Прогнозирование качества дробления массива горных пород скважинными зарядами по классам крупности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Лапиков, Иван Николаевич

• Лапиков, Иван Николаевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лапиков, Иван Николаевич

Введение.

Глава 1. Современное состояние теории и технологии буровзрывных работ.

1.1. Состояние теории и практики буровзрывных работ.

1.2. Методы расчета и способы измерения качества дробления породы взрывом.

1.3. Численные методы во взрывных технологиях.

1.4. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Дробление горных пород взрывом.

2.1. Формы кусков породы.

2.2. Модель раздробленной взрывом породы.

2.3. Связь энергии дробления с размерами кусков породы.

2.4. Расчетный метод прогнозирования качества дробления массива горных пород.

Глава 3. Программная методика «Взрывдезинтеграция» и результаты расчета демонстрационного варианта.

3.1. Интерфейс и схема выполняемых действий по программной методике «Взрывдезинтеграция».

3.2. Расчет полей распределения кусков по крупности в зоне между двумя зарядами.

3.3. Расчет полей распределения кусков по крупности в зоне за крайним зарядом.

3.4. Расчет выходов горной массы по классам крупности.

Глава 4. Экспериментальное определение грансостава в промышленных условиях.

4.1. Место и условия проведения экспериментальных работ.

4.2. Расчет полей распределения кусков по крупности в условиях Щуровского карьера.

4.3. Экспериментальное определение грансостава раздробленной породы в Щуровском карьере.

4.4. Программа «Взрывдезинтеграция» как инструмент исследования промышленных взрывов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование качества дробления массива горных пород скважинными зарядами по классам крупности»

Актуальность проблемы. К настоящему времени достигнут большой прогресс в совершенствовании технологии взрывных работ, взрывчатых материалов, в комплексной механизации взрывных работ.

Главной целью взрывных работ является обеспечение качественного дробления горной массы. Наиболее полной характеристикой качества дробления горных пород взрывом является гранулометрический состав раздробленной породы. Но ни проектами, ни паспортами буровзрывных работ не предусмотрено определение грансостава на стадии проектирования промышленных взрывов. Это обусловлено отсутствием пригодных для практики методов расчета грансостава в производственных условиях.

Существует много методов измерения грансостава после взрыва. Наиболее предпочтительным является метод, основанный на компьютерной обработке группы фотопланограмм, разработанный в УРАН ИПКОН РАН под руководством С.Д. Викторова.

Фактическое качество дробления горных пород взрывом в карьерах оценивается выходом негабарита. Его выход рассчитывается косвенными методами: по расходу бурения на вторичное дробление, по расходу взрывчатых веществ или средств взрывания на вторичное дробление.

Прогнозирование качества дробления горных пород взрывом в карьерах является актуальной задачей.

В работе дано решение актуальной задачи прогнозирования качества дробления массива горных пород скважинными зарядами в карьерах.

Цель работы. - Разработка расчетного метода прогнозирования качества дробления массива горных пород скважинными зарядами в карьерах.

Научная идея. - Выход горной массы по классам крупности формируется на основе полей распределения размеров кусков раздробленных пород.

Методы исследования. В работе использовался комплексный метод исследований, включающий системный анализ, теоретические исследования и обобщения, экспериментальные исследования, статистический анализ и метод компьютерных технологий.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Линейный размер самого крупного куска в любом условно выделенном объеме обратно пропорционален плотности энергии в этом объеме. Установленные зависимости позволяют определить линейные размеры кусков и их поверхности по плотности энергии в любом условно выделенном объеме разрушаемого массива.

2. Расчетный метод, регламентирующий последовательность математических и логических операций, позволяет прогнозировать качество дробления массива горных пород скважинными зарядами в карьерах.

3. Программная методика «Взрывдезинтеграция» в оболочке «Delphi 7» позволяет оперативно, в автоматическом режиме, прогнозировать качество дробления массива горных пород.

Научная новизна заключается в установке:

- зависимостей для определения линейных размеров, объемов и поверхностей кусков псевдокубической и псевдотетраэдной форм;

- зависимости для определения линейного размера псевдокуба по плотности энергии разрушения и величине вновь образованной поверхности;

- зависимостей для формирования таблиц выхода горной массы по классам крупности;

- зависимости для определения итоговой таблицы выхода горной массы по классам крупности при групповом взрывании скважинных зарядов.

Личный вклад автора. Установка зависимостей для определения линейных размеров, объемов и поверхностей кусков псевдокубической и псевдотетраэдной форм; установка зависимости для определения линейного размера псевдокуба по плотности энергии разрушения и величине вновь образованной поверхности; разработка формул для формирования таблиц 5 выхода горной массы по классам крупности на основе полей распределения кусков по крупности; разработка формулы для определения итоговой таблицы выхода горной массы по классам крупности при групповом взрывании скважинных зарядов; разработка программной методики «Взрывдезинтеграция», позволяющей выполнять операции, предусмотренные расчетным методом, для прогнозирования качества дробления массива горных пород скважинными зарядами.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена комплексной методикой работ, предусматривающей использование современных теоретических и экспериментальных методов исследований, и результатами промышленных экспериментов.

Практическое значение работы состоит в использовании комплекса компьютерных программ «Энергия — Взрывдезинтеграция» в качестве инструмента исследования при сравнительном анализе вариантов и выборе рационального варианта буровзрывных работ для конкретных условий взрывания.

Апробация работ. — Основные положения и результаты работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008, 2009 г.), Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2008, 2010 гг.), международном совещании «Развитие идей Н.В.Мельникова в области комплексного освоения недр» (к 100-летию со дня рождения академика Н.В.Мельникова).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы: в рекомендованных ВАК РФ изданиях - 3, в прочих печатных изданиях - 6, всего - 9 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Лапиков, Иван Николаевич

выводы

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи по разработке расчетного метода и программной методики прогнозирования качества дробления массива горных пород скважинными зарядами в карьерах. На основе выполненных исследований получены следующие научные и практические результаты:

1. Раздробленный взрывом развал породы принят в виде разно размерной смеси кусков горных пород псевдокубической и псевдотетраэдной формы. Установлены зависимости их линейных размеров, объемов и поверхностей, определяемых по максимальному линейному размеру псевдокуба.

2. Установлена зависимость линейного размера максимального куска в условно выделенном объеме разрушаемого массива от плотности энергии разрушения.

3. Получена аналитическая зависимость для определения вновь образованной поверхности в условно выделенном кубическом объеме породы по размеру псевдокуба.

4. Разработаны формулы для формирования таблиц выхода горной массы по классам крупности с использованием полей распределения кусков по крупности в расчетном отбиваемом объеме.

5. Получена формула для формирования итоговой таблицы выхода горной массы по классам крупности при групповом взрывании скважинных зарядов.

6. Разработана программная методика «Взрывдезинтеграция», которая позволяет в автоматическом режиме прогнозировать качество дробления массива горных пород.

7. На основе численного анализа вариантов БВР по критерию выхода горной массы по классам крупности разработаны рекомендации по рациональному количеству одновременно взрываемых зарядов для условий

Щуровского карьера. Рекомендации одобрены и приняты к внедрению. Расчетный экономический эффект составляет 700000 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лапиков, Иван Николаевич, 2011 год

1. Авдеев Ф.А., Барон В.Л., Блейман В.Л. Производство массовых взрывов.- М.: Недра, 1977. 312 с.

2. Адушкин В.В., Спивак A.A. Геомеханика крупномасштабных взрывов М.: Недра, 1993. - 319 с.

3. Адушкин В.В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом // Физические проблемы взрывного разрушения горных пород. М.: ИПКОН РАН, 1999. - С. 18-29.

4. Алферов А.Ю., Васильев П.В., Кинзерская Е.А. Состояние и тенденции компьютеризации геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ // Маркшейдерский вестник, 1996, № 1. С. 22-23.

5. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения. М.: АН СССР, 1960. - 124 с.

6. Барон Л.И. Проблема дробления горных пород при взрывной отбойке // Проблема дробления горных пород взрывом. М.: Углетехиздат, 1959.

7. Барон Л.И., Конягин Ю.Г., Курбатов. Дробимость горных пород. М.: АН СССР, 1963.

8. Барон Л.И., Сиротюк Г.Н. Исследование критериев оценки гранулометрического состава породы взрывом // Взрывное дело. 1969. - № 67/24. - С. 55-69.

9. Баум Ф.А. Процесс разрушения горных пород взрывом. М.: Взрывное дело, 1974. — 223 с.

10. Безматерных В.А., Симанов В.Г., Сисин А.Г. и др. Учет естественной трещиноватости взрываемого массива при расчете гранулометрического состава // Известия вузов. Горный журнал. 1971. — № 9.-С. 83-87.

11. Безматерных В. А., Гил ев Б. А., Симанов В.Г. Классификация массивов горных пород по типу распределения размеров кусков // Известия вузов. Горный журнал. 1973. - № 10. - С. 31-37.

12. Белин В.А., Белина Е.П. Влияние трещиноватости массива на распространение взрывных волн // Исследование физических свойств горных пород и процессов горного производства. — М.: 1984. — С. 28—36;

13. Викторов С.Д., Галченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами. М.: Научтехлитиздат, 2006. - 268 с.

14. Викторов С.Д., Казаков H.H., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессом разрушения горных пород взрывом // Горный журнал, 1995, № 7. С. 46-47.

15. Викторов С.Д., Казаков H.H., Шляпин A.B., Добрынин И.А. Определение грансостава по фотопланограммам с использованием компьютерной программы // Горный информационно-аналитический бюллетень «Взрывное дело», OB № 8. M.: Мир горной книги, 2007. - 296 с.

16. Викторов С.Д., Иофис М.А., Гончаров С.А. Сдвижение и разрушение горных пород М.: Наука, 2005. - 277 с.

17. Виноградов Ю.И., Хохлов C.B. Зависимость распределения гранулометрического состава взорванной горной массы от диаметра заряда. // Взрывное дело. Сборник. № 91/48 - М.: АРГО-2000, 1998 г. - С. 65-74.

18. Власов O.E. К основам теории разрушения горных пород действием взрыва // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958. - С. 44-61.

19. Вяткин H.JI., Закал инский В.М., Казаков H.H. Зоны нерегулируемого дробления породы взрывом при подземной разработке мощных рудных месторождений // Взрывное дело. Сборник. № 91/48 — М.: АРГО-2000,1998. - С. 22-25.

20. Горбонос М.Г. Расчет параметров буровзрывных работ при отбойке горных пород на карьерах. М.: МГГУ, 2005. - 74 с.

21. Демидюк Г.П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде. — В кн.: Буровзрывные работы в горной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1962. - С. 223-240.

22. Демидюк Г.П. К вопросу о зависимости степени дробления породы взрывом от диаметра зарядов ВВ // Взрывное дело, № 67/24. — М.: Недра, 1969.-С. 19-23.

23. Друкованый М.Ф., Комир В.М., Кузнецов В.М. Действие взрыва в горных породах. Киев: Наукова думка, 1973. - 182 с.

24. Ерлыков В.Л., Быховец А.Н., Дунаев В.А. и др. Компьютерная горно-геолого-маркшейдерская система "Ковдор-геомарк" // Горный журнал, 1997, № 12. С.26-29.

25. Зельдович Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. — 686 с.

26. Казаков H.H. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. -М.: Недра, 1975.- 185 с.

27. Казаков H.H. Вторая стадия безволнового расширения полости скважинного заряда // Взрывное дело. М.: МГУ, 2002.

28. Казаков H.H. Объем зон нерегулируемого дробления // Взрывное дело. Сборник. № 91/48-М.: АРГО-2000, 1998 г. - С. 31-35.

29. Казаков H.H. Гипотеза многоуровневого дробления породы взрывом // Взрывное дело, № 103/60. M.: МВК по взрывному делу АГН; 2010- С.30-38.

30. Казаков H.H., Копылов C.B. Комплекс компьютерных программ для определения формы и- параметров развала // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, 0В № 7. М.: Мир горной книги, 2007. - С. 41-44.

31. Казаков H.H., Шляпин A.B. Полость к началу выброса продуктов детонации в атмосферу // Физические проблемы разрушения горных пород: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Плеханова. СПб.: 2007. - С. 189-191

32. Казаков H.H., Шляпин A.B. Особенности расчета энергии квазистатической фазы взрыва // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, OB № 7. M.: Мир горной книги, 2007. - С. 262-265.

33. Казаков H.H., Шляпин A.B. О распределении энергии взрыва в породе // Взрывное дело: Сб. научных трудов Горного информационно-аналитического бюллетеня, OB №7. M.: Мир горной книги, 2007. — С. 234237.

34. Капустин Ю.Е., Ноулес А. Состояние и основные тенденции развития компьютерных технологий проектирования открытых горных работ // Горный журнал, 1995, № 9. С. 15-18.

35. Капустин Ю.Е. Некоторые вопросы использования компьютеров на горных предприятиях СНГ // Горный журнал, 1993, № 7. С.52-57.

36. Крюков Г.М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. -2005. № 2 - М.: МГГУ, - 30с.

37. Крюков Г.М. Физика разрушения горных пород при бурении и взрывании: Учебник для вузов. М.: Горная книга, 2006. - 330 с.

38. Крысин P.C., Щербаков П.Н. Оптимизация буровзрывных работ на карьерах: Уч. Пособие. Д.: ДГИ, 1992. - 75 с.

39. Крысин P.C., Новицкий В.В. Модели взрывного дробления горных пород. Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2006. - 144 с.

40. Кузнецов В.М. О среднем размере кусков, образующихся при дроблении горных пород // ФТПРПИ. 1973. - № 2. - С. 39-43.

41. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела. -Новосибирск: Наука, 1977. -260с.

42. Кузнецов В.М., Фадеенков H.H. О некоторых схемах осколкообразования // Физика горения и взрыва. 1975. - № 4. - С. 637-645.

43. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Том 1 и 2. -М.: 1992 и 1994.-516 и 445 с.

44. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. О типах кривых кусковатости взорванной горной массы // Взрывное дело. 1963. - № 53/10. - С. 118-123.

45. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Физика взрывного разрушения горных пород. М.: Изд. МГИ, 1970. - 120 с.

46. Кутузов Б.Н., Тюпин В.Н. Определение размера зон регулируемого дробления при взрыве заряда в трещиноватом массиве // Горный журнал -1979. № 8. - С. 30-35.

47. Лапиков И.Н. Связь энергии дробления с размерами раздробленных взрывом кусков породы // Взрывное дело, № 103/60. — М.: МВК по взрывному делу АГН, 2010- С. 141-145.

48. Лапиков И.Н. Экспериментальное определение грансостава в забое работающего экскаватора // Проблема освоения недр в XXI века глазами молодых: Материалы 5-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов. М.: ИПКОН РАН, 2008. - С.87-91.

49. Лапиков И.Н., Казаков H.H. О форме кусков раздробленной взрывом породы // Взрывное дело, № 101/58. — М.: МВК по взрывному делу АГН, 2009- С.57-62.

50. Лапиков И.Н., Шляпин A.B. Расчетный метод определения крупности дробления горных пород взрывом // Взрывное дело. Выпуск № 104/61. М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2010. - С. 113-121.

51. Лапиков И.Н., Шляпин A.B. О образовании кусков раздробленной взрывом горной породы. Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане. Сб. статей Межд. науч. конф. (г.Алматы, 26-27 нояб. 2010 г. ). Алматы, 2010. - С. 26-28.

52. Лукичев C.B., Козырев С.А., Фаттахов Э.И. Система автоматизированного проектирования буровзрывных работ на карьере. М.: 1997.- С. 58-60.

53. Лукичев C.B., Козырев A.A., Васерман А.Д., Бусырев В.М.

54. Информационные технологии в горном деле. Апатиты: КНЦ РАН, 1998. — 173 с.

55. Лукичев C.B., Наговицин О.В., Свинин B.C., Егоров В.Ф.

56. Система автоматизированного планирования и проектирования горных работ GeoTech 3D -Апатит // Горный журнал, 2000, №3. С. 56-58.

57. Мангуш С.К., Крюков Г.М., Фисун А.П. Взрывные работы при подземной разработке полезных ископаемых. Учебник для вузов. М.: АГН, 2000.-280 с.

58. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1982 - 414 с.

59. Мельников Н.В. Повышение полезной работы взрыва при отбойке полезных ископаемых // Взрывное дело, № 54/11. М.: Недра, 1964. - С. 7-36.

60. Мельников Н.В., Ржевский В.В., Протодьяконов М.М.

61. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. М.: Недра, 1975. -279 с.

62. Мельников Н.В., Демидюк Г.П. и др. Регулирование объемной концентрации энергии ВВ как средство интенсификации дробления горных пород взрывом. М.: ИФЗ АН СССР, 1970. - 114 с.

63. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.: Недра, 1976. -271 с.

64. Океания И.Ф., Миронов П.С. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава. — М.: Недра, 1982.- 160 с.

65. Орленко Л. П. Физика взрыва. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 832с.

66. Парамонов Г.П., Менжулин М.Г., Хохлов G.B.- Модели-формирования гранулометрического состава разрушенной горной массы в различных зонах взрывного; разрушения // Взрывное дело, № 93/50. М.: МВК по взрывному делу АГН, 2001. - С, 99-106.

67. Подозерский Д.С., Падуков В.А. Разрушение горных пород при ударе и взрыве. Ленинград: 1971.

68. Покровский Г.И. Взрыв.-М.: Недра, 1980.

69. Покровский Г.И. Предпосылки теории дробления пород взрывом // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. -М.: АН СССР, 1958. С. 140-149.

70. Ржевский В.В. Основы физики горных пород. — М:: Недра, 1984.

71. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. Механический эффект подземного взрыва. М.: Недра, 1971.

72. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.:Недра, 1986.-301 с.

73. Садовский М.А., Беляев А.Ф. К вопросу о разрушающей способности ВВ // Уголь. 1959. - №2.

74. Сейнов Н.П. К вопросу использования величины коэффициента разрыхления как характеристики кусковатости для оценки производительности погрузочно-транспортного оборудования на открытых горных разработках // Взрывное дело. 1963. - № 53/10. - С. 123-131.

75. Смирнов С.А., Власов O.E. Основы расчета дробления горных пород взрывом. М.: АН СССР, 1962. - 102 с.

76. Станюкович К.П. Неустановившиеся движения сплошной среды. М.: Госгортехиздат, 1955. - 804 с.

77. Суханов А.Ф. Разрушение горных пород взрывом // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958. — С. 61-77.

78. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Современный уровень техники взрывных работ и разрушение горных пород. М.: МГИ, 1963. - 80 с.

79. Суханов А.Ф., Назаров П.П., Кутузов Б.Н. Буровзрывные работы. М.: Госгортехиздат, 1962. - 242 с.

80. Тарасенко В.П., Кутузов Б.Н. Физика разрушения горных пород взрывом. М.: МГГУ, 1972.

81. Фадеенков H.H. Об аналитическом описании грансостава взорванной горной породы с учетом предварительной трещиноватости // ФТПРПИ. 1975. - № 2. — С. 61-63.

82. Фадеенков H.H. К расчету грансостава при взрывном дроблении блочного массива // ФТПРПИ. 1976. - № 5. - С. 59-63.

83. Фадеенков H.H. Об энергетической оценке дробящего действия взрыва // ФТПРПИ. 1977. - № 3. - С. 32-35.

84. Ханукаев А.Н. О физической сущности процесса разрушения горных пород взрывом // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958. - С. 7-43.

85. Цирель C.B. Гранулометрический состав разрушенных горных пород: экспериментальные данные и методы расчета // Взрывное дело, № 92/94. М.: Недра, 1999. - С. 100-116.

86. Чечетин С.Г., Хохолков A.A. Использование компьютерной технологии в горном и взрывном деле // Горный журнал, 1999, № 9-10. С. 86-90.

87. Шемякин Е.И., Кочанов А.Н. Волны напряжений при взрыве скважинного заряда // Взрывное дело, № 91/48. M.: МВК по ВД при АГН, 1998.-С. 12-21.

88. Шер E.H. Динамика развития зон разрушения при взрыве сосредоточенного заряда в хрупкой среде // ФТПРПИ. 2000. - № 5. - С. 4246.

89. Шляпин A.B. Комплекс компьютерных программ «Энергия» // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых: Материалы 3-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов. М.: ИПКОН РАН, 2006. - С. 99-101.

90. Шляпин A.B. Модель передачи энергии взрыва. // V международная научно-практическая конференция «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых». Материал доклада. 2006 г. С. 96-98.

91. Шляпин A.B. Определение зон регулируемого и нерегулируемого дробления // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых: Материалы 4-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов М.: ИПКОН РАН, 2007. - С. 103-105.

92. Gilvari J.J. Appl.Phys ,Vol. 32. 1961. - 391 p.