МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БЕТІН ВОЛОДИМИР ДМИТРОВИЧ

УДК 622.235.62: 622.271

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВІДБІЙКИ ПОРІД

В КАР’ЄРАХ СВЕРДЛОВИННИМИ ЗАРЯДАМИ

З БОКОВОЮ ПОРОЖНИНОЮ ТА ЛІНІЙНИМ ІНІЦІЮВАННЯМ

Спеціальність 05.15.03 - Відкрита розробка родовищ корисних копалин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Клочков Віталій Федорович

Криворізький технічний університет, професор кафедри

будівельних геотехнологій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Федоренко Павло Йосипович,

Криворізький технічний університет, завідувач кафедри маркшейдерії;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Воротеляк

Гарольд Андрійович, Державний науково – дослідний гірничорудний

інститут, завідувач лабораторії керування вибухом і гірничої сейсміки.

Провідна установа: Дніпропетровський національний гірничий університет Міністерства освіти

і науки України, кафедра відкритих гірничих робіт, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “27” січня 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 09.052.02 при Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

З матеріалами дисертації можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002м. Кривий Ріг, вул.. Пушкіна,37.

Автореферат розісланий “25 ” грудня 2004 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради, професор Г.Т.Фаустов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Ефективність роботи сучасного гірничого підприємства суттєво залежить від якості подрібнення гірських порід вибухом. При цьому на техніко-економічні показники роботи обладнання і, в першу чергу, вантажно-транспортного комплексу, впливає як кондиційний розмір куску, так і рівномірність подрібнення порід по усій висоті уступу.

Аналіз направлень і способів інтенсифікації подрібнення гірських порід вибухом показав, що гранулометричний состав гірської маси, крім питомих витрат вибухових речовин (ВР) та послідовності вибухів зарядів, визначається також розподілом маси ВР по довжині колонки та направленістю дії зарядів. Недостатньо враховується структурна будова масиву, що має значний вплив на результати відбійки порід вибухом. Це приводить до надмірних витрат ВР, що збільшує загальні витрати на БВР та сейсмічну дію масових вибухів.

Тому забезпечення рівномірності подрібнення порід по висоті уступу, зниження витрат ВР (при високій інтенсивності відбійки гірських порід) та зменшення руйнуючої дії масових вибухів на породний масив, котрий необхідно зберігати, є актуальними науково-технічними задачами.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у Криворізькому технічному університеті. Дослідження проводилися переважно у рамках госпдоговірної тематики: з трестом “Кримгідроспецбуд” (1985?1992 рр.; т. № 8-665-85, № 8-464-90), підприємствами “Чорноморвибухпром” (т. №8-123-88) та “Кривбасвибухпром” (1984?1991; 2000ч2001?р.; дог. №455-84, № 146, №191). Автором виконані теоретичні дослідження та розроблені нові конструкції свердловинних зарядів, проведені полігонні і промислові експерименти, сконструйована установка для формування порожнистих циліндрів. Науково-технічні розробки по інтенсивному роздрібненню порід біля діючих об’єктів, зниженню порушень позаконтурних масивів та зменшенню витрат ВР упроваджувалися у виробництво при безпосередній участі автора.

Мета роботи полягає в підвищенні ефективності відбійки гірських порід у кар’єрах способом управління руйнуючою дією вибуху свердловинними зарядами з боковою порожниною та лінійним ініціюванням.

Для її досягнення були поставлені та вирішені наступні завдання:

- експериментально досліджений вплив товщини оболонки заряду на затримку розширення продуктів детонації;

- теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена залежність радіальної спрямованості дії вибуху від параметрів свердловинних зарядів із боковою порожниною та лінійним ініціюванням;

- розроблена методика розрахунку лінійної маси ВР свердловинного заряду в залежності від параметрів уступу та характеристик гірських порід;

- розроблена та упроваджена у виробництво технологія відбійки неоднорідних масивів порід із використанням свердловинних зарядів з боковими порожнистими циліндрами та лінійним ініціюванням.

Основна ідея роботи полягає в диференційованому розподілу руйнуючих навантажень у породному масиві при вибухах зарядів направленої дії із змінною лінійною масою ВР.

Об’єктом досліджень є технологія ведення вибухових робіт в залізорудних кар’єрах та при проходці траншей і котлованів.

Предметом досліджень є методи регулювання подрібнення гірських порід в кар’єрах.

Методи досліджень. Для реалізації поставленої мети використовувалась комплексна методика досліджень, що включає аналіз світового досвіду ведення вибухових робіт, теоретичні та полігонні дослідження, промислові випробування розроблених конструкцій зарядів, техніко-економічний аналіз результатів упровадження наукових розробок. Використовувалися методи математичної статистики та прийняті методики оцінки результатів БВР.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Збільшення об’єму зони регульованого роздрібнювання досягається розміщенням у заряді, біля стінки свердловини, циліндричної порожнини в оболонці та розташуванням лінійного ініціатора у шарі ВР, товщина якого дорівнює критичному діаметру відкритого заряду.

2. Рівномірність енергонасичення масиву по висоті уступу, при різних міцностних характеристиках порід, забезпечується відповідною довжиною порожнистих циліндрів у заряді та величиною їх діаметрів, що, в залежності від використаних ВР, складають 0,3?0,7 діаметру свердловини.

3. Напрямки максимальних та мінімальних радіальних руйнуючих навантажень у масиві визначаються взаємним розташуванням порожнистих циліндрів та лінійного ініціатора у розробленому свердловинному заряді.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- вперше встановлено, що при вибухах зарядів ВР (діаметром 135?250 мм) наявність поліетиленової чи картонної оболонки товщиною більш ніж 3,5 мм затримує процес розширення продуктів детонації на десятки мікросекунд; на цій основі теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена можливість підвищення ефективності вибухових робіт при дії на масив подовженого фронту детонаційної хвилі та зниженні пікового тиску після прориву продуктів детонації через оболонку заряду;

- встановлена залежність параметрів свердловинного заряду з боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням від питомих витрат ВР та міцностних характеристик гірських порід, при цьому експериментально встановлено, що розроблені конструкції зарядів мають на 6?15 % більшу роботоздатність, ніж заряди з суцільною колонкою ВР;

- визначена залежність радіальної спрямованості дії вибуху розробленого заряду від співвідношень діаметрів порожнини і свердловини та критичного діаметру застосованої ВР;

- теоретично обґрунтовано та експериментально встановлено, що областю використання зарядів з боковою порожниною і лінійним ініціюванням є сухі та частково обводнені свердловини у породах середньої міцності (f = 12ч14) ?ізної шаруватості та ступенів тріщинуватості.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень висновків і рекомендацій підтверджується коректністю поставлених задач, застосуванням апробованих методів планування експериментів і математичної обробки даних, експериментальним підтвердженням розроблених технологічних рішень і позитивними результатами їхнього практичного використання.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей руйнування масиву однорідних та шарових порід зарядами з боковою порожниною і лінійним ініціюванням.

Практичне значення роботи:

Розроблені дві конструкції свердловинних зарядів (авторські свідоцтва 1210543 та 1235296), що за рахунок диференційованого енергонасичення масиву дозволяють збільшити об’єм зони регульованого подрібнення порід на 3?15 % в кар’єрах та на 25?40 % при проходці траншей, зменшити витрати ВР на 7?16 %, а також забезпечити скероване руйнування породного масиву.

Розроблені та використані в промислових вибухах схеми орієнтування зарядів спрямованої дії, що дозволяють інтенсивно роздрібнювати вибухом породні масиви поблизу від промислових і житлових об’єктів або проводити селективну відбійку ділянок масиву на кар’єрах.

Реалізація результатів досліджень. Використання розроблених у дисертаційній роботі конструкцій свердловинних зарядів та методів їх орієнтування дозволяє при відбійці гірських порід, що легко та середнє руйнуються вибухом, знизити витрати вибухових речовин. Впровадження результатів роботи у виробництво на кар’єрі № 1 ЦГЗКу дало можливість одержати загальний економічний ефект у розмірі 114,7 тис. гривень.

Особистий внесок автора:

1. Експериментальні дослідження характеру розширення продуктів детонації в залежності від товщини оболонки заряду та розробка на основі отриманих результатів двох нових конструкцій свердловинних зарядів з боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням.

2. Аналітичні дослідження процесів розвитку детонації в зарядах з боковими порожнистими циліндрами та лінійним ініціюванням.

3. Експериментальні дослідження роботоздатності, напрямків руйнуючої дії та ефективності роздрібнювання різних порід зарядами з боковою порожниною та лінійним ініціюванням, аналіз та обробка результатів.

4. Розробка технології промислового виготовлення порожнистих циліндрів та формування свердловинних зарядів направленої дії із змінною по висоті лінійною масою вибухових речовин.

5. Розробка та упровадження технології вибухових робіт із використанням зарядів з боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням у різних гірничотехнічних умовах.

Апробація результатів досліджень.

Основні положення роботи доповідалися на конференціях “Проблемы добычи и обогащения руд” (м. Апатити, 1984 р.) “Совершенствование буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях КМА” (м. Губкін, 1985 р.), науково-технічних конференціях КГРІ (1985?1987 рр.), міжнародних науково-технічних конференціях: “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, 2004р.) та “Українсько-Польський форум гірників 2004” (м. Ялта, 2004); технічних нарадах підприємств “Кривбасвибухпром” (м. Кривий Ріг, 1985, 1988, 1991рр.) та “Чорноморвибухпром” (м. Одеса, 1988?1990 рр.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 наукових робіт: 7 – у фахових виданнях, 3 – у матеріалах і тезах наукових конференцій; одержано 2 авторських свідоцтва на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів та висновків; викладена на 166 сторінках машинописного тексту і вміщує 41 рисунок, 11 таблиць та 3 додатки, список використаної літератури із 130 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В роботі розглянуті та узагальнені результати досліджень, пов’язаних із технологіями відбивання породних масивів, вивченням міцності та інших характеристик порід, що впливають на результати руйнування їх вибухами.

Вибір напрямків досліджень зроблено на основі аналізу результатів теоретичних та експериментальних робіт, присвячених питанням управління роздрібнюванням порід, що викладено в працях Л.І. Барона, В.Ф. Бизова, Г.А. Воротеляка, М.Ф. Друкованого, Е.І. Єфремова, Ю.П. Капленка, В.Ф. Клочкова, Б.М. Кутузова, Л.М. Марченко, М.В. Мельникова, Ю.С. Мец, Е.О. Мінделі, В.В. Перегудова, Г.І. Покровського, В.В. Ржевського, П.Й. Федоренка, О.Н. Ханукаєва, О.В. Шапуріна та інших вчених.

У першому розділі викладений аналіз сучасного стану вибухових робіт та впливу структурної будови масиву на їх результати.

При підривному відбиванні гірських порід на кар’єрах широко застосовуються свердловинні заряди з суцільною або розподіленою проміжками (повітряними, породними) колонкою ВР, що ініціюються різними способами. До недоліків таких конструкцій потрібно віднести нерівномірність енергонасичення масиву та відсутність або недостатність радіальної скерованості дії вибуху кожного заряду, що спричиняє значні витрати ВР для забезпечення необхідної інтенсивності роздрібнювання порід і може приводити до ушкоджень позаконтурного масиву.

Відомо, що при лінійному ініціюванні свердловинних зарядів посилюється дія вибуху на масив і збільшується інтенсивність роздрібнювання порід. Встановлено також, що породи середньої міцності та непружні сильно тріщинуваті краще руйнуються під дією імпульсу з більш низьким тиском, але зі збільшеною тривалістю вибухового навантаження. Формою і часом прикладання вибухового імпульсу можливо ефективно управляти за допомогою конструкції самого заряду.

В існуючій практиці проведення вибухових робіт недостатньо ураховується структурна побудова масиву, особливості якої в межах кожного вибухового блоку можуть істотно впливати на параметри колонки зарядів та направлення їх руйнуючої дії. Використання просторового моделювання родовищ корисних копалин для корегування параметрів свердловинних зарядів дозволить інтенсивно роздрібнювати породи при знижених питомих витратах ВР.

В умовах, що склалися, одним із шляхів зниження вартості вибухових робіт при збереженні необхідної якості подрібнення гірської маси є розробка нових конструкцій свердловинних зарядів, що забезпечують диференційований розподіл руйнівних навантажень у масиві; параметри яких відповідали б структурі породних масивів конкретних вибухових блоків.

Другий розділ містить теоретичні дослідження дії вибуху зарядів з боковою порожниною при лінійному ініціюванні та розробку їх параметрів.

Фотозйомки процесів детонації у зарядах вибухових речовин (діаметром 135?150 мм) з прозорою поліетиленовою оболонкою виявили, що наявність відносно тонкої (3?4,5 мм) оболонки заряду сприяє створенню інтервалу часу між проходженням детонаційної хвилі по ВР та проривом продуктів детонації через оболонку - в десятки мікросекунд. Так при товщині оболонки 3?3,5 мм – затримка складає 18?25 мкс, при 4 мм – 30 мкс; при 4,5 мм – перевищує 40 мкс.

При вибухах досліджуваних свердловинних зарядів формується похилено-обертальний фронт детонаційної хвилі, котрий у кожному елементарному горизонтальному перерізі заряду переміщується по дузі уздовж стінки свердловини та чинить максимальну дію на межу розподілу “вибухові речовини – середовище” в розрахунковому напрямі. Це забезпечується формою заряду, параметрами порожнистих циліндрів, розміщених уздовж колонки ВР біля стінки свердловини, та координатами протяжності лінійного ініціатору (рис.1).

Після проходження детонаційної хвилі в кожному елементарному перерізі заряду продукти детонації прориваються через оболонку порожнини, що призводить до зниження пікового тиску та збільшення часу прикладання вибухового навантаження до масиву порід.

Координати розміщення лінійного ініціатору (рис. 2)

; (1)

де Rc – радіус свердловини; м; к = dп.ц./ dс – відношення діаметрів порожнистого циліндру та свердловини; dкр – критичний діаметр ВР, м.

Процес формування фронту детонаційної хвилі у дослідному свердловинному заряді розглядається з урахуванням розвитку детонації в різних напрямках (рис.2). Всю площину елементарного горизонтального перерізу заряду умовно можемо розділити на дві частини. Зона радіального поширення хвилі детонації, де фронт хвилі має форму дуги з радіусом, що дорівнює DВР Ч Дti, обмежена прямою Ркn. При огинанні оболонки порожнини фронт детонації викривляється, його форма визначається співвідношенням діаметрів порожнини і свердловини та місцем розташування лінійного ініціатору.

Довжина путі детонації у кожному елементарному перерізі заряду в різні моменти часу визначається з наступного виразу

(2)

де вн. – кут, що визначає початок огинання порожнистого циліндру хвилею детонації, град.; Rд = к Rc + dкр/2, м; b = Rc – rп.ц., м;

;

б2 – кут, що визначає місце прокладання лінійного ініціатору,

(3)

Максимальна довжина путі детонаційної хвилі по горизонтальному перерізу заряду залежить від характеристик ВР, відношення діаметрів порожнистого циліндру та свердловини і координат розташування лінійного ініціатору. Довжина путі детонації може бути більше діаметра свердловини (рис.3). Характер дії фронту детонації в елементарному перерізі заряду визначається властивостями ВР та тим, що їх хімічне перетворення в даному перерізі закінчується до прориву продуктів детонації через оболонку порожнини.

Графоаналітичні дослідження форми фронту хвилі детонації (рис. 2) показують, що напрямок максимальної дії вибуху залежить від співвідношення діаметрів порожнини і свердловини та критичного діаметру ВР. Розмір кута між напрямком максимальної дії та лінією, що з’єднує осі свердловини та порожнистого циліндру (кут ) може складати 15?110о.

Аналіз якості детонації в свердловинному заряді з боковою порожниною показує, що заряд має зону безумовно надійної детонації (там, де товщина шару вибухової речовини дорівнює або перевищує критичний діаметр відкритого заряду) та дві зони можливо нестійкої детонації, що знаходяться на кінцях “ріжків” серпастого зрізу заряду (товщина шару ВР менше dкр.).

Співвідношення об’ємів ВР, що детонує нестійко та всього заряду.

(4)

де d с діаметр свердловини, м; к співвідношення діаметрів порожнистого циліндру та свердловини; , с, кр. величини розрахункових кутів для визначення об’ємів ВР, град.

(5)

(6)

кр = 180 + с , град. (7)

Аналітичні дослідження зарядів амоніту № 6 ЖВ та грамоніту 79/21 (рис. 4) показують, що при невеликому критичному діаметрі ВР забезпечується висока надійність детонації у свердловинних зарядах із значним співвідношенням діаметрів порожнини та свердловини (до 0,7). Для гранульованих ВР, що мають більший критичний діаметр, таке співвідношення знижується.

При поширеному в кар’єрах Кривбасу діаметрі свердловин – 250 мм, співвідношення діаметрів порожнини та свердловини, що забезпечує якісну детонацію заряду, к? 0,6. Встановлена зона раціональних співвідношень діаметрів порожнистого циліндру та свердловини (к = 0,3ч0,7).

Розрахунок параметрів свердловинних зарядів по загальновідомим методикам при змінній по висоті уступу лінії найменшого опору, призводить до конічної форми колонки вибухових речовин. Заряд можливо розділити на дві частини: нижню - суцільну колонку ВР в перебурі та частково над ним і верхню, у якій між зарядом та стінкою свердловини доцільно утворювати порожнину.

Якщо порожнистий об’єм у верхній частині розмістити не навкруги конічного заряду, а біля стінки свердловини, то при тій же залежності розподілу маси ВР, порожнистий об’єм приймає форму асиметричного кругового параболоїду, вершина якого знаходиться на межі з суцільною (підніжною) частиною заряду. Горизонтальний переріз ВР, що охоплюють круговий параболоїд, приймає серпоподібну форму.

Відстань від верхньої площадки уступу до будь-якого горизонтального перерізу порожнистого асиметричного кругового параболоїду складає:

(8)

де В= v 4/ Д; Д щільність заряджання ВР, кг/м3; q фактичні питомі витрати ВР, кг/м3; кi = dп.i /dс відношення діаметрів перерізу асиметричного кругового параболоїда та свердловини.

При кi = 0 отримуємо відстань від верхньої площадки уступу до суцільної підніжної частини заряду. Висота частини заряду з порожнистим параболоїдом:

(9)

де Vкол. – об’єм ВР верхньої (колонкової) частини заряду.

При переході до ступеневої колонкової частини у вигляді циліндрів із вибухової речовини з серпоподібними основами, що охоплюють порожнисті кругові циліндри, повинна дотримуватись умова, що маса, а отже і об’єм заряду із порожнистим параболоїдом, на інтервалі глибин від Hi до Hi+1 дорівнюють масі та об’єму ступеневого заряду. Тоді, при одноступеневій колонковій частині, відношення діаметрів бокової порожнини та свердловини:

(10)

Знаючи об’єм вибухових речовин колонкової частини та площу основи ступіні ВР, знаходимо висоту одноступеневої колонкової частини свердловинного заряду (рис. 5).

При двоступеневій колонковій частині відношення діаметрів порожнистого циліндру нижньої ступіні та свердловини (кн.) приймаємо мінімальним (близьким до 0,3). Висота нижньої ступіні ВР:

(11)

Висота верхньої ступіні вибухових речовин:

Аналіз можливостей застосування зарядів із боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням у кар’єрах Кривбасу виявив, що мінімальна довжина підніжної (суцільної), а отже максимальна довжина колонкової частини заряду, досягається при їх формуванні в середніх по міцності та досить міцних породах, що легко або середньо руйнуються вибухом. Зменшення довжини забійки компенсується зниженням (на 20?36 %) лінійної маси ВР у верхній частині заряду. При dс ?250 мм та висоті уступу до 15 м, раціональним є формування одноступеневої колонкової частини. Застосування зарядів із двохступеневою колонковою частиною повинно бути ефективним при більш високих уступах (Ну>15 м), або діаметрах свердловин більших ніж 250 мм.

У третьому розділі викладено результати полігонних досліджень роботоздатністі зарядів з боковими порожнистими циліндрами та лінійним ініціатором, що оцінювались в порівнянні із зарядами з суцільною колонкою та з вісьовою порожниною.

Результати експериментів довели, що заряди з боковою порожниною при к = dп.ц./dc = 0,3ч0,7 мають на 6?15 % більшу роботоздатність в порівнянні із зарядами із суцільною колонкою ВР і на 2?4 % - із зарядами з вісьовою порожниною.

Дослідження форми воронок вибуху доказує, що заряди з боковою порожниною та лінійним ініціатором мають чітко направлену дію вибуху. При співвідношенні діаметрів к<0,3, різниця об’ємів протилежних секторів незначна. При к>0,3 направленість дії вибуху збільшується і досягає максимальних значень при к= 0,5ч0,6 - ?б’єми протилежних секторів воронок різнилися в 1,48?1,49 рази. При подальшому збільшенні співвідношень діаметрів до к? 0,714, направленість дії вибуху заряду явно виражена, однак об’єми воронок вибуху зменшуються. Максимальний (в порівнянні з іншими) об’єм має сектор воронок вибуху протилежний до місця розташування лінійного ініціатора.

У четвертому розділі розглянуті результати промислової перевірки теоретичних та полігонних досліджень, що проводилася при подрібненні монолітних та шаруватих порід Криму, а також у діючих залізорудних кар’єрах ЦГЗКу та гранітному кар’єрі у Кіровограді.

Випробування зарядів з боковими порожнистими циліндрами та лінійним ініціюванням проводилися при проходці траншей і котлованів для гідротехнічних споруд у містах Сімферополі, Севастополі та інших районах Криму. Характерними особливостями робіт були невелика (2?4 м) товщина шару, який розпушувався та ручна зарядка свердловин. Це дозволяло легко формувати заряди необхідних конструкцій. В той же час, умови проведення вибухових робіт суттєво ускладнювалися наявністю чергування тонких (0,5?2 м) шарів вапняку та в’язких глинистих ґрунтів, а також великою кількістю житлових та промислових об’єктів, що знаходились на відстані 5?40 м від вибухових ділянок.

Експериментальні заряди зі зниженою лінійною масою ВР (рис. 1, рис. 5) дозволили збільшити зону регульованого подрібнення за рахунок подовження колонки ВВ на 25?40 % та направленої дії вибуху. Разом з тим, на 6?17 % знижувались питомі витрати ВР.

Проведені експерименти показали, що при однакових питомих витратах ВР, розвал породи на експериментальних ділянках був на 0,9?1,1 м вище, ніж на контрольних. Вихід негабаритних кусків на експериментальних ділянках складав 2?3 %, на контрольних досягав до 6?10 %. Основний вихід негабариту зафіксований там, де тонкі (0,5?1,0 м) прошарки міцного вапняку залягали у верхній та нижній частинах роздрібнюваного масиву і розділялись в’язким глинистим ґрунтом.

В ході промислових вибухів із використанням зарядів з боковими порожнистими циліндрами та лінійним ініціюванням на об’єктах Криму відбито більше 60 тис.м3 порід шаруватої структури. Проведено рихлення міцних ґрунтів при прохідці котлованів та більше 12 тисяч метрів траншей на малих відстанях (5?40 м) від діючих водоводів, газопроводів, жилих будівель, кабелів зв’язку. У всіх випадках досягнуто якісне інтенсивне рихлення. Будь-яких ушкоджень об’єктів за весь період використання експериментальних зарядів направленої дії не відзначено.

Для формування зарядів з боковою порожниною в свердловинах при промислових випробуваннях на кар’єрах Кривбасу та Кіровограду була розроблена конструкція і виготовлено кілька екземплярів установки для виробництва порожнистих циліндрів (УФП). Циліндри діаметрами 85, 110, 120, 130 та 140 мм, довжиною 1м, виготовлялися з паперових мішків та макулатури в кількості, достатній для масових вибухів. Стінки циліндрів, товщиною 6?9 мм, витримували радіальне навантаження в 0,4?0,6 МПа.

Для лінійних ініціаторів використовували 4 нитки ДШЕ-12, переплетені між собою. При формуванні експериментальних свердловинних зарядів гірлянди порожнистих циліндрів та лінійні ініціатори розміщували таким чином, щоб максимальна руйнуюча дія вибуху направлялася в сторону існуючих або заново утворених вільних поверхонь, а мінімальна – в тил забою. Розрахунки експериментальних зарядів здійснювалися по діючим методикам з використанням формул 1, 3, 9, 10, наведених у даній роботі. Операції, пов’язані з підготовкою та проведенням масових вибухів на кар’єрах, здійснювалися згідно із затвердженою проектно-технологічною документацією на проведення масових вибухів; зміни та додаткові погодження не вимагалися.

Оцінка результатів дослідно-промислових вибухів на експериментальних та контрольних ділянках при однакових параметрах буровибухових робіт проводилася по гранулометричному складу підірваної гірської маси, продуктивності гірничо-транспортного обладнання, питомим витратам ВР та стану позаконтурного масиву.

Аналіз результатів вибухів у кар’єрі №1 ЦГЗКу показав, що вихід фракцій подрібнення –400мм для середніх по міцності порід, що легко та середнє руйнуються вибухом, на експериментальних ділянках вище, ніж на контрольних, на 4?9,1 %. При цьому, питомі витрати ВР знизилися на 0,04 кг/м3.

Оцінка стану позаконтурного масиву показала, що при подовженій (до 50?68 % від загальної колонки ВР) колонковій частині розроблених зарядів, поверхня уступу за ними менш ушкоджена заколами та тріщинами, ніж за зарядами з суцільною колонкою ВР.

Промислові випробування на Кіровоградському гранітному кар’єрі, що проводилися з урахуванням горизонтального та вертикального нашарування порід, показали, що вихід негабариту при використанні зарядів з боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням знизився в 1,2?1,35 рази; середня та верхня частини схилу позаконтурного масиву мали незначні ушкодження горизонтальними та вертикальними тріщинами. Заколи за верхньою бровкою уступу, що неодноразово мали місце після вибуху зарядів із суцільною колонкою ВР, за експериментальними дільницями були відсутні. Маса експериментальних свердловинних заряду діаметром 220 мм зменшувалась на 20?36 кг.

В процесі промислових випробувань на кар’єрах №1, № 4 ЦГЗКу та в Кіровоградському гранітному кар’єрі відбито більш ніж 300 тис. м3 гірської маси, при цьому маса ВР в експериментальних зарядах була на 6?10 % меншою, ніж у зарядах з суцільною колонкою.

Встановлено, що розроблені свердловинні заряди раціонально використовувати в породах, що легко та середньо руйнуються вибухом (f =12ч14), ?бо в більш міцних сильно тріщинуватих породах. Співвідношення діаметрів порожнистого циліндру та свердловини складає 0,3?0,7 – в залежності від властивостей порід та використаних ВР. Розроблені заряди направленої дії дозволяють проводити інтенсивну відбійку порід біля об’єктів, що захищаються. Галузь формування розроблених зарядів – сухі або частково обводнені свердловини.

Виявлено, що розроблені заряди забезпечують збільшення зони регульованого подрібнення. Це дозволяє якісно роздрібнювати шарові масиви, в т.ч. поклади досить міцних порід у верхній частині уступу.

Впровадження свердловинних зарядів з боковою порожниною і лінійним ініціюванням на кар’єрі № 1 ЦГЗКу в 2001 р. дозволило при відбійці 1570 тис. м3 порід на 7,74 % знизити витрати вибухових речовин. Було заощаджено більш ніж 85000 кг ВР. Показники подрібнення порід відповідали досягнутому рівню. Витрати на порожнисті циліндри складали 12?16 % від вартості заощаджених ВР. Впровадження технології з використанням розроблених конструкцій зарядів дало можливість одержати економічний ефект у розмірі 114,7 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідницькою роботою, у якій на основі теоретичних та експериментальних досліджень дано нове рішення актуальної для гірничодобувної галузі промисловості науково-технічної задачі, що полягає у встановленні закономірностей руйнування масиву однорідних та шарових порід зарядами направленої дії з перемінною по висоті колонки масою ВР та розробці на цій основі ефективних способів відбивання однорідних та шарових масивів порід.

Основні наукові та практичні результати роботи:

1. Вперше експериментально встановлено, що при вибухах зарядів ВР (діаметром 135?250 мм) наявність поліетиленової або картонної оболонки товщиною більш ніж 3,5 мм затримує процес розширювання продуктів детонації на десятки мікросекунд. З використанням цієї особливості розвитку вибуху одержано нове технічне рішення задачі диференційованого розподілу енергії вибуху в масиві гірських порід та розроблені дві нові конструкції свердловинних зарядів із боковою порожниною (в оболонці) і лінійним ініціюванням.

2. Встановлена залежність параметрів свердловинного заряду з боковими порожнистими циліндрами і лінійним ініціюванням від питомих витрат ВР та міцностних характеристик гірських порід; при цьому експериментально встановлено, що розроблені конструкції зарядів мають на 6?15 % більшу роботоздатність, ніж заряди з суцільною колонкою ВР.

3. Визначена залежність радіальної спрямованості дії вибуху розробленого заряду від співвідношень діаметрів порожнини і свердловини та критичного діаметру ВР; кут між напрямком максимальної дії вибуху та лінією, що з’єднує вісі свердловини і порожнистого циліндру, може складати 15?110°.

4. Встановлено, що галузь застосування зарядів з боковою порожниною і лінійним ініціюванням – це сухі та частково обводнені свердловини в монолітних і шаруватих породах середньої міцності (f = 12ч14) ?ізних ступенів тріщинуватості.

5. Доведено, що при проходці траншей та котлованів, застосування зарядів з боковою порожниною дозволяє на 5?17 % знизити питомі витрати ВР (по зрівнянню із суцільною колонкою). При збереженні тієї ж маси, колонка ВР зарядів із боковою порожниною подовжується на 25?40 %, що забезпечує інтенсивне руйнування шаруватих порід різної міцності по усій товщі масиву та в 2?2,5 рази знижує вихід негабариту.

6. Застосування зарядів із боковою порожниною мінімізує дію вибуху за межі ділянки, що руйнується. Це дозволяє провадити інтенсивне розпушування порід біля діючих об’єктів. При вибухових роботах під час проходки більш ніж 12 тис. м траншей у безпосередній близькості (5?40 м) від водогонів, газопроводів та житлових будинків, які-небудь порушення об’єктів не відзначались.

7. Встановлено, що в кар’єрах використання зарядів з боковою порожниною і лінійним ініціюванням дозволяє на 7?14 % знизити витрати вибухових речовин. При цьому подовжена колонка ВР та радіальна спрямованість дії вибуху у верхній частині розроблених зарядів дозволяють у породах середньої міцності різних ступенів тріщинуватості на 4?9 % збільшувати вихід фракцій –400 мм та на 0,4?2 % знижувати вихід негабариту. Формування зарядів з боковою порожниною в свердловинах останнього ряду дозволяє зменшити порушеність позаконтурного масиву. Таким чином підвищується стійкість укосів уступів і зменшується можливий вихід негабариту при подальших вибухах.

8. Упровадження розроблених конструкцій свердловинних зарядів дозволило на 7,74 % знизити витрати ВР на кар’єрі № 1 ЦГЗКу. При цьому було заощаджено більш ніж 85000 кг вибухових речовин. Показники подрібнення порід відповідали досягнутому рівню. Витрати на виготовлення та доставку порожнистих циліндрів складали 12?16 % від вартості заощаджених ВР. Одержано економічний ефект в розмірі 114,7 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Юров В.Л., Клочков В.Ф., Ярохно М.С., Кохановский В.В., Бетин В.Д. Буровзрывной способ рыхления скальных грунтов // Промышленное строительство и инженерные сооружения. – Киев. – 1985, №3. – С. 30-31.

2. Клочков В.Ф., Бетин В.Д., Ярохно М.С. Рыхление пород вблизи действующих гидротехнических сооружений скважинными зарядами с пониженной концентрацией ВВ // Совершенствование буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях КМА. – Губкин: НИИКМА, 1985. – С. 97-98.

3. Бетин В.Д., Клочков В.Ф., Ярохно М.С., Ященко С.С., Еременко Г.И. Комбинированный скважинный заряд. А.с. 1210543, F42D 3/04. – 1985.

4 Клочков В.Ф., Бетин В.Д., Пасиченко Ю.К., Усов О.Я. Скважинный заряд. А.с. 1235296, F42D, 1/00. – 1986.

5. Юров В.Л., Клочков В.Ф., Бетин В.Д., Ярохно М.С. Рыхление пород вблизи защишаемых сооружений // Промышленное строительство и инженерные сооружения. – Киев. – 1987, №4. – С.30-31.

6. Клочков В.Ф., Бетин В.Д. Механизм образования интерференционных областей при взрыве скважинных зарядов // Разработка рудных месторождений: Научно – техн. сб. – Кривой Рог: Изд-во КТУ. – 2001. – Вып. 75. – С. 48-52.

7. Клочков В.Ф., Андреев Б.Н., Бетин В.Д. Прогнозирование качества взрывного дробления пород на основе дискретизации энергетического поля взрыва // Разработка рудных месторождений: Научно – техн. сб. – Кривой Рог: Изд-во КТУ.– 2002. – Вып. 78. – С. 33-38.

8. Бетин В.Д. Снижение нарушенности законтурного массива при применении зарядов направленного действия // Разработка рудных месторождений: Научно – техн. сб. – Кривой Рог: Изд-во КТУ. – 2003. – Вып. 82. – С. 182-186.

9. Бетин В.Д. Развитие детонации в скважинных зарядах с полыми цилиндрами // Разработка рудных месторождений: Научно– техн. сб. – Кривой Рог: Изд-во КТУ. – 2003. – Вып. 83. – С. 68-74.

10. Клочков В.Ф., Бетин В.Д. Регулирование отбойки горных пород комбинированными зарядами с боковой полостью // Разработка рудных месторождений: Научно – техн. сб. – Кривой Рог: Изд-во КТУ. – 2004. – Вып. 85. – С. 51-54.

11. Клочков В.Ф., Бетин В.Д. Повышение эффективности отбойки пород в карьерах скважинными зарядами с боковой полостью и линейным инициированием // Гірничо-видобувна промисловість України і Польщі: Актуальні проблеми і перспективи. – Матеріали Українсько – Польського форуму гірників 2004. – Дніпропетровський НГУ. – 2004. – С. 507-514.

12. Клочков В.Ф., Бетин В.Д., Ярохно М.С., Машков Н.Ф. Разработка технологии отбойки массива зарядами, формирующими наклонно - вращательный фронт напряжений. – Деп. в УкрНИИНТИ. – № 585, Ук86.

Особистий внесок здобувача в роботах, написаних в співавторстві: [1] – розрахунок свердловинних зарядів; [2] – методика розпушення міцних ґрунтів зарядами із зниженою лінійною масою ВР; [3] – розробка формул розрахунку комбінованих зарядів; [4] – обґрунтування параметрів заряду; [5] – розробка конструкцій зарядів із змінною концентрацією ВР; [6] – аналіз схеми поширення елементарних імпульсів при детонації; [7] – прогнозна оцінка якості подрібнення в межах зони руйнуючої дії вибуху; [10] – проведення експериментів, розробка конструкцій зарядів; [11] – аналітичні та експериментальні дослідження; [12] – розробка конструкцій зарядів та проведення експериментів.

АНОТАЦІЯ

Бетін В.Д. Підвищення ефективності відбійки порід в кар’єрах свердловинними зарядами з боковою порожниною та лінійним ініціюванням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – відкрита розробка родовищ корисних копалин. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2004.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності відбійки порід у кар’єрах свердловинними зарядами керованої дії з боковою порожниною та лінійним ініціюванням. Доведено, що рівномірність енергонасичення масиву по висоті уступу при різних міцностних характеристиках порід та їх руйнуємості вибухом, забезпечується відповідною довжиною порожнистих циліндрів у заряді та величиною їх діаметрів. Вперше встановлена залежність затримки розширення продуктів детонації від товщини оболонки заряду. Визначена залежність радіальної спрямованості дії вибуху розробленого заряду від співвідношень діаметрів порожнини і свердловини та критичного діаметру застосованої ВР. Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що заряди направленої дії із зниженою та змінною лінійною масою вибухових речовин забезпечують зниження питомих витрат ВР при зберіганні заданої якості роздрібнювання гірської маси вибухом. Розроблені та упроваджені у виробництво обладнання для промислового виготовлення порожнистих циліндрів та технологія відбійки неоднорідних масивів порід в кар’єрах з використанням зарядів з боковою порожниною та лінійним ініціюванням.

Ключові слова: кар’єр, відбійка порід, свердловинні заряди, вибух, бокова порожнина, лінійне ініціювання.

АННОТАЦИЯ

Бетин В.Д. Повышение эффективности отбойки пород в карьерах скважинными зарядами с боковой полостью и линейным инициированием. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 – открытая разработка месторождений полезных ископаемых. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2004.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности отбойки пород в карьерах скважинными зарядами направленного действия с боковой полостью и линейным инициированием. Доказано, что равномерность энергонасыщенности массива по высоте уступа в карьере, при различных прочностных характеристиках и взрываемости горных пород, обеспечивается соответствующей длиной полых цилиндров в заряде и величиной их диаметров, составляющих 0,3?07 диаметра скважины. Впервые установлена зависимость задержки расширения продуктов детонации от толщины полиэтиленовой или картонной оболочки заряда. Установлено, что направления максимальных и минимальных разрушающих нагрузок в массиве определяются взаимным расположением полых цилиндров и линейного инициатора в разработанных скважинных зарядах. Определена зависимость радиальной направленности действия взрыва от соотношений диаметров полости и скважины и критического диаметра применяемого ВВ. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что заряды направленного действия с боковой полостью и линейным инициированием, имеющие пониженную или изменяемую по длине колонки линейную массу, обеспечивают снижение удельных расходов ВВ на 7?16 %. При этом сохраняется заданное качество дробления горной массы взрывом. Установлено, что соответствующее ориентирование скважинных зарядов с боковой полостью и линейным инициированием позволяет производить селективную отбойку участков массива вблизи от промышленных и гражданских сооружений и снижать воздействие массовых взрывов на законтурный массив. Разработаны и внедрены в производство оборудование для промышленного изготовления полых цилиндров, технология формирования скважинных зарядов и технология отбойки неоднородных массивов пород в карьерах с использованием разработанных конструкций зарядов.

Ключевые слова: карьер, отбойка пород, скважинные заряды, взрыв, боковая полость, линейное инициирование.

ANNOTATION

Betin V.D. Increase of effectiveness breakers rock in quarries by utilization deep-hole charges with a side cavity and a line initiator. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree in engineering sciences by specialty 05.15.03 – deposit open mining – Kryviy Rih. Technical University, Kryviy Rih, 2004.

Dissertation is devoted of problems of increase effectiveness breakers rock in quarries by utilization deep-hole charges with a side cavity and liner initiator. It proves, it that the evenness of energetic saturation of the massif throughout the height of an open pit bench in quarry, under different durability breakers characteristics of the rock is was provided by the corresponding length of hollow cylinders in a charge and size of their diameters. For the first time, has been proved the delay of expansion detonating products to depend from the thickness of a charge the casing. Has been determined dependence of radial trend of explosion elaborate charge from correlation between cavity and borehole diameters and the critical diameter of the used explosive. Have been theoretically grounded and expert proved why directional charge of lower or variable liner mass to secure lowering of specific expenditure of explosion to guaranty a quality of the exploded ore mass.

Equipment for commercial production of hollow cylinders and technologies are massif breaking with deep-hole charges with a side cavity and linear initiator have been elaborated and applied in industry.

Key words: quarry, breaking rock, deep-hole charge, expansion, side cavity, and line initiator.