Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Кременчуцький державний політехнічний університет ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

сокуренко Володимир Аркадійович

УДК [622.235.235.5.3:622.012.3.06](043.3)

Обґрунтування параметрів конструкційних елементів розосереджених зарядів для підвищення якості підготовки гірської маси в кар'єрах

Спеціальність 05.15.09 - “Геотехнічна і гірнича механіка”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кременчук - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Кременчуцькому державному політехнічному університеті імені Михайла Остроградського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Комір Віталій Михайлович, Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри “Технічна механіка”, (м. Кременчук).

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Перегудов Володимир Володимирович, ДП «ДПІ «Кривбаспроект» мінпромполітики України, директор, (м. Кривий Ріг);

кандидат технічних наук Кратковський Ігор Леонідович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, старший науковий співробітник, (м. Дніпропетровськ).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського за адресою: 39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент В.М. Чебенко

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ключовою ланкою в технології видобутку скельних нерудних будівельних матеріалів є буровибухові роботи, які визначають інтенсивність і рівномірність подрібнення гірських порід та ефективність наступних технологічних процесів переробки мінеральної сировини. До якості вихідної сировини галузі промисловості, що використовують різні корисні копалини, висувають вимоги, які залежать від виду продукції, що виробляється. Енергоємність наступних технологічних процесів (екскавація, механічне дроблення і под.) залежить від якості вибухової підготовки гірничої маси. Інтенсифікація дроблення гірських порід за рахунок збільшення питомих витрат вибухових речовин (ВР) пов'язана зі збільшенням токсичних викидів в атмосферу кар'єру і з підвищенням вмісту перездрібнених фракцій, які, у більшості випадків, є некондиційними, а внаслідок зростання щільності мікротріщин знижується міцність утворених шматків. гірничій кар'єр детонатор свердловина

Більш ефективним способом поліпшення якості підготовки гірничої маси є вдосконалення конструкцій зарядів. Ураховуючи різні умови руйнування частини масиву, що відбивається, з висотою уступу, використання суцільних однорідних свердловинних зарядів ВР обмежує можливості підвищення інтенсивності та рівномірності дроблення гірських порід. тому, при вибуховій відбійці гірських порід використовують розосереджені заряди з повітряними і комбінованими інертними проміжками, не зважаючи на те, що не завершена методика розрахунку параметрів їх конструкційних елементів, до яких належать маса окремих частин розосереджених зарядів, розміри, поєднання і взаємне розташування повітряних і породних проміжків, ініціаторів по довжині заряду. До теперішнього часу відсутні інженерні методи розрахунку раціональних параметрів комбінованих інертних проміжків. Тому обґрунтування параметрів конструкційних елементів розосереджених зарядів для підвищення якості підготовки гірської маси в кар'єрах є актуальною науковою задачею, яка має важливе значення для гірничовидобувної галузі і потребує свого вирішення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Матеріали дисертації пов'язані з виконанням наукових досліджень, проведених кафедрою технічної механіки Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського, і є складовою частиною держбюджетних науково-дослідних розробок відповідно до планових завдань Міністерства освіти і науки України: "Дослідження структури реакційної зони детонаційної хвилі вибухових речовин, розробка раціональних конструкцій зарядів" (10Д/05-ТМ, № ДР 01054000325, 2005-2007 р.р.), у виконанні якої автор брав участь як виконавець.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення якості підготовки гірничої маси при видобуванні порід середньої міцності за рахунок використання науково обґрунтованих параметрів конструкційних елементів розосереджених свердловинних зарядів вибухових речовин з повітряними і комбінованими інертними проміжками.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі поставлені та розв'язані наступні задачі:

- здійснений аналіз ефективності застосування розосереджених свердловинних зарядів вибухових речовин для отримання якісної гірничої маси в різних гірничогеологічних умовах кар'єрів з видобутку нерудних корисних копалин;

- розроблені теоретичні основи розрахунку раціональних параметрів нових конструкційних елементів - комбінованих інертних проміжків у розосереджених свердловинних зарядах ВР;

- встановлені раціональні параметри конструкційних елементів частин розосереджених зарядів, що забезпечують підвищення інтенсивності та рівномірності дроблення гірських порід при дотриманні проектних відміток підошви уступу;

- досліджена ефективність руйнування гірських порід у нижній частині уступу за рахунок зміни амплітуди і тривалості динамічного багатоступеневого впливу при використанні комбінованих інертних проміжків у зарядах ВР;

- на полігоні досліджено вплив конструкцій зарядів різних типів ВР на питомі обсяги утворених токсичних газів при вибухах;

- досліджено вплив конструкцій зарядів на параметри сейсмічних коливань при масових вибухах у кар'єрах.

Ідея роботи полягає у використанні ефекту посилення динамічного багатоступеневого навантаження порід на рівні підошви уступу, що відбивається, за рахунок розміщення в донній частині свердловин комбінованих інертних проміжків для підвищення якості вибухопідготовки гірничої маси.

Об'єкт досліджень - процеси руйнування гірських порід вибухом.

Предмет досліджень - параметри конструкційних елементів розосереджених свердловинних зарядів, що забезпечують інтенсивне і рівномірне дроблення гірських порід.

Методи досліджень. Для розв'язання поставлених задач використано комплекс теоретичних та експериментальних методів: аналізу й узагальнення сучасних уявлень про механізм вибухового руйнування гірських порід; аналітичних розробок на базі теорії руйнування і мікротріщинуватості гірських порід; експериментального визначення на полігоні питомих обсягів газоподібних токсичних викидів при вибуху різних типів ВР і конструкцій зарядів; експериментальних вимірів параметрів сейсмічних коливань ґрунту при здійсненні масових вибухів з використанням зарядів різних конструкцій; статистичної обробки результатів спостережень і зіставлення числових розрахункових параметрів з експериментальними вимірами; техніко-економічного аналізу.

Наукові положення, які виносяться на захист:

1. Багатоступеневе імпульсне навантаження в нижній частині уступу формується при використанні в розосереджених зарядах ВР нових конструкційних елементів, що поєднують повітряні й породні проміжки (корки), причому довжина породного корка пропорційна довжині повітряного проміжку і зменшується при використанні ВР з більш високими енергетичними характеристиками і більшою щільністю заряджання.

2. При відбійці гірських порід суцільними однорідними свердловинними зарядами ВР амплітуда багатоступеневого імпульсного впливу на окремих ділянках масиву залежить від умов взаємодії прямих зустрічних і відбитих ударних хвиль при одночасному ініціюванні кожного заряду у двох або декількох точках.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Уперше теоретично та експериментально обґрунтовані раціональні параметри нових конструкційних елементів розосереджених зарядів ВР і комбінованих інертних проміжків, які забезпечують багатоступеневе навантаження нижньої частини уступу, підвищення інтенсивності та рівномірності дроблення гірничої маси, що відбивається, і якісне опрацювання підошви уступу до проектного рівня при зменшенні на 50-100% величини перебуру.

2. Уперше теоретично обґрунтовано новий спосіб визначення раціонального розташування ініціаторів у суцільних однорідних і комбінованих свердловинних зарядах при дво- і багатоточковому ініціюванні.

3. Уперше розроблено спосіб оцінювання рівня екологічної безпеки масових вибухів за обсягом газоподібних токсичних викидів на 1 м³ відбитої гірничої маси з урахуванням типу ВР, конструкції зарядів і умов підривання.

Наукове значення роботи полягає у встановленні взаємозв'язку довжини породного корка як складового елемента комбінованого інертного проміжку з енергетичними характеристиками ВР, щільністю заряджання і міцністю гірської породи, яка відбивається, що дозволило визначити раціональні параметри розосереджених свердловинних зарядів при проектуванні та здійсненні масових вибухів у кар'єрах з видобутку скельних порід середньої міцності.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці, випробуванні та впровадженні нових конструкцій розосереджених свердловинних зарядів на основі науково обґрунтованих параметрів їх конструкційних елементів, що дозволило:

- підвищити інтенсивність дроблення гірничої маси (зменшення діаметра середнього шматка на 10-12 %), поліпшити якість опрацювання підошви уступу і знизити величину перебуру на 50-100 % при використанні рекомендованих конструкцій розосереджених зарядів ВР з комбінованими інертними проміжками;

- істотно змінити характер сейсмічних коливань та їх інтенсивність при застосуванні зарядів з комбінованим інертним проміжком біля дна свердловин, регулювати енергію спектральних складових і забезпечити зниження сейсмічного ефекту в ближній зоні. У роботі наведені конструкції зарядів, що дозволили збільшити потужність масового вибуху на 20 % при колишньому рівні сейсмічного ефекту.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, викладених у дисертації, підтверджуються узгодженістю результатів теоретичного розрахунку параметрів конструкційних елементів розосереджених свердловинних зарядів вибухових речовин з отриманими під час проведення експериментів з перевірки ефективності вибухового руйнування моделей з натурних матеріалів і реальних породних масивів, задовільною збіжністю математичних моделей з даними експериментів; перевіркою отриманих залежностей у лабораторних, полігонних і промислових умовах. Адекватність розробленої математичної моделі руйнування твердих середовищ зарядами вибухових речовин, розосередженими інертними і повітряними проміжками, характеру руйнування гірської породи реальним умовам підтверджується напівемпіричним підходом до визначення параметрів процесу і позитивними результатами впровадження розроблених у ході досліджень нових конструкцій свердловинних зарядів у кар'єрах з видобутку скельних вапняків.

Реалізація результатів роботи. Запропоновані конструкції зарядів пройшли дослідно-промислову перевірку і використовуються при здійсненні вибухових робіт у кар'єрах: Жовтокам'янському і Західно-Тягінському, які розробляють родовища карбонатних порід. Відбійка гірських порід з використанням розроблених конструкцій зарядів ВР дозволила скоротити на 7 - 8 % обсяги буріння, на 10 - 12 % витрати ВР і отримати у 2008 р. економічний ефект на суму 23,87 тис. грн.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети, завдань досліджень, наукових положень, висновків і рекомендацій, упровадження розробок при масових вибухах у кар'єрах. Конкретний особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в наступному: проведенні експериментальних досліджень на полігоні, обробці їх результатів і формулюванні рекомендацій з практичного використання отриманих даних [1]; здійсненні вимірів гранулометричного складу гірничої маси [2]; розробці структурної схеми з визначенням енергетичних витрат при проведенні вибухових робіт та методики розрахунку параметрів буровибухових робіт (БВР) [3, 4]; проведенні експериментальних досліджень інтенсивності дроблення моделей при різних конструкціях набійки і застосуванні додаткових зарядів [5, 6]; здійсненні вимірів сейсмічних коливань при проведенні масових вибухів у кар'єрах і в обробці отриманих сейсмограм [7]. Зміст дисертації викладено автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень дисертаційної роботи доповідалися на Міжнародних науково-технічних конференціях: "Механіка, технологія та техногенна безпека вибухового руйнування гірських порід" (Крим, 2004, 2005 р.р.); "Сучасні технології ведення буровибухових робіт, їх економічна ефективність та техногенна безпека" (Крим, 2008 р.); "Застосування промислових і конверсійних вибухових речовин при руйнуванні гірських порід вибухом і екологічна безпека" (смт. Яремче, Івано-Франківської обл., 2005 р.; смт. Свалява, Закарпатської обл., 2008 р.; м. Трускавець, Львівської обл., 2009 р.), а також у повному обсязі були докладені на наукових семінарах Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових статей, з них 7 - у наукових фахових, затверджених ВАК України, виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, викладених на 113 сторінках машинописного тексту, містить 22 рисунки і 18 таблиць, список літературних джерел зі 102 найменувань, а також 7 додатків на 15 сторінках, у яких наведені результати дослідно-промислової перевірки розроблених конструкцій зарядів і документи, що підтверджують використання рекомендацій на промислових підприємствах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи і показано зв'язок з науковими програмами, сформульована мета й основні задачі досліджень, наведені наукові положення, які винесені на захист, показана наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, а також рівень апробації результатів роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан технології підготовки гірничої маси на кар'єрах, що розробляють карбонатні породи. Виконано оцінку фізико-технічних властивостей гірських порід і тріщинуватості масивів як об'єкта руйнування, причому математичний опис процесу руйнування матеріалу залежить від моделі середовища.

Останніми десятиліттями теорії руйнування стали предметом пильної уваги науковців і вже далеко вийшли за класичні рамки, перейшовши на атомно-молекулярний рівень.

Значний внесок у вивчення механізму руйнування гірських порід вибухом внесли вчені: Є.Г. Баранов, В.О. Боровиков, В.В. Воробйов, В.Д. Воробйов, О.Е. Власов, Г.П. Демидюк, М.Ф. Друкований, Е.І. Єфремов, В.М. Комір, В.С. Кравцов, Р.С. Крисін, В.М. Кузнєцов, М.А. Кук, Б.М. Кутузов, Ф.І. Кучерявий, М.В. Мельников, В.М. Мосинець, В.Д. Петренко, Г.Й. Покровський, В.М. Родіонов, П.Й. Федоренко, О.Н. Ханукаев та ін.

Аналіз існуючого стану наукових досліджень, спрямованих на вивчення процесу руйнування гірських порід і методів підвищення інтенсивності їх дроблення при вибуху свердловинних зарядів ВР показав, що в цьому напрямку необхідно шукати нові кількісні вирішення низки завдань. До теперішнього часу практично не розглядалося питання розрахунку конструкційних елементів розосереджених зарядів ВР для вдосконалення параметрів буровибухових робіт, які б покращували інтенсивність і рівномірність дроблення гірничої маси, якість опрацювання підошви уступу, скорочували обсяги токсичних викидів і знижували сейсмічний ефект масових вибухів, сприяючи поліпшенню роботи гірничодобувних підприємств. Виходячи з цього, у першому розділі сформульовані технологічні вимоги до якості підготовки гірничої маси в кар'єрах, що розробляють карбонатні породи, і розглянута відповідність цим вимогам різних конструкцій свердловинних зарядів ВР.

Другий розділ дисертації присвячений теоретичному розрахунку конструкційних елементів зарядів ВР, розосереджених повітряними і комбінованими інертними проміжками.

При цьому параметри вибухового впливу повинні враховувати не тільки міцність гірських порід, але і різні умови їх руйнування за висотою уступу. Якщо кут укосу уступу відрізняється від 90^о, то величина лінії найменшого опору (ЛНО) збільшується з глибиною свердловин. Крім того, розрізняються умови руйнування біля торців заряду. Поблизу верхнього торця заряду, як правило, розміщується набійка, що створює певні труднощі для якісного дроблення породи у верхній частині уступу. У нижній частині, крім більшої величини ЛНО, руйнування породи ускладнене, оскільки необхідно долати опір зсуву по підошві уступу. За таких умов суцільний однорідний свердловинний заряд не є оптимальним і не забезпечує рівномірного дроблення гірських порід у зонах підвищеного опору руйнуванню. Тому в роботі досліджена можливість концентрації енергії вибуху в нижній частині свердловини за допомогою комбінованих інертних проміжків, що поєднують повітряні порожнини і породні корки (рис. 1).



Рис. 1. Схема комбінованого інертного проміжку: 1 - заряд ВР; 2 - породний корок (поршень) із суміші 60 % дрібного щебеню (3-5 мм) і 40 % глини; 3 - повітряний проміжок

Необхідна довжина породного корка 2 (див. рис. 1) визначена шляхом зіставлення роботи адіабатичного стиснення повітря в проміжку 3 з енергією частини ВР, яка заміщена в свердловині комбінованим інертним проміжком:

(1)

, (2)

де l_n - довжина інертного корка між повітряним проміжком і зарядом ВР, м;

у_пч - межа міцності гірської породи, що руйнується, МПа;

l_вп - довжина донного повітряного проміжку, м;

k₁ - коефіцієнт, що враховує різні розмірності фізичних величин у формулах (1) і (2);

с_ВВ - щільність ВР у заряді, кг/м³;

e_ВВ - питома енергія застосовуваного ВР, кДж/кг;

з - коефіцієнт передачі енергії ВР до масиву при вибуху;

в₂ - коефіцієнт, що залежить від типу ВР у зарядах, щільності заряджання і міцності породи (рис. 2).

Рис. 2. Залежність коефіцієнта в₂ від щільності ВР і міцності порід, що відбиваються

Інтерпретація отриманих у дисертації залежностей (рис. 2) дозволила зробити наступні висновки:

1) задовільне опрацювання підошви уступу може бути досягнуто без перебуру та використання комбінованих інертних проміжків при відбійці маломіцних порід зарядами ВР з високою питомою енергією і великою щільністю заряджання, оскільки в цьому випадку розрахована довжина породного корка l_n = 0 або близька до 0;

2) у породах середньої міцності (у_пч = 30 МПа і більше) для зменшення довжини породного корка в нижній частині свердловини на контакті з комбінованим інертним проміжком слід розміщувати ВР з більшою питомою енергією вибухового перетворення та високою щільністю заряджання.

При відбійці обводнених гірських порід не завжди вдається сформувати донний повітряний проміжок, у цьому випадку при використанні суцільних зарядів доцільно використовувати ефекти взаємодії ударних хвиль при дво- і багатоточковому ініціюванні зарядів ВР.

Ініціювання суцільних свердловинних зарядів ВР у більшості випадків здійснюють у двох точках для зменшення ймовірності відмов. При одночасному ініціюванні заряду в обох точках у кожній із них утворюються дві детонаційні хвилі, що поширюються в протилежних напрямках. Детонаційні хвилі, що рухаються назустріч одна одній зі швидкістю "Д", а після зіткнення, рухаються в протилежних напрямках - до гирла і дна свердловини. У зоні зустрічі детонаційних хвиль на відстані Z від верхнього торця заряду тиск продуктів детонації за даними Кука М.А. зростає у 2-7 разів. При цьому кожен елемент стінки свердловини буде періодично перебувати під таким навантаженням. Частота навантаження визначається умовами взаємодії детонаційних хвиль, що розповсюджуються у вибухових речовинах, і ударних хвиль, що рухаються у продуктах детонації. Підвищення рівномірності дроблення гірських порід, що відбиваються суцільними однорідними зарядами ВР, досягається за рахунок посилення вибухового впливу на ділянках з ускладненими умовами руйнування, якщо проміжні детонатори (бойовики) розміщенні на визначених відстанях від торців свердловинних зарядів (рис. 3).



Рис. 3. Схема формування зони посиленого вибухового впливу на частину масиву, що відбивається, при двоточковому ініціюванні суцільних свердловинних зарядів ВР

Положення зони посиленого вибухового впливу залежить від швидкості детонації в заряді ВР і взаємного розташування бойовиків:

, (3)

де Z - відстань від верхнього торця заряду до зони посиленого вибухового впливу, м;

Д - швидкість детонації в заряді ВР, м/с;

с_х - швидкість ударної хвилі, що рухається у продуктах детонації, м/с;

a_m - відстань між бойовиками, м;

b₁ - відстань від верхнього бойовика до верхнього торця заряду, м;

b₂ - відстань від нижнього бойовика до дна свердловини, м.

Залежно від розташування проміжних детонаторів щодо відстаней до верхнього та нижнього торців заряду ВР теоретичним шляхом обґрунтовано раціональне розташування проміжних детонаторів у суцільних однорідних ВР.

У третьому розділі наведені результати лабораторних та полігонних досліджень інтенсивності дроблення моделей та якості опрацювання підошви уступу при вибуху зарядів різних конструкцій. Експериментальні дослідження проводили на моделях правильної геометричної форми або, які повторюють у певному масштабі конфігурацію уступу.

Моделі кубічної форми з блоків вапняку з розміром ребра 180 мм руйнували вибухами зарядів тену масою 0,95 г в кожному шпурі. Шпури діаметром 6 мм і глибиною 120 мм створювали в центрі верхньої грані кожної моделі. У процесі досліджень для руйнування моделей використовували шість різновидів конструкцій розосереджених зарядів, що відрізняються параметрами конструкційних елементів. У кожній серії експериментів вісім моделей руйнували зарядами ВР однієї конструкції. Маса верхньої и нижньої частини заряду в усіх серіях експериментів складала 0,32 і 0,64 г відповідно.

На наступному етапі досліджень встановили вплив відношення між масами верхньої частини m₁ до всього заряду ВР m на інтенсивність дроблення моделей з вапняку при оптимальній довжині повітряного проміжку (5 мм).

Довжина зовнішньої забійки з дрібного просіяного піску (0,5 - 1,0 мм) була однаковою в усіх серіях експериментів і становила 15 мм. Ініціювання частин зарядів здійснювали одним або двома мікроелектродетонаторами одночасно. Після вибухів уламки роздробленого матеріалу моделей збирали і за допомогою ситового аналізу визначали фракційний склад у кожній серії.

Найменший діаметр середнього шматка роздробленого матеріалу моделі зафіксований, коли 20 або 60 % загальної маси заряду ВР знаходиться в контакті із забійкою у верхній частині шпуру.

Вплив конструкції заряду на опрацювання підошви уступу досліджували на Жовтокам'янському вапняковому кар'єрі, для чого на неробочому борту була пройдена траншея глибиною 1,8 м, шириною 4 і довжиною 60 м. Борти траншеї були використані в якості моделей уступів, які руйнували зарядами амоніту в шпурах діаметром 42 мм.

Шпури бурили у два ряди, відстань між ними в ряду і між рядами була однаковою і становила а = в = 1 м. Для чотирьох серій експериментів було використано 12 груп шпурів. Групи шпурів знаходилися одна від одної на 3 - 4 м. В одній серії експериментів висаджували почергово три групи по 10 шпурових зарядів ВР (2 ряди по 5 шпурових зарядів ВР) з однаковою глибиною перебуру. Глибина шпурів залежала від величини перебуру і становила 1,95 і 2 м при перебурах 0,15 і 0,2 м відповідно. У процесі досліджень у двох серіях експериментів суцільні заряди висаджували з перебуром, а в двох серіях - без перебуру. Без перебуру в одній серії підривали суцільні заряди ВР, а в іншій - з комбінованим інертним проміжком на рівні підошви уступу.

Після вибухів звільняли підошву модельних уступів від зруйнованої маси і за допомогою геодезичної зйомки визначали її відносні відмітки. При формуванні повітряних проміжків на рівні підошви уступу її проектний рівень при вибухах був досягнутий без перебуру.

Інтенсивність і рівномірність дроблення гірських порід залежить від питомої витрати ВР, конструкції зарядів, обводнення частини масиву, що відбивається, та інших факторів, що одночасно впливають не лише на якість підготовки гірничої маси, але й на обсяги газоподібних токсичних викидів при масових вибухах у кар'єрах. Тому цілеспрямована зміна технологічних властивостей гірничої маси повинна здійснюватися без погіршення екологічного становища в кар'єрі. Оскільки один із методів підвищення якості підготовки гірничої маси передбачає використання розосереджених зарядів з повітряними і комбінованими інертними проміжками, в роботі встановлено вплив конструкцій зарядів на обсяг і склад утворених токсичних газоподібних викидів, для чого на полігоні у вибуховій камері об'ємом 3 м³ була проведена серія спеціальних експериментів.

При проведенні попередніх експериментів установлено, що сухі заряди амоніту 6ЖВ, грамонітів 79/21ГС і 50/50ГС, тротилу, ТГФА, гепору і гранулітів КС-1 у каналі діаметром 30 мм сталевої мортири стійко детонують при ініціюванні електродетонатором (ЕД).

Результати вимірювань кількості токсичних газоподібних продуктів детонації, що утворюються при вибуху в сталевій мортирі сухих зарядів ВР, наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Питомий об'єм токсичних газів при вибуху в сталевій мортирі суцільних сухих зарядів вибухових речовин без забійки

Тип ВР	Маса ВР, г	Вміст токсичних газів, мг/м3	Питомий об'єм утворених токсичних газів, л/кг	Питомий об'єм токсичних газів у перерахунку на умовне СО, л/кг
		СО	NOх	СО	NOх
промислові ВР
Амоніт 6ЖВ	30	125,04	41,08	10,0	2,0	23,0
Грамоніт 79/21 ГС	30	125,05	154,05	10,0	7,5	58,75
Грануліт КС-1	30	150,05	82,6	12,0	6,0	51,00
Тротил	10	125,04	61,6	30,01	9,0	88,5
конверсійні ВР
Гепор	30	625,25	61,6	50,0	3,0	69,5
ТГФА	10	62,5	41,08	15,0	6,0	54,0

Розосереджені заряди, що складаються з двох частин - нижньої і верхньої, - формували з одних і тих же типів ВР. Маса нижньої частини становила 2/3, а верхньої - 1/3 загальної маси заряду ВР. Проміжок між частинами заряду заповнювали інертним матеріалом (просіяним піском фракцій 0,5-1 мм або залишали повітря). Кількість токсичних викидів, що утворилися під час вибуху зарядів ВР або вибухових сумішей (ВС), розосереджених повітряними та піщаними проміжками, наведено в табл. 2 і 3.

Таблиця 2

Кількість токсичних газів в атмосфері вибухової камери після вибуху в сталевій мортирі зарядів ВР (ВС) розосереджених повітряними проміжками

Тип ВР	Маса ВР, г	Вміст токсичних газів, мг/м3	Питомий об'єм утворених токсичних газів, л/кг	Питомий об'єм токсичних газів у перерахунку на умовне СО, л/кг
		СО	NOх	СО	NOх
Амоніт 6ЖВ	30* (20/10)**	187,6	32,86	15,0	1,6	25,4
Грамоніт 79/21 ГС	30 (20/10)	250,08	154,05	20,0	7,5	68,75
Грануліт КС-1	30 (20/10)	217,46	66,98	17,4	5,26	51,59
Тротил	30 (20/10)	625,2	166,32	50,0	8,1	102,65
ТЕН	21 (14/7)	350,14	60,42	40,0	4,2	67,3
Гепор	30 (20/10)	781,56	41,8	62,5	2,0	75,5
ТГФА	21 (14/7)	196,88	71,9	22,5	5,0	65,0

Примітка: * - загальна маса, ** - верхня/нижня частина заряду

Таблиця 3

Кількість токсичних газів в атмосфері вибухової камери після вибуху зарядів ВР (ВС), розосереджених інертними проміжками

Тип ВР	Маса ВР, г	Вміст токсичних газів, мг/м3	Питомий об'єм утворених токсичних газів, л/кг	Питомий об'єм токсичних газів у перерахунку на умовне СО, л/кг
		СО	NOх	СО	NOх
Амоніт 6ЖВ	30* (20/10)**	250,08	41,80	20,0	2,0	33,0
Грамоніт 79/21 ГС	30 (20/10)	375,12	154,05	30,0	7,5	78,75
Грануліт КС-1	30 (20/10)	260,5	64,19	20,83	5,125	54,15
Тротил	30 (20/10)	750,24	184,5	60,02	9,0	118,52
ТЕН	21 (14/7)	437,68	71,93	50,0	5,0	82,5
Гепор	30 (20/10)	1250,0	51,35	100,0	2,52	116,25
ТГФА	21 (14/7)	875,28	17,98	100,03	1,26	108,22

Примітка: * - загальна маса, ** - верхня/нижня частина заряду

Обсяг і склад токсичних викидів визначається типом ВР та іншими факторами, що впливають на динаміку розширення і теплообміну продуктів вибуху з гірською породою. Тому оцінка екологічної безпеки масових вибухів тільки за питомим обсягом токсичних викидів, застосованих ВР буде неповною. У роботі запропоновано оцінювати ефективність різних типів ВР і конструкцій зарядів з точки зору екологічної безпеки за обсягом токсичних газів J₀, що утворюються при відбиванні 1м³ гірничої маси:

J₀ = qv₀, л/м³ (4)

де q - питома витрата ВР при використанні прийнятого типу ВР і конструкції заряду, кг/м³;

v₀ - питомий обсяг токсичних газів у перерахунку на умовне СО, що утворюється при вибуху даного типу ВР та прийнятої конструкції зарядів, л/кг.

Як приклад у табл. 4 наведені питомі витрати різних типів ВР залежно від конструкцій зарядів, при яких забезпечується однаковий діаметр середнього шматка відбитої гірничої маси на Жовтокам'янському вапняковому кар'єрі.

Таблиця 4

Об'єми токсичних викидів у розрахунку на 1 м³ відбитої гірничої маси при вибуховому відбиванні вапняків

Тип ВР	Конструкція зарядів	Питомий об'єм токсичних газів при вибуху, л/кг	Питома витрата ВР	Об'єм токсичних викидів J0 на 1 м3 відбитої гірничої маси в перерахунку на умовне СО, л/м3
Амоніт 6 ЖВ	суцільні	23,0	0,190	4,37
	розосереджені повітряним проміжком	25,4	0,150	3,81
Грамоніт 79/21 ГС	суцільні	58,75	0,200	11,75
	розосереджені повітряним проміжком	68,75	0,165	11,34
Грануліт КС-1	суцільні	51,0	0,21	10,71
	розосереджені повітряним проміжком	51,59	0,188	9,70

Як випливає з табл. 4, застосування розосереджених зарядів ВР для вибухового відбивання маломіцних вапняків при однаковому діаметрі середнього шматка гірничої маси знижує обсяг токсичних викидів у перерахунку на умовне СО на 12,8; 3,5 і 9,46 %, відповідно при використанні амоніту 6ЖВ, грамоніту 79/21ГС і грануліту КС-1 за рахунок зменшення їх питомих витрат.

Проведені експериментальні дослідження в лабораторних умовах і на полігоні дозволили встановити вплив конструкційних елементів розосереджених зарядів ВР на інтенсивність дроблення гірських порід, якість опрацювання підошви уступу та обсяги токсичних викидів (у перерахунку на умовне СО) при відбиванні 1 м³ гірничої маси.

Четвертий розділ присвячений результатам експериментально-промислових досліджень ефективності розроблених методів підвищення якості підготовки гірничої маси при видобутку вапняків відкритим способом. Дослідно-промислові вибухи з використанням різних конструкцій зарядів ВР виконані на Західно-Тягінському і Жовтокам'янському кар'єрах.

На Західно-Тягінському кар'єрі для відбивання вапняків міцністю f = 5-7 за шкалою проф. Протод'яконова при проведенні експериментальних масових вибухів, на кожному блоці визначали 3 - 4 ділянки, на них формували розосереджені заряди з різними параметрами конструкційних елементів. Безпосередньо після масових вибухів і в процесі відвантаження гірничої маси, використовуючи метод косокутної фотопланометрії, визначали її фракційний склад. діаметр середнього шматка і вихід негабаритних фракцій (+500 мм) на двох експериментальних блоках наведено в таблиці 5.

Таблиця 5

Вплив довжини повітряного проміжку в розосереджених свердловинних зарядах ВР на інтенсивність дроблення вапняків при масових вибухах

Номер блока, горизонт, дата вибуху	Номер ділянки на блоці	Довжина повітряного проміжку в частках від довжини колонки заряду ВР у свердловині	Розмір фракцій, мм	Діаметр середнього шматка, мм
			0-100	101-200	201-300	301-400	401-500	понад 500
			Вміст фракцій, %
Блок № 4, гор. +12 м, 15.06.2008	І	-	45,9	9,4	9,6	12,8	20,3	2,5	212,2 203,95 196,2 208,5
	ІІ	0,18	45,2	10,8	11,5	13,0	17,4	2,1
	ІІІ	0,25	44,3	12,3	13,8	14,8	13,0	1,8
	IV	0,3	43,1	11,6	11,1	15,1	17,1	2,0
Блок № 5, гор. +12 м, 18.08.2008	І	-	46,5	9,8	10,2	11,9	18,6	3,0	206,8 198,35 198,1 205,4
	ІІ	0,18	46,0	11,7	11,9	12,2	15,9	2,3
	ІІІ	0,25	45,3	12,2	11,8	13,5	15,2	2,0
	IV	0,3	44,2	12,0	11,2	13,0	17,2	2,4

Аналогічні дані отримані й на інших експериментальних блоках, що дозволило уточнити раціональну довжину повітряного проміжку в розосереджених зарядах ВР.

На цьому ж кар'єрі проведено серію експериментальних масових вибухів, у яких розосереджені свердловинні заряди формували з постійною відносною довжиною повітряного проміжку, але з різними величинами мас ВР верхньої та нижньої частин заряду. У процесі досліджень встановлювали вплив різних співвідношень мас верхньої та нижньої частин розосереджених зарядів на інтенсивність дроблення (діаметр середнього шматка) гірничої маси, для чого на експериментальних блоках були виділені ділянки, на кожній з яких формували розосереджені заряди з певним співвідношенням мас верхньої та нижньої їх частин. У процесі досліджень маса верхніх частин зарядів у різних експериментах становила 20, 25 і 30 % загальної маси ВР у свердловині.

На підставі аналізу отриманих результатів встановлено, що при відбійці порід середньої міцності (f = 5ч7) найбільш ефективними є розосереджені повітряним проміжком заряди, що мають наступні параметри конструкційних елементів:

- довжина повітряного проміжку - 0,25ч0,4 від загальної довжини колонки заряду ВР у свердловині;

- маса верхньої частини заряду ВР - 0,18ч0,25 від загальної його маси у свердловині.

Такі ж експериментальні дослідження проведені на Жовтокам'янському вапняковому кар'єрі, де, з огляду на більш низьку міцність порід, питома витрата ВР складала 0,18-0,2 кг/м³. Вихід негабариту при такій питомій витраті ВР не перевищує 3-5 % від загального обсягу гірської маси.

За результатами вивчення фракційного складу підірваної гірничої маси після чотирьох експериментальних масових вибухів, на Жовтокам'янському кар'єрі встановили найбільш ефективні, з точки зору інтенсивності дроблення, параметри конструкційних елементів розосереджених зарядів ВР при відбійці порід невисокої міцності (f = 2ч4). При цьому встановлено, що найбільш ефективними є свердловинні заряди, розосереджені повітряними проміжками, з наступними параметрами конструкційних елементів:

- довжина повітряного проміжку - 0,4-0,45 від загальної довжини колонки заряду ВР у свердловині;

- маса верхньої частини заряду ВР - 0,3-0,4 від загальної його маси у свердловині.

В умовах Західно-Тягінського кар'єру були проведені експерименти з уточнення раціональних параметрів конструкційних елементів свердловинних зарядів з комбінованими інертними проміжками на рівні підошви уступу.

На дослідних ділянках без перебуру в нижній частині свердловин створювали повітряний проміжок висотою 0,5-0,6 м за допомогою пластмасових ємностей. Поверх повітряної порожнини формували породний корок (поршень) із суміші дрібного щебеню 3-5 мм (60 %) і глини 40 % для стиснення повітря в проміжку при вибуху. Висота породного корка становила 0,5-0,6 м, тобто l_п?l_вп, що узгоджується з результатами теоретичних розрахунків. Після масових вибухів і прибирання гірничої маси були здійснені геодезичні виміри, за допомогою яких встановлено абсолютні позначки в окремих точках підошви уступу. Результати вимірів підтвердили відсутність завищень підошви уступу на дослідних ділянках.

Дані рекомендації ґрунтуються на результатах обробки промислових експериментів в умовах Західно-Тягінського і Жовтокам'янського вапнякових кар'єрів і можуть бути використані на інших з аналогічними гірничотехнічними умовами.

Вплив конструкції свердловинних зарядів позначається не тільки на інтенсивності дроблення гірських порід, але і на параметрах сейсмічних коливань при масових вибухах, що підтверджується дослідженнями на Жовтокам'янському вапняковому кар'єрі. Для цього використана методика вимірювань сейсмічних коливань, розроблена в Інституті фізики Землі ім. О.Ю. Шмідта (Росія). Вимірювальна система складається зі світлопроменевого осцилографа Н.044.2, сейсмоприймача ИО-22 (виб-А) і з'єднувальних дротів. Сейсмоприймачі були розміщені на відстані 350, 850 і 1200 м від епіцентру масового вибуху. Виміри виконані при здійсненні шести експериментальних вибухів. Для кожного вибуху створювали шість свердловин глибиною 9 м, у яких розміщували по 56 кг грануліту КС-1. Висота заряду складала 3 м, забійки - 6 м. В експериментальних вибухах усі шість свердловинних зарядів ВР ініціювали одночасно за допомогою детонуючого шнура. При підготовці двох вибухів формували суцільні свердловинні заряди (перша серія експериментів). У другій серії у свердловинних зарядах на дні свердловини формували повітряний проміжок, довжиною 0,5 - 0,6 м, поверх якого розміщували породний корок висотою 0,4-0,5 м.

У третій серії експериментів формували повітряний проміжок довжиною 1,0 м у центральній частині свердловинних зарядів. У другій та третій серії експериментів довжина забійки склала 4,8-5,0 м. Фіксовані під час вибухів осцилограми розшифровували і визначали швидкість та частоту коливань ґрунту в місцях розташування сейсмоприймачів (табл. 6).

Таблиця 6

Результати вимірювання параметрів сейсмічних коливань при підриванні зарядів ВР різної конструкції

Номер серії експериментальних вибухів	Конструкція зарядів ВР	Частота сейсмічних коливань, Гц	Швидкість зсуву ґрунту в основі датчиків, см/с
			Д1	Д2	Д3
І серія	суцільний однорідний	21	1,56	1,14	0,85
		23	1,51	1,11	0,83
ІІ серія	суцільний, з комбінованим інертним проміжком біля дна свердловини	15	0,87	0,69	0,37
		18	0,91	0,71	0,39
ІІІ серія	розосереджений повітряним проміжком у середині заряду ВР	19	1,10	0,72	0,43
		22	1,3	0,78	0,45

Оскільки в кожній серії всі заряди ініціювали одночасно, то маса ВР у кожному вибухові складала 336 кг. Згідно з наведеними даними в результаті підривання зарядів ВР, розосереджених повітряними проміжками, підтверджено зниженням швидкості сейсмічних коливань на 15-45 %, а частоти - на 10-25 %. Вибухова відбійка гірських порід середньої (f = 5ч7) і малої (f = 2ч4) міцності зарядами ВР, розосередженими повітряними проміжками, не тільки підвищує інтенсивність дроблення гірничої маси, а й знижує сейсмічний ефект при здійсненні масових вибухів у кар'єрах.

висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій здійснено розв'язання актуальної наукової задачі, яка має важливе народногосподарське значення і полягає в обґрунтуванні параметрів конструкційних елементів розосереджених зарядів для підвищення якості підготовки гірської маси в кар'єрах. У процесі виконання роботи отримані наступні підсумкові наукові висновки і практичні результати.

1. Уперше встановлені закономірності зміни параметрів нового конструкційного елементу - комбінованого інертного проміжку - залежно від типу ВР, щільності заряджання і міцності гірської породи, що відбивається.

2. Багатоступеневе імпульсне навантаження в нижній частині уступу формується при використанні в розосереджених зарядах ВР нових конструкційних елементів, що поєднують повітряні й породні проміжки (корки), причому довжина породного корка пропорційна довжині повітряного проміжку і зменшується при використанні ВР з більш високими енергетичними характеристиками і більшою щільністю заряджання, що дозволяє на 50-100 % скоротити величину перебуру і на 10-12 % питомі витрати ВР, поліпшити якість опрацювання підошви уступу.

3. При відбійці гірських порід суцільними однорідними свердловинними зарядами ВР амплітуда багатоступеневого імпульсного впливу підвищується у 2 рази і більше на окремих ділянках масиву гірських порід залежно від умов взаємодії прямих зустрічних і відбитих ударних хвиль при одночасному ініціюванні кожного заряду в двох або декількох точках.

4. Параметри конструкційних елементів зарядів ВР, що містять комбіновані інертні проміжки, визначають амплітуду, тривалість і характер багатоступеневого вибухового впливу на частину гірського масиву, що відбивається, залежно від співвідношення розмірів породного корка і повітряної порожнини.

5. Удосконалено методику розрахунку параметрів буровибухових робіт для здійснення масових вибухів у кар'єрах, у якій використані розроблені рекомендації з вибору раціональних параметрів конструкційних елементів розосереджених зарядів.

6. Розроблено методику кількісної оцінки екологічної безпеки використання різних конструкцій зарядів і типів ВР при виробництві масових вибухів у кар'єрах, на основі нового показника - обсягу токсичних викидів на 1 м³ відбитої гірничої маси.

7. Встановлено вплив конструкцій зарядів на параметри сейсмічних коливань при масових вибухах у кар'єрах. Використання розосереджених зарядів ВР з повітряними і комбінованими проміжками в нижній частині свердловин дозволило зменшити на 15-45 % швидкість сейсмічних коливань і на 10-25 % їх частоту при масових вибухах у кар'єрах.

Упровадження розроблених рекомендацій, заснованих на використанні нових раціональних конструкцій розосереджених зарядів, на Жовтокам'янському і Західно-Тягінському кар'єрах дозволило зменшити питомі обсяги буріння (у розрахунку на 1 м³ відбитої гірничої маси) на 7-8 %, а питома витрата ВР на 10-12 %. Річний економічний ефект від упровадження розроблених рекомендацій на зазначених підприємствах у 2008 р. склав 23,87 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ праць За ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сравнительная оценка экологической безопасности промышленных и конверсионных взрывчатых веществ для открытых горных пород / А. Я. Бережецкий, В. М. Комир, В. Н. Чебенко, В. А. Сокуренко // Науковий вісник Національного гірничого університету: Науково-технічний журнал. - Дніпропетровськ, № 11, 2004. - С. 90 - 93.

2. Сокуренко В. А. Эффективность различных конструкций зарядов при взрывной отбойке известняков на карьерах / В. А. Сокуренко, В. М. Комир, А. М. Ромашко // Науковий вісник Національного гірничого університету: Науково-технічний журнал. - Дніпропетровськ, № 10, 2005. - С. 7 - 10.

3. Методика оценки механического эффекта при импульсных нагрузках / В. М. Комир, В. В. Блинков, С. М. Мыслицкий, И. Э. Пеева, В. А. Сокуренко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - Кременчук: КДПУ, 2006. - Вип. 1/2006 (36). - C. 81 - 83.

4. Методика расчета параметров буровзрывных работ при дроблении слоистых горных пород / В. М. Комир, С. М. Мыслицкий, С. В. Назаренко, В. А. Сокуренко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - Кременчук: КДПУ, 2006. - Вип. 6/2006 (41) Частина 1. - C. 105 - 107.

5. Влияние конструкции забойки на интенсивность дробления моделей из горных пород / В. М. Комир, В. В. Блинков, А. М. Ромашко, В. А. Сокуренко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ імені Михайла Остроградського, 2007. - Вип. 1/2007 (42). Частина 1. - C. 90 - 93.

6. Исследование интенсивности дробления моделирующих материалов и горных пород при использовании дополнительных зарядов / В. В. Костин, И. Э. Пеева, А. М. Пеев, С. М. Мыслицкий, В. А. Сокуренко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ імені Михайла Остроградського, 2007. - Вип. 5/2007 (46). Частина 1. - C. 109 - 112.

7. Повышение сейсмической безопасности массовых взрывов в карьерах / В. М. Комир, А. М. Ромашко, В. А. Сокуренко, С. В. Назаренко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ імені Михайла Остроградського, 2008. - Вип. 5/2008 (52). Частина 2. - C. 140 - 143.

8. Сокуренко В. А. Влияние расположения промежуточных детонаторов в скважинных зарядах на параметры взрывного нагружения массива по высоте уступа при двухточечном инициировании / В. А. Сокуренко // Збірник «Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва». - Науково - виробничий збірник: Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ, 2009. - Вип. 1/2009 (3). - с. 96 - 99.

АНОТАЦІЇ

Сокуренко В.А. Обґрунтування параметрів конструкційних елементів розосереджених зарядів для підвищення якості підготовки гірської маси в кар'єрах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 - “Геотехнічна і гірнича механіка” - Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського, м. Кременчук, 2009 р.

Дисертація присвячена підвищенню якості підготовки гірської маси в кар'єрах при вибуховому руйнуванні порід розосередженими свердловинними зарядами вибухових речовин (ВР). Обґрунтовано раціональні параметри конструкційних елементів суцільних комбінованих і розосереджених свердловинних зарядів. Розроблено новий спосіб визначення раціонального розташування ініціаторів (проміжних детонаторів) у свердловинних зарядах при дво- і багатоточковому ініціюванні. Встановлено, що багатоступеневе імпульсне навантаження в нижній частині уступу формується при використанні в розосереджених зарядах ВР нових конструкційних елементів, що поєднують повітряні і породні проміжки (корки), причому довжина породного корка пропорційна довжині повітряного проміжку і зменшується при використанні ВР з більш високими енергетичними характеристиками. Досліджено вплив конструкційних параметрів окремих елементів заряду (довжини повітряного проміжку, співвідношення мас окремих частин заряду ВР і под.) на інтенсивність дроблення гірських порід, що руйнуються.

У результаті проведених промислових досліджень встановлено, що при використанні розосереджених зарядів ВР із комбінованими інертними проміжками на рівні підошви уступу на 7 - 8 % зменшуються обсяги буріння свердловин і на 10 - 12 % маса використаних ВР.

Ключові слова: розосереджений заряд, повітряний проміжок, конструкційний елемент, інтенсивність дроблення, руйнування, знеміцнення, токсичні викиди, сейсмічні коливання.

Сокуренко В.А. Обоснование параметров конструкционных элементов рассредоточенных зарядов для повышения качества подготовки горной массы в карьерах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 - “Геотехническая и горная механика” - Кременчугский государственный политехнический университет имени Михаила Остроградского, г. Кременчуг, 2009 г.

Диссертация посвящена повышению качества подготовки горной массы в карьерах при взрывном разрушении пород рассредоточенными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ). Обоснованы рациональные параметры конструкционных элементов сплошных комбинированных и рассредоточенных скважинных зарядов. Разработана новая методика определения найвыгоднейшего расположения инициаторов (промежуточных детонаторов) в скважинных зарядах при двух- и многоточечном инициировании. Установлено, что многоступенчатое импульсное нагружение в нижней части уступа формируется при использовании в рассредоточенных зарядах ВВ новых конструкционных элементов, сочетающих воздушные и породные промежутки (пробки), причем длина породной пробки пропорциональна длине воздушного промежутка и уменьшается при использовании ВВ с более высокими энергетическими характеристиками. При отбойке малопрочных пород зарядами ВВ с высокой удельной энергией и большой плотностью заряжания удовлетворительная проработка подошвы уступа может быть достигнута без перебура и использования комбинированных инертных промежутков, поскольку в этом случае расчетная длина породной пробки l_n = 0 или близка к нулевому значению. в породах средней крепости (у_пч = 30 МПа и более) для уменьшения длины породной пробки в нижней части скважины на контакте с комбинированным инертным промежутком следует размещать ВВ с большей удельной энергией взрывчатого разложения и высокой плотностью заряжания. Исследовано влияние конструкционных параметров отдельных элементов заряда (длины воздушного промежутка, соотношение масс отдельных частей заряда ВВ, и т.п.) на интенсивность дробления разрушаемых горных пород.

Повышение равномерности дробления горных пород, отбиваемых сплошными однородными зарядами ВВ, достигается усилением взрывного воздействия на участках с осложненными условиями разрушения, путем размещения промежуточных детонаторов (боевиков) на определенных расстояниях от торцов скважинных зарядов. Положение зоны усиленного взрывного воздействия зависит от взаимного расположения боевиков по высоте заряда и детонационных характеристик ВВ.

Разработана методика определения экологической безопасности использования различных конструкций зарядов и типов ВВ при производстве массовых взрывов в карьерах, на основе количественной оценки объема токсичных выбросов в расчете на 1 м³ отбитой горной массы.

Установлено влияние конструкций зарядов ВВ на параметры сейсмических колебаний при массовых взрывах в карьерах. Использование рассредоточенных зарядов ВВ с воздушными и комбинированными промежутками в нижней части скважин позволило на 15 - 45 % уменьшить скорость и на 10 - 25 % частоту сейсмических колебаний при массовых взрывах в карьерах. При дроблении моделей из известняка экспериментально установлена длина воздушного промежутка и соотношение между массами отдельных частей рассредоточенных зарядов, при которых зафиксирован наименьший диаметр среднего куска осколков материала разрушаемых моделей.

В результате проведенных промышленных исследований доказано, что при использовании рассредоточенных зарядов ВВ с воздушными промежутками на уровне подошвы уступа на 7 - 8 % снижаются объемы бурения скважин и на 10 - 12 % уменьшается масса использованных ВВ.

Ключевые слова: рассредоточенный заряд, воздушный промежуток, конструкционный элемент, интенсивность дробления, разрушение, разупрочнение, токсичные выбросы, сейсмические колебания.

Sokurenko V.A. Justification of parameters of structural elements dispersed charge to improve the quality of preparation of the mountain masses in quarries. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering sciences on a specialty 05.15.09 - "Geotechnical and minin...