Розробка методів відбійки різноміцних гірських порід при термічному розширенні свердловин на кар’єрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.236.3:622.271

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ВІДБІЙКИ РІЗНОМІЦНИХ ГІРСЬКИХ ПОРІД ПРИ ТЕРМІЧНОМУ РОЗШИРЕННІ СВЕРДЛОВИН НА КАР'ЄРАХ

Спеціальність - 05.15.03 - Відкрита розробка родовищ

корисних копалин

ЗАЙЦЕВ ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ

Кривий Ріг - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті (КТУ) Міністерства освіти України.

Науковий керівник:

Вілкул Юрій Григорович, доктор технічних наук, професор, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри.

Офіційні опоненти:

Іцхакін Владлен Давидович, доктор технічних наук, доцент, Криворізький технічний університет, професор кафедри;

Удалов Валерій Миколайович, кандидат технічних наук, доцент, Криворізький економічний інститут Київського національного економічного університету, доцент кафедри.

Провідна установа - Інститут геотехнічної механіки НАН України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться "24" червня 1999 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої Ради Д 09.052.02 Криворізького технічного університету за адресою: 324002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 301

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету (324002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37).

Автореферат розісланий "20" травня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради професор Г.Т. Фаустов.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність. На сучасному етапі розвитку господарського комплексу незалежної України значно зростає роль науки. Використання досягнень сучасної наукової думки є одним із чинників, які дозволять зупинити падіння виробництва, стабілізувати його та вивести країну із сучасної економічної кризи. При цьому особливу увагу потрібно приділити розвитку вітчизняного гірничо-металургійного комплексу, який спроможний збільшити експорт продукції, дати значну кількість валютних надходжень, що зрештою дасть поштовх до розвитку і інших галузей господарства.

Разом з цим, слід зауважити, що нині видобування гірничої сировини значно ускладнилось: постійно збільшуються глибини, на яких ведуться гірничі роботи у кар'єрах, що веде до зростання витрат на їх виконання. Це, в першу чергу, зумовлено зміною фізичних властивостей гірських порід: більш вираженим проявом шаруватості, що веде до зростання питомої ваги контактуючих різноміцних гірських порід, їх обводнення та міцності. Сьогодні на багатьох залізорудних кар'єрах йде розробка досить міцних гірських порід з коефіцієнтом міцності, який сягає 18 балів і більше за шкалою професора М.М. Протодьяконова. Такі руди і породи відносяться до дуже міцних і важкоподрібнюваних. Ось чому виникла нагальна потреба в постійному удосконаленні наявних та розробці нових способів руйнування таких порід, бо саме вони дозволяють значно підвищити ефективність усього подальшого технологічного процесу.

Сучасна наука має помітні успіхи у вивченні механізму руйнування гірських порід вибухом. Завдяки науковим працям академіків М.О. Лаврент'єва, М.В. Мельникова, М.О. Садовського; професорів Є.Г. Баранова, Л.І. Барона, А.Ф. Бєляєва, О.О. Вовка, М.Ф. Друкованого, Е.І. Єфремова, В.І. Комащенка, Б.М. Кутузова, К.Н. Ткачука, П.Й. Федоренка, А.Н. Ханукаєва, О.В. Шапуріна та ін. досягнуті переконливі успіхи у керуванні енергією вибуху в процесі розробки родовищ корисних копалин.

На великих кар'єрах для руйнування дуже міцних гірських порід використовують вибухові свердловини термічного (вогневого) буріння. Вже визначена сфера раціонального використання цього виду буріння.

Подальше удосконалення руйнування досить міцних гірських порід пішло шляхом використання комбінованого способу буріння: на першому етапі буріння вибухових свердловин виконується за допомогою верстатів шарошкового буріння, на другому етапі - їх розширення (утворення котлових порожнин) верстатами термічного буріння. Це дозволяє зменшити вартість буріння за рахунок, перш за все, розширення мережі свердловин, що веде до зменшення кількості використовуваних при бурінні шарошок, які коштують дорого.

Реалізація цього способу не є технічно простою, так як у випадку наявності контактуючих порід різної міцності буває надзвичайно важко (а інколи і неможливо) витримати раціональні параметри котлових порожнин, тому що при термічному способі розширення свердловин їх діаметр є величиною не постійною, а змінною. Вона визначається властивостями (термобуримістю) порід, які контактують.

Ось, власне, чому і виникла необхідність у науковій розробці технології виконання буровибухових робіт в процесі руйнування контактуючих порід різної міцності, у тому числі і при наявності дуже міцних, яка б забезпечила якісне подрібнення і, що особливо важливо в сучасних умовах, без збільшення матеріальних витрат.

Вирішенню цього науково-практичного завдання і присвячена ця дисертаційна робота.

Мета роботи - підвищення ефективності руйнування різноміцних контактуючих гірських порід при термічному розширенні вибухових свердловин.

Ідея роботи полягає у використанні особливостей механізму руйнування гірських порід різної міцності тепловим полем.

Методи досліджень. Поставлена у дисертаційній роботі мета досягнута шляхом застосування аналітичних досліджень, лабораторних експериментів, промислових випробувань. Математична обробка результатів досліджень і експериментів здійснювалась за допомогою методів математичної статистики на ЕОМ.

Обґрунтованість та достовірність наукових висновків і рекомендацій підтверджуються коректністю поставлених задач, використанням апробованих методів математичної статистики, проведенням значних об'ємів лабораторних і промислових експериментів, задовільною збіжністю її результатів з аналітичними дослідженнями та досить високою ефективністю впровадження методів буровибухових робіт на кар'єрах.

Наукова новизна роботи полягає у:

- розробці економіко-математичної моделі питомих витрат на виконання робіт по всьому технологічному ланцюгу видобування гірських порід і встановленні на її основі закономірностей зміни питомих витрат в залежності від параметрів буровибухових робіт;

- встановленні залежності від часу температури газів у термічно розширених вибухових свердловинах з різними гідродинамічними режимами.

Наукове значення роботи полягає у розвитку і уточненні знань з механізму руйнування різноміцних контактуючих гірських порід тепловим полем. Зокрема в науковому обґрунтуванні ефекту саморегулювання діаметра котлової порожнини при термічному розширенні вибухових свердловин.

Практичне значення роботи зводиться до розроблення:

- методики і спеціального обладнання для визначення об'єму котлової порожнини, утвореної термічним розширенням вибухових свердловин;

- технології виконання буровибухових робіт у суміжних породах різної міцності, яка забезпечує енергонасиченість масиву адекватну міцності порід за рахунок використання ефекту саморегулювання діаметрів котлових порожнин при термічному розширенні свердловин; дозволяє одержати при цьому економію пального і окиснювача і застосувати однакову сітку вибухових свердловин, розміщених в породах різної міцності, що спрощує процес підривання;

- методики руйнування вибухом дуже міцних гірських порід, яка передбачає використання додаткових розширень під заряди у допоміжних вкорочених вибухових свердловинах, розміщених в центрах клітинок основних свердловин;

- паспортів буровибухових робіт для відбійки дуже міцних і важкоподрібнюваних гірських порід з урахуванням нових залежностей між параметрами буровибухових робіт і властивостями гірських порід.

Особистий внесок автора в отриманні наукових результатів, що виносяться на захист, полягає у: формулюванні мети роботи, її ідеї, наукової новизни і задач досліджень; розробленні методики та спеціального обладнання для оперативного визначення об'єму котлових порожнин; паспортів буровибухових робіт для відбійки дуже міцних важкоподрібнюваних гірських порід на основі нових залежностей між властивостями гірських порід і параметрами буровибухових робіт; встановленні характеру зміни з часом температури газів у термічно розширених вибухових свердловинах з різними гідродинамічними режимами.

Реалізація роботи. Розроблена на основі проведених досліджень технологія виконання буровибухових робіт при руйнуванні гірських порід різної міцності, основні положення якої захищені авторським свідоцтвом на винахід №1614626, впроваджена на кар'єрі Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату з фактичним економічним ефектом понад 19 млн. крб. (у цінах 1992 р).

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались в міру її виконання, на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького гірничорудного інституту (1990, 1991 рр.), технічній раді Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату (1992 р.), у відділі вибухових робіт науково-дослідного гірничорудного інституту, м. Кривий Ріг (1994-1997 рр.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано сім робіт, в тому числі авторське свідоцтво на винахід.

Обсяг і структура роботи. Дисертація викладена на 189 сторінках машинописного тексту; складається з вступу, чотирьох розділів, висновку на 115 сторінках; вміщує 17 рисунків на 17 сторінках, 33 таблиці на 20 сторінках, бібліографічний список з 115 найменувань на 14 сторінках, п'ять додатків на 23 сторінках.

Дисертаційна робота виконана в лабораторії керування дією вибуху Криворізького технічного університету і пов'язана з реалізацією науково-дослідної тематики "Розробка і вдосконалення методів виконання вибухових робіт".

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Поставлена в дисертаційній роботі мета досягнута виконанням досліджень за структурною схемою (рис. 1), яка відображає весь комплекс робіт від особливостей об'єкту розробки до одержання науково-практичних результатів, зміст яких подано нижче.

Розділ 1. Аналіз сучасного стану питання. Мета та задачі досліджень. Подається огляд і аналіз робіт, присвячених застосуванню термічного способу руйнування гірських порід на відкритих розробках родовищ корисних копалин.

Аналіз показав, що на відкритих гірничих роботах в країнах колишнього СРСР, США, Канаді, Японії, Індії та ін. широко застосовується термічне буріння і розширення вибухових свердловин, а за умов розробки міцних і дуже міцних гірських порід взагалі являється основним способом буріння.

Рис. 1. Структурна схема досліджень

Дослідження термічного способу руйнування гірських порід різними авторами проводяться в таких напрямках:

- створення нового і удосконалення існуючого обладнання і технології термічного буріння та розширення вибухових свердловин;

- дослідження параметрів вибухових свердловин і механізму термічного руйнування гірських порід;

- дослідження особливостей технології буровибухових робіт при розробці дуже міцних, а також контактуючих порід різної міцності.

Великий вклад в теорію і практику термічного, електротермошарошкового буріння і розширення вибухових свердловин внесли В.Ф. Бизов, Ю.Г. Вілкул, А.Н. Германович, С. О. Гончаров, О.П. Дмитрієв, В.Д. Іцхакін, В.В. Кузнєцов, М.О. Покровський, О.В. Ягупов, Г.А. Янченко та ін.

Разом з тим технологія відбійки при розробці дуже міцних гірських порід та термічне розширення вибухових свердловин в різноміцних контактуючих породах в науково-технічній літературі висвітлені недостатньо.

В цій роботі, у світлі викладеного, поставлені і вирішені такі задачі:

- запропоновано технологію буріння вибухових свердловин у контактуючих гірських породах різної міцності, яка забезпечує енергонасиченість гірського масиву адекватну міцності порід, з яких він складається, при мінімальних витратах на бурові роботи і якісне подрібнення гірської маси вибухом;

- розроблено метод визначення параметрів котлових розширень у вибухових свердловинах та устаткування для його здійснення;

- розроблено і досліджено економіко-математичну модель вартості видобування відкритим способом дуже міцних та важкоподрібнюваних гірських порід.

Розділ 2. Дослідження параметрів термічно розширених вибухових свердловин. Наведені, розроблені автором, методики та обладнання для визначення параметрів котлових розширень (котлів), утворених у вибухових свердловинах термічним способом. Ці розробки відрізняються від існуючих тим, що об'єм котлової порожнини визначається за тиском повітря, яке подається з мірної посудини в загерметизовану свердловину. Принципова схема установки для визначення об'єму котлової порожнини наведена на рис. 2 і складається з таких вузлів та деталей: кисневий балон (1) із стисненим повітрям (тиск повітря (2...3)10⁵ Па), який виконує функції повітряного компресора; мірна посудина (2) відомого об'єму; устя свердловини (3).

Рис. 2. Принципова схема установки для визначення об'єму котлової порожнини

Функціонування установки забезпечує пульт управління, який складається з редуктора (4) і чотирьох пробкових кранів (5, 6, 7, 8). Контроль за роботою установки здійснюється за допомогою манометрів високого (9) і низького (10) тисків та рідинного манометра (11), яким вимірюють тиск повітря в системі. Установка дозволяє надійно і просто герметизувати вибухову свердловину за допомогою сферичної гумової камери (12).

Об'єм котлової порожнини визначається за формулою:

, (1)

де Р ₁ і Р ₂ - тиски повітря відповідно початковий у мірній посудині і усталений у системі після дифундування деякої маси повітря з мірної посудини в загерметизовану котлову порожнину;

t₁ i t₂ - температури повітря відповідно в мірній посудині та котловій порожнині, С;

V₀ - об'єм мірної посудини, м³.

За розробленою методикою було проведено 9 серій лабораторних експериментів за умов змінюваних об'ємів досліджуваної порожнини. В кожній серії було виконано 12 експериментів з перемінною температурою в порожнині.

Апробація розробленої методики в промислових умовах була здійснена на кар'єрі Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату. Визначались об'єми сорока термічно розширених свердловин з різними ступенями тріщинуватості порід. На основі аналізу результатів експериментів була отримана формула для визначення уточненого об'єму котлової порожнини V_у за його розрахунковим значенням V_р, знайденим за розробленою методикою:

V_у=кV_р, (2)

де к - поправочний безрозмірний коефіцієнт об'єму, числові значення якого залежать від ступеня тріщинуватості гірських порід і

дорівнюють 0,98; 0,97; 0,94 відповідно для порід низької тріщинуватості, тріщинуватих, високої тріщинуватості.

Для визначення температури газів у вибуховій свердловині після термічного її розширення t₂, яка входить у формулу (1), використаний дистанційний метод вимірювання термічної електрорушійної сили (термо ЕРС). Шукана температура t₂ визначається за формулою:

, (3)

де - термоЕРС, В;

- коефіцієнт, який визначається експериментально в лабораторних умовах, В/град;

t₁ - температура повітря на денній поверхні, С.

Були досліджені три категорії свердловин: сухі, частково обводнені і обводнені. Вимірювання температури з інтервалом 30 хв. продовжувалось протягом 3 год., що являється достатнім, так як визначення об'єму котлової порожнини, для якого, власне, необхідна інформація про температуру в ній, може бути виконано, як показали досліди, протягом 30-45 хв.

Для підвищення достовірності даних про температуру були проведені також аналітичні дослідження температурно-теплового режиму газового середовища в термічно розширеній свердловині.

Одержана формула для визначення температури t газів в момент часу t має вигляд:

, (4)

де

l - довжина верхньої нерозширеної частини свердловини, м;

d - діаметр устя свердловини, м;

t_n⁰ - початкова температура газів у котловій порожнині, С;

t₁⁰ - температура атмосферного повітря, С;

_е - ефективний коефіцієнт теплопередачі, числові значення якого визначаються гідродинамічними режимами свердловин і дорівнюють: 20; 10; 8 Вт/градм, відповідно для обводнених, частково обводнених і сухих свердловин;

C_V - теплоємність газу при постійному об'ємі, який заповнює порожнину, C_V=400 Дж/град.

Залежності зміни температури газів з часом у термічно розширених свердловинах, які одержані в експериментальних і аналітичних дослідженнях, показані на рис. 3.

Розділ 3. Удосконалення технології буровибухових робіт при шарошково-термічному оббурюванні різноміцних суміжних порід. Наведені результати досліджень розробленої технології термічного розширення вибухових свердловин, пробурених в різноміцних суміжних гірських породах.

Особливість запропонованого технічного рішення полягає в тому, що при утворенні котлових розширень в свердловинах, пробурених в породах різної міцності, використовується однаковий час термічного розширення, який дозволяє автоматично одержувати необхідний об'єм котлової порожнини в породах з різною термобуримістю, яка, як відомо, залежить від міцності гірських порід. Це дозволяє мати постійну сітку розташування свердловин в межах даного блока, що спрощує схему підривання і забезпечує економію вибухових речовин, а також пального і окиснювача в процесі терморозширення свердловин, не доводячи об'єми розширень до великих значень в лекгоподрібнюваних гірських породах.

Реалізація цього способу (А.с. №1614626) відрізняється простотою і не потребує додаткових витрат. В підривному блоці, який складається з різноміцних переміжних порід, виділяють одну породу, яка в даному блоці являється переважною. З урахуванням міцністних характеристик цієї породи вибирають параметри розташування свердловин.

Після оббурювання блока за вибраними параметрами сітки свердловин приступають до утворення котлових розширень. Час розширення для всіх свердловин однаковий. При цьому в переважній породі діаметр котла буде відповідати розрахунковому значенню. В породах з більшою міцністю, а значить легко термобуримих, величина діаметра котла буде більша від розрахункової; в породах з меншою міцністю, а значить важкотермобуримих, величина діаметра котла буде менша від розрахункової.

Рис. 3. Залежності зміни температури газів з часом у котловій порожнині, одержані експериментально (а) і аналітично (б): 1 - обводнені; 2 - частково обводнені; 3 - сухі свердловини

Таким чином, на ділянках блока, які мають більш міцні породи буде витрачено більше вибухових речовин, а на ділянках з породами меншої міцності їх буде витрачено менше. Тобто, енергонасиченість масиву буде адекватною міцності порід, які його складають.

Промислові випробування розробленого способу проводили на кар'єрі Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату. При цьому в сорока блоках було відбито понад 12 млн. т гірської маси. Застосування запропонованої технології суттєво покращило якість подрібнення відбитих гірських порід (рис. 4) і зменшило питомі витрати вибухових речовин з 0,352 кг/т до 0,320 кг/т, тобто на 0,032 кг/т. Покращення цих двох показників дозволило отримати економічний ефект понад 19 млн. крб. (в цінах 1992 р.).

Рис. 4. Гранулометричний склад підірваної гірської маси при руйнуванні різноміцних гірських порід з використанням запропонованої (_____) і діючої (- - - - - -) технологій

Розділ 4. Економіко-математична модель вартості видобування гірських порід при шарошково-термічному бурінні свердловин. Приведені результати дослідження економіко-математичної моделі вартості видобування дуже міцних і важкоподрібнюваних порід при використанні комбінованого шарошково-термічного способу буріння вибухових свердловин. буровибухова термічне свердловина котлова

Аналітичні дослідження і статистична обробка даних, отриманих з практики добування дуже міцних порід дозволили встановити два види залежностей питомих витрат (грн./м ³) на основні операції технологічного процесу:

1. Залежність від коефіцієнта міцності гірських порід і параметрів буровибухових робіт:

- питомих витрат на буровибухові роботи:

, (5)

де D і L - відповідно, діаметр і висота котлового розширення, м;

H_у - висота уступу, м;

L_n - глибина перебуру, м;

l_з - довжина забійки, м;

d - діаметр устя свердловини, м;

_ВР і Z - відповідно, густина вибухової речовини (кг/м ³) і її вартість (грн./кг);

х - вартість шарошкового буріння 1 м свердловини, грн./м;

У - вартість термічного розширення 1 м ³ свердловини (грн./м³).

2. Залежність від якості подрібнення гірських порід вибухом. Якість подрібнення характеризували двома величинами: лінійний розмір середнього куска d_ср та лінійний розмір куска, що має середню площу поверхні d_S (між цими величинами існує кореляційна залежність:

,

де е 2,7 - основа натуральних логарифмів);

- питомих витрат на буровибухові роботи:

, (6)

де К - коефіцієнт вибуховості гірських порід, кг/м²;

L_c - глибина свердловини, м;

Р - місткість одного метра свердловини, кг/м;

- питомих витрат на екскавацію відбитої гірської маси

, (7)

де С_е - вартість машино-години, грн./год.;

V_к - об'єм ковша екскаватора, м³;

К_В - коефіцієнт використання екскаватора;

0,0067 і 0,082 - розмірностні коефіцієнти, які вимірюються відповідно: год. і год./м;

- питомих витрат на утримання і ремонт екскаватора:

, (8)

де 2,76; 3,23; 0,263 - розмірностні коефіцієнти, які вимірюються відповідно: грн./м⁴; грн./м⁵; грн./м³.

- питомих витрат на ліквідацію негабариту:

, (9)

де С_Н - вартість ліквідації 1 м³ негабариту, грн./м³ (для досліджуваних порід С_Н=1,2 грн./м³);

_Н - вихід негабариту, частки одиниці;

0,2414 і 0,02235 - емпіричні поправки, м.

Сумарні питомі витрати визначаються шляхом додавання витрат, визначених формулами (6), (7), (8), (9), тобто:

. (10)

Залежності, визначені формулами (5), (6), (7), (8), (9), (10) складають основний зміст економіко-математичної моделі.

Ці залежності представлені графічно на рис. 5 (для порід з коефіцієнтом міцності f=20). Аналіз графіків показує, що розроблена методика визначення питомих витрат на видобування дуже міцних гірських порід дозволяє оптимізувати технологічний процес за якістю подрібнення відбитої гірської маси. На графіку інтервал (А, Б) лінійних розмірів середнього куска являє собою область існування мінімальних витрат на увесь технологічний процес. Дійсно, для аргументів з інтервалу (А, Б) функція (сумарні питомі витрати) має мінімальні значення.

Рис. 5. Залежність питомих витрат на операції технологічного процесу від якості подрібнення гірських порід (f=20): d_cp - лінійний розмір середнього куска, м; d_S - лінійний розмір куска, який має середню площу поверхні, м; інтервал (А, Б) - відповідає оптимальному режиму технологічного процесу

В цьому розділі описано також розроблений спосіб виконання буровибухових робіт, який дозволяє суттєво покращити якість подрібнення дуже міцних гірських порід. Суть його полягає у використанні додаткових розширень у допоміжних вкорочених свердловинах, розміщених в центрах клітинок основних свердловин.

Ефективність способу підтверджується експериментальними вибухами, проведеними за паспортами, які були розроблені на основі нових встановлених залежностей між властивостями гірських порід і параметрами буровибухових робіт.

ВИСНОВКИ

В результаті виконаних досліджень запропоновано нове вирішення актуальної науково-технічної задачі, яке полягає в розробці і впровадженні технології руйнування різноміцних контактуючих та дуже міцних гірських порід на кар'єрах, що має важливе народногосподарське значення для гірничо-видобувної галузі України.

Основні науково-практичні висновки по дисертації полягають у наступному:

1. Розроблено нову методику і обладнання для вимірювання об'єму котлових порожнин, утворених термічним розширенням вибухових свердловин на відкритих гірничих роботах. Метод полягає у вимірюванні тиску повітря, яке подається з мірної посудини в загерметизовану свердловину, що просто і надійно забезпечується розробленою установкою. Метод враховує витікання повітря по тріщинах стінок свердловини.

2. Вперше експериментально і аналітично отримано залежності зміни температури газів з часом в котлових порожнинах вибухових свердловин за умов різних гідродинамічних режимів.

3. Науково обґрунтовано саморегулювання діаметра термічно розширених свердловин в залежності від міцності гірських порід, на основі якого розроблена нова технологія виконання буровибухових робіт в різноміцних контактуючих гірських породах, яка дозволяє зменшити витрати пального, окиснювача при терморозширенні і вибухових речовин, а також застосовувати однакову сітку розміщення свердловин, що спрощує процес підривання.

4. Розроблена і досліджена економіко-математична модель питомих витрат на видобування дуже міцних і важкоподрібнюваних гірських порід, в основу якої покладено одночасне врахування використання верстатів шарошкового і термічного буріння. Це дозволило встановити основні закономірності зміни питомих витрат від властивостей гірських порід і параметрів буровибухових робіт і оптимізувати їх в залежності від якості подрібнення гірських порід.

5. Запропоновано новий спосіб відбійки дуже міцних гірських порід, заснований на використанні додаткових котлових розширень під заряди у допоміжних вкорочених свердловинах, розміщених в центрах клітинок основних свердловин, що сприяє кращому подрібненню підірваної гірської маси.

6. На основі встановлених нових залежностей між властивостями порід і параметрами буровибухових робіт розроблені паспорти буровибухових робіт при видобуванні відкритим способом дуже міцних і важкоподрібнюваних гірських порід, впровадження яких дозволило одержати задовільне подрібнення порід вибухом.

7. Технологія виконання буровибухових робіт при відбійці різноміцних суміжних порід захищена авторським свідоцтвом на винахід і впроваджена на кар'єрі Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату з фактичним економічним ефектом понад 19 млн. крб. (в цінах 1992 р.).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Шапурин А.В., Зайцев И.Н. Способ ведения буровзрывных работ на карьерах в разнопрочных горных породах // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1998. - Вып.62. - С. 49-53.

2. Шапурин А.В., Гурин А.А., Зайцев И.Н. Определение объема зарядной полости, образованной термическим способом // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1998. - Вып.62. - С. 53-57.

3. Зайцев И.Н. Определение температуры газов во взрывной скважине после термического ее расширения // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1997. - Вып.60. - С. 39-41.

4. Зайцев И.Н. Понижение твердости электропроводных горных пород // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1996. - Вып.59. - С. 33-35.

5. Зайцев И.Н. Результаты исследований тепловых процессов в котловой полости, образованной термическим способом // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1998. - Вып.65. - С. 19-23.

6. А.с. 1614626 СССР /51/5 42 3/04. Способ ведения буровзрывных работ в разнопрочных горных породах / Шапурин А.В., Зайцев И.Н., Комащенко В.И., Кривошеев А.В., Кострюков С.А., Голованенко В.В., Белянкин С.Р. (СССР). - №4693506; Заявлено 19.05.89; Опубл. 15.12.90, Бюл. №46. - 2 с.

7. Шапурин А.В., Катанов И.В., Зайцев И.Н. Дробление весьма крепких горных пород. КГРИ. - Кривой Рог. 1993. - 91 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 21.12.93, №2504 - Ук 93// Анот. в Р.Ж. ВИНИТИ, №6, 1994.

У роботах, опублікованих у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає у наступному:

[1] - розробка методу виконання буровибухових робіт в різноміцних суміжних породах, проведення промислових випробувань, їх аналіз;

[2] - проведення промислових експериментів і на основі їх результатів встановлення поправочного коефіцієнта до уточненого об'єму котлової порожнини;

[6] - висування гіпотези про можливість саморегулювання діаметра котлових розширень, утворених термічним способом у вибухових свердловинах, пробурених в різноміцних суміжних гірських породах; проведення промислових експериментів по перевірці гіпотези, обробка їх результатів методами статистики на ЕОМ;

[7] - лабораторні дослідження властивостей гірських порід; аналітичні дослідження по встановленню залежностей вартості буровибухових робіт від їх параметрів і властивостей гірських порід.

АНОТАЦІЇ

Зайцев І.М. Розробка методів відбійки різноміцних гірських порід при термічному розширенні свердловин на кар'єрах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.03 "Відкрита розробка родовищ корисних копалин", Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 1999.

Дисертація присвячена питанням виконання буровибухових робіт на кар'єрах при термічному розширенні шарошкових свердловин, пробурених в різноміцних суміжних породах з використанням ефекту саморегулювання діаметрів котлових порожнин. Запропоновано спосіб оперативного визначення об'єму котлових порожнин. Розроблена економіко-математична модель питомих витрат по всьому технологічному ланцюгу видобування дуже міцних гірських порід, яка дозволяє оптимізувати ці витрати в залежності від якості подрібнення відбитої гірської маси. Результати досліджень впроваджені у виробництво з реальним економічним ефектом.

Ключові слова: кар'єр, різноміцні породи, свердловина, термічне розширення, котлова порожнина, буровибухові роботи.

Zaytsev I.N. Working out of the methods for breaking rocks of different hardness under the thermal expansion in the open-pit mining's. - Manuscript.

The thesis is submitted for Candidate's Degree (Eng) in the field of "Open-pit mining of the useful mineral deposits"(specialty 05.15.03), Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 1999.

The thesis deals with the problems of boring and blasting operations in quarries under the thermal expansion of cutter holes bored in contact rocks of different harness by using the spontaneous regulation effect for the kettle-shaped hollows diameters. An operative method for determining of the kettle-shaped hollows volumes is proposed. The economical and mathematical model of specific expenditures for the whole technological circuit of the very hard rock mining is worked out and it permits to optimize these expenditures depending on the quality of mined bulk crushing. The results of investigation have been introduced into production and the real economic effect was reached.

Key words: quarry, rocks of different hardness, hole, thermal expansion, kettle-shaped hollow, drilling and blasting operations.

Зайцев И.Н. Разработка методов отбойки разнопрочных горных пород при термическом расширении скважин на карьерах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых", Криворожский технический университет, Кривой Рог, 1999.

Диссертация посвящена вопросам выполнения буровзрывных работ на карьерах при термическом расширении шарошечных скважин, пробуренных в разнопрочных контактирующих породах с использованием эффекта самопроизвольного регулирования диаметров котловых полостей. Разработана новая технология термического расширения взрывных скважин, пробуренных в перемежающихся породах разной прочности, защищенная авторским свидетельством на изобретение. Отличительная особенность этой технологии заключается в том, что при образовании котловых расширений в скважинах, пробуренных в контактирующих породах различной прочности, используется единый режим термического расширения. Это обеспечивает экономию взрывчатых веществ, а также горючего и окислителя при терморасширении, не доводя объемы расширений до больших значений в легкодробимых породах, позволяет иметь постоянную сетку скважин в пределах взрываемого блока, что упрощает процесс взрывания. Реализация этого способа отличается простотой и не требует дополнительных затрат. Во взрываемом блоке, состоящем из разнопрочных перемежающихся пород, выделяют одну породу, которая в данном блоке является преобладающей. С учетом прочностных свойств этой породы выбирают режим термического расширения по методике приведенной в работе (сетку расположения скважин и время расширения), который будет одинаковым для всех скважин. При этом в преобладающей породе диаметр котла будет соответствовать расчетному (проектному) значению.

В породах с большей крепостью, а следовательно, легче термобуримых величина диаметра котла получится больше расчетной, в породах с меньшей крепостью, а следовательно, труднотермобуримых величина котла получится меньше расчетной. Таким образом, на участках блока, имеющих породы большей крепости, будет затрачено большее количество взрывчатых веществ, а на участках с породами меньшей крепости будет затрачено меньшее количество ВВ, то есть энергонасыщенность взрываемого блока адекватна крепости пород, которыми представлен данный блок.

Для оперативного контроля объема получаемых котловых расширений с возможностью корректировки этого параметра разработана установка, устанавливаемая на буровом станке, и новая методика определения объема котловых полостей на открытых горных работах. Метод основан на измерении давления воздуха, подаваемого из мерного сосуда в загерметизированную скважину. Герметизация скважины просто и надежно обеспечивается разработанной установкой при помощи сферической резиновой камеры, помещаемой в устье скважины с последующим заполнением ее воздухом. Установка работает при давлениях, не превышающих 900 мм водяного столба. Для учета изменяющихся условий измерения экспериментально (методом определения термической электродвижущей силы) и аналитически (на основе закона Фурье для теплопроводности) получены зависимости температуры газов в котловых полостях взрывных скважин от времени, прошедшего с момента окончания их терморасширения, при различных гидродинамических режимах: обводненные, частично обводненные, сухие скважины.

Предложен новый способ разрушения весьма крепких горных пород, основанный на использовании дополнительных котловых расширений под заряды во взрывных вспомогательных укороченных скважинах, расположенных в центрах ячеек основных скважин, способствующий улучшению дробления взорванной горной массы.

Разработана экономико-математическая модель определения удельных затрат на добычу весьма крепких и труднодробимых горных пород, в основу которой положены зависимости, полученные на основе глубокого статистического изучения комплекса процессов горного производства применительно к использованию термического расширения шарошечных скважин, что позволило установить основные закономерности изменения удельных затрат по всей технологической цепи добычи пород от условий взрывания и оптимизировать их в зависимости от качества дробления отбитой горной массы.

На основе установленных новых зависимостей между параметрами буровзрывных работ и свойствами горных пород разработаны паспорта буровзрывных работ при добыче открытым способом весьма крепких труднодробимых горных пород, применение которых позволило получить удовлетворительное дробление указанных пород. Результаты исследований внедрены в производство с реальным экономическим эффектом.

Ключевые слова: карьер, разнопрочные породы, скважина, термическое расширение, котловая полость, буровзрывные работы.

Размещено на Allbest.ru

...