Об оптимизации параметров буровзрывных работ на карьерах строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Горное дело». Оптимизация буровзрывных работ
Об оптимизации параметров буровзрывных работ на карьерах строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Горное дело»
-------------------------------------------- © С.О. Версилов, В.Н. Игнатов,
И.В. Вихренко, 2011
УДК 622.530.1(076.5)
С. О. Версилов, В.Н. Игнатов, И.В. Вихренко
ОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Установлено, что задачу оптимизации параметров буровзрывных работ при очистных работах на карьерах целесообразнее всего решать на основе учета качества и стоимости конечной продукции - щебня. Предложены зависимости для оценки затрат рассматриваемых вариантов оптимизации и эффективности предлагаемых технических решений.
Ключевые слова: оптимизация, параметры, бурение, качество, стоимость, затраты, зависимости.
В качестве критерия оценки вариантов с разными параметрами буровзрывных работ может быть применена сумма годовой прибыли за вычетом дополнительных капиталовложений для подготовки и отработки запасов, а также на строительство и эксплуатацию отвалов вскрышных пород, негабаритного полезного ископаемого и отходов некондиционной мелочи.
Для оценки базового варианта (применяемая технология и параметры буровзрывных работ) может быть применена формула годовой прибыли за вычетом затрат на капитальные работы (руб)
Пргб = Аб (цдб ~ сдб ) - X К61 С1 + У ' Ек ) ,
І =1
где Аб - производственная мощность карьера по величине используемого добытого полезного ископаемого, т/год;
Аб = Аб(1 ~аб -Рб),
где А'б - общая добыча полезного ископаемого, т/год; аб и рб - выход неиспользуемого негабарита и доля отходов некондиционной мелочи при базовом варианте, доли ед.; Дцб и сдб - извлекаемая ценность добываемого и используемого полезного ископаемого и затраты на его добычу и переработку при базовом варианте, руб/т; пб -число объектов, для работы которых требуются дополнительные капиталовложения, при базовом варианте; Кб1 - капиталовложения в 1-й объект при базовом варианте, руб/год; у1 Ек - коэффициент, учитывающий величину банковского процента за кредит.
Если часть капитальных работ выполняется за счет собственных средств или за счет безпроцентной ссуды, то коэффициент, учитывающий величину банковского процента будет равен у Ек, где у1 - доля капитальных затрат за счет банковского кредита, доли ед.
Если требуется сравнить варианты за какой-то длительный период времени, то в качестве критерия оценки их эффективности может быть принята сумма дисконтированной прибыли за этот период времени за вычетом капитальных вложений, которая представлена при каком-то базовом варианте следующей формулой (руб/т)
2р 2р ,
ЪПгб, =ЪАб, (Щш - Сб )(1 + Е)-р + -£ £КЙ (1 + уЕк )“,
/=1 /=1 /=1 /=1
где Абt - производственная мощность карьера в 1-й год при базовом варианте, т/год; ^ - расчетный срок сравнительной оценки вариантов, лет; и сда - извлекаемая
ценность добываемого полезного ископаемого и эксплуатационные затраты на его добычу и переработку в 1-й год, руб/т; ^ - срок строительства 1-го объекта, лет.
При каком-то другом (новом) варианте параметров буровзрывных работ, например, с меньшим удельным расходом бурения скважин, ВВ и СВ, при котором хотя и увеличивается выход негабаритов, но они полностью используются, при этом снижается выход некондиционной мелочи и возможно увеличение производственной мощности карьера по добыче полезно используемого полезного ископаемого, критерий суммы годовой прибыли будет иметь вид (руб/год)
Прг = А(цд -сд)-±К (1 + уЕк),
/=1
где цд и сд - соответственно извлекаемая ценность добываемого и полезно используемого известняка и эксплуатационные затраты на его добычу и переработку при
новом варианте, руб/т; К - капитальные затраты при новом варианте в 1-й год , руб/год; А - годовая производственная мощность горного предприятия по полезно используемой доле добытого известняка при новом варианте, т/год; А=А'б(1-а - Р), где Р - выход некондиционной мелочи при новом варианте, доли ед.; а - выход неиспользуемых негабаритов при новом варианте, доли ед.
Если для перехода на новый вариант требуется затратить не только дополнительные капиталовложения, но и определенное время, то в течение этого времени предприятие будет работать при базовом варианте и критерий экономической оценки нового варианта будет иметь вид (руб)
-Иг.
1С-1
I прг1 = Е А (Чш - с* )/(1 + Е)-1 + X 4 (ц*. - с* Ш1 + Е )‘р-1 -
-ЕЕК (! + УЕкТ (1 + Е),р-1,
.=1 I=1 /
где ^ - время строительства 1-го объекта, требуемое для осуществления нового варианта, лет; Е - коэффициент дисконтирования затрат и прибыли во времени, доли ед.
Эксплуатационные затраты на добычу и переработку при базовом варианте могут быть определены по формуле (руб/т)
с, = а. + Ь • К ,+ а ,
до б тб пер'
где аб - удельные затраты на добычу (очистные работы) и переработку горной массы при базовом варианте, руб/т; Ь - удельные затраты на вскрышные работы, руб/м3; Ктб - текущий коэффициент вскрыши при базовом варианте, м3/т; апер - затраты на переработку горной массы, руб/т.
Удельные затраты на очистные работы при базовом варианте могут быть представлены в следующем виде (руб/т) а = а.. + а ,+ а ..
б бвб этб кб *
где абвб - затраты на буровзрывные работы при очистной выемке, руб/т; аэтб - затраты на экскавацию и транспортирование горной массы, руб/т; акб - затраты на дробление и грохочение горной массы, руб/т.
Затраты на переработку и реализацию конечной продукции при обоих сравниваемых вариантах должны определяться в зависимости от направлений переработки и реализации той или иной части добытой горной массы.
----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. М., Недра, 1982,- 392 с. ЕШ КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------
Вихренко Иван Владимирович - начальник отдела по надзору в угольной, горнорудной промышленности и нефтегазодобыче Нижне-Донского управления Ростехнадзора РФ,
Версилов Сергей Олегович - доктор технических наук, проф. кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» ЮРГТУ (НПИ),
Игнатов Виктор Николаевич - доктор технических наук, профессор, директор ООО научноисследовательский и проектный институт «Недра» (ООО НИПИ «Недра»).
cyberleninka.ru
Оптимизация показателей производства взрывных работ на карьерах Текст научной статьи по специальности «Горное дело»
членению основной кровли на блоки, вызывая ее обрушение в выработанное пространство с меньшим зависанием.
При исследовании были получены следующие результаты.
Установлен волновой характер распределения нормальных деформаций и напряжений в массиве кровли; определены закономерности влияния основных горно-геологических факторов на распределение деформации и напряжения в кровле. Установлено, что определяющее влияние оказывает соотношение длины зависающей консоли кровли к ее мощности.
Определены зоны рационального размещения скважинных зарядов ВВ в массиве пород кровли и разработана методика выбора параметров опережения взрыва зарядов ВВ относительно линии очистного забоя.
|— Коротко об авторах---------------------------------------
Кусов А.Е. - МГОУ,
Гудовичев В.В. - Ростехнадзор.
----------------------------------- © В.А. Белин, Д.К. Потресов,
С.И. Сапожников, 2007
В.А. Белин, Д.К. Потресов, С.И. Сапожников
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ
В практике открытых горных работ при подготовке скальных и полускальных горных пород к выемке наибольшее применение нашел буровзрывной способ, предназначенный для отделения полускальных и скальных пород от массива и дробления их до кусков заданных размеров.
Данная статья посвящена моделям и алгоритмам, позволяющим учитывать взаимовлияние технико-экономических показателей взрыва друг на друга и находить решения, обеспечивающие оптимальные с точки зрения этих показателей результаты.
Традиционная методика расчёта параметров производства взрыва и её недостатки
Расчет зарядов является одним из основных разделов типового проекта. Блок-схема алгоритма существующей на данный момент методики расчёта параметров производства взрыва представлена на рис. 1.
В представленном алгоритме в блоках с 1 по 10 выполняется последовательный расчёт параметров производства взрывных работ (ВР). В методике отсутствует возможность задания желаемых значений по какому-либо из параметров, т.к. каждый последующий блок использует результаты вычислений предыдущих блоков. При этом формулы, используемые для расчётов, являются эмпирическими и часто требуют согласования методом подбора. Это определено тем, что аналитический расчет параметров производства взрыва в настоящее время невозможен из-за крайней сложности математического описания анизотропных физико-технических характеристик породы в образце и массиве. Подбор осуществляется на основании опыта инженерно-технического персонала с учетом величины коэффициента сближения скважин таким образом, чтобы наиболее равномерно распределить взрывчатое вещество (ВВ) в массиве. Подобранные значения часто не обеспечивают оптимальных величин технико-экономических показателей (ТЭП)
Вычисление диаметра скважины
Вычисление сопротивления по подошве уступа
Вычисление длины забойки
Вычисление длины заряда
Вычисление веса заряда
Вычисление расстояния между зарядами
Вычисление расстояния между рядами скважин
Вычисление
интервала
замедления
Рис. 1. Блок-схема алгоритма традиционной методики расчёта параметров производства взрыва
взрыва. Все это ведет к ухудшению качества выходного продукта и производительности буровзрывных работ (БВР). Получение в результате взрыва некондиционных кусков приводит к необходимости повторного взрыва негабаритных кусков, что ведёт к временным и финансовым затратам; чрезмерное же измельчение породы также приводит к убыткам, так как переизмельчённая порода идет в отвал.
При определении параметров производства взрыва возникают противоречия, связанные с желанием достичь оптимальных значений всех показателей взрыва, что приводит к
возникновению многовариантной и многокритериальной задачи. Такую задачу не представляется возможным решить без применения компьютерного моделирования.
Методика расчёта параметров производства взрыва на основе задания технико-экономических показателей результата
Рис. 2. Блок-схема алгоритма методики расчёта параметров производства взрыва на основе задания технико-экономических показателей результата
В данной статье для решения проблемы нахождения оптимальных значений параметров производства ВР на карьере предлагается использовать методику расчёта, блок-схема укрупнённого алгоритма которой представлена на рис. 2. Это объясняется тем, что в результате производства массового взрыва на карьере, направленного на добычу полезного ископаемого, стараются достичь ряда высоких тЭп. Рассматриваемый подход является существенно новым для предметной области ВР на карьерах и основан на современных средствах компьютерного моделирования.
На первом шаге генерируется множество допустимых в условиях проведения взрыва наборов значений ТЭП ВР. Вместо последовательного вычисления значений параметров произ-водства взрыва, выполняемого по традиционной методике расчёта, от лица, принимающего решение, на шаге 2 требуется указать, какой набор значений ТЭП ВР с точки зрения условий проведения взрыва является оптимальным.
НАЧАЛО
г- 1 -----
Генерация возможных
наборов значений
показателей
взрывных работ
г- 2------
Выбор набора значений показателей взрывных работ
гЗ-------
Генерация параметров производства взрыва
Далее компьютер сам генерирует решение, приводящее к выбранному результату.
Применение предлагаемой методики В таблице представлены технико-экономические показатели взрывного разрушения горных пород [8].
Технологические показатели взрывного разрушения горных пород
№ Наименование Этап определения
до взрыва после взрыва
1. Объём взорванной горной массы, м3 - +
2. Выход горной массы с 1 м, м3 - +
3. Общая величина разрядов, кг + -
4. Расчётный удельный расход ВВ, кг/м3 + -
5. Фактический удельный расход ВВ, кг/м3 - +
6. Ширина развала горной массы, м - +
7. Завышение подошвы, м - +
8. Средний размер куска, м - +
9. Выход фракции +500 мм, % - +
10. Выход фракции +1000 мм, % - +
11. Выход негабарита, %, и его размер, м - +
12. Выход мелочи, % - +
13. Величина зарядов на вторичное дробление, кг - +
14. Расстояние безопасного удаления для объектов, м + -
Для решения задачи нахождения оптимальных параметров производства взрыва с помощью предлагаемой в статье методики следует определить понятие «качества» ВР. Для этого проанализируем возможные ТЭП взрыва и выделим среди них основные, по которым можно оценивать степень оптимальности того или иного решения.
Объём взорванной массы и выход горной массы с 1 м являются проектными показателями ВР и не требуют оптимизации, их значения задаются размерами взрываемого блока.
Общая величина зарядов, расчётный и фактический удельные расходы ВВ как показатели не представляют инте-
реса для оптимизации, т.к. стоимость ВВ пренебрежимо мала по сравнению с затратами на бурение, перенос объектов, выемочно-погрузочные работы и другие технологические процессы открытой горной разработки.
Завышение подошвы уступа, показатели по выходу фракций разного размера, выходу негабарита и мелочи, а также величина зарядов на вторичное дробление могут быть определены только после производства взрыва.
Показатели ширины развала горной массы и среднего размера куска также определяются после производства взрыва. Тем не менее, т.к. эти показатели являются чрезвычайно важными, для прогнозирования их значений были разработаны эмпирические формулы [14].
Ещё одним важным показателем является расстояние безопасного удаления для объектов.
Таким образом, основными показателями, определяющими качество производства взрыва, являются:
1. Степень дробления, являющаяся критически важным показателем при дальнейшей обработке, потому что результатом переизмельчения породы является ухудшение качества конечного продукта, а наличие крупных фракций ведёт к увеличению затрат на вторичное дробление.
2. Ширина развала горной массы после взрыва, определяющая эффективность дальнейших выемочно-погрузочных работ.
3. Расстояние безопасного удаления для объектов, т.к. при проведении массового взрыва на уступе важно знать расстояние, на которое следует отводить технику, перемещать временные линии электропередач и другие объекты.
Для каждого технико-экономического показателя на основании формул, содержащихся в типовом проекте БВР, были построены математические модели, включающие формулы расчёта значений каждого из показателей и системы ограничений, накладываемые на эти значения. Формулы в построенных моделях являются мультимодальными непрерывными функциями от многих аргументов.
Критерии оценки технико-экономических показателей взрыва
Для оценки результатов решений на моделях ТЭП введены следующие критерии оптимальности.
Критерий оптимальности для оценки степени дробления горных пород Уе представим математически в следующем виде
Y =
*
є -є
где £ - подвергаемая оценке степень дробления горной породы, м; £ - оптимальная степень дробления горной породы, м.
Критерий оптимальности для оценки ширины развала горной массы YB после взрыва имеет следующую математическую запись:
YB _ B -%B ^ min ,
(2)
где B - подвергаемая оценке ширина развала горной массы, м; £в - коэффициент, определяемый по формуле
Г 1, B > Bmin
= {да, B < Bmin, (3)
где Bmin - минимально допустимая ширина развала горной массы, определяемая используемым оборудованием, м.
Критерий оптимальности для оценки расстояний безопасного удаления YR представим в следующем виде
Yr _ R -%R ^ min (4)
где R - подвергаемое оценке безопасное расстояние, м; £R -коэффициент, определяемый по формуле
„ 1, R < Rmax
_ {да, R > Rmax , (5)
здесь Rmax - максимально допустимое безопасное расстояние, м.
Разработанное программное обеспечение
Для решения поставленной задачи в [13] была предложена модификация метода достижимых целей на случай непрерывных шкал критериев, которая была положена в основу разработанного программного обеспечения моделирования ВР на карьере.
Основная форма программы (рис. 3) состоит из трёх графиков кривых объективного замещения. Справа размещается активный график зависимости, слева в уменьшенном варианте отображаются два других графика. Активный график выбирается с помощью манипулятора «мышь».
Ползунок в нижней части экрана отвечает за фиксацию значения третьего параметра, при этом для обозначения активной на данный момент области используется цветовая идентификация.
ШШ
*1
Кусковатость - Безопасное удаление
11ирмна развала - Безопасное у да лени
Кусковатость - Ширина раз!
0.04 0.05
Куско в атси
Т
Кусковатость: 0.225 Ширина развала: 38,376 Безопасное расстояние: 413,33 Сформировать решение Закрыть |
Рис. 3. Экранная форма окна «Виртуальный анализ»
Пут ё м перемещения указателя мыши по графику можно исследовать зависимость влияния друг на друга двух активных на данный момент критериев. При этом в нижней части экрана отображаются значения критериев качества текущего решения.
При достижении удовлетворяющего решения следует нажать на кнопку «Сформировать решение», после чего будет сформировано решение, удовлетворяющее выбранным показателям.
Выводы
Методы, алгоритмы и программный продукт, рассмотренные в данной статье, позволяют находить значения пара-
метров производства взрыва на уступе карьера, оптимальные с точки зрения комплекса выбранных тЭп.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безопасность при взрывных работах: Сборник документов. Серия 13. Выпуск 1 / Колл. авт. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002. - 248 с.
2. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 296 с. - (Теория и методы системного анализа).
3. Измаилов А.Ф., Солодов М.В. Численные методы оптимизации: Учеб. пособие. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, 304 с. - !8ВЫ 5-9221-0045-9.
4. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебн. пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. 222 с.: ил.
5. Компьютер и поиск компромисса. Метод достижения целей / Лотов А.В., Бушенков В.А., Каменев Г.К., Черных О.Л. - М.: Наука, 1997, 239 с. (Серия «Кибернетика: неограниченные возможности и возможные ограничения»).
6. Конспект курса лекций по дисциплине «Методы оптимальных решений», проф., д.ф.-м.н. Лотов А.В., кафедра Высшей математики, Государственный университет - Высшая школа Экономики, 2004.
7. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1974, 832 стр. с илл.
8. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: издательство МГИ, 1992. - 516 с.: ил.
9. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород под взрывом (взрывные технологии в промышленности) ч. !!. Учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и дополненное. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994, 448 с.
10. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: Учебник. Изд. второе, перераб. и доп. -М.: Логос, 2002, 392 с.: ил.
11. Ниязбаева С.В. «Моделирование и многокритериальная оптимизация зарядов буровзрывной скважины на карьере», магистерская диссертация, руководитель проф., д.т.н. Потресов Д. К., М.: МГГУ, 2004.
12. Потресов Д.К., Белин В.А., Сапожников С.И. Виртуальное моделирование взрывных работ на карьере. - М.: Изд-во МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень. - № 5. - 2005. - С. 165-169.
13. Потресов Д.К., Сапожников С.И. «Развитие метода достижимых целей на случай непрерывных шкал критериев». - М.: Изд-во МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень. - № 8. - 2006. - С. 229237.
14. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 2-е, дополненное и переработанное. - М.: Недра, 1974, 520 с.
15. Systems simulation - the art and science. Robert E. Shannon. Pren-tice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1975.
|— Коротко об авторах---------------------------------------
Белин В.А., Потресов Д.К., Сапожников С.И. - Московский государственный горный университет.
--------------------------- © Г.В. Шубин, В.И. Хон, К.Ю. Авдеев,
Д.Х. Ильбульдин, В.В. Земсков,
Е.Н. Переверзев, 2007
Г.В. Шубин, В.И. Хон, К.Ю. Авдеев, Д.Х. Ильбульдин,
В.В. Земсков, Е.Н. Переверзев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ БВР
ПРИ ОТБОЙКЕ РУДЫ НА КАРЬЕРЕ «УДАЧНЫЙ»
На локальных участках западного рудного тела карьера «Удачный», где преобладает трещиноватость с мелкоблочной структурой, при применении типовых параметров БВР наблюдается переизмельчение значительной части взорванной руды. Большой выход сильно дроблёного материала уже на стадии взрывного разрушения негативно влияет в последующем на процесс её дальнейшей переработки в условиях обогатительной фабрики. Особенностью эксплуатации мельниц самоизмельчения на алмазодобывающих предприятиях является необходимость обеспечения их рудным материалом определённого фракционного состава, где содержание кусков руды мелкого размера (диаметр менее 100 мм) не должно превышать 50-60 %. Это связано с тем, что при увеличении количества мелкого материала резко ухудшаются показатели работы мельниц самоизмельче-ния и это, в конечном итоге, отражается на сохранности кристаллов алмазов при измельчении руды. Для нормальной работы обогатительной фабрики, согласно результатам ранее проведенных исследований [1], диаметр среднего куска
cyberleninka.ru
Оптимизация основных параметров буровзрывных работ с дополнительным воздействием на мерзлые включения Текст научной статьи по специальности «Горное дело»
УДК 622.235 А. Цэдэнбат
ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА МЕРЗЛЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ
Предложены критериальные уравнения позволяющие оптимизировать параметры буровзрывных работ при подготовке к выемке пород с включениями вечной мерзлоты. Ключевые слова: взрыв, включения вечной мерзлоты, оптимизация параметров буровзрывных работ, критериальные уравнения.
A. Tsedenbat
THE OPTIMIZATION OF MAJOR DRILL AND BLAST PARAMETERS WITH AN ADDITIONAL EXPOSURE ON FROST INCLUSIONS
The paper introduces criterial equations enabling to optimize the parameters of drill and blast operations when preparing to excavate rocks with permafrost inclusions.
Key words: explosion, particles of the permafrost, parameter optimization of the drilling and blasting works, criteria equations.
Лроведенное исследование и ана-л из механизма разрушения массива горных пород при наличии в нем мерзлых включений [1] позволяет прийти к выводу, что основной причиной появления негабаритов при взрывании только основных скважин, сетка которых определена по обычной методике (для однородного массива), является образование неразрушенных зон в пределах включения. Это связано с неодинаковыми прочностными характеристиками талого массива и мерзлого включения, что приводит к существенному снижению радиуса зоны регулируемого дробления в мерзлой части по сравнению с талой. В результате характер дробления по высоте основной скважи-
ны, пройденной через талые и мерзлые слои, имеет ступенчатый вид.
Достичь исключения выхода негабаритов и более равномерного дробления пород в мерзлом включении можно только путем дополнительного воздействия на него. Для этого разработан способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты [2,3], при котором внутри сетки основных скважин в пределах контура мерзлого включения производят бурение дополнительных скважин через центры неразрушенных зон и размещают в них заряды ВВ. Чтобы обеспечить равномерное дробление во всем объеме массива необходимо найти оптимальные размеры сетки основных и дополнительных скважин, а также конструкцию и параметры заряда ВВ.
Сетку основных скважин определяем из условия соприкосновения зон регулируемого дробления и из свойств талого массива [4, 5]:
"-24 - 2Ф, - ' (1)
где а - расстояния между скважинами, м; Ь - радиус зоны регулируемого дробления, м; г - радиус скважины (заряда ВВ), м; р0 - начальное давление продук-
рпп Б2
тов детонации р — —^—, Па; а - пре-
у +1
дел прочности талой породы на растяжение, Па; Б - скорость детонации ВВ, м/ с; рвв - плотность ВВ, кг/ м3; у - показатель изоэнтропы продуктов детонации.
Учитывая, что показатель изоэнтропы в точке Жуге для большинства конденсированных ВВ у а 3, выражение (1) упрощается:
а — 2Ь — гБ
(2)
Диаметры основных и дополнительных скважин принимаем одинаковыми, исходя из наиболее часто применяемого на разрезах Монголии в рассматриваемых условиях бурового оборудования (г — 0,08 м). Плотность ВВ в скважине принята равной 0,9 • 103 кг/м 3. Графики зависимостей расстояния а — 2Ь между основными скважинами от предела прочности на растяжение а для талых
пород при различных значениях скорости детонации ВВ приведены на рис. 1.
Непосредственно видно, что расстояние а — 2Ь существенно зависит как от предела прочности, так и от скорости детонации ВВ. В частности, для алевролитов Баганурского месторождения, у которых а — 4,1 МПа, при использовании в качестве ВВ гранулита игданита с Б = 2800 м/ с расстояние между основными скважинами составляет примерно 5 м. При прямоугольной сетке расстояния между основными скважинами и их рядами будут неодинаковыми и должны колебаться вблизи этого значения, например 6 х 4 м.
После определения сетки основных скважин и рационального типа ВВ для них необходимо осуществить выбор оптимального типа ВВ для дополнитель-
ных скважин, проходимых в центрах неразрушенных зон. При этом выбор ВВ должен быть увязан с параметрами буровзрывных работ для основных скважин и прочностными свойствами мерзлых и немерзлых пород.
Известно, что радиус неразрушенной зоны во включении г определяется формулой [1]:
г —\[2 ■ Ь - Ь , м (3)
вкл 4 м ? V /
где Ь - радиус зоны регулируемого дробления мерзлой породы.
С учетом того, что основные скважины заряжаются одним типом ВВ, характеризуемым одинаковым начальным давлением р0 в мерзлом включении и немерзлой породы, а также выражения (1) это соотношение перепишется в виде
— г0Б
(4)
где а - предел прочности мерзлой породы на растяжение, Па.
Таким образом, радиус неразрушенной зоны во включении зависит от радиуса основной скважины, свойств принятого для них ВВ и прочностных свойств немерзлой и мерзлой слоев породы по высоте скважины. Для алевролитов Баганурского месторождения с а — 4,1 МПа при использовании в качестве ВВ гранулита игданита с Б — 2800 м/ с и плотностью ВВ в скважине, равной 0,9 -103 кг/м3 график зависимости (4) дан на рис. 2.
г
Рис. 1. Зависимости расстояния а — 2Ь между основными скважинами от предела прочности на растяжение ар для талыш
пород при различные значениях скорости детонации ВВ Б
равномерности дробления породы. Поэтому заряд ВВ в дополнительной скважине должен обеспечить зону регулируемого дробления радиусом не менее г . Подставляя в уравнение [1]
Величина г является монотонно возрастающей функцией от предела прочности на растяжение мерзлой породы, составляющей неразрушенную зону. Причем темп роста снижается по мере увеличения предела а^. Однако даже при малых значениях параметра амр радиус гега превышает 1 метр, т.е. неразрушенная при взрыве основной скважины мерзлая неразрушенная зона может иметь диаметр более двух метров. Это недопустимо с позиций образования негабаритов и
_м 7~\ 2
Рпт, Б г ВВ м
(
у +1
м
ф. ■ Ь - Ь
2
(5)
где Б - скорость детонации ВВ в дополнительных скважинах, м/с, величину г согласно (4) получим
м г\ 2
рввБм _ а-м^2 р
у +1
м
В результате преобразований данное выражение перепишется в виде следующего безразмерного уравнения:
, 1 _м т\ 2 /-т-м
у + 1 рВВ Бм _ 2_______£_ _ 2
2ам
ум + 1 рввБ ,т (6)
+1
Данное критериальное уравнение связывает отношение параметров зарядов ВВ в основных и дополнительных скважинах с функцией от отношения прочно-
Рис. 2. Зависимость радиуса неразрушенной зоны во включении г от предела прочности мерзлой породы на растяжение
ам
р
— а
2
СУ
СУ
Рис. 3. Расчетная зависимость Б — (а)
и дополнительных скважинах равны (С — 1), то уравнение (7) приводится к виду
В
в "у
ам 2ам
2к-2 I—— +1, (8)
а М а
или
В = \/2а - 2^2а +1 ,
-В ам
где В = —^, а = — . В а.
(9)
стных свойств (пределов
прочности на растяжение) мерзлого включения и немерзлого массива.
Следовательно, если известны параметры ВВ в основных скважинах, то параметры ВВ в дополнительных скважинах определяются как некоторая функам р
ция отношения —.
а
р
Характерно, что при выводе уравнения (6) в результате сокращения выпадает радиус г (при условии, что он одинаков для основных и дополнительных скважин). Таким образом, в критериальное уравнение входят только параметры заряда ВВ и прочностные свойства породы.
Представим уравнение (6) в виде
С
В
_м
В
=■2 о"-
2ам
• + 1 .
а
(7)
г +1 рМ
Полученные критериальные уравнения справедливы, когда выполняется условие
1,41- Ь аф. ■ Ь > гвкл >(л/2-1)- Ь а 0,41-Ь
(10)
В противном случае зона регулируемого дробления дополнительных скважин не будет покрывать всю область неразрушенные зоны. Для обеспечения гарантированного разрушения во всей этой области необходимо ввести новое условие
= Ь = г .
(11)
Объединяя уравнение (5) и условие (11), находим следующее критериальное уравнение
А В^= К
С В к ■
(12)
где £=\, і
У Гм + 1 Рмм В частном случае, когда показатели изоэнтропы и плотности ВВ в основных
При условии С — 1 данное критериальное уравнение упрощается и имеет вид
г
Б
м _
Б " или
Б =^1а .
(13)
(14)
Рис. 4. Зависимость коэффициента С от плотности ВВ рвв в дополнительных скважинах
тем, используя соотношение
-Б -
Б =^м или Б = Б ■ Б, мож-
Б м
но получить скорость детонации Б для дополнительных скважин.
Для пород Баганурского месторождения а = 1,75 и для гранулита игданита, применяемого для основных скважин Б = 2800 м/с и рвв = 0,8 г 0,9 ■ 103 кг/м3. Поскольку для конденсированных ВВ имеем у а 3, то
Назовем величины Б и а , соответственно, приведенной скоростью детонации и приведенным пределом прочности на растяжение. График расчетной зависимости Б (а), полученный по
уравнению (14), представлен на рис. 3.
Критериальные уравнения имеют общий характер и позволяют независимо от пород конкретного месторождения получить для массивов с включениями необходимые параметры заряда ВВ для дополнительных скважин, если известны таковые параметры для основных скважин. Как указывалось ранее, параметры заряда ВВ для основных скважин определяя-ются по стандартной методике.
Для пород данного месторождения по данным экспериментальных исследований определяют приведенный предел прочности а. Далее по критериальным зависимостям или соответствующим графикам, приведенным выше, находят приведенную скорость детонации Б . За-
коэффициент С имеет вид
С = .
рвв
[0,9-103 .
Характер изменения коэффициента С от предела рМв представлен на рис. 4.
Видно, что в пределах изменения рМв от 0,8 • 103 кг/ м 3 до 1,2 • 103 кг/ м3 коэффициент С увеличивается от 0,94 до 1,15. Поскольку наибольшее влияние на выбор ВВ оказывает скорость детонации, примем в первом приближении С = 1 и по упрощенному критериальному уравнению (14) находим Б = 1.323 . Следовательно, скорость детонации заряда ВВ в дополнительной скважине составит Б = Б ■ Б = 2800 ■ 1,323 = 3704 м/с.
Наиболее близкой к этому значению скоростью детонации обладает граммо-нит 79/21 [5]. Пределы изменения плотности для этого ВВ составляют рМв = 0,9 г1,0, что, как видно по графику на рис. 4, вполне оправдывает принятое приближение С = 1.
Таким образом, применительно к Ба-ганурскому месторождению Монголии для основных скважин целесообразно использовать гранулит игданит, а для дополнительных - граммонит 79/21. Предложенные методика расчета и способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты [2,3] используются на разрезе Баганур, где на участке 5 с линзообразными включениями вечной мерзлоты достигнуто снижение выхода негабарита с
1. Белин В.А., Дугарцыренов А.В., Цэ-дэнбат А. Взрывание неоднородных массивов горных пород с вечномерзлыми линзообразными включениями. Взрывное дело: Сборник научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитичес-кого бюллетеня. -2007. - № ОВ7. - С. 266-272. - М.: Издательство "Мир горной книги".
2. Белин В.А., Трусов А.А., Батсуурь Л., Гомбосурэн П., Цэдэнбат А. Способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты. Патент Российской Федерации на изобретение № 2263877. Опубликовано: 10.11.2005 Бюл. № 31.
3. Белин В.А., Трусов А.А., Цэдэнбат А. Особенности ведения взрывных работ в
17,5 до 7,5% и среднего размера куска с 0,5 до 0,35 м.
Необходимо также отметить, что указанные методика и способ с полным основанием могут быть распространены и на технологию ведения БВР в сложноструктурных массивах при взрывании пород с твердыми пропластиками или включениями в условиях отсутствия мерзлоты.
-------------- Список литературы
Коротко об авторе
условиях вечной мерзлоты на угольных разрезах Монголии. Взрывное дело: Сборник научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. -2007. - № ОВ7. - С. 113-118. - М.: Издательство "Мир горной книги".
4. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Феноменологическая квазистатическоволновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом промышленных ВВ. Взрывное дело: Сборник научных трудов. Горный ин-формационно-аналити-ческий бюллетень. -2003. - № 11.- М.: МГГУ, - 67 с.
5. Орленко Л.П. Физика взрыва и удара. - М.: Физматлит, 2006. - 304 с. ЕШ
Цэдэнбат Ариунжаргал - аспирант кафедры "Взрывное дело", Московский государственный горный университет,
Moscow state mining university, Russia, [email protected]
cyberleninka.ru
Центр по проблемам взрывных работ
ОПЫТ НАЦИОНАЛЬНОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ
УДК 622.235
В.Ю.Швец, - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
Д.Г.Гопанюк - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
А.П.Стрилец - директор Центра по проблемам взрывных работ НИЧ, НГУ.
Освещены основные этапы становления и развития Центра по проблемам взрывных работ научно-исследовательской части Национального горного университета с момента начала его деятельности и до наших дней
Несколько десятков лет при Днепропетровском горном институте, ныне Национальном горном университете (НГУ) успешно функционирует специализированное научно-исследовательское подразделение, занимающееся проблемами взрывных работ. Созданная совместным приказом бывшего Министерства промышленности строительных материалов и Министерства высшего и среднего специального образования Украины № 11/16 от 15.01.1969 г. «Отраслевая научно-исследовательская лаборатория по проблемам разработки скального строительного сырья Украины на основе оптимизации буровзрывных работ», первоначально имела следующие научные направления:
- разработка более совершенных схем и способов производства массовых взрывов, обеспечивающих интенсивное разрушение пород на основе раскрытия и использования физики взрывного разрушения;
- обоснование экономически целесообразной степени взрывного дробления пород, выбора типов горного оборудования и рационального сочетания их параметров для карьеров различной производительности;
- разработка методов снижения величины потерь сырья и улучшения его качества в процессах взрывного и механического разрушения горных пород.
Создание лаборатории явилось признанием несомненных заслуг научного коллектива сотрудников, возглавляемого профессором кафедры «Строительства шахт и подземных сооружений», д.т.н. Кучерявым Ф.И. в области развития взрывного дела на горнодобывающих предприятиях.
В первые годы своей деятельности (1969-1975 г.г.) отраслевая лаборатория выполнила большой объем научных исследований по совершенствованию и оптимизации буровзрывных работ на горных предприятиях. При этом были установлены зависимости результатов взрывного дробления горных пород от условий их залегания, гидрогеологии, физико-механических свойств, в частности их анизотропии, а также трещиноватости. Исследования производились на Каранском, Кальчикском (Донецквзрывпром), Токовском, Новопавловском (Харьковвзрывпром), Мокрянском каменном, КДЗ-2 (Запорожвзрывпром), Коростенском (Западукрвзрывпром) и Вировском (Карпатвзрывпром) карьерах.
На основании результатов исследований разработаны и внедрены на указанных карьерах оптимальные параметры расположения сетки скважин, рациональные схемы короткозамедленного взрывания, конструкции зарядов в породах различной трещиноватости, обоснован выбор оптимального направления отбойки относительно естественных систем трещин. Для наиболее крупных карьеров составлены прогнозные карты блочности с привязкой к ним рациональных параметров взрывных работ.
В 1972 году в связи с началом внедрения на предприятиях нерудных строительных материалов нового гранулированного ВВ - граммонита 79/21, относящегося к слабочувствительным, лабораторией были установлены эффективные способы его инициирования, снижающие до минимума образования зоны низкоскоростного режима детонации. Это позволило значительно улучшить качество взрывного дробления и уменьшить выделение вредных газов при взрыве. Разработаны конструкции комбинированных скважинных зарядов ВВ и зарядов с водяными промежутками, позволившие широко применять на гранитных карьерах низкобризантные гранулированные ВВ.
В этот же период были исследованы условия безопасного применения электровзрывания в условиях карьеров, опасных по преждевременным взрывам от блуждающих токов.
К началу 70-х годов образовавшейся в составе лаборатории сейсмогруппой был накоплен значительный экспериментальный материал исследований сейсмического влияния массовых взрывов на карьерах, в том числе только на Центральном карьере Комсомольского рудоуправления в Донбассе было проанализировано 38 массовых взрывов зарегистрированных в течении 1,5 лет. Это дало возможность выявить закономерности изменения сейсмоэффекта с изменением различных параметров взрывов и кардинально изменить существовавший до того времени подход к методам его снижения. Результаты проведенных исследований и их актуальность явились основой того, что с 1975 года одним из основных направлений научно-исследовательских работ лаборатории становится обеспечение сейсмобезопасности производства взрывных работ на многочисленных карьерах отрасли нерудных строительных материалов Украины, как правило, расположенных в густонаселенных районах.
Обоснованные рекомендации по определению сейсмобезопасной массы зарядов при КЗВ, применяемых при этом схемах коммутации взрывной сети в зависимости от расположения и удаления охраняемых объектов, а также величине интервалов замедления между ступенями КЗВ в породах различной крепости, представлялись в наиболее доступной для оперативного пользования форме, поэтому пользуются и в настоящее время на многих десятках карьеров строительных материалов различных ведомств. Они обеспечили сейсмическую безопасность охраняемых объектов практически без ограничений общей массы серий взрываемых зарядов и таким образом способствовали расширению производственных мощностей предприятий, дали возможность полностью выбирать запасы полезных ископаемых вблизи различных охраняемых объектов и получить за счет этого значительный экономический эффект. Это такие карьеры, как Рыбальский, Гниванский, Соколовский, Гуменецкий, Старобабанский, Мраморное, Сахкамень и многие другие.
С 1976 по 1980 г.г. на основе изучения структурно-текстурных особенностей массивов скального сырья на карьерах блочного камня разработаны оптимальные способы отделения монолитов от массива, а также взрывные способы разрушения скальной вскрыши бризантными ВВ без нарушений товарных качеств блоков (Кудашевский, Капустинский и Токовский карьеры). Внедрение этих способов способствовало сокращению сроков вскрытия месторождений блочного камня, а также уменьшило выход некондиционных блоков и потерь блочного сырья в целом.
В этот же период лабораторией по просьбе ПО «Днепронерудпром» были выполнены исследования и выданы рекомендации по определению размеров предохранительных целиков на таких прибрежных карьерах, как Бородаевский, Мишуринрогский и Старокодакский, при проведении технологических массовых взрывов. Позже такие работы были выполнены и для условий Чаплинского и Любимовского карьеров.
Одновременно силами сейсмогруппы лаборатории были проведены детальные исследования влияния массовых взрывов вновь открытого Шархинского карьера на развитие оползневых явлений, возникающих в связи со строительством и дальнейшей эксплуатацией автодороги Симферополь-Ялта на южном берегу Крыма. При этом было установлено истинное положение оползневой проблемы в данном районе, доказана возможность эксплуатации Шархинского карьера с обеспечением минимальнодопустимых по мнению специалистов-оползневиков, контролирующих состояние оползней в указанном районе, величин сейсмодействий при взрывах в карьере. Таким образом, проблема существования Шархинского карьера с этой точки зрения была решена и впоследствии больше не возникала.
Наряду с обеспечением сейсмобезопасности промышленных взрывов в карьерах с 1984 г. лаборатория стала разрабатывать и эффективно внедрять способы снижения действия ударно-воздушных волн, возникающих как при массовых взрывах, так и при вторичном взрывании. При этом в 1984 году в условиях Токовского карьера ПО «Днепронерудпром» была проведена серия инструментальных исследований действия ударно-воздушных волн при взрывании негабарита накладными, кумулятивными и шпуровыми зарядами. При этом были получены закономерности формирования и распространения УВВ при мгновенном и короткозамедленном взрывании. По просьбе ПУ «Харьковвзрывпром» в 1989 г. были выданы рекомендации по применению накладных зарядов для дробления негабарита на карьерах, обслуживаемых Днепропетровским цехом управления. Кроме этого, лаборатория выдавала отдельно заключения и рекомендации по действию ударно-воздушных волн в 1986-1994 г.г. по 6-и карьерам различных ведомств (Гуменецкий Каменец-Подольского цемзавода, 1986г.; Рыбальский ПО «Днепронерудпром», 1987 г.; Головинский ОПО «Житомирнерудпром» 1987 г.; Марьевский треста «Херсонводстрой», 1988 г.; Волосский Днепропетровского облавтодора, 1990 г.; Днепропетровский треста «Днепроводстрой»; Болеславчинский и Мокрянский каменный карьеры «Запорожнерудпрома», 1993 г.). Кроме того, в 1993 г. во исполнение требований МАГАТЭ были установлены расчетным путем безопасные по действию ударно-воздушных волн приближения к периметру Запорожской АЭС потенциально взрывоопасных транспортных средств различной мощности.
Рис. 1. Запорожская АЭС
На протяжении всего времени своего существования лаборатория также оказывает научно-техническую помощь карьерам в решении проблем, связанных с повышенной дальностью разлета кусков взорванной горной массы, выступает в качестве эксперта по данному вопросу. Это экспертиза несчастных случаев на Рыбальском, Любимовском, Радванском карьерах в начале 70-х годов, на Мокрянском КДЗ-2 ( начало 80-х годов) Янцевском - 1985 год, а также случаи превышения размеров опасной зоны на Старобабанском карьере, 2-ом участке Мокрянского каменного карьера (конец 80-х г.г.). Во всех случаях эксперты лаборатории устанавливали причины повышенного разлета и давали обоснованные рекомендации по их предотвращению.
Кроме того, на протяжении длительного времени в лаборатории производились разработки методов формирования откосов уступов, позволяющие получать в требуемом диапазоне углы заложения откосов и бортов карьеров, ширину берм, параметры прямого и обратного развалов отбиваемой горной массы, уменьшать зоны по разлету кусков породы, воздействий сейсмических и ударных волн, снижать опасность возникновения оползневых явлений. Сущность этих методов заключается в применении локальных экранов, выполняемых в верхней части уступов, специальных конструкций зарядов и забойки, схем монтажа взрывных сетей, учета и использования естественных и техногенных зон трещинообразования, плоскостей нарушения пород, дифференцированного энергонасыщения взрываемых уступов и др. Предложенные технологии использованы институтом «Южгипроруда» при разработке проектов по карьерам ЮГОКа и КБЖРК (рабочий чертеж 01-01-1210 ГО, ПЖ, Р1 лист 5. Вскрытие и подготовка северовосточного участка и нижних горизонтов карьера для поддержания мощности ЮГОКа и др.).
В лаборатории разработаны технологии по ведению горных работ в условиях действующих оползней. Так, институтом «Укргеолстром» на базе разработок лаборатории выполнены проекты по ведению горных работ на Амвросиевском известковом и мраморном карьере «Трибушаны». В 1991 г. разработана и внедрена технология производства горных и взрывных работ в оползнеопасных условиях карьера Камяницкого щебзавода Львовской железной дороги.
В процессе своей деятельности лаборатории приходилось рассматривать и обеспечивать безопасность взрывных работ по отношению к различным объектам. Среди них линии электропередачи, промышленные и гражданские здания, отвалы, оползневые склоны, трубопроводы, различные емкости, кабели связи, подземные выработки, хранилища радиоактивных и высокотоксичных материалов и др. Есть также разработки по обеспечению безопасности технологических взрывов в подземных выработках Днепропетровского метро на наземные здания и сооружения центральной части г. Днепропетровска.
По заказу НВИП «Струм» и Бектел Нешнл ИНК (США) в 1998-99 г.г. лаборатория проводила экспертизу обеспечения безопасности гражданских объектов при ликвидации пусковых шахт МБР в рамках Международного договора между СССР и США о сокращении и ограничении стратегических наступательных вооружений.
Рис. 2 Ликвидация шахтной пусковой установки МБР
По заказу ОАО УкрНИИГипротранс в 1994 г. разработана документация к проектированию буровзрывных работ с целью проведения тоннеля и дренажной штольни на действующем пергоне Бескид-Скотарское Львовской железной дороги. Аналогичные рекомендации по сейсмобезопасности неоднократно выдавались институту «Днепрометропроект».
В своем арсенале лаборатория имеет ряд разработок по сокращению выбросов в атмосферу пыли и газов, а также уменьшению загрязнения близлежащих водоемов растворами аммиачной селитры, содержащейся в современных промышленных взрывчатых веществах (работы по Любимовскому, Днепропетровскому и Камнезубиловскому карьерах).
После упразднения Минстройматериалов Украины и прекращения централизованного финансирования правопреемница МПСМ Украинская государственная корпорация промышленности строительных материалов (Укрстройматериалы) своим решением № 12210/8-148 от 27.04.1993 г. сохранила лаборатории статус отраслевой с переходом на финансирование на основе прямых хоздоговоров с предприятиями.
Учитывая существенный вклад лаборатории в повышение эффективности и безопасности проведения буровзрывных работ на карьерах нерудных строительных материалов Госнадзорохрантруда Украины в 1997 г. выдал Национальной горной академии Украины статус организации-эксперта по вопросам безопасности буровзрывных работ на карьерах строительных материалов.
На протяжении всего периода существования штат лаборатории составлял 6-8 человек. В экономически трудных условиях начала 90-х г.г. лаборатория сумела сохранить штат своих основных сотрудников, который состоял из 6 человек, среди которых один д.т.н., профессор и два к.т.н., защитивших диссертации по тематике лаборатории.
В связи с реорганизацией научно-исследовательской части в то время Национальной горной академии Украины с целью сохранения научного потенциала, улучшения эффективности исследований приказом ректора в 2000 г. На базе отраслевой научно-исследовательской лаборатории был создан Центр по проблемам взрывных работ, научным руководителем которого был назначен д.т.н., профессор Крысин Р.С.
В дальнейшем вновь созданный Центр следуя добрым традициям лаборатории продолжал плодотворно работать в области эффективного и безопасного использования энергии взрыва в народном хозяйстве. Так в последние годы было создано целый ряд специальных проектов буровзрывных работ, которые дали возможность оперативно решать поставленные задачи. Среди них уникальный «Технорабочий проект обрушения взрывом сооружений 202 и 102», выполненный в связи с договором между МО Украины и Госпредприятием «Укроборонсервис» об демонтаже и утилизации сооружений 202 и 102, рис. 3.
Рис. 3 Р.С.Крысин, В.Ю.Швец на объекте
Кроме того, в 2001 г. по договору с ОАО «Запорожский производственный алюминиевый комбинат» был выполнен проект для понижения высоты вскрышного уступа с помощью взрыва скважинных зарядов в условиях Глуховского карьера кварцитов, рис. 4.
Рис. 4 Понижение высоты вскрышного уступа взрывом на Глуховском карьере кварцитов
По договору с ОАО «Южэнергострой» и заказу ОП Южноукраинская АЭС» были выполнены три спецпроекта на выполнение большого объема буровзрывных работ в непосредственной близости от уже построенных объектов Ташлыкской гидроаккумулирующей электростанции, рис. 5.
Рис. 5 На строительстве Ташлыкской ГАЕС
Затем по договору с ОАО «Укргидропроект» был выполнен проект производства буровзрывных работ рядом с действующей Днестровской ГЭС, рис.6.
Рис. 6 Проектирование буровзрывных работ вблизи Днестровской ГАС
В связи с возникшей необходимостью перехода горной промышленности Украины на использование передовых эффективных технологий при разрушении крепких скальных горных пород емульсионными взрывчатыми веществами Центр по проблемам взрывных работ НГУ совместно с Украинским государственным химико-технологическим институтом разработал первое отечественное эмульсионное взрывчатое вещество украинит-Д, которое успешно прошло предварительные испытания в условиях ГП «Запорожвзрывпром». Затем принимал непосредственное участие в разработке, предварительных и промышленных испытаниях в условиях карьеров Кривбасса более современного ЭВВ украинит-ПМ, украинит-ПМ-2Б.
Рис. 7 Первый взрыв украинита на Ингулецком ГОКе
Эти ЭВВ приняты к постоянному применению и широко используются на карьерах Криворожских горно-обогатительных комбинатов и гранитных карьерах, обслуживаемых ЗАО «Промвзрыв».
Рис. 8 Первые широкомасштабные испытания украинита на Ингулецком ГОКе
По результатам научных разработок построен первый в Украине завод по изготовлению эмулькома матрицы ЭВР украинит (рис. 9). И созданы отечественные смесительно-зарядные машины на базе автомобилей КрАЗ и БелАЗ (рис. 10).
Рис. 9 Завод по изготовлению матрицы (эмульком) эмульсионного взрывчатого вещества украинит
Рис. 10 Крысин Р.С. и новые смесительно-зарядные машины "украинит"
Параллельно с разработкой эмульсионных взрывчатых веществ для открытых горных работ типа «украинит» Центр по проблемам взрывных работ НГУ в содружестве с УГХТУ разработал гранулированные взрывчатые вещества для подземных горных работ в железорудных шахтах Кривбасса. Так были разра ботаны, прошли все испытания в условиях шахт Криворожского железорудного комбината и приняты к постоянному применению такие гранулированные взрывчатые вещества как гранулит-НМ, гранулит-НМПМ-1, гранулит-НМПМ-2 и гранулит-НМПМ-3.
В целом за свою историю лабораторией выполнены работы и выданы соответстующие рекомендации, заключения по безопасности взрывных работ более чем на 100 карьерах отрасли нерудных строительных материалов и карьерах других ведомств Украины.
В настоящее время Центр по проблемам взрывных работ Национального горного университета в состоянии квалифицированно выполнять научно-исследовательские работы, выполнять экспертизу по следующим направлениям:
- оптимизация параметров буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях;
- обеспечение сейсмической безопасности и безопасности действия ударно-воздушной волны при промышленных взрывах;
- обеспечение безопасной дальности разлета кусков породы при взрывах в различных горногеологических условиях;
- уменьшение экологических последствий работ, связанных с заряжанием и взрыванием современных типов ВВ.
- проектирование буровзрывных работ в условиях горных предприятий, метростроя и при строительстве, реконструкции и ликвидации объектов различного назначения.
striletsa.ucoz.ru
Оптимизация процесса ведения буровзрывных работ
Для обеспечения сейсмической безопасности, сохранности зданий и сооружений, находящихся на поверхности и непосредственно попадающих в зону ведения взрывных работ, выполняются мероприятия по разработке оптимальных параметров буровзрывных работ на конкретных участках отработки месторождений полезных ископаемых в соответствии с требованиями технологии и нормативной документации.
В 2016 году сотрудниками сектора буровзрывных работ отдела горной науки выполнено большое количество поставленных задач по совершенствованию буровзрывных работ. В качестве примера можно выделить:
регламент технологического производственного процесса: «Буровзрывные работы на подземном руднике АО «Сафьяновская медь». Разработанный регламент устанавливает обязательный для исполнения общий порядок и основные принципы промышленной безопасности при ведении взрывных работ на подземном руднике АО «Сафьяновская медь», для существующей технологии отработки, в соответствии с действующей нормативной документацией;научно-исследовательская работа: «Проведение инструментальных сейсмометрических замеров при ведении взрывных работ для оценки влияния на охраняемые объекты поверхности при отработке запасов рудного тела №6 Узельгинского месторождения». По итогам выполнения разработана методика определения допустимой скорости сейсмических колебаний охраняемых объектов при взрывных работах на Узельгинском руднике, с целью сохранности жилых зданий и сооружений в поселке Александровский, а также здания главной вентиляторной установки.
Также сотрудниками института выполнены в рамках научного сопровождения и технического перевооружения в составе работ Отдела горной науки порядка двух десятков работ, по разработке оптимальных параметров буровзрывных работ. Проведено 33 инструментальных сейсмометрических замера рядом с охраняемыми объектами при взрывных работах, разработаны сейсмобезопасные параметры БВР.
mining-media.ru
Способ ведения буровзрывных работ
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке скальных горных пород. Техническим результатом является повышение эффективности буровзрывных работ за счет снижения потерь скважин от обрушения, улучшения качества дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Способ заключается в том, что положение скважин первого ряда смещают относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а положение скважин следующих рядов смещают относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта. 3 табл., 4 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке скальных горных пород.
Известен способ скважинной отбойки горных пород на карьерах, включающий бурение взрывных скважин (М.Ф. Друкованный. Методы управления взрывом на карьерах. М.: «Недра», 1973). При отбойке скважин разрушение горных пород происходит не только в проектных контурах, но и за их пределами. Особенно это касается сложно-структурных массивов горных пород, которые отбиваются, как правило, при повышенном удельном расходе бурения и ВВ. За пределами проектных контуров отбойки наблюдается разрушение массива горных пород и интенсивное искусственное трещинообразование. Это касается откосов уступов и подошвы уступа. При попадании скважин в зоны искусственного нарушения массива наблюдается обрушение устьев скважин, уменьшение величины перебура, ухудшение дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Наличие трещин отрицательно сказывается на забуривании скважин, а производительность буровых станков при этом снижается на 50%, а иногда (для станков огневого бурения) и в два раза. Кроме того, наличие трещин в верхней части уступа повышает выход негабарита (М.Ф. Друкованный. Методы управления взрывом на карьерах. М.: «Недра», 1973, 415 с.).
Задачей изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ за счет снижения потерь скважин от обрушения, улучшения качества дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Задача решается тем, что положение скважин первого ряда смещают относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а положение скважин следующих рядов смещают относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта.
При отбойке скважин разрушение горных пород происходит не только в проектных контурах, но и за их пределами. Особенно это касается сложно-структурных массивов. За пределами проектных контуров отбойки наблюдается разрушение массива горных пород и интенсивное искусственное трещинообразование. Это касается откосов уступов и подошвы уступа. При попадании скважин в зоны искусственного нарушения массива наблюдается обрушение устья скважин, уменьшение величины перебура, ухудшение дробления горных пород и проработки подошвы уступа. Так, в работе (Жабоев М.Н., Хакулов В.А, Бахарев Л.В., Равикович Б.С. Совершенствование технологии отбойки сложно-структурных массивов горных пород. // Горный журнал. - 1990. - №9. - С.22-23.) выделены следующие основные причины потерь технологических скважин в зонах искусственного нарушения массива пород:
- Потери скважин при бурении первого ряда.
- Обрушение устья скважин в результате бурения верхней части скважин в нарушенном предыдущими взрывами массиве горных пород.
По данным этих исследований, на карьере «Мукуланский» удельный вес потерь скважин, связанный с искусственным нарушением массивов пород, составлял около 45%, до 27% потерь скважин связано со сдвижением горных пород, и до 28% потерь скважин связано с естественной трещиноватостью массивов горных пород. Необходимо отметить, что в описанной работе напрямую не ставилась задача повышения эффективности БВР за счет оптимизации параметров и технологии ведения буровзывных работ в зоне искусственного трещинообразования. Внедрением технологии заряжания вслед за бурением устранена значительная часть потерь скважин, вызванная сдвижением горных пород. За счет снижения расхода бурения и ВВ уменьшились размеры зон искусственного трещинообразования, уменьшилась вероятность попадания скважин в эти зоны, снизились потери скважин (до 10-11%). На тот момент времени поставленная цель была достигнута - улучшилось качество дробления, снизился расход бурения и ВВ, увеличилась концентрация БВР и интенсивность горных работ. Но потери из-за обрушения скважин в зонах искусственной трещиноватости остались на уровне 10%. Отсутствие в 90-е годы автоматизированной системы проектирования буровзрывных работ, нацеленной на постоянный анализ параметров и результатов предыдущих массовых взрывов и эффективных средств контроля соблюдения проектных параметров БВР, не позволяло нейтрализовать отрицательное влияние искусственного трещинообразования.
В таблице 1 представлены основные показатели массовых взрывов на карьере «Мукуланский».
Как видно из табл.1, по степени влияния искусственного трещинообразования на результаты массовых взрывов можно выделить три зоны:
1. Зона максимальных потерь скважин, в которой обрушившиеся скважины необходимо перебуривать.
2. Зона потерь скважин, соизмеримых с величиной перебура. Эти скважины требуют чистки.
3. Зона потерь скважин, не превышающих половины перебура.
Потери скважин в третьей зоне обычно частично компенсируются увеличением глубины перебура по всем скважинам. Бессистемное увеличение глубины перебура ведет к увеличению зоны нарушения за пределами проектных контуров отбойки.
Данные по блокам 11, 23, 44, 63, касающиеся положения скважин (с обрушением устья) относительно скважин вышележащего горизонта, были проверены на однородность. Результаты проверки на однородность выборок по блокам 11, 23, 44, 63 представлены в таблицах №2 и №3.
| Таблица 1 | |||||
| Основные показатели опытных взрывов на карьере «Мукуланский» | |||||
| №№ пп | Показатели | Номер блока (гор. 2735 м) | |||
| 11 | 23 | 44 | 63 | ||
| 1 | Категория пород по взрываемости | V | V | V | V |
| Объем отбойки по блоку тыс.м3 | |||||
| Объем бурения по блоку (м) | |||||
| 2 | Высота уступа (м) | 15.0 | 15.1 | 15.3 | 14.9 |
| 2 | Средняя глубина скважин (м) | 17.8 | 18.0 | 18.1 | 17.7 |
| 3 | Удельный расход ВВ (Кг/м3) | 0.65 | 0.67 | 0.63 | 0.64 |
| Выход горной массы с 1 погонного метра скважины | 42 | 41 | 43 | 41.5 | |
| 4 | Вместимость скважин (Кг/м) | 47 | 49 | 47 | 48 |
| 5 | Коэффициент использования длины скважины | 0.58 | 0.56 | 0.58 | 0.55 |
| Коэффициент взрывной нагрузки на подошву уступа kn=P/V | 1.12 | 1.2 | 1.09 | 1.16 | |
| Количество скважин на блоке | 87 | 112 | 56 | 97 | |
| Количество потерянных скважин | 4 | 6 | 2 | 6 | |
| в том числе: | |||||
| по первому ряду | 4 | 5 | 2 | 5 | |
| в створе скважин последнего ряда предыдущего взрыва | 4 | 5 | 2 | 5 | |
| Количество скважин, по которым потери составили не менее 0.5-1 величины перебура (1.5-3 м), в том числе на расстоянии от скважин вышележащего горизонта: | 32 | 39 | 24 | 35 | |
| менее 0.5 м | 14 | 17 | 10 | 15 | |
| 0.5-1.0 м | 15 | 18 | 11 | 17 | |
| 1-1.5 м | 2 | 3 | 2 | 2 | |
| более 1.5 м | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| Количество скважин, по которым потери составили до 0.5 величины перебура (1.5 м), в том числе на расстоянии от скважин вышележащего горизонта: | 54 | 62 | 40 | 57 | |
| менее 0.5 м | 2 | 2 | 1 | 2 | |
| 0.5-1.0 м | 5 | 6 | 2 | 5 | |
| 1-1.5 м | 21 | 24 | 17 | 23 | |
| 1.5-2 м | 18 | 21 | 18 | 19 | |
| 2-2.5 м | 6 | 7 | 2 | 6 | |
| Более 2.5 м | 2 | 2 | 2 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Результаты проверки на однородность выборок скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.5-1 величины перебура | ||||||||
| Отдельные совокупности | Среднеквадратические отклонения | Сред. расстояния между скважинами в выборке | Количество данных по выборкам | |Z| | Za | |||
| 11-23 | 0.340 | 0.342 | 0.586 | 0.590 | 32 | 39 | 0.056 | 1.60 |
| 23-44 | 0.342 | 0.361 | 0.590 | 0.361 | 39 | 24 | 0.035 | 1.60 |
| 44-63 | 0.361 | 0.332 | 0.361 | 0.332 | 24 | 35 | 0.042 | 1.60 |
| 63-11 | 0.332 | 0.340 | 0.332 | 0.586 | 35 | 32 | 0.003 | 1.60 |
Согласно HQ нулевой гипотезе (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и студентов ВТУЗОВ. - Лейпциг, 1979, Тойбнер, 1979, М.: Наука, 1980, 975 с.) попарно сравниваемые выборки значений равнозначны при условии:
МХ=МУ,
где MX и МУ - математические ожидания расстояния между скважинами текущего горизонта (по которым потери составили не менее 0.5-1 величины перебура) и ближайшими скважинами вышележащего горизонта.
При этой гипотезе величина теста распределена по закону N(X:0.1), где X и Y - соответственно средние расстояния между скважинами в выборке; n - количество данных по выборкам; D(X-Y) - дисперсия X-Y; ∂x и ∂y - соответственно среднеквадратичные отклонения случайных величин X и У.
При однородности рассматриваемых величин выполняется неравенство |Z|<Za. Величину Za определяет значение ошибки a. Для a=0.1 согласно [3] Za=1,6.
Из таблицы 2 видно, что все совокупности выборок по взрывным блокам 11, 23, 44, 63 однородны (соблюдается требование теста |Z|>Za).
Аналогичные выводы можно сделать по результатам проверки на однородность, выборок скважин, по которым потери от обрушения составили менее 0.5 величины перебура.
| Таблица 3 | ||||||||
| Результаты проверки на однородность выборок скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.2-0.5 величины перебура | ||||||||
| Отдельные совокупности | Среднеквадратические отклонения | Сред. отклонения от проектного положения | Количество данных по выборкам | |Z| | Za | |||
| 11-23 | 0.150 | 0.156 | 0.305 | 0.223 | 87 | 112 | 0.0056 | 1.60 |
| 23-44 | 0.156 | 0.146 | 0.223 | 0.146 | 112 | 56 | 0.0354 | 1.60 |
| 44-63 | 0.146 | 0.142 | 0.146 | 0.141 | 56 | 97 | 0.0417 | 1.60 |
| 63-11 | 0.142 | 0.150 | 0.141 | 0.305 | 97 | 87 | 0.0003 | 1.60 |
Полученные закономерности распределения потерь скважин от обрушения позволяют определить следующую технологию проектирования и проведения буровзрывных работ. Фактическое положение скважин на блоке заносится в компьютерную базу данных. Формируемая и постоянно пополняемая база данных используется в дальнейшем при проектировании очередных блоков. При проектировании очередного блока анализируются параметры БВР на смежных (в плане и высоте) блоках. При этом устанавливаются:
1. Соответствие сетки скважин на текущем и предыдущем блоках.
2. Коэффициент вариации, характеризующий отклонение от проектных параметров при реализации проекта.
При соответствии категории пород по взрываемости, параметрам сетки скважин, а также отклонении от проектных параметров, не превышающем 0.5 м, технология может быть упрощена. При этом выбирается положение первой скважины, которая располагается в шахматном порядке относительно скважин на смежных блоках. Положение остальных скважин корректируется лишь в том случае, если они располагаются ближе 1.5 м относительно скважин на смежных в плане и высоте блоках.
Процесс бурения отдельных скважин, попадающих в полуметровую зону, положение которых по технологическим причинам менять не желательно, осуществляют на пониженной осевой нагрузке и повышенных оборотах. При этом глубина бурения этих скважин может быть увеличена на 0.2-0.4 глубины перебура. При значительном отклонении сетки скважин на смежных блоках (коэффициент вариации более 20%) смещают все скважины, попадающие в полутораметровую зону влияния скважин из смежных блоков. При этом сохранение проектных значений удельного расхода ВВ и выхода горной массы с 1 погонного метра скважин обеспечивается изменением коэффициента сближения скважин.
На Фиг.1. представлен разрез по скважинам, пробуренным в массивах различной структуры:
1 - в монолитных массивах горных пород
2 - в нарушенных предыдущим взрывом массивах горных пород
На Фиг.2. представлено положение скважин на блоке относительно скважин предыдущих массовых взрывов
1 - скважины на блоке
2 - положение скважин последнего ряда предыдущего взрыва на данном горизонте
3 - положение скважин предыдущего взрыва на вышележащем горизонте
4 - обрушенная часть скважины
5 - положение нижней части скважины вышележащего горизонта
6 - зона искусственного трещинообразования вокруг скважины в перебуре
Фиг.3 - гистограмма расположения скважин, по которым потери от обрушения составили не менее 0.5-1 величины перебура.
Фиг.4 - гистограмма расположения скважин, по которым потери от обрушения составили менее 0.5 величины перебура.
Смещение положения скважин первого ряда относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а также смещение положения скважин следующих рядов относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта позволяет исключить попадание скважин в зону искусственного трещинообразования, что позволяет достичь следующего положительного эффекта:
- потери скважин от обрушения устьев и стенок скважин сокращаются на 9-10%;
- увеличивается скорость забуривания скважин на 30-40%;
- за счет сокращения потерь скважин улучшается проработка подошвы уступа;
- размещение скважинных зарядов за пределами зон искусственного трещинообразования (за пределами зон неуправляемого дробления) обеспечивает улучшение качества дробления (выход негабарита снижается на 18-22 отн.%).
Способ ведения буровзрывных работ на карьерах, включающий бурение взрывных скважин, отличающийся тем, что положение скважин первого ряда смещают относительно скважин последнего ряда предыдущего взрыва текущего горизонта и скважин вышележащего горизонта, а положение скважин следующих рядов смещают относительно скважин предыдущего взрыва вышележащего горизонта.
www.findpatent.ru
Оптимизация проектов буровзрывных работ на карьерах с использованием компьютерных информационных систем
Важный резерв повышения эффективности буровзрывных работ — создание и внедрение новейших современных технологий взрывного разрушения, добычи и переработки минерального сырья, позволяющих снизить техногенные нагрузки горнодобывающих предприятий на окружающую среду. Следовательно, совершенствование взрывных работ на карьерах на основе оптимизации параметров буровзрывных работ, базирующихся на концепциях баз данных, имитационного моделирования, экспертных и геоинформационных систем, а также разработки новых схем взрывания и конструкций зарядов, — актуальная задача.
Эффективное проектирование горных объектов невозможно без адекватного информационного обеспечения, так как процесс принятия решений сопряжен с анализом значительного объема разнородной информации и затруднен из-за недостаточной формализации. Большинство проектных организаций используют разнообразные компьютерные информационные системы, базирующиеся на концепциях баз данных, имитационного моделирования, экспертных и геоинформационных систем.
В настоящее время приоритетно использование результатов сводных расчетов для определения дифференцированного вклада отдельных процессов взрыва. Новация заключается в том, что при разработке проектов основные показатели взрывных работ заносят в базы данных, которые дают возможность разработать программное обеспечение, позволяющее объединить полученные базы данных, проанализировать их корректность и рассчитать задачи взрыва, а также автоматически определить дифференцированный вклад участников процесса в конечные показатели и выдать соответствующие рекомендации.
Внедрение новейших технологий взрывного разрушения, базирующихся на концепциях баз данных, имитационного моделирования, экспертных и геоинформационных систем, при добыче и переработке руд — перспективный резерв улучшения эффективности горного производства с уменьшением негативного влияния на окружающую среду.
Голик В.И., Комащенко В.И.
Статья планируется к публикации в седьмом номере журнала
www.btpnadzor.ru
