дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дослідження Впливу рівномірності розміщення в масиві зарядів вибухових речовин на інтенсивність дроблення гірських порід

Спеціальність 05.15.09 - “Геотехнічна і гірнича механіка”

Кременчук - 2008

Робота виконана в 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:

Реалізація результатів роботи. Запропоновані схеми розташування додаткових зарядів ВР у скорочених свердловинах пройшли дослідно-промислову перевірку на гранітних кар'єрах Кременчуцького регіону й використовуються при проектуванні буровибухових робіт на кар'єрі Ерастівського щебеневого заводу, Крюківського кар'єроуправління та у типових проектах масових вибухів ПП “Акватол” на інших підприємствах. відбійка гірських порід з використанням додаткових скорочених свердловин на зазначених підприємствах дозволила одержати економічний ефект 11 - 12 тис. грн. в розрахунку на 100 тис. м³ гірської маси.

Особистий внесок здобувача складається з дослідження впливу рівномірності розміщення в масиві зарядів вибухових речовин на інтенсивність дроблення гірських порід, формулюванні мети, ідеї, основних наукових положень, висновків і рекомендацій. Конкретний особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в постановці й проведенні лабораторних і промислових експериментів, обробці й науковому аналізу отриманих результатів. Зміст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях: “Техногенна безпека регіонів і механіка вибухового руйнування гірських порід” (м. Севастополь, 2002 р.), “Механіка і технологія вибухового руйнування гірських порід” (м. Євпаторія, 2003 р.), “Механіка, технологія і техногенна безпека вибухового руйнування гірських порід” (Крим, 2004 р., 2005 р.), “Сучасні технології ведення буровибухових робіт, їхня економічна ефективність і техногенна безпека” (Крим, 2008 р.), “Застосування промислових і конверсійних вибухових речовин при руйнуванні гірських порід вибухом й екологічна безпека” (cмт. Яремчa, Івано-Франківська обл., 2005 р.; cмт. Свалява, Закарпатська обл., 2008 р.), регіональній науково-технічній конференції молодих учених і спеціалістів (м. Кременчук, 2007 р.), а також у повному обсязі доповідалися на наукових семінарах Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових статей у фахових спеціалізованих, затверджених ВАК України, виданнях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, викладених на 124 сторінках машинописного тексту, містить 30 рисунків і 22 таблиці, список літературних джерел з 97 найменувань, а також додаток, розміщений на 25 сторінках, у якому наведені документи, що підтверджують використання результатів роботи.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи і показано зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету й основні наукові та практичні задачі досліджень, наведено наукові положення, які виносяться на захист, показано наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, а також рівень апробації результатів роботи.

У першому розділі розглянуто сучасні уявлення про механізм руйнування гірських порід вибухом, та методи підвищення інтенсивності й рівномірності вибухового дроблення гірських порід на кар'єрах.

Значний внесок у вивчення механізму руйнування гірських порід дією вибуху внесли вчені Є.Г. Баранов, Л.І. Барон, А.Ф. Бєляєв, В.В. Воробйов, В.Д. Воробйов, Г.П. Демидюк, М.Ф. Друкований, Е.І. Єфремов, В.М. Комір, В.С. Кравцов, Р.С. Крисін, Б.Н. Кутузов, В.М. Кузнєцов, М.В. Мельников, В.М. Мосинець, В.О. Нікіфорова, В.Д. Петренко, С.Н. Родак та ін.

Аналіз існуючого стану наукових досліджень, спрямованих на вивчення процесів знеміцнення гірських порід при вибуху свердловинних зарядів ВР, а також аналіз методів, які сприяють підвищенню інтенсивності дроблення гірських порід та якості щебеню, що виробляється, за рахунок рівномірного розміщення в масиві зарядів ВР показав, що в даному напрямку необхідно шукати нові кількісні рішення ряду завдань.

Дослідниками не розглядалося питання про раціональні параметри просторового розташування додаткових зарядів ВР у скорочених свердловинах. Виходячи з цього, глибоке вивчення даного питання і розробка на основі отриманих результатів нових параметрів БВР із додатковими зарядами ВР у скорочених свердловинах, що підвищують інтенсивність і рівномірність дроблення гірських порід, зменшують загальні енергетичні витрати на механічне дроблення відбитої гірської маси, сприяє підвищенню ефективності роботи підприємств з виробництва щебеню.

Другий розділ дисертації присвячений теоретичним передумовам розрахунку параметрів буровибухових робіт на підставі результатів досліджень ступеня знеміцнення моделей з гірських порід імпульсними неруйнуючими навантаженнями, а також визначенню енергетичних витрат, пов'язаних з їх знеміцненням у нестаціонарних неоднорідних полях напруг.

Розробка нових ефективних енергозберігаючих технологій вибухового й механічного дроблення гірських порід проблематична без експериментального визначення частки загальної енергії, що бере участь у цих процесах.

Енергія заряду ВР при вибуху перетворюється в інші види, витрачається на виконання різних робіт і нагрівання середовища. У якості відправної точки для аналізу була використана праця А.Ф. Бєляєва, у якій розглянута повна фактична робота вибуху, як різниця між теплотою вибуху й усіма тепловими втратами. Виходячи з цього була розроблена нова методика, що базується на енергетичному балансі й аналізу енергетичних витрат при вибуховому неруйнуючому впливі на матеріал моделей.

Експериментальні дослідження енергетичних витрат, пов'язаних з знеміцненням матеріалу в неоднорідних нестаціонарних полях напруг спрощуються, якщо виходити з гіпотези, що при вибухових неруйнуючих навантаженнях тепловими втратами й енергією пружних деформацій матеріалу можна зневажити порівняно з енергетичними витратами на його знеміцнення. За таких умов основні енергетичні витрати механічного ефекту пов'язані, в основному, зі знеміцненням матеріалу, оскільки всі інші форми роботи вибуху або відсутні, або ними можна зневажити.

Методика експериментальних досліджень передбачає виготовлення з одного блока штучного каменю стандартних зразків, які не зазнали цілеспрямованого імпульсного навантаження, для визначення межі міцності гірської породи, і серію моделей, які зазнали однократних неруйнуючих вибухових впливів. Розрізавши моделі на стандартні зразки для випробувань, визначили їх залишкову міцність після неруйнуючих вибухових навантажень.

За законом збереження енергії, енергетичні витрати на знеміцнення одного зразка складають:

(1)

де у_конт - межа міцності при одноосьовому стиску зразків, що не зазнали імпульсного неруйнуючого впливу;

у₁ - межа залишкової міцності зразка на стиск після імпульсного неруйнуючого навантаження;

E_ст - статичний модуль поздовжньої пружності матеріалу зразків;

K_g - безрозмірний коефіцієнт, що залежить від типу породи;

V₁ - об'єм зразка.

Загальна енергія U₀ знеміцнення моделі або будь - якого об'єму матеріалу V_і складає:

 (2)

де n - число частин моделі або якого-небудь об'єму досліджуваного матеріалу;

V_i - об'єм і-ої частини моделі (об'єму);

у_i - залишкова міцність матеріалу і-ої частини моделі (об'єму).

Коефіцієнт передачі енергії вибуху до гірської породи визначений як відношення енергії знеміцнення зразків до енергії неруйнуючої імпульсної дії E_UB (довідкова величина для промислових ВР):

(3)

За енергетичними витратами на знеміцнення різних частин моделі встановлювали розподіл енергії вибухового впливу в її об'ємі. Ступінь знеміцнення гірських порід у різних частинах моделі або масиву дозволяє прогнозувати інтенсивність дроблення в них і виявляти області, що зазнають найменшої енергії вибуху. Саме в цих областях варто розташовувати додаткові заряди ВР для підвищення інтенсивності й рівномірності дроблення відбиваної частини масиву.

Оскільки визначення енергетичних витрат пов'язане з експериментальними дослідженнями, то для реалізації пропонованого підходу необхідні відповідні методичні розробки.

Необхідність і обґрунтованість застосування спеціальних методів підвищення рівномірності дроблення гірських порід у кожному конкретному випадку може бути встановлена за величиною коефіцієнта нерівномірності просторового розподілу енергії вибуху у відбиваній частині масиву (К_н):

, (4)

де U_max - механічна питома енергія, передана при вибуху в найбільш енергонасичену частину масиву, МДж/м³;

U_min - механічна питома енергія, передана при вибуху в найменш енергонасичену частину масиву, МДж/м³.

В основу пропонованої методики покладена сформульована раніше гіпотеза, що при неруйнуючих імпульсних навантаженнях теплові втрати й енергія пружних деформацій скельних гірських порід малі порівняно з енергетичними витратами на їх знеміцнення.

Питому енергію знеміцнення гірських порід у різних зонах визначають за залишковою міцністю зразків у цих зонах після впливу на них вибухових неруйнуючих навантажень:

, МДж/м³, (5)

де Е_д - динамічний модуль пружності гірських порід, МПа.

Максимальна енергонасиченість U_max досягається в тих частинах масиву, де залишкова межа міцності зразків найменша (), мінімальна U_min - там, де залишкова межа міцності найбільша ():

, (6)

Коефіцієнт нерівномірності розподілу енергії, переданої до масиву при вибуху, може бути визначений через межу залишкової міцності зразків:

. (7)

Якщо коефіцієнт нерівномірності розподілу енергії вибухового впливу перевищує 1,35, то для отримання рівномірно роздробленої маси необхідно змінити схему просторового розміщення зарядів шляхом зменшення діаметру свердловин або буріння додаткових.

При використанні зарядів ВР у додаткових скорочених свердловинах і незмінній питомій витраті ВР масу зарядів в основних свердловинах зменшують на величину:

m_o1 = х?m_o3, (8)

де m_o1 - маса основного заряду при використанні додаткових свердловин, кг;

m_o3 - маса основного заряду без використання додаткових свердловин, кг;

х - безрозмірний коефіцієнт зменшення маси основного заряду (х < 1).

Маса заряду в додаткових свердловинах становить:

m_o2 = (1-х)?m_o3. (9)

У третьому розділі наведені результати лабораторних досліджень ступеня знеміцнення гірських порід і розподілу питомих енергетичних витрат у моделях при впливі імпульсних неруйнуючих навантажень, запропонована методика досліджень впливу неруйнуючих динамічних навантажень на залишкову міцність матеріалу.

У дисертаційній роботі встановлена й обґрунтована сфера можливого використання стрижневих (лінійних), плоских і об'ємних моделей при вивченні закономірностей знеміцнення гірських порід після впливу на різні моделі імпульсних неруйнуючих навантажень, які створювали за допомогою механічних ударів або вибухів зарядів ВР. Отримані результати досліджень дозволили обґрунтувати методику розрахунку параметрів буровибухових робіт з використанням додаткових зарядів ВР у скорочених свердловинах при масових вибухах у кар'єрах.

При ретельній підготовці зразків гірських порід або інших матеріалів до випробувань можна звести до мінімуму кількість спроб при досить високій достовірності отриманих результатів.

Експериментальні дослідження впливу неруйнуючих динамічних навантажень на залишкову міцність матеріалу виконані на піщано-цементних зразках циліндричної (D = 40 мм, H = 80 мм) і кубічної (40х40х40 мм) форм. Зразки, що не піддавалися ніяким цілеспрямованим попереднім впливам використали для визначення базової (контрольної) межі міцності матеріалу або гірської породи. Торцеві робочі поверхні полірували, використовуючи лазерний контроль їхньої паралельності. Це забезпечило високу точність окремих вимірів і у більшості випадків достатня їх кількість не перевищувала шести.

Неруйнуючий динамічний вплив створювали механічним ударом падаючого вантажу, або вибухом заряду тена певної маси. При цьому максимальна енергія неруйнуючого впливу була такою, що в зразках і моделях не спостерігали помітних руйнувань матеріалу. Для створення неруйнуючих імпульсних напруг у піщано-цементних зразках і моделях, у серії виконаних випробувань, граничні маси тена й висота падіння вантажу масою 5 кг склали, відповідно, 50 мг і 115 мм. Межа залишкової міцності після механічного неруйнуючого впливу виявилася на 17,2 % вищою, ніж після вибухового.

Дослідження енергонасиченості окремих частин масиву, відбиваних за допомогою вибуху, буде найбільш повним при використанні об'ємних моделей, однак, для попередньої якісної оцінки, були проведені відповідні дослідження на плоских і лінійних моделях. Лінійні моделі складалися із трьох стандартних зразків 40х40х40 мм, виготовлених із граніту (рис. 1).

У першій серії експериментів, після динамічного впливу, визначали міцність зразків при одноосьовому стиску, прикладаючи силу за напрямком дії імпульсного неруйнуючого навантаження Р_і. З аналізу отриманих результатів випливає, що найбільшого знеміцнення зазнають зразки І, на які безпосередньо діє неруйнуюче механічне ударне навантаження. Знеміцнення зразків ІІІ вище, ніж зразків ІІ, що можна пояснити впливом відбитої хвилі. У другій серії експериментів визначали міцність при одноосьовому стиску ідентичних зразків із граніту в напрямку, перпендикулярному до дії ударного навантаження Р_і.

Рис. 1 Схема експериментів для дослідження ступеня знеміцнення механічними неруйнуючими навантаженнями зразків, що становлять лінійну модель,: 1 - вантаж; 2 - кулька; 3 - зразки, що становлять модель; 4 - плита

Результати цієї серії експериментів уперше дозволили встановити, що знеміцнення в напрямку, перпендикулярному до лінії дії імпульсного навантаження, зразків І і ІІ незначне, якщо енергія удару не перевищує деякого граничного значення (для даного типу гранітів і зазначеного розміру зразків - 34,89 Дж). При енергії удару вищій за її граничне значення зразки І руйнуються, а відносна залишкова міцність зразків ІІ значно нижча, ніж таких зразків при випробуванні в напрямку, що збігається з напрямком ударного навантаження Р_і. Зразок ІІІ практично не змінює своєї міцності, що може свідчити про відсутність впливу на знеміцнення відбитої хвилі. Існування граничного значення енергії знеміцнюючого ударного навантаження пояснюється тим, що при значеннях енергії нижчих за граничну, розкриття мікротріщин, які визначають міцність зразків у напрямках, перпендикулярних до лінії удару, незначне, що полегшує процес їх закриття та відновлення міцності, близької до первісної.

Під час дослідження ступеня знеміцнення зразків гірських порід при впливі неруйнуючих вибухових навантажень використовували вибухи накладного та шпурового зарядів. Експерименти виконували на лінійних складених моделях, як і у попередніх експериментах (рис. 2).

Після вибуху визначали межу залишкової міцності кожного зразка при одноосьовому стиску. Серія даних експериментів дозволила встановити, що найбільшого знеміцнення при вибуху накладного заряду зазнають зразки І, на які безпосередньо діє неруйнуюче вибухове навантаження. При вибуху шпурового заряду найбільшого знеміцнення зазнають зразки ІІ, у яких перебував заряд ВР. Знеміцнення зразка І вище, ніж зразка ІІІ, що пояснюється дією газоподібних продуктів детонації, що витікають зі шпура.

а) б)

Рис. 2 Схема експериментів при дослідженнях ступеня знеміцнення зразків, що становлять лінійну модель, вибухом накладного (а) і шпурового (б) зарядів: 1 - зразки; 2 - опорна плита; 3 - заряд ВР; 4 - ініціатор; 5 - провід електровибухової мережі

Дослідження нерівномірності розподілу енергії при вибуху заряду ВР проводили в об'ємних моделях кубічної форми з гірських порід (граніту). Після неруйнуючого вибухового впливу модель розрізали на 27 зразків кубічної форми (рис. 3), за якими визначали межу залишкової міцності при випробуваннях на стиск й обчислювали питому енергію руйнування знеміцненних частин моделі. За результатами випробувань виявляли ділянки найменшої енергонасиченості масиву при вибуху одиночного заряду, вважаючи, що такими є зони підвищеної міцності в об'ємних моделях після впливу імпульсного неруйнуючого навантаження.

а) б)

Рис. 3 Схема розмітки об'ємної моделі для виготовлення зразків після неруйнуючого вибухового впливу: а) загальний вигляд моделі; б) складові об'ємної моделі

Випробування зразків проводили у площинах паралельних і перпендикулярних до осі шпура. З отриманих даних випливає, що в площині, перпендикулярній до осі шпура, значення відносної залишкової міцності мало відрізняються один від одного, що свідчить про рівномірний розподіл енергії в середньому шарі, який містив заряд ВР. У нижньому й верхньому шарах коливання величини відносної залишкової міцності більш значні. Коефіцієнт нерівномірності просторового розподілу енергії вибуху в моделях, обчислений за формулою (4), склав 9,57, що свідчить про необхідність зміни параметрів розташування зарядів у відбиваній частині масиву.

Дослідження на плоских моделях з лабрадориту дозволили встановити вплив зміни напруженого стану матеріалу і його властивостей на залишкову відносну міцність зразків і зіставити її з показниками відповідних зразків, отриманих при розпилюванні об'ємних моделей із граніту. Зіставляючи ці дані, можна зробити висновок, що, незважаючи на кількісні розходження, якісні оцінки поводження матеріалу при різних напружених станах в основному збігаються. Проведені експериментальні дослідження підтвердили ефективність нової методики оцінки ступеня знеміцнення матеріалу об'ємних моделей і пов'язаних із цим енергетичних витрат. Визначення після вибуху неруйнуючими зарядами ВР залишкової міцності різних частин моделі дозволяє встановити найбільш прийнятні місця розташування зарядів ВР у додаткових свердловинах.

Щодо найбільш ефективного місця розташування додаткових свердловин відносно основних, немає єдиної думки. З теоретичної позиції додаткові свердловини повинні розта-шовуватися в зонах, де енергонасиченість масиву при вибуху основних зарядів мінімальна, тобто в зонах з найбільшою залишковою міцністю. Проведені дослідження показали, що найбільш імовірно більше знеміцнення і руйнування зразків гірських порід за рахунок розвитку мікро-тріщин, орієнтованих під кутом 45⁰ до напрямку дії стискаючого навантаження. Однак при цьому залишається невирішеним питання про вибір оптимального місця розташування додаткових свердловин відносно основного заряду ВР. У зв'язку з цим, нами в лабораторних умовах були проведені серії експериментів з дослідження інтенсивності дроблення об'ємних моделей із сургучу й граніту (рис. 4) з розміщенням додаткових зарядів ВР у зонах підвищеної міцності.

Інтенсивність дроблення моделей аналізували в кожному шарі, застосовуючи в якості критерію, діаметр середнього шматка зруйнованого матеріалу (табл. 1).

Лабораторні дослідження рівномірності дроблення в різних твердих середовищах при використанні додаткових зарядів показали, що найкраще дроблення може бути досягнуте при розміщенні додаткових свердловин на відстані l_і = 0,35а від основних, де (а - відстань між двома суміжними основними свердловинами). При цьому, загальний діаметр середнього шматка на моделях із сургучу зменшився на 12 %, на моделях із граніту на 10 %; а у верхніх шарах моделей спостерігається значне зменшення виходу великих фракцій - у 1,7-1,8 раза. Слід зазначити, що в нижніх шарах моделі не спостерігається істотної різниці в процентному вмісті фракцій для порівнюваних схем.

а) б)

Рис. 4 Загальний вигляд об'ємної моделі: а) геометричні параметри моделі (--- - умовна межа між частинами моделі); б) розташування додаткових зарядів у моделі

Таблиця 1

Вплив розташування додаткових шпурових зарядів на інтенсивність дроблення моделей із граніту

У четвертому розділі наведені результати дослідно-промислових вибухів з різними просторовими параметрами розміщення зарядів ВР у частині масиву, що руйнується, виконані на кар'єрах нерудбудматеріалів Кременчуцького регіону, що розробляють родовища гранітів і мігматитів Українського кристалічного щита.

Рівномірність розміщення зарядів ВР на уступах у кар'єрі, залежить від діаметра свердловин. Тому вплив рівномірності розміщення зарядів ВР у масиві на інтенсивність дроблення гірських порід можна оцінювати за розмірами середнього шматка гірської маси, відбитої свердловинними зарядами різного діаметру при постійній питомій витраті ВР. В промислових умовах у кар'єрах Кременчуцького регіону досліджена ефективність відбійки гірських порід свердловинними зарядами ВР діаметрами 110 мм; 150 мм; 215 (220) мм; 250 мм.

Аналіз результатів масових вибухів дозволяє зробити висновок, що підвищення рівномірності розміщення зарядів ВР у масиві за рахунок зменшення діаметра свердловин з 244 мм до 110 мм при постійній питомій витраті ВР дозволяє скоротити кількість великих фракцій (більших за 500 мм) у відбитій гірській масі з 23,25 % до 12,4 %.

Підвищення рівномірності розподілу ВР у роздробленій частині масиву при будь-якому діаметрі свердловин можна досягнути, розміщуючи частину заряду ВР у спеціально пробурених додаткових свердловинах. Додаткові заряди варто розташовувати в тій частині уступу, де при масовому вибуху умови для дроблення породи найменш сприятливі. Відповідно до теоретичних досліджень і лабораторних експериментів, найменше знеміцнення гірських порід спостерігається на відстані l_і = 0,35а, від основних свердловин.

Для оцінки ефективності використання додаткових зарядів ВР у промислових умовах проведені дослідження на кар'єрі Ерастівського щебеневого заводу (Дніпропетровська область) і Крюківського кар'єро-управління (м. Кременчук).

На експериментальних блоках Ерастівського кар'єру виділили дві ділянки - контрольну і дослідну. На контрольній ділянці, відповідно до проекту, додаткові свердловини були відсутні, а основні розташовували за сіткою 3х3 м (рис. 5). Діаметр свердловин 110 мм, глибина 15,5 м. На дослідній ділянці основні свердловини були розташовані на відстані 3 м одна від одної в ряду, а відстань між рядами складала 4,0 м. Між ними бурили додаткові скорочені свердловини, зі зміщенням щодо лінії з'єднання основних свердловин на відстань l_і=0,35а=0,35·3=1,05 м. Глибина додаткових скорочених свердловин становила від 3,5 до 4,2 м. Питома витрата ВР була однакова на обох ділянках і становила 0,81 кг/м³.

Рис. 5 Схема розташування свердловин на уступі Ерастівського кар'єру

Аналіз проведених експериментів дозволив встановити, що діаметр середнього шматка при використанні додаткових зарядів ВР знижується в середньому на 15 %, вихід середніх фракцій (75 - 300 мм) збільшується у 2 рази, а вихід великих фракцій (понад 450 мм) знижується в середньому в 1,7 раза, при цьому трохи (на 9 %) зростає вихід дрібних (0 - 75 мм) фракцій (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив додаткових свердловинних зарядів на інтенсивність вибухового дроблення гірських порід

Аналогічні результати отримані в ході експериментальних досліджень у кар'єрі Крюківського кар'єроуправління (м. Кременчук). Для експерименту на блоці № 28 виділені дві ділянки - контрольна і дослідна. На контрольній ділянці пробурено 12 свердловин діаметром 250 мм, глибиною 13-15 м за сіткою 6х6 м. На дослідній ділянці пробурено 12 основних свердловин і 5 додаткових. Глибина основних свердловин склала 13 - 15 м, а додаткових - 5,5 - 6,0 м. На дослідній ділянці діаметр основних і додаткових свердловин був однаковим і становив 250 мм. Питома витрата ВР на обох ділянках становила 0,9 - 0,92 кг/м³. План розташування свердловин на уступі та схема з'єднання зарядів ВР представлена на рис. 6.

Після масового вибуху, у процесі відвантаження гірської маси методом косокутної фотопланометрії, визначали фракційний склад шматків, що утворилися, на обох ділянках.

Аналіз проведених експериментів дозволив встановити, що діаметр середнього шматка при використанні додаткових зарядів ВР знижується в середньому на 18,3 %, вихід середніх фракцій (100 - 400 мм) збільшується на 25 %, вихід великих фракцій (понад 800 мм) знижується в середньому на 30 %, а вихід дрібних фракцій (0 - 100 мм) при використанні додаткових зарядів практично не змінюється (табл. 3).

Таблиця 3

Фракційний склад гірської маси після вибуху на експериментальному блоці в Крюківському кар'єрі

а)

А-А

1 - детонаційний шнур;

2 - забійка;

3 - заряд ВР;

4 - бойовик (тротилова шашка)

5 - додаткова свердловина

б)

Рис. 6 Схема розташування свердловин і з'єднання зарядів на експериментальному блоці Крюківського кар'єру: а) план блока; б) розріз А-А на дослідній ділянці

Виконані техніко - економічні розрахунки показали, що застосування додаткових скорочених свердловин в умовах гранітних кар'єрів Кременчуцького регіону при відбійці 100 тис. м³ гірської маси отримали економію коштів 11,0-12,0 тис. грн. за рахунок зменшення виходу негабаритних фракцій.

ВИСНОВКИ

буровибуховий кар'єр гірський порода

На підставі виконаних наукових досліджень у даній дисертаційній роботі викладене нове рішення актуальної науково-технічної задачі - підвищення ефективності буровибухових робіт на кар'єрах шляхом обґрунтування раціональних параметрів просторового розташування зарядів ВР, в тому числі, у додаткових скорочених свердловинах, використовуючи результати експериментального визначення зон зниженої міцності в матеріалі об'ємних моделей, які зазнали впливу імпульсних неруйнуючих навантажень.

Основні наукові положення та практичні рекомендації, отримані при виконанні даних досліджень і дослідно-промислової перевірки розробок, дозволили сформулювати наступні висновки:

1. Проведений аналіз теоретичних та експериментальних досліджень вітчизняних і закордонних науковців, а також узагальнення досвіду передових підприємств гірничодобувної галузі показують, що сучасні методи підвищення ефективності дії вибуху при руйнуванні гірських порід не повною мірою враховують вплив рівномірності просторового розташування свердловинних зарядів ВР у масиві на якість підготовки відбитої гірської маси. Розробка на основі теоретичних й експериментальних досліджень нових схем розташування основних і додаткових свердловинних зарядів ВР дозволила підвищити інтенсивність і рівномірність вибухового дроблення гірських порід.

2. Уперше розроблена методика досліджень впливу неруйнуючих динамічних навантажень на залишкову міцність та енергетичні параметри знеміцнення матеріалу в залежності від різних технологічних факторів. Запропонована методика забезпечила надійне визначення впливу імпульсних навантажень (ударних і вибухових) на зміну механічних характеристик зразків, складових лінійних і плоских моделей з гірських порід. Визначення ділянок з найменшою энергонасиченістю масиву використано для оптимізації параметрів розташування свердловинних зарядів ВР з метою підвищення рівномірності вибухового дроблення гірських порід.

3. У результаті теоретичних та експериментальних досліджень встановлено, що механічний ефект вибуху прямо пов'язаний з деформуванням породи і супутніми процесами, а основні енергетичні витрати механічного ефекту пов'язані із знеміцненням матеріалу. Енергетичні витрати знеміцнення гірських порід визначаються залишковою міцністю їхніх зразків після імпульсного неруйнуючого навантаження.

Уперше запропоновано, що нерівномірність дроблення гірських порід кількісно можна характеризувати коефіцієнтом нерівномірності просторового розподілу енергії вибухового впливу . Якщо даний коефіцієнт перевищує 1,35, то для підвищення рівномірності дроблення гірських порід вибухом необхідно змінити просторовий розподіл зарядів, зменшивши параметри сітки розташування свердловин та їх діаметр відповідно.

4. У результаті проведених промислових досліджень встановлено, що при використанні в якості зарядних порожнин свердловин малого діаметру (Ш 110 мм замість Ш 245 мм), при постійній питомій витраті ВР, скорочується вихід великих фракцій (понад 500 мм) у середньому на 50 %.

5. Як показали лабораторні і промислові дослідження, для підвищення рівномірності дроблення гірської маси за рахунок зниження виходу великих фракцій з верхньої частини уступу, додаткові заряди ВР варто розміщувати в скорочених свердловинах, глибина яких дорівнює довжині забійки в основних свердловинах. Додаткові скорочені свердловини необхідно розташовувати в зонах найменшого знеміцнення на відстані 0,35а, відносно основних свердловин (а - відстань між двома суміжними основними свердловинами).

6. Використання запропонованих схем розташування додаткових свердловин в умовах гранітних кар'єрів Кременчуцького регіону при відбійці 100 тис. м³ гірської маси дозволило отримати економію коштів в сумі 11,0 - 12,0 тис. грн. за рахунок зниження витрат на дроблення негабариту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пеева И.Э. Методика исследований влияния взрывного и механического нагружений на изменение прочностных свойств хрупких материалов / И.Э. Пеева, А.М. Пеев, С.М. Мыслицкий // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2002. - Вип. 6(17). - С. 40-44.

2. Влияние взрывного воздействия на прочностные свойства горных пород / В.М. Комир, И.Э. Пеева, Я.С. Долударева, С.М. Мыслицкий // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2003. - Вип. 6(23). - С. 120-122.

3. Пеева И.Э. Теоретические и экспериментальные исследования влияния неразрушающих механических нагрузок на степень разупрочнения горных пород / И.Э. Пеева // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2004. - Вип. 1/2004(24). - С. 59-62.

4. Комир В.М. Методика исследований степени и энергоемкости разупрочнения объемных моделей из горных пород при взрывных неразрушающих нагрузках / В.М. Комир, И.Э. Пеева // Наукових вісник Національного гірничого університету: Науково-технічний журнал. - Дніпропетровськ, 11, 2004. - С. 7-10.

5. Влияние импульсных неразрушающих нагрузок на изменение прочностных характеристик горных пород / В.М. Комир, И.Э. Пеева, Я.С. Долударева, С.М. Мыслицкий // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2004. - Вип. 4/2004(27). - С. 135-138.

6. Комир В.М. К вопросу о величине коэффициента трансформации энергии импульсных воздействий при дроблении горных пород / В.М. Комир, И.Э. Пеева // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - Кременчук: КДПУ, 2005. - Вип. 1/2005(30). - С. 86-88.

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

8. 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, 2007. - Вип. 5/2007(46) частина 1. - С. 109-112.

Размещено на Allbest.ru