Дисертація є рукописом
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кіріченко Ігор Анатолійович
УДК 622.235;622.271
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ МЕТОДІВ ВІДБІЙКИ
НА ГРАНИЧНИХ ГЛИБИНАХ ЗАЛІЗОРУДНИХ КАР’ЄРІВ
Спеціальність 05.15.03 – “Відкрита розробка родовищ
корисних копалин”
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Кривий Ріг - 2004
Дисертація є рукопис.
Робота виконана на кафедрі відкритих гірничих робіт Криворізького технічного університету.
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор Антонов
Андрій Юрійович, професор Криворізького економічного інституту Національного економічного університету Міністерства освіти і науки України (м. Кривий Ріг).
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор Федоренко Павло Йосипович, завідувач кафедри маркшейдерії Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України;
кандидат технічних наук Романенко Олександр Васильович, начальник технічного відділу ВАТ “Інгулецький гірничо-збагачувальний комбінат”
Провідна організація: | Державний науково-дослідний гірничорудний інститут (ДНДГРІ) Міністерства промислової політики України.
Захист дисертації відбудеться “28”січня 2005р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.09.052.02 при Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 50002, Україна, м. Кривий Ріг, вул.Пушкіна, 37.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, Україна, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.
Автореферат розісланий “ 25 ”грудня 2004р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук, професор Г.Т.Фаустов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Для залізорудної промисловості України характерне в даний час переважання відкритого способу розробки, який складає близько 80% загального об'єму видобутку сировини. При цьому практично весь видобуток здійснюється з глибоких кар'єрів. Якщо врахувати, що до глибоких кар'єрів, за відомою класифікацією проф. М.Г.Новожилова, відносяться кар'єри глибиною більше 100 м, то сучасні крупні залізорудні кар'єри перевищують цю глибину більше, ніж в три рази. Це дає нам право вважати такі кар'єри надглибокими. Наприклад, глибина Першотравневого кар'єру ВАТ “Північний гірничо-збагачувальний комбінат“ (ПівнГЗК) досягла 385 м, а кар'єра ВАТ “Інгулецький гірничо-збагачувальний комбінат“ (ІнГЗК) – 335 м.
При цьому спостерігається істотна зміна у бік зменшення фронту робіт і параметрів робочих площадок. Так, середня ширина робочої площадки при скельному розкритті зменшилася з 49,4 м в 1988р. до 36,0 м в 2002р., а по руді – з 52,5 до 40,0 м. Причому на окремих кар'єрах ВАТ “Центральний гірничо-збагачувальний комбінат“ (ЦГЗК), ВАТ “Новокриворізький гірничо-збагачувальний комплекс“ (НКГЗК) і, частково, ІнГЗКа величина цього найважливішого технологічного показника системи відкритої розробки досягла 20,0–25,0 м, що створює істотні труднощі не тільки в розміщенні гірничого устаткування, але і вимагає нових рішень в частині уступної вибухової відбійки.
В таких умовах збільшується число робочих горизонтів, а згадані робочі площадки зменшуються до таких меж, що стає неможливим застосування короткосповільненого багаторядного підривання зі всіма його перевагами.
Відбійка ускладнюється ще і тим, що в обмежених кар'єрних просторах виникає значна скрута в управлінні параметрами розвалу гірської маси.
Із збільшенням глибини робіт спостерігається істотне збільшення обводненності масивів гірських порід. Звичайна кількість обводнених свердловин при веденні вибухових робіт на згаданих кар'єрах складає близько 80%. А це, у свою чергу, вимагає додаткових досліджень гідрогеологічних умов відбійки.
Із збільшенням глибин розробки змінюються фізичні властивості гірських порід, більш чітко виявляється шаруватість, збільшується питома вага різноміцних пластів.
Розроблені і широко вживані на верхніх горизонтах кар'єрів методи короткосповільненого багаторядного підривання, у зв'язку з гірничо-технологічними умовами, що змінилися, не можуть бути застосовані в обмежених умовах глибоких горизонтів з обмеженими розмірами робочих площадок. У зв'язку з цим виникає необхідність до переходу на одно-,
дво-, трирядове підривання.
Узагальнюючи висловлене, можна зробити висновок про те, що в даний час вельми актуальною науково-практичною задачею є розробка ефективних технологічних методів відбійки на граничних глибинах кар'єрів.
Метою роботи є вдосконалення буропідривних робіт при відпрацюванні горизонтів надглибоких кар'єрів.
В основу роботи покладена ідея комплексного використовування результатів досліджень з оптимального управління вибухом, що полягає у виборі такого способу розміщення зарядів в масиві і режиму їх дії в часі, при якому б задовольнялися технічні і економічні критерії стосовно розробки горизонтів на граничних глибинах.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні наукові задачі:
1.
Узагальнити результати практики застосування вибухових технологій на відкритих гірничих роботах шляхом аналізу:
–
сучасних уявлень про механізм руйнування гірських порід вибухом, орієнтуючись на специфічні гірничо-технологічні і гірничо-геологічні умови надглибоких залізорудних кар'єрів;
–
сучасних асортиментів вибухових речовин;
–
засобів ініціювання зарядів свердловин;
–
схем підривання;
–
особливостей ведення вибухових робіт в складних гідрогеологічних умовах;
–
формування розвалу гірської маси при вибуховій відбійці.
2.
Розвинути теоретичні положення щодо регулювання дії енергії вибуху в процесі відбійки гірських порід на робочих площадках обмеженої ширини у напрямі пошуку оптимальних рішень.
3.
Дослідити в лабораторних умовах на еквівалентних матеріалах процес вибухового руйнування з імітацією обмежених умов надглибоких кар'єрів при різних схемах розташування і режимах підривання свердловинних зарядів.
4.
Розробити технологічні методи ведення вибухових робіт на горизонтах надглибоких кар'єрів.
Об'єктом дослідження є технологічні методи вибухової відбійки гірських порід в умовах глибоких горизонтів залізорудних кар'єрів.
Предметом досліджень є схеми розташування і режими підривання свердловинних зарядів при обмежених розмірах робочих площадок.
Методи досліджень. Поставлена в дисертаційній роботі ціль визначила застосування комплексного методу досліджень, включаючого проведення теоретичних досліджень, лабораторні і промислові експерименти. При проведенні окремих досліджень були використані методи статистичного і економічного аналізу.
Наукові положення, які захищаються в дисертації:
1.
Підвищення ефективності відбійки гірських порід на граничних глибинах кар'єрів досягається шляхом застосування схем підривання з розташуванням вибухових свердловин в кутах рівносторонніх трикутників, що створює умови для рівномірного розподілу енергії вибуху в об'ємі руйнованого масиву, що забезпечує якісне дріблення порід за рахунок збільшеної до 30% корисної роботи вибуху.
2.
Компактне розміщення підірваної гірської маси в обмежених умовах надглибоких кар'єрів забезпечується застосуванням режимних схем вибуху, при яких має місце зустрічно-направлений рух руйнованих порід за рахунок короткочасного (3-5 мс) випереджаючого уповільнення між вибухами рядів і груп свердловинних зарядів.
3.
Оптимізація схем вибуху повинна здійснюватися по критерію максимальних розтягуючих і сколюючих напруг в масиві.
Наукова новизна результатів роботи полягає в наступному:
1.
Розроблені принципи наукового управління дією вибуху і їх впливу на оптимізацію режимів і схем підривання.
2.
Встановлений вплив схем розташування і режимів підривання свердловинних зарядів на асиметричність фронту напруг з переважанням зсувних і розтягуючих зусиль.
3.
Доведено, що в якості математичного опису елементів руйнованого масиву доцільно приймати систему управління динаміки однорідного ізотропного пружного тіла.
4.
Визначено, що структура лінійної деформації зумовлює в кореляційному значенні параметри подрібнення.
5.
Встановлений кількісний вплив схем розташування свердловинних зарядів і режимів їх підривання на ступінь корисного використовування енергії вибуху.
Обгрунтованість і достовірність наукових положень, витікаючих з них висновків і рекомендацій, підтверджена теоретичним узагальненням сучасних уявлень про механізм руйнування гірських порід вибухом; коректним застосуванням методів планування експериментів і математичної обробки даних; експериментальним підтвердженням розроблених технологічних методів ведення буропідривних робіт на граничних глибинах кар'єрів; позитивними результатами їх практичного використання.
Наукове значення роботи полягає в розвитку теоретичних передумов регулювання енергії вибуху в специфічних умовах надглибоких кар'єрів.
Практичне значення роботи полягає в розробці:
–
методики техніко-економічної оцінки параметрів буровибухових робіт на основі запропонованої фізичної і економіко-математичної моделі;
–
технологічних методів ведення вибухових робіт, що забезпечують якісне подрібнення при компактному розміщенні висадженої гірської маси в умовах надглибоких залізорудних кар'єрів.
Реалізація результатів досліджень. Розроблені технологічні методи ведення буровибухових робіт, які засновані на застосуванні нових схем і режимів вибуху, пройшли промислові випробування на нижніх горизонтах кар'єру ВАТ “ЦГЗК” при відпрацюванні блоків з вузькими робочими площадками.
Економічний ефект складає 429,8 тис.грн.
Отримані позитивні результати послужили основою для їх упровадження на граничних глибинах кар’єрів.
Особистий внесок автора. Автором самостійно вибрана і обґрунтована тема дисертаційної роботи. Він же сформулював ціль і задачі досліджень, ідею роботи, її наукові положення, висновки і рекомендації. Розроблена методика і програма лабораторних і промислових досліджень, виконані теоретичні узагальнення за уявленнями, що є, про механізм руйнування гірських порід вибухом. Автор брав безпосередню участь у виконанні лабораторних і промислових експериментів. Самостійно автором викладений текст дисертації.
Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень по дисертаційній роботі доповідалися, у міру їх виконання, на науково-технічних радах ГЗКів Кривбасу (2000-2003рр.), науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету і кафедри відкритих гірничих робіт. Розроблені технологічні методи ведення буровибухових робіт на граничних глибинах кар'єрів доповідалися, обговорювалися і були схвалені Міжнародними науково-технічними конференціями “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості“ (м. Кривий Ріг, 2004р.) і “Механіка і технологія вибухового руйнування гірських порід“ (м. Кременчук, 2004р.).
Публікації. За наслідками виконаних досліджень опубліковано шість наукових статей в спеціальних виданнях, затверджених ВАК України.
Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти глав, висновку, списку використаних літературних джерел з 147 найменувань і додатку. Містить 204 сторінки машинописного тексту, включаючи 47 рисунків і 21 таблицю. Загальний об'єм роботи 205 сторінок.
Автор висловлює щиру подяку інженерно-технічним працівниками гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу, промислово-виробничого підприємства “Кривбасвибухпром” і, особливо, колективу Центрального гірничо-збагачувального комбінату на чолі з генеральним директором Вілкулом Олександром Юрійовичем за сприяння і допомогу при виконанні експериментальних робіт і використовуванні отриманих автором результатів.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Поставлена в дисертації ціль була досягнута виконанням досліджень за структурної схемою.
В першому розділі - “Сучасний стан вибухових робіт на кар'єрах” - викладені результати детального аналізу ведення вибухових робіт при відкритій розробці родовищ. Показано, що з глибиною розробки і, особливо, в умовах надглибоких залізорудних кар'єрів, міцнісні характеристики гірських порід і їх обводненість істотно зростають на граничних глибинах, порівняно з вищележачими горизонтами.
На граничних глибинах більше 80% вибухових свердловин знаходяться в обводненому масиві. Це істотно впливає на процес руйнування гірських порід. Ураховуючи, що в цих умовах має також місце значна питома вага різноміцних гірських порід з різною акустичною жорсткістю то, як показав аналіз, відбувається своєрідне нівелювання міцнісних характеристик гірських порід в частині проходження в них пружних продольних хвиль, які грають переважну роль в руйнуванні масиву. В цьому зв'язку необхідно у кожному конкретному випадку давати оцінку гідрогеологічному стану середовища. Детальний аналіз сучасних уявлень про механізм руйнування гірських порід показав, що згадані гірські породи руйнуються переважно за рахунок хвильових процесів. Разом з тим, з метою подальшого розвитку уявлень про механізм вибухового руйнування, доцільно провести дослідження з розробки теоретичних передумов управління якістю подрібнення гірських порід на основі злагодженої взаємодії зарядів в схемах їх підривання з використанням нових засобів.
Однією з істотних особливостей технології ведення буровибухових робіт на надглибоких кар'єрах є значна питома вага робочих площадок обмеженої ширини, які не дозволяють здійснювати багаторядне короткосповільнене підривання. Тому в цих умовах виникає необхідність в одно-,
дво-, трирядному розташуванні вибухових свердловин з певним режимом їх підривання, що забезпечить можливість управління параметрами розвалу гірської маси. Цього можна досягти шляхом застосування нових засобів підривання типу “Nonel” і інших, що забезпечують отримання ефекту багаторядного багатоточкового підривання. Проте для їх ефективного використовування необхідно ураховувати сучасні схеми розташування і режими підривання свердловинних зарядів.
З проведеного аналізу виходить, що подальше вдосконалення технології вибухових робіт на надглибоких горизонтах повинне іти по шляху створення керованих режимів підривання на основі нових вибухових матеріалів, нетрадиційних схем розташування свердловинних зарядів і способів їх ініціювання, що забезпечить сейсмобезпечність, якісне подрібнення гірської маси і компактний її розвал.
В другому розділі - “Теоретичні передумови дії вибуху на основі варіювання схем підривання і розташування свердловинних зарядів” - викладені результати аналітичних досліджень рішення задачі оптимального управління вибухом, яка полягає у виборі такого способу розміщення зарядів в масиві і режиму їх дії в часі, при якому задовольняються основні техніко-економічні критерії (рівномірність подрібнення, компактний розвал висадженої гірської маси і ін.). Комплексне рішення такої задачі можна отримати за наявності системи диференціальних, інтегральних і інших рівнянь, що адекватно описують фізико-механічну картину процесу вибуху з використанням основних положень теорії оптимального регулювання.
При розробці методики управління дією вибуху шляхом варіації схем підривання, постановка задачі конкретизується таким чином. Лінійні заряди розглядаються як сума елементарних зарядів, а для спільності рішення передбачається, що елементарні заряди послідовно сполучені один з одним і будь-який з них безпосередньо може бути пов'язаний з блоком управління. Сукупність лінійних зарядів можна розглядати як систему, що складається з сферичних джерел, що знаходяться в зв'язку один з одним, з управляючим пристроєм і включаючих елементи (частини) руйнівного масиву.
Задача управління дією вибуху, стосовно функціонування описаної системи, полягає в тому, щоб вибрати такі елементи “включення” (ініціювання) кожного елементарного джерела, щоб їх сумарна дія на довільний елемент руйнованого масиву задовольняли певному критерію, на виконання якого система настроюється.
В нашому випадку рішення задачі управління є досить складним, оскільки навіть при невеликому “незалежних” (безпосередньо пов'язаних з блоком управління) елементарних зарядів можлива черговість їх “включення” допускає безліч комбінацій.
З цієї безлічі значень управляючої функції необхідно відшукати такі, які при незначному ускладненні схеми ініціювання забезпечать оптимальність процесу по заданому критерію, наприклад, по типу втрат енергії вибуху або по гранулометричному складу підірваної маси. Для спрощення задачі в якості математичного опису досліджуваних процесів приймається система рівнянь динаміки однорідного ізотропного пружного тіла. При цьому основоположною є передумова, що структура лінійної деформації зумовлює в кореляційному значенні параметри подрібнення. Як оптимальні розглянуті схеми підривання, що забезпечують оптимальність просторово-часової структури поля напруг. Пошук оптимальних схем здійснюється шляхом перебору варіантів.
В третьому розділі - “Лабораторні дослідження розташування і режимів підривання свердловинних зарядів” - для встановлення закономірностей подрібнення гірських порід дією вибуху, при різних схемах розташування свердловинних зарядів, а також для перевірки деяких положень, встановлених при пошуку оптимальної структури поля напруг в руйнованому масиві, були проведені лабораторні дослідження впливу схем розташування свердловинних зарядів на процеси руйнування піщано-цементних моделей, що імітують руйноване середовище.
Формування змінного поля напруг забезпечувалося заряджанням “свердловин” зі змінною густиною ВР. Ефект вибуху оцінювали за площею поверхні, що знов утворюється, зруйнованого масиву.
Лабораторним дослідженням були піддані різні схеми і конструкції зарядів з однорідним типом ВР і із змінною енергоємністю, при різних схемах ініціювання і інтервалах уповільнення. Особливу увагу надано дворядному і трирядному розташуванню свердловин за квадратною і трикутною сіткою.
Аналіз дослідження впливу схем підривання свердловинних зарядів на процеси руйнування піщано-цементних блоків показав, що в тих випадках, коли забезпечуються умови створення в масиві рівномірного розподілу максимальних розтягуючих напруг в трьох взаємно перпендикулярних площинах, досягається максимальне подрібнення цього масиву при рівномірному гранулометричному складі висадженої маси.
Отримані результати лабораторних експериментів підтверджують основні висновки аналітичних досліджень і дали підставу для проведення подальших промислових досліджень.
В четвертому розділі - “Гідрогеологічні і інженерно-геологічні показники, що визначають ефективність вибухових робіт” - викладені результати досліджень по веденню буровибухових робіт в обводненних блоках на граничних глибинах кар'єрів.
Чинники і параметри, що визначають ефективність вибуху, за своїм виявом можуть бути розділені на дві групи: 1) обмовлюючі характер руйнування кристалічних порід, що не впливає на заряд; 2) впливаючі на заряд, змінюючі властивості ВР, енергоємність заряду і взаємодію його з масивом, що підривається. До першої групи відноситься ряд інженерно-геологічних чинників, таких як міцність, тріщинуватість, пористість і ін. Цією групою чинників, як показано в третьому розділі, визначається ступінь подрібнення масиву, нерівномірність руйнування, вихід негабариту і ін. До другої групи відносяться гідрогеологічні параметри масиву, що підривається, обводненність, коефіцієнти фільтрації, натиски, умови живлення і ін.
Обводненність масиву може вважатися узагальненим комплексним показником, що обумовлює складність гідрогеологічної обстановки, і може виражатися величинами, пропорційними кількості підземних вод, що поступають у вибухові свердловини.
В роботі приведені методичні положення і результати досліджень впливу водонасиченості порід на якість подрібнення. При цьому встановлено, що наявність води (рис.1) приводить до деякого зменшення виходу негабарита. До такого ж висновку прийшли і при збільшенні коефіцієнта нарізності порід.
З урахуванням специфічних особливостей вибуху, як джерела розвитку деформацій в оточуючому масиві, механізм деформації водонасичених гірських порід представляється таким чином.
На фронті хвилі відбувається об'ємне стиснення породи. При цьому результуються такі види деформацій: ліквідація (якщо фронт володіє значною інтенсивністю по силовому параметру) або скорочення вільної пористості породи, стиснення рідкого і твердого компонентів, ломка розвинутих і слаборозвинених скелетних зв'язків і ін. Після проходження фронту хвилі в породі відбуваються кінематичні процеси, пов'язані з “спливанням” породи за рахунок передачі породі кінетичної енергії, а також за рахунок відносно тривалій дії тиску газів за фронтом унаслідок розширення продуктів детонації ВР. “Спливання” закінчується у момент припинення руху межі розділу “продукти детонації - середовище” або з деяким запізнюванням щодо цього моменту. В результаті в масиві відбуваються деформації, пов'язані з віджиманням води з його щілин, що реалізується в більшій мірі при вибуху поблизу вільної поверхні.
Отже, механізм деформації водонасиченого масиву можна розділити на дві стадії - об'ємне стиснення на фронті і “спливання” за фронтом вибухової хвилі.
У зв'язку з цим особливого значення набуває стан заряду в обводненних блоках, з погляду винесення розчинних компонентів ВР. Висловлене підтверджується графіком (рис.2.), що відображає зміну інтенсивності винесення аміачної селітри з насиченого її розчину в часі при різних швидкостях фільтрації води.
Разом з тим слід зазначити, що радіус впливу водопониження залежить від гранулометричного складу і тріщиноватості водоносних порід і орієнтовно, з достатньою для практики точністю, може бути прийнятий рівним половині відстані між свердловинами.
Підвищення ефективності вибухових робіт в обводненних умовах може бути забезпечено шляхом вибухового водопониження в масиві блоків, що розробляються. В цьому випадку представляється можливість перейти до використовування неводостійких вибухових речовин.
В п'ятому розділі – “Розробка і упровадження технологічних методів ведення вибухових робіт на граничних глибинах кар'єрів” - на основі узагальненого уявлення про механізм вибухового руйнування порід з використанням фізичної і економіко-математичної моделі, розроблені оптимальні параметри відбійки. Оптимальними схемами відбійки є ті, які забезпечують екстремальність критеріальних функцій. Нами встановлено, що критерії, що використовуються, міцності руйнованого масиву, а в більш загальному випадку, відношення коефіцієнта варіації цього критерію до його середнього значення, є функцією основних параметрів відбійки. Для однозначного вирішення, сформовані фізичні критерії необхідно доповнити техніко-економічними, оскільки вони є визначальними при виборі засобів і способів підривання.
Включення економічних витрат в локальну математичну модель оптимізації комплексу буровибухових робіт здійснювалося шляхом оцінки величини вартісних операцій по оббурюванню, вибуховим матеріалам, доставці і зарядженні, дробленні негабариту, екскавації, транспортуванні і подрібненні 1 м3 гірської маси на першій стадії механічного подрібнення.
Отримані при цьому параметри буровибухових робіт взяті за основу розробки технологічних методів відбійки гірської маси на основі режимних параметрів і схем підривання. При квадратній (традиційній) сітці свердловин перебур і відстані між зарядами є оптимальними, коли точка перетину воронок руйнування знаходиться на рівні підошви уступу. В цьому випадку зони руйнування частково накладаються одна на одну, знижуючи тим самим коефіцієнт використовування енергії вибуху (рис.3).
При розташуванні зарядів в кутах рівностороннього трикутника накладення площ руйнування помітно зменшується, а відстань між рядами свердловин і свердловинами в ряді збільшується (рис.4.).
Як показали розрахунки, корисна робота вибуху при розташуванні зарядів в кутах рівностороннього трикутника може бути збільшеною до 30%, і, отже, питома витрата ВР і об'єм бурових робіт знижується на 23%.
Таким чином, доцільно використовувати трикутну схему, яка може бути застосована при мінімально можливих, за технологічних умов, розмірах робочих площадок. При цьому, з метою забезпечення компактного розвалу гірської маси при дворядному підриванні свердловин другого, від брівки уступу, ряду, рекомендується підривати з мінімальним (2-3 мс) випередженням першого ряду. Цей короткочасний затиск дозволяє забезпечити умови для предруйнування масиву, забезпечуючи якісне подрібнення і компактний розвал.
В роботі приведені результати дослідження впливу ЛНО і величини забійки на параметри розвалу гірської маси при дво-трирядному розташуванні свердловин.
Проведені промислові випробування методів, що рекомендуються, відбійки на нижніх горизонтах кар'єру ВАТ “ЦГЗК” (гор. –230 м), в 2003-2004рр. показали їх високу ефективність.
Економічний ефект склав 429,8 тис.грн. при відбійці 850,0 тис.м3 гірської маси.
ВИСНОВОК
В результаті проведених досліджень дано нове рішення актуальної науково-технічної задачі з розробки технологічних методів ведення буровибухових робіт на граничних глибинах надглибоких кар'єрів, що базується на узагальненні уявлень про механізм вибухового руйнування гірських порід в специфічних обмежених умовах уступної відбійки.
Основні науково-практичні висновки по дисертаційній роботі зводяться до наступного.
1.
В даний час добування залізної руди відкритим способом здійснюється на глибинах, що у декілька разів перевищують глибину в 100 метрів, і тому доцільно такі кар'єри називати надглибокими.
2.
З глибиною розробки і, особливо, в умовах надглибоких кар'єрів, міцнісні характеристики гірських порід і водонасиченість істотно зростають в порівнянні з вищележачими горизонтами. Це дає підставу стверджувати, що механізм вибухового руйнування таких порід відбувається переважно за рахунок хвильових процесів.
3.
Однією з істотних особливостей надглибоких кар'єрів є наявність робочих площадок обмеженої ширини, які не дозволяють здійснювати традиційний багаторядний короткосповільнений вибух зі всіма властивими йому перевагами. В цих умовах доцільно одно-, дво-, трирядні розміщення свердловин з певним режимом їх підривання.
4.
Задача оптимального управління вибухом в надглибоких кар'єрах полягає у виборі такого способу розміщення зарядів в масиві і режиму їх дії в часі, при якому б задовольнялися технічні і економічні критерії. В якості математичного опису досліджуваних процесів прийнята система рівнянь динаміки однорідного ізотропного пружного тіла. При цьому основоположною є передумова, що структура лінійної деформації зумовлює в кореляційному значенні параметри подрібнення.
5.
Проведені лабораторні дослідження показали, що в тих випадках, коли забезпечуються умови створення в масиві рівномірного розподілу максимальних розтягуючих зусиль і напруг в трьох взаємно перпендикулярних площинах, досягається максимальне подрібнення цього масиву при якісному гранулометричному складі.
6.
В процесі ведення вибухових робіт, особливо на граничних глибинах, різко зростають фільтраційні властивості порід. Тому при виборі методів відбійки необхідно ураховувати особливості механізму вибухового руйнування обводненних гірських порід.
7.
Розроблений ряд технологічних методів ведення вибухових робіт для умов граничних глибин надглибоких кар'єрів, заснованих на застосуванні дво-трирядного розташування свердловин в кутах рівносторонніх трикутників, що забезпечує підвищення корисної роботи вибуху до 30% і дозволяє зменшити питому витрату ВР на 23%. При цьому для забезпечення компактного розвалу гірської маси при дворядному підриванні заряди другого, від брівки уступу, ряду, рекомендується висаджувати з мінімальним (2-3 мс) випередженням зарядів першого ряду. Такий короткочасний затиск вибуху дозволяє забезпечити умови для передруйнування масиву, що сприяє отриманню якісного подрібнення і компактного розвалу висадженої гірської маси.
8.
При підриванні великоблочних масивів доцільно представляти вибухові магістралі хвилястими лініями, що проходять уздовж блоку. Кінематика процесу відбійки і подрібнення зводяться до того, що в рядах свердловин, розташованих паралельно лінії забою, суміжні заряди підривають через інтервал, рівний номіналу сповільнювача; кожний подальший по лінії, перпендикулярній брівці уступу, - через два інтервали. Це сприяє вільному зсуву масиву при створенні врубів непарними зарядами.
9.
Проведені промислові випробування розроблених технологічних методів відбійки на глибоких горизонтах кар'єру №1 ВАТ “Центральний ГЗК” показали їх високу ефективність, в порівнянні з традиційними методами відбійки.
Економічний ефект склав 429,8 тис.грн.
Основний зміст дисертаційної роботи опублікований в наступних наукових статтях:
1.
Антонов А.Ю., Кириченко И.А. Гидрогеологические и инженерно-геологические показатели, определяющие эффективность взрывных работ. - Разработка рудных месторождений. Респ. межвед. науч. -техн. сб. - Вып. 87, 2004. - с. 171-173.
2.
Кириченко И.А. Технологический метод отбойки горной массы в условиях глубоких карьеров. - Разработка рудных месторождений. Респ. межвед. науч. -техн. сб. - Вып. 84, 2004. - с. 72-74.
3.
Кириченко И.А. Управление параметрами развала в условиях двухрядного расположения взрывных скважин. - Разработка рудных месторождений. Респ. межвед. научн. -техн. сб. - Вып. 85, 2004. - с. 9-11
4.
Антонов А.Ю., Кириченко И.А. Разработка технологии отбойки на нижних горизонтах железорудных карьеров. - Вісник Криворізького технічного університету. - Збірник наукових праць . - Кривий Ріг: КТУ. - Вып. 5, 2004. - с. 16-20.
5.
Кириченко И.А. Особенности отбойки руды на предельных глубинах железорудных карьеров. - Совершенствование процесов горного производства при добыче железных и марганцевых руд. - Сб. научных трудов. - Кривой Рог: ГНИГРИ, 2004. - с. 64-68.
6.
Антонов А.Ю., Кириченко И.А. Влияние среды, заполняющей трещины, на характер разрушения массива взрывом. - Сб. научных трудов. - Кривой Рог: ГНИГРИ, 2004. - с. 69-74.
А Н Н О Т А Ц И Я
Кириченко И.А. “Разработка технологических методов отбойки на предельных глубинах железорудных карьеров”. - 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 г.
Анализ горно-геологических и горно-технологических условий на предельных глубинах карьеров, отличающихся высокой водообильностью, повышенной прочностью, трещиноватостью массива и ограниченными размерами рабочих площадок позволил развить научные представления о механизме разрушения горных пород в таких условиях. При этом основополагающей является предпосылка, что структура линейной деформации предопределяет в корреляционном смысле параметры дробления. Особенностями процесса разрушения является наличие результирующей таких видов деформации, как ликвидация или сокращение свободной пористости породы и ломка развитых скелетных связей. Другими словами, механизм деформирования водонасыщенного массива можно разделить на две стадии - объемное сжатие на фронте и “течение” за фронтом взрывной волны. При этом происходят деформации, связанные с отжатием воды из его пор, что реализуется в большей мере вблизи свободной поверхности при ограниченном числе рядов скважинных зарядов.
С учетом этого разработан ряд технологических методов отбойки для условий предельных глубин сверхглубоких карьеров, основанный на применении двух-трехрядного расположения скважин в углах равносторонних треугольников, обеспечивающих повышение полезной работы взрыва до 30%, что позволило уменьшить удельный расход ВВ на 23%. При этом для обеспечения компактного развала горной массы при двух-рядном взрывании зарядов второго, от бровки уступа, ряда рекомендуется взрывать с минимальным (2-3 мс) опережением зарядов первого ряда. Такой кратковременный зажим взрывания позволяет обеспечить условия для предразрушения массива, что способствует получению качественного дробления и компактного развала взорванной горной массы. Предложенные технологические методы отбойки позволяют эффективно использовать новейшие взрывчатые вещества и средства взрывания.
В случае отбойки крупноблочных массивов взрывные магистрали необходимо представлять в виде волнистых линий, проходящих вдоль блока. Кинематика процесса отбойки и дробления сводится к взрыванию смежных зарядов через интервал, равный номиналу замедлителя.
Разработанные методы отбойки исследованы в лабораторных условиях на эквивалентных материалах, результаты которых подтвердили целесообразность проведения испытаний в промышленных условиях.
Всего было отбито в карьере ОАО “ЦГОК”а 850,0 тыс.м3 горной массы и получен экономический эффект в размере 429,8 тыс.грн.
Ключевые слова: горные породы, карьер, уступ, рабочая площадка, скважинный заряд, обводненность, отбойка, дробление, развал.
А Н О Т А Ц І Я
Кіріченко І.А. “Розробка технологічних методів відбійки на граничних глибинах залізорудних кар’єрів”. - 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.
Досліджені умови відбійки гірських порід на граничних глибинах надглибоких кар’єрів. Встановлений вплив водоносності, міцності і тріщинуватості масиву і параметрів робочих площадок на механізм руйнування гірських порід. З урахуванням цього розроблений ряд технологічних методів відбійки на основі використання дво-трирядного розміщення свердловин в кутах рівносторонніх трикутників, які забезпечують підвищення корисної роботи вибуху до 30%, що дозволяє зменшити питому витрату ВР на 23%. При цьому для забезпечення компактного розвалу гірської маси при дворядному підриванню зарядів другого, від брівки уступу, ряду пропонується підривати з мінімальним (2-3 мс) випередженням зарядів першого ряду. Такий короткочасний затиск дозволяє забезпечити якісне подрібнення і компактний розвал підірваної гірської маси. Ці методи відбійки пройшли промислові випробування в умовах кар’єру № 1 ЦГЗК, де було відбито 850,0 тис.м3 гірської маси і забезпечено економічний ефект у розмірі 429,8 тис.грн.
Ключові слова: гірські породи, кар’єр, уступ, робочий майданчик, свердловинний заряд, обводненність, відбійка, подрібнення, розвал.
A N N O T A T I O N
Kiritchenko LA. "ELABORATION of TECHNOLOGICAL METHODS of BREAKING OFF at the UTMOST DEPTH of IRON ORE SURFACE MINES". - The manuscript
A candidate dissertation thesis on speciality 05/15/03 - "Open mining of Mineral deposits". - Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 2004.
The conditions of breaking off of the rocks at the utmost depth of superdeep pits have been investigated. The influence of water availability, solidity and crack-formation of the mountain-mass as well as parameters of the working site on the very proctss of rocr's destruction. Due to that some technological methods of breaking off the rocks were elaborated, which were based on application of special disposition of in two or three rows in the angles of equilateral triangles. Thus one can increase the efficiency of explosion up to 30 per cents and cut down the quantity of demolition explosives to 23 per cents. To make it possible to break-down the rocks compactly during the two rows'explosion in is recommended to explode the second row first, and then with an interval of 2 - 3 m/sc the explosive loads of the first row. Such a short time retardation gives optimal conditions for preliminary destruction of the mountain-mass, in order to receive in this way the most qualitative fractions and compact break-down of the rocks exploded. These methods were tested at the surface mine 1 of the Central Mining Concentratton Group. 850.000 squ. Metres of rock were broken off and economic efficiency amounting to 429.800 Hrn.
Key words: rocks, pit, surface mine, ledge, working site, hole explosive load, water availability, breaking off, fractioning, break-down.
