. Разработать рациональную технологию отбойки жильного кварца с обеспечением его оптимальной кусковатости для промышленного использования.

Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы аналитические исследования, лабораторные и производственные испытания, теоретическое обобщение и математическая обработка экспериментальных данных. Оценка эффективности результатов работ проводилась путем практического внедрения разработок, осуществленных на подземных разведочно-эксплуатационных объектах производственных объединений «Востоккварсамоцветы» и ЗАО «Турмалхан».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Защита продуктивных зон ювелирного кристаллосырья от негативного действия взрывов на стадии вскрышных работ обеспечивается внедрением щадящей технологии буровзрывных работ, предусматривающей взрывание контурных шпуровых зарядов на безопасном расстоянии, использовании метода предварительного щелеобразования и рациональных конструкций шпуровых зарядов. На стадии очистных работ сохранность ценного кристаллосырья (цветного турмалина) обеспечивается за счет использования для вскрытия турмалиноносных «миарол» (гнезд) невзрывных разрушающих составов (НРС) и ручной выборки ювелирного кристаллического сырья из вскрытых «миарол».

2. Сохранность естественной монолитности и блочности чароита и интенсификация процессов его отбойки может быть обеспечены за счет комбинированной технологии, предусматривающей одновременное применение саморасширяющихся цементов (НРС) и клиновых устройств невзрывного разрушения.

Достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований и результатами внедрения щадящих минералосберегающих технологий при разработке месторождений поделочного и ювелирного минерального сырья.

Научная новнзна заключается в следующем.

1. Выявлены критерии и условия сохранения прочностных свойств кристаллосырья в гнездах (турмалина, пьезокварца) и уточнены закономерности влияния сейсмовзрывных волн на продуктивную кристаллоносную зону.

2. Дано обоснование и пути реализации принципов и методов снижения интенсивности негативного воздействия взрывных работ на кристаллосырье (защита расстоянием; экранирование действия взрыва, предварительное ще-леобразование; контурное взрывание).

3. Установлены аналитические зависимости изменения безопасного расстояния от зарядов ВВ до продуктивной зоны, а также снижения напряжения во фронте падающей волны деформаций на экранирующей щели от физико-технических свойств пород и детонационных характеристик ВВ.

4. Применительно к горно-геологическим условиям разработки месторождения цветного турмалина разработана кристаллосберегающая технология его добычи на основе учета геологической зональности приконтактных вмещающих пород, использования щадящих параметров БВР при вскрытии продуктивных зон и их последующей отработки с использованием невзрывных методов отбойки.

5. Обоснована и разработана комбинированная минералосберегающая технология отбойки чароита.

Личный вклад соискателя заключается в:

- физическом и математическом обосновании кристаллосберегающих технологий для добычи цветного турмалина и пьезокварца;

- проведении экспериментальных исследований щадящих технологий БВР для вскрытия кристаллоносных продуктивных зон на Малханском месторождении цветного турмалина;

- установлении оптимальных параметров комбинированной отбойки чароита на базе использования невзрывных разрушающих составов и универсального буроклинового устройства.

Практическое значение работы заключается в:

- обосновании эффективных методов защиты кристаллического минерального сырья от действия взрыва на стадии вскрытия продуктивной зоны;

- разработке и внедрении комбинированной кристаллосберегающей технологии разработки Малханского месторождения цветного турмалина;

- разработке минералосберегающей невзрывной отбойки чароита.

Реализация работы.

Кристалло- и минералосберегающие технологии добычи ювелирного и поделочного камнесамоцветного сырья внедрены на разведочно-эксплуатационных объектах ЗАО «Турмалхан» и 1111 «Востоккварцсамоцветы».

Результаты исследований использованы при разработке отраслевых методических рекомендаций по совершенствованию технологии и повышению безопасности работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного самоцветного минерального сырья.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинскис чтения», г. Чита, 2005 г.; V научной конференции Горного института, г. Чита, 2004 г.; Международной научно-практической конференции в области эколо-

гаи и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна 2006», г. Комсомольск-на-Амуре, 2006 г.; IX Международной молодежной научно-практической конференции, г. Чита, 2005 г.; расширенном семинаре кафедр «Подземная разработка МПИ», «Открытые горные работы» и «Безопасность жизнедеятельности» ЧитГУ, 2007 г.

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 14 работах, в том числе 13 статьях и Отраслевых методических рекомендациях.

Структура п объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и содержит 153 страницы машинописного текста, 55 рисунков, 19 таблиц и 4 приложения о внедрении результатов диссертационной работы в производство и расчете ожидаемого экономического эффекта.

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Читинского государственного университета при тесном сотрудничестве с кафедрой строительства железных дорог Забайкальского института железнодорожного транспорта, с которой проводились совместные исследования.

Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю Заслуженному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук, профессору Воронову Е.Т. и научному консультанту д-ру техн. наук Тюпину В.Н. за научно-методическую помощь в подготовке диссертации.

Краткие сведения по изучаемому вопросу.

Научно-технологические основы разрушения горных пород и добычи облицовочного минерального сырья подробно изложены в работах ведущих ученых Ю.Г. Карасева, Ю.И. Протасова, А.П. Дмитриева, С.А. Гончарова, Н.Т. Бакка, А.З. Яшкина и других. В их работах рассмотрены механические, буроклиновые, взрывные, термические, электрогидравлические, невзрывные и другие способы отделения монолитов от горного массива.

Однако в отечественной и зарубежной литературе практически нет публикаций по минералосберегающим технологиям добычи ювелирного цветного турмалина и чароита. Учитывая, что данное ювелирное кристаллосырье залегает, как правило, в крепких вмещающих породах, их вскрытие и отбойка требуют применения буровзрывных работ.

Проблемы управления действием взрыва и щадящие буровзрывные технологии отбойки горных пород освещены в работах известных российских ученых Л.И. Барона, Б.Н. Кутузова, А.Н Ханукаева, С.А. Брылова, Г.П. Деми-дюка, В.Н. Мосинца, В.Н. Тюпина, A.C. Волоха, В.А. Падукова, В.К. Рубцова и других. Однако вопросы щадящей технологии буровзрывных работ в основном рассмотрены с точки зрения сохранения устойчивости откосов карьеров и регулирования оптимальной кусковатости рудной массы. Специфические особенности и разнообразие горно-геологических условий месторождений ювелирных и ценных поделочных камней обуславливает необходимость адаптации, оптимизации и существенных изменений в традиционных технологиях разработки рудных месторождений с учетом конкретных горногеологических условий.

Основное содержание работы

Малханское месторождение цветного турмалина в Читинской области является уникальным и единственным в России, на котором добывается ювелирный, кабошонный и коллекционный турмалин. Продуктивные зоны (жилы) представляют собой пегматитовые тела длиной по простиранию 100... 150 м, мощностью 15...20 м и глубиной по падению до 50...70 м. Турмалин залегает в миароллах («гнездах») объемом от 0,2 до 2,0...3,0 м3. Размер кристаллов турмалина колеблется от первых до 12 см по длинной оси и 1...4 см в поперечнике. Специфика и высокая стоимость ювелирного сырья потребовали особого подхода к технологии добычи цветного турмалина для обеспечения сохранности кристаллов.

Для разработки Малханского месторождения обоснована комбинированная кристаллосберегающая технология, предусматривающая: а) щадящие параметры БВР при проходке врезной траншеи, снижающие влияние сейс-мовзрывных волн на продуктивную турмалиноносную зону; б) отбойку пегматитовой жилы с использованием невзрывных разрушающих составов (НРС) для осторожного вскрытия турмалиноносных гнезд и ручной выборки кристаллического сырья.

Для снижения негативного влияния взрывных работ при проходке врезной траншеи нами предложен и испытан комплекс сейсмозащитных мероприятий: а) взрывание контурных шпуровых зарядов на безопасном расстоянии от продуктивной зоны; б) предварительное формирование экранирующей щели между врезной траншеей и продуктивной жилой для гашения сейсмовзрывных волн; в) применение шпуровых зарядов с серповидными зазорами, расположенных в направлении турмалиноносной пегматитовой жилы.

Базируясь на теоретических основах Б.Н. Кутузова и В.Н. Тюпина о механизме действия взрыва на горный массив, проведены исследования и обоснование безопасного расстояния контурных шпуровых зарядов до продуктивной зоны для условий Малханского месторождения цветного турмалина. При взрывании зарядов ВВ в массиве горных пород формируется поле напряжений, интенсивность которого убывает с расстоянием в зависимости от физико-технических свойств взрывного массива и параметров БВР.

При этом определяющим разрушающим фактором при взрыве является квазистатическое давление продуктов детонации, которое обеспечивает упруго-пластическое деформирование трещиноватого массива горных пород. При этом пластические деформации происходят на берегах естественных макротрещин, а упругие - в отдельностях массива.

Поскольку массив пегматитов Малханского месторождения является практически монолитным по отношению к диаметру отбойных шпуров (42 мм), то можно считать, что характер деформационных процессов в таком массиве определяется параметрами микротрещиноватости II порядка по М.В. Рацу.

На основании теоретических исследований установлено, что разупрочнение массива происходит в случае, если на данном расстоянии микротрещи-

ны полностью закрываются под действием взрыва. Тогда после снятия нагрузки в результате упругой реакции микротрещины раскрываются с увеличением их длины. После анализа, выбора и обоснования численных значений получена аналитическая формула для инженерных расчетов безопасного расстояния при взрывании оконтуривающих шпуровых зарядов

м, (1)

р-с

где I) - скорость детонации, м/с; р6 - плотность заряжения, кг/м3; с1ш - диаметр шпура, м; р- объемная масса горного массива, кг/м3; с - скорость продольной волны в массиве, м/с.

Экспериментальными исследованиями в производственных условиях установлено, что для условий Малханского месторождения безопасное расстояние от контурных шпуров составляет 1,5 - 2,0 м. Численные значения параметров Б = 4,2-103 м/с. Подставляя эти значения в (1), получим = 1,65 м, что указывает на достоверность полученной формулы.

На основании математических расчетов для различных ВВ (аммонит 6ЖВ, детонит М, аммонит скальный №1 и угленит Э-6) нами получена зависимость Квк от скорости детонации ВВ (см. рис. 1).

¡S

Рис. 1. Зависимость 4 - безопасного расстояния RgK

от скорости детонации ВВ

3 Н

0 1 2 3 4 5 6 D103, м/с

Анализ полученных данных показывает, что ВВ с высокими детонационными характеристиками (скальный аммонит №1, детонит М) наиболее сильно разрушают окружающий массив. Наименьшее разрушение создает малобризантное ВВ угленит Э-6.

Дополнительным способом защиты кристаллосырья является предварительное формирование экранирующей щели. Для оценки влияния щели на степень снижения напряжения автором решена задача на основе закона сохранения энергии, согласно которому: упругая составляющая энергии падающей волны

деформаций расходуется на деформирование породы в щели и упруго-пластические деформации массива за пределами щели.

Отношение величины напряжения в падающей волне деформаций с(г) к величине напряжения в проходящей волне сгпр имеет вид

<*пр

«/■"и/

+ф

(2)

где Фщ - показатель деформируемости разрушенной горной массы в щели; кщ - мощность зоны щели, г/ - расстояние от кратных зарядов ВВ до щели; Ф - показатель деформируемости массива за пределами щели.

Математические расчеты по формуле 2 (при Фщ = 125,1\щ = 0,05 м, г/ = 1,0 м, Ф = 6) показывают, что напряжение на фронте волны деформации при преодолении экранирующей щели падает в 3...3,5 раза, что согласуется с исследованиями профессора В.Н. Мосинца. Графически изменение величины напряжения при переходе через экранирующую щель приведено на рис. 2.

Рис. 2. Характер изменения сжимающего напряжения стт

при переходе через контурную щель: 1 - местоположение щели; г - расстояние от зарядов ВВ

По данным производственных исследований оптимальные параметры экрана (расстояние между шпурами и масса ВВ на 1 м шпура) имеют следующие значения: расстояние между шпурами 0,4 м, масса заряда на 1 м шпура 0,6...0,8 кг. Причем большие значения принимаются для создания разрушенного слоя, а меньшие - для создания щели. Глубина шпуров, создающих экран, должна быть на 1...2 м больше глубины основных шпуров, предназначенных для рыхления массива. В этом случае обеспечивается надежное экранирование нижней части продуктивной зоны.

На рис. 3 приведена геологическая закономерность изменения турмали-ноносности (зональность) пегматитовых жил. По данным геологических ис-

следований установлено, что турмалиноносные миаролы (пустоты) на данном месторождении располагаются только в средней части жилы - в калишпатовой альбитизированной зоне. На приконтактных частях пегматитовой жил, как правило, залегает непродуктивная зона олигоклазовых пегматитов мощностью 1,5...3 м. Эта закономерность позволяет по геологическим факторам четко определить место искусственного формирования экранирующей (амортизирующей щели) методом контурного взрывания.

Рис. 3. Специфические закономерности залегания кристаллов турмалина

в пегматитовой жиле: 1 - непродуктивная зона олигоклазовых пегматитов мощностью 1,5...3 м;

2 - продуктивная зона калишпатовых альбитизированных пегматитов; 3 - миарола (занорыш) с глинистым материалом и свободными кристаллами

турмалина; 4 - вмещающие породы (разгнейсованные диориты); 5 - контур врезной траншеи; 6 - экранирующая предохранительная щель (зона разрыхления)

Рекомендуемый паспорт БВР с опережающим формированием экранирующей щели приведен на рис. 4.

На рис. 4 (А) представлена схема расположения шпуров при проходке разрезной траншеи относительно залежи. Номерами обозначены шпуры в порядке очередности их взрывания. Время замедления 10 мс. Конструкция контурных зарядов приведена на рис. 4 (Б). Конкретные параметры расположения контурных шпуров приведены на рис. 5 и 6.

Для более надежного снижения воздействия взрыва контурных зарядов на продуктивную зону испытана и рекомендована рациональная конструкция заряда с серповидным зазором, заполненным буровой мелочью. Создание шпуровых зарядов с серповидным зазором отличается простотой. При заряжании в шпур опускается деревянная рейка с привязанными к ней патронами ВВ и детонирующим шнуром и прижимается патронами к стенке шпура (рис. 4), зазор засыпается буровой мелочью.

РУДНОЕ ТЕЛО (ЖИЛА)

750~|

5 оп 4<Л

2сп 1о1!

^мшжжш.

Врезная траншея ^ЦШ

^Т77ГТ7-Т777ГТ7ГТ7ТТТ

(////г/1

/ /

т2

/ /

Рис. 4. Технология осторожного ведения БВР при проходке врезной траншеи в приконтактовой зоне рудного тела: А) расположение шпуровых зарядов при проходке траншеи: • -контурные шпуры; О - шпуры рыхления; И-КЗДШ;

1, 2, 3 - порядок взрывания

Б) конструкция контурного заряда: 1 — патрон; 2 - ДШ; 3 - шпагат

Таким образом, для предохранения турмалиноносной пегматитовой жилы от воздействия взрывных работ на этапе ее вскрытия обоснованы и внедрены три взаимодополняющие друг друга способа:

1) расположение контурных шпуров на безопасном расстоянии;

2) защитный экран (щель);

3) применение зарядов с серповидными зазорами (рис. 5).

Для отработки продуктивной пегматитовой зоны внедрена слоевая система разработки со слабонаклонными (горизонтальными) слоями. При высоте уступа 2,5 м было принято 2 подуступа высотой 1,25 м. Учитывая высокую крепость пород и запрещение взрывных работ в продуктивной зоне, угол наклона уступа составляет 85

1 - песок; 2 - шпагат; 3 - патрон ВВ; 4 - шпур; 5 - рейка

г*г

Оя ?

А-А

Рис. 6. Схема расположения д]а зарядов при контурном

взрывании: 1 - контурный заряд; 2 - заряд рыхления; 3 - контур траншеи; 4 - продуктивная зона (пегматитовая жила)

/ /

Ж--4 /

Для отбойки продуктивных пород и щадящего вскрытия турмалино-носных миарол обоснован и внедрен безвзрывной способ отбойки с помощью саморасширяющихся цементов (НРС - невзрывчатое разрушающее средство).

Паспорт буроклиновой невзрывной отбойки продуктивных пород приведен на рис. 7.

НРС - это порошок светло-серого цвета, пылящий, негорючий, невзрывоопасный, обладающий щелочными свойствами (рН-12,5); плотность которого 3100 кг/м3; водопотребность 27...32 %; развиваемое давление при гидратации 60...70 МПа.

•я

'4-r

И-

/ТТЛ

под клин

7уТ77\ и

Л >ч<

ч у

0.4

под НРС

7777

Схема заполнения шпура НРС

Схема установки клина в шпуре

или;

плашки

Рис. 7. Паспорт невзрывной отбойки продуктивных пород (пегматиты) при добыче цветного турмалина

Принцип действия НРС заключается в реакции гидратации, которая обеспечивается основным компонентом порошка - окисью кальция. Ее содержание 60...90 % от общей массы. В результате смешивания порошка НРС с водой образуется рабочая смесь (суспензия) при этом отношение воды к порошку (по массе) должно находиться в пределах 0,27...0,32. Эта смесь заливается в шпуры, пробуренные в горном массиве. В результате химической реакции между НРС и водой рабочая смесь твердеет, увеличиваясь при этом в объеме. Увеличение объема сопровождается развитием давления на стенки шпура, величина которого со временем достигает 50 МПа. При этом в разрушаемом объекте развиваются напряжения, значения которых превосходят величину прочности при растяжении горных пород. После образования системы трещин производится ручная разборка уступа с помощью ломов, клиньев, кувалды и т.п.

При вскрытии миарол («занорышей») выемка рыхлой турмалиноносной массы производится вручную в полиэтиленовые или матерчатые мешки для последующей промывки и просеивания материала на ситах. Отбитая горная масса убирается с забоя при помощи бульдозера в отвал. Применяемая «щадящая» геотехнология позволяет снизить потери турмалина до 1 % и обеспечить сохранение его высокого ювелирного качества.

Список самоцветов, используемых человеком на протяжении тысячелетий, в XX веке пополнился новым сиреневым камнем - чароитом. Единственное в мире месторождение этого самоцвета - «Сиреневый камень» - расположено на границе республики Саха-Якутия и Иркутской области. Разведка и добыча чароита ведется на выходе пластов в виде отдельных скальных глыб. Одной из нерешенных актуальных проблем является проблема «щадящего» отделения блоков чароита от массива. Применение взрывчатых веществ, даже слабо бризантных, губительно для чароита как самоцветного сырья из-за образования микро- и макротрещин. Для повышения качества добываемого сырья нами предложена и испытана более производительная безвзрывная комбинированная технология с использованием невзрывчатых разрушающих средств и устройств невзрывного разрушения.

Отличительной чертой данной технологии является одновременное комбинированное использование специальных составов (невзрывных разрушающих средств - порошка НРС) и технического устройства невзрывного разрушения (УНР).

Принцип действия НРС показан на рис. 8.

При твердении рабочей смеси в глыбе чароита развиваются напряжения, значения которых превосходят величину его прочности на растяжение (>17,5 МПа). Эффект разрушения выражается образованием в глыбе чароита трещин и их развитием во времени.

Для определения оптимальных параметров и режимов щадящей отбойки чароита проведен комплекс теоретических и лабораторных исследований с использованием НРС. На рис. 9 представлена зона радиальных напряжений вокруг шпура с НРС.

Рис. 8. Механизм действия НРС: 1 - объект разрушения; 2 - шпуры, заполненные рабочей смесью;

3 - свободные поверхности объекта; Р - давление в шпуре (кристаллизационное давление), растягивающие силы; 4 -трещины, образовавшиеся под действием НРС: а - расстояние между шпурами; в - расстояние от центра шпура до свободной поверхности объекта

Рис. 9. Зоны разрушений при использовании НРС

Уравнение статического разрушения блока имеет вид: сШ+с!г=с1А+(1С>, (3)

где (Ш - изменение полной внутренней энергии; с!А - работа внешних сил; с1<3 - общий внешний приток тепла; с1г - энергия, необходимая для образования поверхности

В нашем случае (Ш=с10, для неподвижной трещины с1А < йт. В момент трещинообразования с!г = уе с1 , (4)

где уе - удельная поверхностная энергия (уе 0).

Напряжение в каждом кольце, создаваемое НРС, составит:

8, = —б,

(5)

где 3, - напряжение в ¡-ом кольце; г0 - радиус шпура; г, - радиус ¡-го кольца; Зд- напряжение, созданное НРС.

На основе теоретических исследований получена более точная зависимость между диаметром шпура и расстоянием между шпурами:

1 1Л

ôld1

2Е \d R

= У,

(6)

где Е - модуль Юнга материала, Н/м ; R - расстояние между шпурами, м; d -диаметр шпура, м; I — глубина шпура, м.

При использовании НРС следует соблюдать ряд технологических рекомендаций. Минимальная ширина отделяемого монолита должна составлять не менее расстояния между шпурами. Глыба чароита должна иметь не менее трех свободных поверхностей обнажения. Ориентация плоскости откола должна совпадать с направлением слоистости глыбы чароита. Для чароита рекомендуется бурить шпуры диаметром 36...42 мм.

Однако недостатком способа отбойки чароита с использованием НРС является то, что давление, создаваемое рабочей смесью в верхней части шпура, меньше, чем в нижней части. Поэтому плоскость раскола глыб формируется медленно и неравномерно. Для создания дополнительных распирающих усилий в приустьевой части шпуров предложено дополнительное клиновое устройство невзрывного разрушения (УНР) (рис. 10).

Рис. 10. Общий вид УНР (а - элементы УНР; б - УНР в сборе): 1 - переходник; 2 - клин; 3 - пружина; 4 - шпур; 5 - раскалываемый массив породы; 6 - гнездо для пики отбойного молотка

Устройство невзрывного разрушения горных пород УНР (см. рис. 10) состоит из следующих основных частей: клина 2 в виде усеченного конуса и втулки-пружины 3 - раздвижного элемента. При использовании для забивания клиньев мотоперфораторов УНР снабжается специальным переходником 1 с гнездом для рабочего инструмента, который надевается на клин.

Отличительной особенностью УНР от других клиновых устройств является применение в качестве раздвижного элемента втулки пружинной, изготавливаемой из низкоуглеродистой стальной проволоки. Применение пружинной втулки вместо обычных двух раздвижных щечек позволило значительно повысить эффективность клинового способа разрушения горных пород.

Клиновой способ для отделения блоков чароита от массива основан на следующих положениях механики:

1) клин при приложении к нему нагрузки дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько длина его щек больше ширины обуха, т.е чем меньше угол заострения клина, тем больше выигрыш в силе;

2) работа, производимая ударом кувалды (молота) по клину, может создавать достаточно большие усилия, ограничиваемые прочностью самого клина и среды (камня), в которой он действует.

Исходя из принципа равенства работ, совершаемых при ударе кувалды и углублении клина в породу, можно записать:

где масса кувалды (молота), кг; Я - высота падения кувалды, м; £>- усилие, возникающее в клине, кг; ДЛ - углубление клина в породу от действия удара рН

кувалды, м; поэтому <2 = .

g-H = Q-Ah,

(7)

АЛ

Величина создаваемого в массиве усилия от действия клина ограничивается его прочностью и пределом сопротивления породы на растяжение Усилие, возникающее в клине, может достичь значительной величины, а при ударе по клину кувалдой массой 7 кг с высоты 1 м и углублении клина в породу под действием этого удара на глубину 0,5 см достигает 1500...2000 кг на один шпур.

При использовании УНР на разрушение горных пород требуются, при прочих равных условиях, меньшие распорные усилия, так как создаваемые клином напряжения в стенках шпура концентрируются на небольшой площади соприкосновения витков проволоки с породой по сравнению с распространенными устройствами.

Опытно-промышленные испытания комбинированной технологии отбойки показали, что поверхность раскола ровная, ориентированная строго по шпурам. Ширина раскрытия трещины составляла 10...15 см. При визуальном осмотре амплитуда неровности не превышала 3 см. Время формирования трещины составляло не более 24 ч.

На основании лабораторных опытно-промышленных испытаний разработан рациональный паспорт отбойки блоков чароита (рис. 11).

Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что использование комбинированного способа для отбойки блоков чароита от массива позволяет: а) увеличить расстояние между шпурами в 2...2,5 раза по сравнению с буроклиновым способом; б) снизить объем буровых работ в 3 раза по сравнению с буроклиновым способом, улучшить качество раскола и снизить потери кондиционного сырья; в) исключить трудоемкие ручные операции при клиновой разделке монолитов чароита, улучшить условия труда и снизить общую трудоемкость добычи сырья.

Одним из актуальных горнотехнических вопросов при добыче высококачественного жильного кварца для систем очистки (фильтрации) воды является сокращение переизмельчения и повышение выхода кондиционного кварцевого сырья. Для изыскания оптимальной технологии добычи жильного кварца на руднике Додо (Приполярный Урал) были проведены сравнительные производственные испытания двух способов отбойки: буровзрывного и буроклинового. Для добычи кварца применяется система с магазинированием руды. Мощность отрабатываемых кварцевых жил достигает 2...3 м.

№№ п/п 1 Наименование показателей Ед. изм Параметры

Высота уступа м 2,0

2 Параметры отбиваемого блока:

высота, Ь,з м 2,0

ширина, Об м 2,0

толщина, «¡б м 0,5

3 Объем блока м3 2,0

4 Угол наклона отбиваемого блока к горизонту р град 10

5 То же к вертикали у град 80

6 Форма блока - Параллелепипед

7 Диаметр шпуров с1„ м 0,042

8 Расстояние между шпурами

крутонаклонными, ак м 0,25

Полозовыми, а„ м 0,5

9 Длина крутонаклонных шпуров, /„,„ м 1,8

10 Длина Полозовых шпуров м 0,5

11 Выход блока на 1 м шпура м3/м 0,14

12 Расход НРС / вода (на блок 2 м3) кг 36/12

13 Количество клиньев (на блок 2 м3) шт 12

14 Расход НРС на 1 м 3 блока чароита кг/м3 18,0

Рис. 11. Рекомендуемый паспорт невзрывной отбойки чароита

При проведении эксперименальных исследований щадящей технологии буровзрывной отбойки жильного кварца было испытано 3 варианта зарядов (рис. 12): а) заряд ВВ с применением «щадящей» оболочки (рис. 12, а), б) конструкция заряда ДШ с использованием эффекта гидроудара (рис. 12, б); в) конструкция заряда ДШ с применением «щадящей» оболочки (рис 12, в).

Рис. 12. Конструкции зарядов ВВ, при щадящей отбойке жильного кварца

буровзрывным способом: а) заряд ВВ в щадящей оболочке. 1 - детонирующий шнур, 2 - щадящая оболочка; 3 - взрывчатое вещество, 4 —пыж, б) ДШ в водной оболочке: -5 - капсула с водой; 6 -узел ДШ в) ДШ в металлической оболочке: 7 - металлический вкладыш

Параметры отбиваемого слоя и схема размещения зарядов показаны на рис. 13.

Рис. 13. Параметры отбиваемого слоя жильного кварца

При варианте а коэффициент КИШ составил 0,98, объем зоны переизмельчения - около 4 %. При варианте б КИШ - 0,7, а линия наибольшего сопротивления составила 0,7 м против применяемой 0,4. При варианте в произошло значительное переизмельчение жильного кварца.

В качестве альтернативного варианта были проведены испытания бурокли-новой технологии отбойки жильного кварца с использованием для забивки клиньев перфоратора ПП-63. Клиновое устройство представлено на рис. 14. На-гружение клиньев производилось последовательно на глубину внедрения 3.. .4 см поочередно. Необходимое число клиньев - 10... 12, щек - 20.. .24, носков - 2.. .3

300 чч;

500

Рис. 14. Размещение клинового устройства в шпуре:

1 — гцека, 2 - клин

На основании опытно-промышленных испытаний для рудника «Додо» рекомендовано 2 способа отбойки: а) для получения жильного кварца средней кусковатости щадящая технология буровзрывной отбойки на основе использования зарядов ВВ с щадящей оболочкой; б) для получения кварца повышенной кусковатости - буроклиновая технология отбойки с механизированной забивкой клиньев.

Заключение

В диссертации решена актуальная горнотехническая задача по повышению эффективности разработки месторождений ценного камнесамоцветного минерального сырья на основе оптимального комплексирования щадящих буровзрывных способов отбойки с невзрывными методами разрушения горного массива Основные научно-практические результаты выполненных исследований сводятся к следующему.

1. Выявлены основные факторы, влияющие на сохранность ювелирного кристаллосырья на стадии вскрытия и очистной выемки продуктивных зон с использованием буровзрывных работ.

2. Дано обоснование принципов и методов снижения воздействия взрывных работ на кристаллическое минеральное сырье. Установлено, что при добыче ценного ювелирного кристаллосырья (турмалина) в крепких вмещающих породах целесообразно применять экраны в виде щелевых полостей, а при увеличенных размерах охраняемых продуктивных зон - защитный слой разрыхленной породы.

3. Установлены аналитические зависимости изменения безопасного расстояния от шпуровых зарядов ВВ до продуктивной зоны, а также снижения напряжения во фронте падающей волны деформаций в экранирующей щели от физико-технических свойств пород и детонационных характеристик ВВ.

4. Обоснована и разработана кристаллосберегающая технология добычи цветного турмалина на основе рационального комплексирования щадящих буровзрывных технологий на стадии вскрышных работ и невзрывных технологий отбойки продуктивных горных пород на стадии очистных работ и определены их оптимальных параметров.

5. Разработана и внедрена минералосберегающая технология добычи чароита на основе комбинированного применения невзрывных разрушающих составов (НРС) и универсального буроклинового устройства.

6. Разработана щадящая технология отбойки жильного кварца с обеспечением его кондиционной кусковатости.

7. Разработаны отраслевые методические рекомендации по совершенствованию технологии и повышению безопасности горных работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного камня.

8. Экономический эффект от внедрения минераллосберегающих технологий добычи камнесамоцветного сырья составляет 1,2 млн. рублей/год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I Воронов Е.Т. Совершенствование технологии и повышение безопасности работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного самоцветного минерального сырья: Методические рекомендации / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов. - Чита: ЗабНИИ, 2003. - 23 С.

2. Воронов Е.Т. Щадящая геотехнология горнодобычных работ при разработке Малханского месторождения цветного турмалина / Е.Т. Воронов, К.Ц Найданов // Материалы V научной конференции горного института Чит-ГУ, 2004 - С. 158. .161.

3 Воронов Е.Т. Технологические особенности открытой разработки месторождения ювелирного хромдиопсида «Инагли» / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Материалы V научной конференции горного института ЧитГУ, 2004.-С. 232...235.

4 Воронов Е.Т. Безопасная технология подземной отработки крупных кристаллосодержащих гнезд на месторождении горного хрусталя «Перекатное» / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Материалы V научной конференции горного института ЧитГУ, 2004. - С. 78...81.

5 Найданов К.Ц. Щадящие геотехнологии при открытой разработке камнесамоцветного минерального сырья / К.Ц. Найданов. Материалы IX международной молодежной научно-практической конференции. - Ч. 2. - Чита: ЗабИЖТ, 2005. - С. 164...166.

6 Найданов К.Ц. Буроклиновая технология отбойки камнесамоцветного сырья / К.Ц. Найданов. Материалы V всероссийской научно - практической конференции «Кулагинские чтения». - Ч. I. -Чита: ЧитГУ, 2005. - С 49...50.

7 Найданов К.Ц. Специфические особенности открытой разработки месторождений блочного камня / К.Ц. Найданов. Материалы V всероссийской научно - практической конференции «Кулагинские чтения». - Ч. 1. -Чита: ЧитГУ, 2005. - С. 51...54.

8. Воронов Е.Т. Кристаллосберегающая технология разработки Малханского месторождения цветного турмалина / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Вестник МАНЭБ, т. 11. - Санкт-Петербург, 2006. - № 5. - С. 153...156.

9. Воронов Е.Т. Ресурсосберегающая технология отбойки чароита / Е Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Вестник МАНЭБ, т. 11. - Санкт-Петербург, 2006.-№ 5.-С 148 ..152.

10 Найданов К.Ц Безопасная технология отбойки камнесамоцветного сырья с использованием порошковых невзрывчатых разрушающих средств (НРС) / К.Ц. Найданов. Аспирант (труды молодых ученых, аспирантов и студентов). Приложение к журналу «Вестник» ЧитГУ. - Чита: ЧитГУ, 2006. -№1 -С. 162. .168.

II Найданов К.Ц Защита камнесамоцветного кристаллического сырья при вскрытии продуктивных зон буровзрывным способом / К.Ц. Найданов.

Аспирант (труды молодых ученых, аспирантов и студентов). Приложение к журналу «Вестник» ЧитГУ. - Чита: ЧитГУ, 2006. - №1. - С. 168...175.

12 Воронов Е.Т. Ресурсосберегающая технология отбойки чароита / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Международная научно-практическая конференция в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна 2006». - Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2006. - С.

13 Воронов Е.Т. Изыскание оптимальных щадящих технологий отбойки жильного кварца / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов, И.А. Бондарь // Вестник Чит. гос. ун-та. - Чита, 2006. - вып. 40. - С. 24...28.

14 Воронов Е.Т. Безопасная технология подземных очистных работ на месторождении горного хрусталя «Перекатное» / Е.Т. Воронов, К.Ц Найданов, И.А. Бондарь // Изв Вузов. Горный журнал. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. -№1.- С. 28...33.

Лицензия ЛР № 020525 от 02.06.97 г. Сдано в производство 06.02.2007 г. Уч.-изд. л. 1 Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 23

Читинский государственный университет 672039, Чита, ул. Александро-Заводская, 30 РИКЧитГУ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Найданов, Кирилл Цырен-Дашиевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРИМЕНЯЕМЫХ СПОСОБОВ II «ЩАДЯЩИХ» ТЕХНОЛОГИИ ОТБОИКИ ОБЛИЦОВОЧНОГО II САМОЦВЕТНОГО СЫРЬЯ

1.1 Обзор невзрывных методов отбойки облиновочною и камнесамоцветного сырья

1.2. Обзор б)ровзрывны\ способов огбойки камнесамоцвет-нот и облицовочного сырья

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КРИС-ТАЛЛОСБЕРЕГАЮЩЕИ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ МАЛХАНС-КОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЦВЕТНОГО ТУРМАЛИНА

2.1. Горномео.юшческая характеристика Малханского месторождения турмалина

2.2. Обоснование способа вскрытия жилы «Соседка» 58 2 3 Обоснование методов (способов) защиты продуктивной зоны ог действия взрывных работ при вскрыше

2.3.1. Определение безопасною рассюяния от контурных шпуровых зарядов ВВ до продуктивной зоны

2.3.2. Предварительное формирование экранирующей контурной щели

2.3.3. Применение шпуровых зарядов с серповидным зазором 75 2.4. Технология очистных работ с использованием невзрывных способов отбойки горных пород

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МИНЕ-РАЛЛОСБЕРЕГАЮЩЕИ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ ЧАРОИТА

3.1. Горном еологическая и технологическая характеристика месюрождения чароита «Сиреневый камень»

3.2. Рекоменд>емый порядок вскрытия и щадящей отработки месторождения (на примере) \ чистка «Новый-1»

3.3. Лабораторные исследования действия 11РС-1 в >пр> \ой среде

3.4. Краткая характеристика саморасширяющичся цементов (НРС)

3.5. Техника безопасности при ведении работе НРС

3.6. Экспериментально-исследовательские результаты работ стройст в невзрывно1 о разрушения

ГЛАВА 4. ИЗЫСКАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ЩАДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИИ ОТБОИКИ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья"

Актуальное!ь 1емы. В конце XX в. в Восточной Сибири открыт ряд уникальных месторождений ценного ювелирною и камнесамоцветного сырья (Малханское месторождение цветного турмалина; Инаглинское месторождение ювелирною хромдиопсида; месторождения чароита «Сиреневый камень» и др.).

Поэтому одной из главных проблем при добыче ювелирных и поделочных камней является обеспечение максимальной сохранности кристаллов, их естественной целостности и монолитности. Учитывая, что подавляющее большинство камнесамоцветного и ювелирного сырья залегает в крепких вмещающих породах, требующих применения буровзрывных работ, особую актуальность приобретает разработка щадящих технологий разработки таких месторождений.

При добыче чароита одной из нерешенных технологических вопросов является проблема «щадящего» отделения блоков чароита от горного массива с максимальным сохранением естественной монолитности. Применение взрывчатых веществ, даже слабобризантных, 1убительно для чароита из-за образования макро- и микротрещин, препятствующих использование такого уникального ювелирно-поделочного сырья по своему назначению.

В связи с этим исследования по разработке и внедрению минералосбере-гающих технологий для добычи ценного ювелирного и самоцветного сырья являются весьма актуальными.

Объектами исследований являются вскрышные и очистные юрные работы при эксплуатации месторождений камнесамоцветного и кристаллического ювелирного сырья (турмалина, чароита, горного хрусталя).

Идея работы заключается в комплексном (комбинированном) использовании невзрывных и «щадящих» буровзрывных методов отбойки камнесамоцветного сырья и их оптимизации с учетом конкретных горно-геологических условий и форм нахождения полезного ископаемого во вмещающих породах.

На разрешение были поставлены следующие основные задачи.

2. Обосновать рациональные принципы обеспечения сохранности кристаллическою и поделочного минерального сырья при использовании буровзрывной технологии вскрышных работ.

3. Исследовать оптимальные режимы и параметры отбойки камнесамоцветного сырья с использованием невзрывных разрушающих составов и технических устройств.

4. Разработать и испытать комбинированные технологии добычи ювелирно-поделочного минерального сырья на основе рационального комплекси-рования щадящих буровзрывных и невзрывных методов отбойки при добыче цветною турмалина, чароита и хромдиопсида.

5. Разработать рациональную технологию отбойки жильного кварца с обеспечением его оптимальной кусковагости для промышленною использования.

Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы аналитические исследования, лабораторные и производственные испытания, теоретическое обобщение и математическая обработка экспериментальных данных. Оценка эффективности результатов работ проводилась путем практического внедрения разработок, осуществленных на подземных разве-дочно-эксплуатационных объектах производственных объединений «Восток-кварсамоцветы» и ЗЛО «Турмалхан».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Защита продуктивных зон ювелирного кристаллосырья от негативного действия взрывов на стадии вскрышных работ обеспечивается внедрением щадящей 1ехнологии буровзрывных работ, предусматривающей взрывание контурных шпуровых зарядов на безопасном расстоянии, использовании метода предварительного щелеобразования и рациональных конструкций шпуровых зарядов. На стадии очистных работ сохранность ценного кристаллосырья (цветного турмалина) обеспечивается за счет использования для вскрьпия турмалиноносных «миарол» (гнезд) невзрывных разрушающих составов (НРС) и ручной выборки ювелирного кристаллического сырья из вскрытых «миарол».

Достоверность научных положений подтверждена досрочной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований и результатами внедрения щадящих минералосберегающих технологий при разработке месторождений поделочного и ювелирного минерального сырья.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Выявлены критерии и условия сохранения прочностных свойств кри-сталлосырья в гнездах (турмалина, пьезокварца) и уточнены закономерное I и влияния сейсмовзрывных волн на продуктивную кристаллоиосную зону.

2. Дано обоснование и пути реализации принципов и методов снижения интенсивности негативного воздействия взрывных работ на кристаллосырье (защита расстоянием; экранирование действия взрыва предварительным щеле-образованием; контурное взрывание).

3. Установлены аналитические зависимости изменения безопасного расстояния от зарядов ВВ до продуктивной зоны, а также зависимость снижения напряжения во фронте падающей волны деформаций на экранирующей щели от физико-технических свойств пород и детонационных характеристик ВВ.

4. Применительно к горно-геологическим условиям разработки месторождения цветною турмалина разработана кристаллосберегающая технология его добычи на основе учета геологической зональности приконтактных вмещающих пород, использования щадящих параметров БВР при вскрытии продуктивных зон и их последующей отработки с использованием невзрывных методов отбойки.

5. Обоснована и разработана комбинированная минералосберегающая технология отбойки чароита.

Личный вклад соискателя заключается в:

- физическом и математическом обосновании обосновании кристаллос-берегающих технологий для добычи цветного турмалина и пьезокварца;

- проведении экспериментальном исследовании щадящих технологий БВР для вскрытия кристаллоносных продуктивных зон на Малханском месторождении цветного турмалина;

Прак1Ичсское значение работы заключается в:

- обосновании эффективных методов защиты кристаллическою минерального сырья от действия взрыва на стадии вскрытия продуктивной зоны;

- разработке минералосберегающей невзрывной отбойки чароита.

Реализация работы.

1Ы».

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения», г. Чита, 2005 г.; V научной конференции Горного института, г. Чита, 2004 г.; Международной научно-практической конференции в области экологи и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна 2006», г. Комсомольск-на-Амуре, 2006 г.; IX Международной молодежной научно-практической конференции, г. Чита, 2005 г.; расширенном семинаре кафедр

Подземная разработка МГ1И», «Открытые горные работы» и «Безопасность жизнедеятельности» ЧитГУ, 2007 г.

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 14 работах, втом числе 13 статьях и Отраслевых методических рекомендациях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и содержит 153 страниц машинописною текста, 55 рисунков, 19 таблиц и 4 приложения о внедрении результатов диссертационной работы в производство и расчете ожидаемою экономического эффекта.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Найданов, Кирилл Цырен-Дашиевич

Вывод

Опшмальная кусковатость жильного кварца может бьпь обеспечена использованием оптимальных конструкций шпуровых зарядов ВВ с применением щадящей оболочки и воздушных промежутков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная горнотехническая задача по повышению эффективности разработки месторождений ценного камнесамоцветного минерального сырья на основе оптимального комплексирования щадящих буровзрывных способов отбойки с невзрывными методами разрушения горного массива. Основные научно-практические результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

1. Выявлены основные факторы, влияющие на сохранность ювелирного кристаллосырья на стадии вскрытия продуктивных зон с использованием буровзрывных работ.

2. Дано обоснование принципов и методов снижения воздействия взрывных работ на кристаллическое минеральное сырье. Установлено, что при добыче ювелирного кристаллосырья (турмалина) в крепких вмещающих породах целесообразно применять экраны в виде щелевых полостей, а при увеличенных размерах охраняемых продуктивных зон - защитный слой разрыхленной породы.

3. Установлены аналитические зависимости изменения безопасного расстояния от зарядов ВВ до продуктивной зоны, а также зависимость по снижению напряжения во фронте падающей волны деформаций на экранирующей щели от физико-технических свойств пород и детонационных характеристик ВВ.

4. Обоснована и разработана и внедрена кристаллосберегающая технология добычи цветного турмалина на основе рационального комплексирования щадящих буровзрывных технологий на стадии вскрышных работ и невзрывных технологий отбойки продуктивных горных пород на стадии очистных работ и оптимальных параметров.

6. Разработана щадящая технология отбойки жильного кварца с обеспечением его кондиционной кусковатости.

7. Разработаны отраслевые методические рекомендации по совершенствованию технологии и повышению безопасности горных работ при разрабогке месторождений облицовочного и поделочного камня.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Найданов, Кирилл Цырен-Дашиевич, Чита

1. Карасев Ю.Г. Природный камень. Добыча блочного и стенового камня / Ю.Г. Карасев, Н.Т. Бакка. - СПб., 1997.-428 с.

2. Карасев Ю.Г. Процессы и технология открытых горных работ на карьерах стенового и блочного камня / Ю.Г. Карасев. -М.: МГИ, 1982. 72 с.

3. Карасев Ю.Г. Совершенствование технологии горных работ на карьерах облицовочного камня высокой прочности // Горный журнал. 1994. -№2.-С. 54-57.

4. Карасев Ю.Г. Технология горных работ на карьерах облицовочного камня / Ю.Г. Карасев. М.: Недра, 1995. - 198 с.

5. Карасев Ю.Г., Конкин В.В. Выбор направления развития горных работ на карьерах природного камня // Строительные материалы. 1989. - № 2.

6. Бакка Н.Т. Обоснование межшпуровых расстояний при контурном взрывании / Н.Т. Бакка // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1986. - Вып. 3. - С. 4-9.

7. Бакка Н.Т. Влияние взрывного способа отбойки блоков природного камня на его свойства / Н.Т. Бакка // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1986.-Вып. 6.-С. 5-10.

8. Бакка Н.Т. Обоснование конструкции заряда при отделении грани шых блоков от массива / Н.Т. Бакка // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1986.-Вып. 11.

9. Бакка Н.Т. Особенности добычи блоков камня с помощью НРС / Н.Т. Бакка, B.C. Редчиц// Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1991. - Вып. 1.

10. Бакка Н.Т. Повышение безопасности работ при отделении монолитов камня взрывами пороховых зарядов / Н.Т. Бакка, B.C. Редчиц // Экспрессинформация. Серия Промышленность нерудных неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1990. - Вып. 4.

11. Рекомендации по применению невзрывчатых разрушающих средств (IIPC) для добычи блоков природного камня на карьерах / С.М. Артамонов и др. М.: МПСМ СССР, 1986.

12. Давтян К.Д. Алмазно-режущие элементы канатных пил / К.Д. Дав-тян, Е.А. Буленов, М.М. Хачатрян // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1986. -Вып. 8.

13. Гайдуков Э.Э. Гидроклиновые устройства для разработки горных пород и пути их усовершенствования / Э.Э. Гайдуков // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1985.-Вып. 1.

14. Николаев М.М. Применение невзрывчатого разрушающего средства при отрицательных температурах / М.М. Николаев, Л.В. Калашников // Экспресс-информация. Серия Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1986. - Вып. 2.

15. Першин Г.Д. Повышение эффективности работы канатно-алмазных пил при добыче природного камня // Горный журнал. 1994. - № 8. - С.29-33.

16. Дьяков A.A. Технологические основы и технические средства отделения блоков природного камня // Разведка и охрана недр. 1993. - № 6.

17. Громов Ю.В. Создание технических средств и разработка технологии буровзрывного разрушения прочных горных работ / Ю.В. Громов, М.В. Павловский // Сборник 70 лет ВНИМИ. СПб, 2004. - С. 489-492.

18. Цыганков Д.А. Безопасная технология подготовки облицовочного мрамора // Безопасность труда в промышленности. 2004. - С. 37-38.

19. Кю Н.Г. Направленное разрушение пластичным веществом / Н.Г. Кю, Д.А. Цьн анков // Изв. Вузов. Строительство. 2003. - № 3.

20. Пат. 2131032 Российская Федерация. Способ разрушения горных пород / Кю Н.Г., Чернов О.И. опубл. 27.05.1999. Бюл. № 15.

21. Ханукаев А.И. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом / А.И. Ханукаев. М.: Недра, 1974. - 224 с.

22. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах / B.11. Мосинец. М.: Недра, 1976. - 190 с.

23. Кутузов Б.Н. Взрывные работы / Б.Н. Кутузов. М.: Недра, 1980.

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

25. Демидюк Г.П. Эффективность взрыва при проведении выработок / Г.П. Демидюк, В.Ф. Ведутин. М.: Недра, 1973.

26. Барон Л.И. Нарушение пород при контурном взрывании / Л.И. Барон, H.A. Турчанжнов, A.B. Ключников. Л.: Наука, 1975.-339 с.

27. Кузнецов Г.В. Контурное взрывание на открытых горных работах / Г.В. Кузнецов, В.П. Улыбин. М.: Цветметинформация, 1968. - 49 с.

28. Рейнхард Дж. Действие волн напряжения в трных породах / Дж. Рейнхард.

29. Кук H.A. Наука о промышленных взрывчатых веществах / И.А. Кук. М.: Недра, 1960.

30. Батсуурейн Лайхансурен Исследование процесса разрушения трещиноватого массива с целью совершенствования взрывных работ на карьерах МНР: автореф. Дисс. к-татехн. наук. Л., 1979.

31. Ржевский В.В. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве / В.В. Ржевский, B.C. Ямщиков. М.: Наука, 1973. -224 с.

32. Граур М.И. Управление процессом разрушение пород при контурном взрывании с целью получения устойчивых откосов уступов на карьерах: автореф. Дисс. . к-та техн. наук. М., 1982.

33. Граур М.И. Оценка экранирующего эффекта отрезной щели при производстве взрывных работ в приконтурной зоне на карьерах // Изв. Вузов. Горный журнал. 1979. - С. 36-42.

34. Сектор физико-технических проблем. Методические указания по оценке механического состояния массива с помощью упругих волн. М.: АН СССР ИФЗ, 1976.-59 с.

35. Бронников Д.М. Влияние экранирующей щели на взрывное действие в твердой породе / Д.М. Бронников, A.A. Спивак // ФТП РПИ, 1981. № 3.

36. Азаркович А.Е. Взрывные работы вблизи охранный объектов / А.Е. Азаркович, М.И. Шуйфер, А.П. Тихомиров.-М.: Недра, 1984.-213 с.

37. Глатоленков А.И. Взрывная подготовка горной массы на нерудных карьерах / А.И. Глатоленков, В.И. Горкунов, B.C. Завалишин. Алма-Ата, 1989.-120 с.

38. Жариков И.Ф. Повышение эффективности и дробления горных пород взрывом / И.Ф. Жариков. Интенсификация технологических процессов добычи угля открытым способом. Сборник. Научные сообщения. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1984. - Вып. 226. - С. 9-17.

39. Яшкин А.З. Контурное взрывание в горном деле и перспективы применения его на горно-разведочных работах / А.З. Яшкин. М.: УЗС, 1989.

40. Бротанек И. Контурное взрывание в горном деле и строительстве: пер. с чешек. / И. Бротанек, И. Вода. М.: Недра, 1983. - 144 с.

41. Волох A.C. Основы управления действием взрыва с помощью экранирования / A.C. Волох. М.: Наука, 1988. - 224 с.

42. Петросян М.И. Разрушение горных пород взрывной отбойкой / М.И. Петросян.-М.: Недра, 1991.- 143 с.

43. Ударные волны в твердых телах и механика горных пород / Р.В. Клей и др.. -М.: Госгортехиздат, 1962. С. 410-441.

44. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород / Г.Г. Каркашадзе. М.: Изд-во МГГУ, 2004. - 222 с.

45. Боровиков В.А. Моделирование действие взрыва при разрушении i орных пород / В.А. Боровиков, И.Ф. Ванягин. М.: 11едра, 1990. - 231 с.

46. Броек Д. Основы механики разрушения: пер. с англ. / Д. Броек. -М.: Высш. шк., 1980.-368 с.

47. Либовиц Г. Разрушение. Математические основы теории разрушения: пер. с англ. / Г. Либовиц. М.: Мир, 1975. - т. 2. - 757 с.

48. Ржевский В.В. Основы физики горных пород / В.В. Ржевский, Г.Я. Новик. М.: Недра, 1984. - 4-е изд. - 359 с.

49. Сагомонян А.Я. Волны напряжений в сплошных средах / А.Я. Сагомонян. М.: Изд-во МГУ, 1985.-416 с.

50. Барон Л.И. Контурное взрывание при проходке выработок / Л.И. Барон, A.B. Ключников. Л.: Наука, 1967.

51. Фещенко A.A. Контурное взрывание на строительстве Красноярской ГЭС / A.A. Фещенко // Взрывное дело 61/18. М.: Недра, 1966. - С. 21-34.

52. Фаддеев A.B. Дробящее и сейсмическое действие взрывов на карьерах / A.B. Фаддеев. М.: Недра, 1972.

53. Исследование влияния формы шпура на эффективность взрывания шпуровых зарядов / Н.Г. Дубинин и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. М., 1974.-№ 6.-С. 104-105.

54. Блохин В.А. Добыча блочною камня буровзрывным способом // Сфоигельные материалы. 1977. -№ 6. - С. 10-11.

55. Кутузов Б.Н. Выбор рациональных параметров контурной отбойки при разработке скальной вскрыши на карьерах облицовочного камня / Б.Н. Кутузов, Е.И. Шифрин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1977. -№ 6. - С. 56-62.

56. Миндели Е.О. Разрушение горных пород / Е.О. Миндели. М.: Недра, 1974.

57. Сенцов П.И. К вопросу влияния трещин на напряженное состояние законтурного массива горной выработки // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1976.-№3.-С. 122-125.

58. Шашурин С.Л., Плакса Н.Б. К вопросу снижения сейсмики взрывов экранирующими плоскостями / С.Л. Шашурин, Н.Б. Плакса // Взрывное дело 69/26. М.: Недра, 1970. - С. 111-119.

59. Баум Ф. А. Физика взрыва / Ф.А. Баум, К.П. Станюкович, Б.Н. Шехтер. М.: Физматгиз, 1959. - 770 с.

60. Мельников Н. В. Энергия взрыва и конструкция заряда / Н.В. Мельников, Л.Н. Марченко. М.: Недра, 1964. - 66 с.

61. Суханов А.Ф. Разрушение горных пород / А.Ф. Суханов, Б.Н. Ку-1узов. М.: Недра, 1967. - 340 с.

62. Партон В.З. Механика разрушения: от теории к практике / В.З. 11артон. М.: Наука, 1990. - 238 с.

63. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород / Ю.И. Протасов. М.: Изд-во МГГУ, 1995.-450 с.

64. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин / М.Р. Мавлютов.-М.: Недра, 1978.-215 с.

65. Косолапое А.И. Технология добычи облицовочного камня / А.И. Косолапов. Красноярск: Изд-во КГУ, 1990. - 192 с.

66. Волуев Н.В. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня / Н.В. Волуев, Ю.И. Сычев, В.Р. Ткач. М.: Недра, 1994. -192 с.

67. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом ГГБ 03-498-02. М.: ГУП Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2003.

68. Единые правила безопасности при взрывных работах ПБ 13-40701. М.: ГУП Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2002.

69. Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва / Ю. С. Яковлев. М.: Суднромгиз, 1961.-260 с.

70. Ляхов Г. М. Основы динамики взрывных волн в грунтах и горных породах / Г. М Ляхов. М.: Недра, 1974. - 195 с.

71. Станюкович К. П. Неустановившееся движение сплошной среды / К. П. Станюкович.-М.: Наука, 1971.-854 с.

72. Дейвис Р. М. Волны напряжений в твердых телах / Р. М. Дейвис. -М.: Изд-во иностр. лит., 1971.-207 с.

73. Гольденблат И. И. Современные проблемы колебаний и устойчивости инженерных сооружений / И. И. Гольденблат. М.: Стройиздат, 1970.

74. Горелик Г. С. Колебания и волны / Г. С. Горелик. М.: Физматгиз, 1979.-220 с.

75. Власов О. Е. Основы теории действия взрыва / О. Е Власов. М.: Физматгиз, 1967. - 205 с.

76. Мельников Н. В. Энергия взрыва и конструкция заряда / Н. В. Мельников, Л. Н. Марченко. М.: Недра, 1964. - 66 с.

77. Алексеенко В. Д. Экспериментальное исследование распределения энергии при контактном взрыве / В. Д. Алексеенко // Физика горения и взрыва. М.: Физматгиз, 1979. - № 4. - С. 164-172.

78. Ассонов В. А. Взрывные работы / В.А. Ассонов. М.: Углетехиз-да1, 1958.-230 с.

79. Беляев Е. В. Теория породного массива / Е.В. Беляев. М.: Наука, 1987.-240 с.

80. Баранов В. Г. Экранирование энергии волн напряжений / Е.Г. Баранов, B.I I. Моеинец // Труды V сее. Ученого совета по народнохозяйственному использованию взрыва. Фрунзе: Илим, 1965. -№ 1. - С. 28-36.

81. Савельев Ю.Я. Взаимодействие взрывных волн с экранирующими прослойками / Ю.Я. Савельев, Н.А. Штейнбах. Фрунзе: Илим, 1970. - 120 с.

82. Цейтлин Я.И. Зона разрушенной породы в граните как экран для сейсмовзрывных волн / Я.И. Цейтлин, Н.И. Смолий, В.И. Тихановский // Взрывное дело. М.: Недра, 1970. -№ 69/26. - С. 26-34.

83. Воронов Е.Т. Совершенствование технологии и повышение безопасное ш работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного самоцветного минерального сырья Методические рекомендации / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Чита: ЗабНИИ, 2003. С. 23.

84. Воронов Е.Т. Щадящая геотехнология горнодобычных работ при разработке Малханского месторождения цветного турмалина / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Материалы V научной конференции горного института ЧитГУ, 2004.-С. 158-161.

85. Воронов Е.Т. Технологические особенности открытой разработки месторождения ювелирного хромдиопсида «Инагли» / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Материалы V научной конференции горного института ЧитГУ, 2004. -С.232-235.

86. Воронов Е.Т. Безопасная технология подземной отработки крупных кристаллосодержащих гнезд на месторождении горного хрусталя «Перекатное» / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Материалы V научной конференции горного института ЧитГУ, 2004. С. 78-81.

87. Пайданов К.Ц. Щадящие геотехнологии при открытой разработке камнесамоцветного минерального сырья / К.Ц. Найданов // Материалы IX международной молодежной научно-практической конференции. Ч. 2. - Чита: ЗабИЖТ, 2005.-С. 164-166.

88. Найданов К.Ц. Буроклиновая технология отбойки камнесамоцветного сырья / К.Ц. Найданов // Материалы V всероссийской научно практической конференции «Кулагинские чтения». - Ч. 1. - Чита: ЧитГУ, 2005. - С. 49-50.

89. Найданов К.Ц. Специфические особенности открытой разработки месторождений блочного камня / К.Ц. Найданов // Материалы V всероссийской научно практической конференции «Кулагинские чтения». - Ч. 1. - Чита: ЧитГУ, 2005.-С. 51-54.

90. Воронов Е.Т. Кристаллосберегающая технология разработки Малхан-ского месторождения цветного турмалина / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Вестник МАНЭБ т. 11. № 5. - Санкт-Петербург, 2006. - С. 153-156.

91. Воронов Е.Т. Ресурсосберегающая технология отбойки чароита / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов // Вестник МАНЭБ. т. 11. - № 5. - Санкт-Петербург, 2006.-С. 148-152.

92. Воронов Е.Т. Изыскание оптимальных щадящих технолоый отбойки жильного кварца / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найданов, И.А. Бондарь // Вестник Чит. г ос. ун-та. Чита, 2006. - Вып. 40. - С. 24-28.

93. Воронов Е.Т. Безопасная технология подземных очистных работ на месторождении горного хрусталя «Перекатное» / Е.Т. Воронов, К.Ц. Найда-нов, И.А. Бондарь // Изв. Вузов. Горный журнал. Екатеринбург: УГГУ, 2006. - № 6. - С. 78-84.

94. Тюпин В.Н. Методика расчета параметров БВР при поэтажно-камерной системе разработки / В.Н. Тюпин // Технический прогресс в атомной промышленности. Сер.: ГМП, 1989. - Вып. 1. - С. 3-5.

95. Тюпин В.Н. Классификация горных пород по взрываемости с учетом трещиноватости / В.Н. Тюпин // Технический прогресс в атомной промышленности. Сер.: ГМП, 1989. - Вып. 1. - С. 3-7.

96. Кутузов Б.Н. Определение размеров зон деформирования трещиноватого массива взрывом заряда ВВ / Б.Н. Кутузов, В.Н. Тюпин // Изв. Вузов. Горный журнал. М., 1983. - №4. - С. 53-59.

97. Тюпин В.Н. Определение безопасных расстояний при ведении взрывных работ вблизи искусственных и естественных полостей в трещиноватых массивах горных пород / В.Н. Тюпин // Вестник ЧитГУ. Чита: ЧитГУ, 2004.-№36.-С. 121-129.

98. Тюпин В.Н. Повышение эффективности геотехнологии с использованием энергии взрыва при деформировании трещиноватых напряженных массивах горных пород: дисс. д-ра техн. наук. М.: ВНИПИПТ, 2002. - 267 с.

99. Закры roe акционерное общество «Турмалхан»

100. Россия 670035, с. Б Речка, п/о Черемхоио, Красночикойский район, Читинская область

101. Экономический эффект от внедрения составил 0,6 млн. руб.1. Актименно:

102. МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ123812, ГСП, г. Москва, Большая Грузинская ул, 416 Тел 254-76-33ь! 2{-з£/¿¿орт 10. ¡а.юоъ г.1. На № 324 от 01 09 2003 г

103. Директору ЗабНИИ Саитову Ю.Г.

104. О согласовании отраслевых методических рекомендаций

105. Управление рассмотрело и согласовывает методические рекомендации «Совершенствование технологии и повышение безопасности работ при разработке месторождений облицовочного и поделочного самоцветного минерального сырья».

106. Рекомендуем издать вышеупомянутые рекомендации и направить их в заинтересованные организации для практического использования.

107. Исследование щадящих технологий разработки месторождений ювелирного и поделочного самоцветного сырья (на примере месторождений Восточной Сибири)»

108. Экономический эффект от внедрения составил 0,6 млн. руб.

109. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения

110. Технико-экономические «Востоккварсамоцветы» ЗАО «Турмалхан»показатели Добыча Цена, т. руб. Прибыль, млн руб. Добыча Цена, т. руб. Прибыль, млн руб.

111. До внедрения щадящих технологий1. Добыча турмалина: | а) ограночный, кг/год - - 2 500 1б) кобашонный, кг/год - - 100 8 0,8в) коллекционный, руб./год - - - - 1,4

112. Годовая прибыль: - - - - 3,21. Добыча чароита: сорт «экстра», т/год 10 1 200 12 - сорт 1, т/год 20 600 12 - сорт II, т/год 20 200 4 - 1. Годовая прибыль: - 28 - -

113. После внедрения щадящих технологий1. Добыча турмалина: I а) ограночный, кг/год I 4 500 2б) кобашонный, кг/год - - 150 8 1,2в) коллекционный, руб./год | - - - 1,9

114. Годовая прибыль: | - - - 5,11. Добыча чароита: | сорт «экстра», т/год 15 1200 18 - сорт 1, т/год 30 600 18 - сорт II, т/год 10 200 1 - 1. Годовая прибыль: | 37 -

115. Ожидаемый экономический эффект 9,0 1,9

Информация о работе

Найданов, Кирилл Цырен-Дашиевич
кандидата технических наук
Чита, 2007
ВАК 25.00.22

Диссертация

Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы