Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Сейсмическое и акустическое действие массовых взрывов с использованием эмульсионных взрывчатых веществ на железорудных карьерах КМА

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Перепелицын, Александр Иванович

Введение.

1. Взрывные работы и их особенности на месторождениях Курской магнитной аномалии.

1.1. Общая характеристика Михайловского месторождения.

1.2. Краткая геологическая и гидрогеологическая характеристика Михайловского месторождения железистых кварцитов.

1.3. Особенности взрывных работ.

2. Сейсмическое действие эмульсионных ВВ.

2.1. Методика регистрации сейсмовзрывных волн.

2.2. Сейсмовзрывные волны при массовых взрывах эмульсионных ВВ.

2.3. Зависимость амплитуды сейсмовзрывных волн от расстояния и массы заряда.

2.4. Определение оптимального времени замедления при КВЗ и зависимости сейсмического действия эмульсионных ВВ от числа групп.

3. Акустические волны при массовых взрывах на карьерах.

3.1. Методика проведения исследований.

3.2. Параметры акустических волн.

3.3. Действие акустических волн на здания.

4. Концепция безопасности и эффективности взрывчатых материалов промышленного назначения.

4.1. Цели и задачи современной политики в области взрывного дела.

4.2. Эмульсионные ВВ как основа обеспечения эффективности и безопасности современных взрывных технологий.

4.3. Технология изготовления эмульсионных ВВ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмическое и акустическое действие массовых взрывов с использованием эмульсионных взрывчатых веществ на железорудных карьерах КМА"

Уровень экономического развития страны во многом определяется динамично развивающейся горнодобывающей отраслью промышленности. Наиболее высокими темпами ведется добыча и переработка железорудного сырья крупными горнодобывающими предприятиями Курской магнитной аномалии (КМА) - Лебединским, Михайловским, Стойленским ГОКами.

В настоящее время ведется строительство горнодобывающего предприятия на перспективном Яковлевском месторождении богатых железных руд КМА.

В результате ведения горных работ добыча и переработка минерального сырья сопряжена со значительными экологическими последствиями. Выполнение водозащитных мероприятий (отвода рек) и водопонижения в районах размещения рудников ведет к образованию обширных депрессионных воронок, резко изменяющих гидрогеологический режим региона. Для складирования вскрышных пород и отвальных хвостов изымаются большие территории, в том числе плодородных земель Центрального Черноземья. Отвалы рыхлых пород вскрыши и особенно сухие пляжи хвостохранилшц являются источниками пылеобразования.

В условиях крупномасштабного освоения недр взрывные работы являются важнейшим процессом, определяющим эффективность всех последующих операций горнообогатительного производства, поэтому все большее значение приобретает качество подготовки горной массы, вопросы обеспечения промышленной безопасности при ведении работ и охраны окружающей среды.

Использование в технологии буровзрывных работ (БВР) массовых взрывов увеличивает экологическую нагрузку на окружающую среду залповым выделением в атмосферу газообразных продуктов взрыва промышленных взрывчатых веществ (ВВ) и пыли от разрушаемых горных пород. Сейсмика массовых взрывов - это и сейсмическое воздействие на инфраструктуру предприятий и застройку регионов, но также и сейсмическая нагрузка на геофизическую среду, приводящая к накоплению необратимых деформаций в среде, вызывающая образование оползней и обрушение склонов, влияющая на гидрорежим региона. Массовые взрывы - это генератор акустических волн, воздействующих на застройку региона и вызывающих чувство определенного дискомфорта у населения.

Уже сегодня мировое сообщество вынуждено решать глобальную проблему освоения минерального сырья таким образом, чтобы, с одной стороны, можно было развивать промышленное производство, а с другой - не нарушать равновесие в природе, ибо ведение крупномасштабных взрывов в карьерах оказывает пагубное влияние на окружающую среду пылегазовыми выбросами, ударными воздушными и сейсмическими волнами. Поэтому применение более безопасных промышленных ВВ и разработка оптимальных параметров ведения взрывных работ весьма актуальны сегодня и в будущем.

Цель работы - разработка основных путей повышения безопасности и эффективности взрывных работ при одновременном уменьшении экологической нагрузки на окружающую среду и снижении сейсмического и акустического воздействия на инфраструктуру предприятий и жилую застройку.

Идея работы заключается в использовании закономерностей излучения и распространения сейсмических и акустических волн при массовых взрывах для обеспечения безопасного применения эмульсионных ВВ при ведении взрывных работ на карьерах.

Задачи исследований :

1. Определение сейсмического эффекта массовых взрывов эмульсионных ВВ типа гранэмит.

2. Определение параметров акустических волн, генерируемых при массовых взрывах на карьерах.

3. Оценка воздействия акустических волн на инфраструктуру предприятий и застройку региона.

4. Разработка основных положений концепции безопасности и эффективности применения промышленных ВВ.

Методы исследований : анализ литературных и патентных источников; анализ состояния безопасности при ведении взрывных работ штатными взрывчатыми материалами (ВМ) и приготавливаемыми в местах производства взрывных работ; сейсмометрия взрывных волн и колебаний сооружений; акустическая методика исследования воздушных волн; видеосъемка с последующей обработкой на компьютере; численные эксперименты на ЭВМ.

Защищаемые положения :

1. Амплитуды сейсмовзрывных волн при массовых взрывах на карьерах определяются эпицентральным расстоянием, приведенным по корню кубическому из массы заряда в группе (одновременно взрываемый заряд).

2. Амплитуды акустических волн при массовых взрывах определяются эпицентральным расстоянием, приведенным по корню кубическому из массы заряда в блоке.

3. Интенсивность воздействия акустических волн на сооружения зависит от их высоты. Акустические воздействия на жилую многоэтажную застройку могут превышать сейсмическое действие массовых взрывов.

4. Экологическая нагрузка на регион по газовой вредности при массовых взрывах эмульсионных ВВ ниже, чем тротилсодержащих.

5. Способы регулирования параметров эффективности эмульсионных ВВ нового поколения (гранэмит) с учетом горно-геологических условий при проведении массовых взрывов в карьерах.

6. Концепция безопасности и эффективности применения промышленных ВВ.

Научная новизна работы :

1. Получена зависимость амплитуды сейсмовзрывной волны от эпицентрального расстояния и массы ВВ в группе при массовых взрывах на карьерах КМА, рекомендуемая для расчета сейсмобезопасных расстояний при проектировании взрывных работ.

2. Исследован сейсмический эффект массовых взрывов эмульсионных ВВ при натурных взрывах на Михайловском ГОКе.

3. Выполнен численный анализ зависимости сейсмического эффекта массового взрыва от времени замедления и числа групп в блоке для эмульсионных ВВ.

4. Получена зависимость параметров акустических волн от эпицентрального расстояния и массы ВВ в блоке при массовых взрывах на карьерах.

5. Установлено, что акустические волны от массовых взрывов на карьерах возбуждают колебания многоэтажных зданий более интенсивные, чем сейсмовзрывные волны.

6. Предложена оптимизация микроструктуры матричной эмульсии для приготовления рецептур нового поколения эмульсионных ВВ с регулируемыми параметрами эффективного разрушения пород в различных горно-геологических условиях.

7. Разработана концепции безопасности и эффективности применения промышленных ВМ, обоснованы основные критерии реализации такой концепции. 6

Практическая ценность работы:

1. Результаты исследования сейсмического и акустического действия массовых взрывов могут быть использованы при проектировании взрывных работ с целью уменьшения сейсмических и акустических нагрузок на охраняемые сооружения предприятия и застройку региона.

2. Существенно снижен объем вредных выбросов газообразных продуктов массовых взрывов при использовании эмульсионных ВВ.

3. На основании выполненных исследований предложены основные положения нормативных документов Госгортехнадзора России по обеспечению безопасного производства взрывных работ на карьерах, в том числе при применении эмульсионных ВВ.

Создание эффективных, экологически чистых и безопасных технологий и условий ведения взрывных работ имеет как социальное, так и технико-экономическое значение. При этом приоритетным направлением является создание и применение на горных предприятиях наиболее безопасных ВВ (на основе невзрывоопасных компонентов, приобретающих взрывные свойства непосредственно в местах применения).

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались на Всероссийской конференции "О состоянии взрывного дела в Российской Федерации" (Москва, 28-30 мая 2002 г.) и на III Международной научной конференции "Физические проблемы в разрушении горных пород" (г. Абаза, 9-14 сентября 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 138 стр. текста, в т.ч. 64 рисунков, 9 таблиц, приложения и списка литературы из 64 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Перепелицын, Александр Иванович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены новые результаты по сейсмическому и акустическому действию взрывов эмульсионных ВВ и решена важная народнохозяйственная проблема использования гранэмитов при массовых взрывах. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. На основании натурных исследований определен сейсмический эффект и параметры акустических волн при массовых взрывах гранэмитов.

2. Исследовано воздействие акустических волн на инфраструктуру предприятий и застройку региона. Показано, что интенсивность (воздействия акустических волн на многоэтажные сооружения может превышать интенсивность воздействия сейсмовзрывных волн.

3. Получено оптимальное (по сейсмическому эффекту) замедление для КЗВ гранэмитов.

4. На основании исследований сейсмики и акустики массовых взрывов даны предложения ОАО "Михайловский ГОК" по проектированию безопасных для сооружений предприятия и застройки региона параметров взрывных работ.

5. Разработана Концепция безопасного и эффективного применения промышленных взрывчатых материалов в России и установлены основные направления ее реализации.

6. В соответствии с этой Концепцией на МГОКе разработаны новая технология и оборудование для производства эмульсионных ВВ (гранэмитов).

7. Экономический эффект от внедрения гранэмитов на МГОКе в 2002 г. составил 110 млн. руб. (Акт внедрения от 12.03.03 г.).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Перепелицын, Александр Иванович, Москва

1. А. А. Илларионов, Взрывное дело, №19/31, "Недра", Москва, 1965 г.

2. Справочник (Кадастр) физических свойств горных пород. Москва, "Недра" 1975г.

3. А.И.Субботин, А.И.Перепелицын "Концепция повышения безопасности и эффективности взрывчатых материалов промышленного назначения". Сб. докладов конференции МГГУ, 2002.

4. А.С.Державец, В.В.Адушкин, Н.И.Работинский «Состояние и обоснование перспектив и оптимальных объемов использования ВВ в Российской Федерации»

5. Скоробогатов В.М., Кукиб Б.Н., Поздняков З.Г., Викторов С.Д. «Совершенствование ассортимента промышленных ВВ в зарубежных странах», Взрывное дело, № 87/44,1985.

6. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. «Промышленные взрывчатые вещества». М. Недра, 1988.

7. Ханукаев А.Н., Бахумиев Р.И. «Применение водосодержащих ВВ на открытых горных работах» Горный журнал, № 9. 1990.

8. Ханукаев А. Н. "Новые водосодержащие взрывчатые вещества" Безопасность труда в промышленности 1994 N4 С 32-35.

9. Державец А,С. «О возможных причинах взрыва на Лебединском ГОКе» Сб. докладов II Международной конференции по буровзрывным работам, Москва. 1994.

10. Кутузов Б.Н. «Перспектива совершенствования ассортимента промышленных ВВ для карьеров» Горный журнал, М., 1994.

11. Ханукаев А.Н. «Новые водосодержащие взрывчатые вещества» Безопасность труда в промышленности, № 4,1994.

12. Дресвянников П. «Опыт производства и применения простейших гранулированных и эмульсионных ВВ в АО «Ураласбест» Горный журнал, № 11 -12,1995.

13. Тимошин И.В. «Опыт применения простейших взрывчатых смесей и к технология заряжания скважин с использованием полиэтиленовых рукавов» Сборник докладов II Международной конференции по открытым горным работам. М. 1996.

14. Прокопенко В.С, Тимошин И.В., Зыков А.В. «Развитие технологии изготовления ВВ на местах потребления и технических средств заряжания в рукава при освоении энергии взрыва» Сборник докладов III Международной конференции по буровзрывным работам». М., 1997.

15. Феодоритов М.И., Державец А.С. «Вопросы безопасности и эффективности при испытании и применении взрывчатых составов, изготовляемых на местах ведения взрывных работ». IV Всероссийское совещание по взрывным работам г. Междуреченск, 1997.

16. Державец А.С. «Основные тенденции в разработках промышленных взрывчатых материалов в России» Сб. докладов на VI Всероссийском совещании по взрывным работам, г. Междуреченск, 1997.

17. Вяткин Н.Л,, Почекутов В.И. «Исследование и разработка метода повышения безопасности использования акватолов для взрывной отбойки сульфидсодержащих руд и пород» Взрывное дело, № 91/48,1998.

18. Горбонос М.Г. "Опыт применения простейших ВВ типа ANFO на карьерах Канады" Взрывное дело 1998 N 91/48 0.118-127.

19. Корнеева Л.В., Кутузов Б.Н., Работинский Н.И., Совнин В.А. "Современные промышленные взрывчатые вещества в России и за рубежом" Горный журнал, 1995, N 7 с.45-49.

20. Викторов С.Д., Казаков Н.Н. "Приготовление и использование простейших и эмульсионных взрывчатых смесей" В/д 91/48-98 с. 154-158.

21. Подозерский Д.С., Месяц С.П. "Исследование влияние плотности водосодержащих ВВ на их детонационную способность" Взрывное дело N91/48 1998 с. 52-56.

22. Державец А. С. «Повышение технической и экологической безопасности взрывных работ с использованием горячельющихся взрывчатых составов» Сб. докладов на rv Международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада РФ», г. Санкт-Петербург, 1999 г.

23. Добрынин А. А. «Новые ВВ и материалы за рубежом» Горный журнал; № 19, 1999.

24. Подозерский Д. С., Едигаров С. А. «Перспективы совершен-ствования составов водосодержащих взрывчатых веществ» Взрывное дело, № 92/49, 1999.

25. Работинский Н.И., Соснин В.А. "Состояние и перспектива развития непредохранительных взрывчатых веществ" IV Международная конференция по буровзрывным работам М. 1999 Сб. докладов о 144-146.

26. Тимошин И.В. "Повышение эффективности ведения взрывных работ на разрезах Южного Кузбасса" Горное дело 2000 с. 486-494.

27. Почекутов В.И., Шаповал B.C. "Разработка новых составов и методов получения взрывчатых веществ на основе нитрата аммония"

28. Канонов А. П., Галимулин А. Г., Шех Н.А. "Опыт применения эмульсионного порэмита на разрезах центрального Кузбасса" ЦНИЭИ уголь 1991 38 с.

29. Соснин В. А. «Состояние и перспективы производства взрывчатых веществ" Горный журнал 1995 № 9 С 53-55.

30. Работинский Н.И., Сахинов Р.Х., Соснин В.А. "Новые экологически безопасные и эффективные ВВ в России и за рубежом" Горный журнал 1996 № 11-12 С 46-49.

31. Одинцов В.В., Пепекин В.И., Кутузов Б.Н. "Оценка параметров детонации нового класса эмульсионных ВВ" Химическая физика 1597 т. 13 №12 с. 131-140 Конверсия № 4 1996г. с. 29-32.

32. Эмульсионные взрывчатые вещества, изготовляемые фирмой АО "Вихтавуори» III Международная конференция по буровзрывным работам М 1997.

33. Артемова Т.Р. "Модульная технология производства эмульсионных взрывчатых веществ" III Международная конференция по буровзрывным работам М. 1997 г. Сб. докладов с.91-94.

34. Соснин В.А., Сахипов Р.Х., Работинский Н.И. "Эмульсионные ВВ рецептура, технология и опыт работы производств ЭВВ в России" VI Всероссийское совещание по взрывным работам М. 1997.

35. Соснин В.А., Смирнов С.П., Сахипов Р.Х. "Оценка работоспособности и полноты взрывчатого превращения эмульсионных промышленных взрывчатых составов" Физика горения и взрыва 1998 т.34 № 5 с.118-121.

36. Соснин В.А. "Внедрение эмульсионных промышленных взрывчатых веществ в России" Международная конференция по открытым и подземным горным работам. М.1998 Сб. докладов с. 105-107.

37. Андреев А.С., Дресвянников А.П. "Результаты приёмочных испытаний гранэмита марки И-50 в условиях карьеров ОАО "Ураласбеста» Изв. ВУЗ Гж 1999 № 9-10 с.22-27.

38. Натаров О.В., Тимофеев М.В. "Опыт производства и применения эмульсионного ВВ "порэмит" в ОАО "Апатит" Гж 2000 № 2 с 44-45.

39. Горшколепов Г.М., Нечепоренко В.И., Щербинин В.Ф. "Отбойка горных пород в карьере ОАО "Лебединский ГОК" с использованием эмульсионных взрывчатых веществ типа «Тован» ВТ в пром. 2000 № 5с. 34-35.

40. Белов В.И., Матренин В.А., Макаров А.Ф., Билибин В.В. «Применение смесевого эмульсионного ВВ» БТ в пром. 2001 № 3 с. 14-16.

41. Е.В.Колганов, В.А.Соснин «Концепция разработки безопасных и экологически чистых промышленных взрывчатых веществ», Горный журнал, 12, 2001.

42. А.И.Перепелицын, Е.В.Колганов, В.А. Соснин, Г.Г.Чумбуридзе, Б.Е.Комаров «Опыт создания установок по производству эмульсионных ВВ», Горный журнал, 12.2001.

43. Б.Н.Кутузов «Перспективы использования эмульсионных промышленных ВВ на горных предприятиях», Горный журнал, 12, 2001.

44. В.М.Олименко, В.И.Минеев «Комплекс по приготовлению компонентов эмульсионных взрывчатых веществ на «Михайловском ГОКе», Горный журнал, 12.2001.

45. В.А.Украинский «Экологическая эффективность плюс безопасность», Горный журнал, 12.2001.

46. Н.И.Гаврилов, А.И.Перепелицын, М.И.Феодоритов «Производство аммиачной селитры для взрывчатых веществ», Безопасность труда в промышленности 1.2003.

47. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ13 407 - 01), Москва, НТЦ "Промбезопасность", 2001 г.50. "Исследование сейсмобезопасных параметров массовых взрывов в карьере МГОКа", НИИКМА, (НИР 1.3 2 - Б - 605 - 81 - Р), г. Губкин.

48. Садовский М.А. Оценка сейсмически опасных зон и общие сведения о сейсмическом эффекте взрывов. Горный ж. 1941г.№ 5.

49. Цейтлин Я.И., Смолий Н.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. М. Недра. 1981г.

50. Исследование сейсмобезопасных параметров массовых взрывов в карьере МГОКа. Отчет НИИКМА. 1981г.

51. Богацкий В.Ф., Пергамент В.Х. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. М. Недра. 1978г.

52. Сафонов Л.В., Кузнецов Г.В. Сейсмический эффект взрыва скважинных зарядов. М. Наука. 1967г.

53. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М. Энергия. 1972г.135

54. Мосинец В.М. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.1. Недра. 1975г.

55. Сафонов JI.B., Шкреба О.П. Вероятностный метод оценки сейсмического эффекта промышленных взрывов. Наука, 1970.

56. В.Н. Костюченко, С.В. Кондратьев, Г.Г. ЬСочарян. О параметрах сейсмических волн при короткозамедленных взрывах. ФТПРПИ. 1982. № 1. Стр.33-41.

57. С.Б. Кишкина Сейсмический эффект массовых химических взрывов на карьерах курской магнитной аномалии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. ИДГ РАН. 2002.

58. Садовский М. А. Сб. "Физика взрыва" №1, АН СССР, 1952.

59. Коул Р. Подводные взрывы. ИИЛ, 1959.

60. Гончаров А. И. Воздушная волна при взрыве заглубленного заряда ВВ. в Сб. "Физические процессы в геосферах при сильных возмущениях (геофизика сильных возмущений)", ИДГ РАН, М., 1996, с 284.

61. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МИХАЙЛОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ44 Кt»t{trrt »I Ml1. Л.1— .1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

62. Чтттртинк» сугтнки Алв-евнаиймскив атаманив. Пески. Глины, втфопить неонсшою нвдмрусе Мжсковистые икты кеппввеОаюго яруса Пкяи и япипш ваггскою гфусш Веаонсхи* типы, алаврслити Отложения курвы шсной овиггы Увпистыг спаяцы сгтйпспской сеиты1. РН

63. Saamm руда I I СЛиспемяые/кепгзиста/вкверциглыо-

64. KepSOHtmHO-miHtmirmM квврфгш Маенетитоеые кеарииты Гештиггв-шгметитсяыв кварциты Matmmumaanamurro—m шрципш

65. Открытое акционерное общество «Михайловский ГОК»

66. Начальник технического отдела Начальник службы БВР Начальник бюро патентоведения1. Главный инженер