Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Ковтун, Юлия Викторовна

• Ковтун, Юлия Викторовна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковтун, Юлия Викторовна

Введение

глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. Задачи и методы исследований

1.1. Современные представления теории разрушения горных пород

1.2. Особенности взрывного разрушения при проходке

1.3. Обзор основных технологических схем проходки камерных 22 выработок большого сечения

1.4. Особенности отработки месторождения гипса камерными 24 выработками на предприятии ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

1.5.Цель и идея работы. Постановка задачи исследований

глава 2. ВЫБОР БАЗОВОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ УСЛОВИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

2.1. Характеристики ВВ, определяющие уровень эффективности 29 взрывного разрушения

2.2. Алгоритм выбора типа ВВ

2.3. Отбор марок ВВ из выбранного класса аммиачно-смелитренных 36 ВВ для проведения сравнительных испытаний

2.4. Выводы

глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЗРЫВЧАТЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕСЕВЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

3.1. Планирование и организация проведения сравнительных 42 испытаний ВВ

3.2. Объекты испытаний, их сравнительные характеристики

3.2.1. Гранулит «Игданит - П»

3.2.2. «Гранулит-5МП»

3.2.3. «Гранулит - А6»

3.2.4. «Граммотол -15»

3.3. Технология приготовление ВВ для испытаний 48 3.4 Полигонные испытания

3.5. Предварительные испытания в забоях горных выработок

3.6. Анализ фракционного состава отбитого гипсового камня

3.7. Анализ показателей эффективности отбойки

3.8. Вывод

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ СМЕСЕЙ

НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ. ВЫБОР СМЕСИТЕЛЬНОГО И ЗАРЯДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УСЛОВИЙ ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

4.1. Критерии выбора оптимального места размещения пункта 82 приготовления взрывчатых веществ

4.2. Общие требования к подземному пункту приготовления ВВ

4.3. Оборудование для изготовления ВВ

4.4. Буровое и зарядное оборудование

4.5. Выводы

глава 5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШПУРОВОЙ ОТБОЙКИ

НА ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ПАРАМЕТРОВ БВР

5.1. Методика расчета комплекта врубовых шпуров

5.2. Расчет комплекта врубовых зарядов «Игданита-П» для условий 99 предприятия ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»

5.3. Разработка конструкции разупрочняющего заряда

5.4. Выбор времени замедления для комплекта врубовых шпуров 105 5.4.1. Общие сведения и обзор методик определения оптимальных 105 интервалов замедлений

5.5. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров буровзрывных работ на гипсовых рудниках применительно к условиям шахты ООО "КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК"»

Горнодобывающая отрасль для России является одной из наиболее значимых отраслей народного хозяйства во многом определяющей уровень экономического развития страны в целом. Являясь источником энергетических и сырьевых ресурсов, горнодобывающая отрасль формирует базовые издержки экономики и, в частности для строительной индустрии. Добыча нерудных полезных ископаемых призвана обеспечить растущий спрос на сырьё для строительных материалов, а объективные условия рынка требуют изыскания путей снижения затрат на их переработку. При этом буровзрывной способ отбойки горной массы является основным способом добычи и именно от его эффективности зависит конкурентоспособность конечной продукции. Так, практически весь добываемый гипсовый камень отделяется от массива посредством взрыва. Однако отсутствие научно обоснованных способов прогнозирования фракционного состава отбитой горной массы с учетом особенностей воздействия взрыва на гипсовый массив затрудняет поиск путей повышения производительности добычи. При этом нет апробированных критериев оценки эффективности использования энергии взрыва, что не позволяет обосновать тип взрывчатого вещества, наиболее подходящий для конкретных условий, что и определяет актуальность работы.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, НИОКР Тульского отделения Межрегиональной общественной организации «Академия горных наук» по заказу ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК», а также при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (20092010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и федеральной целевой программы

Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (гос. контракт № П1120).

Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей буровзрывной отбойки гипсового камня для обоснования энергетических параметров процесса, обеспечивающих повышение эффективности разработки.

Идея работы заключалась в том, что эффективная отбойка гипсового камня в технологических забоях большого сечения достигается за счет применения простейших взрывчатых веществ местного производства, с учетом выявленных закономерностей формирования фракционного состава массы отбитого гипсового камня, при рациональных энергетических характеристиках процесса.

В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ основных результатов ранее выполненных работ в области буровзрывной добычи полезных ископаемых; экспериментальные исследования разрушения массива взрывчатыми веществами местного производства в условиях полигона и технологических забоев; обработку результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

- описание распределения фракционного состава отбитого гипсового камня должно производиться полиномом четвертой степени, позволяющим рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитого гипсового камня;

- для оценки эффективности применения простейших взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры с установленными энергетическими характеристиками целесообразно использовать показатель удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции, учитывающий потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого;

- при отбойке гипсового камня в забоях большого сечения необходимо осуществлять предварительное разупрочнение перемычек компенсационных врубовых скважин, обеспечивающих формирование дополнительной свободной поверхности, и согласование интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов.

Научная новизна работы заключается в следующем: экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции;

- выявлен характер распределения фракционного состава отбитого гипсового камня и получен полином четвертой степени, позволяющий рассчитать весовую долю произвольной фракции в общем объеме отбитой горной массы;

- установлена взаимосвязь удельного расхода взрывчатого вещества на единицу массы отбитого гипсового камня кондиционной фракции от объёмной концентрации энергии применяемого взрывчатого вещества, учитывающая потери на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого и позволяющая оценить эффективность буровзрывной отбойки;

- определены параметры разупрочняющего скважинного заряда и согласованы интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом проведенных экспериментов; корректной обработкой результатов экспериментов методами теории вероятности и математической статистики и подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных величин с результатами 6 экспериментов, полученными в условиях полигона и технологических забоев (средняя величина относительной погрешности не превышает 20 %).

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования фракционного состава гипсового камня в технологических забоях большого сечения при буровзрывной отбойке простейшими взрывчатыми веществами местного приготовления, с учетом рационального использования энергетических характеристик взрывчатых веществ, что позволяет обосновать параметры и повысить эффективность буровзрывных работ.

Практическое значение работы:

- обоснована эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, обеспечивающих повышение коэффициента использования шпура и снижение выхода пылевидной фракции;

- модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованы интервалы замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающие эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»; подобрано оборудование для приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры в условиях стационарного подземного производственного пункта в условиях шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

Реализация работы. Основные научные результаты и практические рекомендации приняты Тульским региональным отделением МОО «Академия горных наук» к использованию при разработке технологических схем буровзрывных работ. Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Комплексное освоение недр» и «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» для студентов Тульского государственного университета

ТулГУ), обучающихся по направлению 130400 «Горное дело». Программное обеспечение используется при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на ежегодной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2009 и 2010 гг.); IV Магистерской научно-технической конференции ТулГУ (г. Тула, 2009 г.); 3-й Международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2010 г.); конференциях молодых ученых и конференциях профессорско-преподавательского состава в ТулГУ (г. Тула, 2009, 2010 и 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, из них 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 25 таблицы, список использованной литературы из 70 наименований и приложения.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Ковтун, Юлия Викторовна

Основные выводы, научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

1. Экспериментально установлена эффективность применения простейших взрывчатых веществ местного приготовления на основе аммиачной селитры, выразившаяся в повышении коэффициента использования шпура и снижении выхода пылевидной фракции. Так, коэффициент использования шпура увеличился в среднем на 18 %, а содержание пылевидной фракции уменьшилось в 1,9 раз.

2. Выявлено, что при буровзрывной отбойке гипсового камня имеются две фракции А<5мми60

3. Установлено, что с ростом объемной концентрации энергии удельный расход взрывчатых веществ на единицу отбитого гипсового камня кондиционной фракции также будет расти по логарифмическому закону. Получено выражение для расчета удельного расхода взрывчатых веществ на единицу отбитого гипсового камня, с учетом потерь на переизмельчение отбиваемого полезного ископаемого.

4. Определено, что для повышения эффективности отбойки в компенсационные скважины необходимо устанавливать разупрочняющий заряд аммонита 6ЖВ массой 1 кг, а при расчете интервалов замедления срабатывания шпуоовых заоялов следует учитывать также время, необходимое на очистку

А ' ' ■ * Л- ' ~ вновь образованного компенсационного объёма, и разброс времени срабатывания применяемых средств инициирования.

5. Модернизирован действующий паспорт буровзрывных работ с учетом разупрочняющего скважинного заряда и согласованных интервалов замедления срабатывания шпуровых зарядов, обеспечивающий эффективную отбойку гипсового камня в условиях выработок большого сечения шахты ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности буровзрывной отбойки, которые позволяют обосновать энергетические параметры процесса, обеспечивающие повышение эффективности добычи гипсового камня за счет применения простейших взрывчатых веществ местного производства, с учетом выявленных закономерностей формирования фракционного состава отбитой горной массы, что имеет существенное значение для добывающей отрасли России.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковтун, Юлия Викторовна, 2012 год

1. Океании И.Ф., Миронов П.С. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава. М.: Недра, 1982.- 166 с.

2. Друкованный М.Ф., Куц B.C., Ильин В.И. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. М.: Недра, 1980. - 223 с.

3. Повышение эффективности действия взрыва в твердой среде/ В.М.Комир, В.М.Кузнецов, В,В,Воробьев, В.Н.Чебенко. М.: Недра, 1988.-209 с.

4. Мачинский М.В. Теория расчета зарядов.- В.кн.: Взрывное дело № 26 и 27. М., ОНТИ, 1936, с. 12-38, 64-89.

5. Покровский Г.И., Федоров И.С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. М.: Промстройиздат, 1957.

6. Власов O.E., Смирнов С.А. Основы расчета дробления горных пород взрывом. М.: изд. АН СССР, 1962.

7. Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Методы повышения коэффициента полезного использования энергии взрыва (рациональная конструкция заряда). М, изд. ИГД АН СССР, 1957. 54 с.

8. Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Подготовка горной массы взрывом при поточной технологии разработки скальных пород и руд в кн.: Взрывное дело, № 71/28. М., Недра, 1972, с. 41-48.

9. Марченко Л.Н. Увеличение эффективности взрыва при добывании полезных ископаемых. М., Наука, 1965. 220 с.

10. Ю.Демедюк Т.П. К вопросу зависимости степени дробления породы взрывом от диаметра заряда ВВ. // Сборник Взрывное дело №67/24. -М.: Недра, 1969.

11. П.Демидюк Г.П. Управление действием взрыва при горных работах. // Сб. Научные основы технологии открытых горных работ. Л.: Наука, 1969.

12. Демидюк Г.П., Иванов B.C. Влияние формы одиночного заряда на дробление твердой среды взрывом. в сб.: Взрывное дело. М.: 1963, № 53/10. с. 47-58.

13. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбивании горных пород взрывом. М.: Недра, 1974.

14. Боровиков В.А., Беляцкий В.П. О развитии котловой полости при взрыве сферического заряда в твердой среде,- Физико-техн. пробл. разраб. полез, ископаемых, 1972, № 6, с. 65-69.

15. Филиппов В.К. Направление распространения трещин, образующихся при разрушении пород взрывом. В кн. "Взрывное дело", №47/4. М., Госгортехиздат, 1961 г., с. 172-177.

16. Филиппов В.К. Исследование механизма разрушения крепких горных пород взрывом удлиненных зарядов. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Алма-Ата, КазПТИ, 1959 г., с. 24

17. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Ильин В.И. Буровзрывные работы на карьерах.- М.: Недра, 1969.- 374 с.

18. Демидюк Г.П., Смирнов С.А. Регулирование степени дробления при взрывной отбойке на уступах.- В кн.: Совершенствование буровзрывных работ на карьерах Украины. М., 1971, с. 44-53. (Взрывное дело. Сб. № 70/27).

19. Дру кованный М.Ф. Бурозврывные работы на карьерах. М.: Недра, 1978.278 с.

20. Демидюк Г.П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде. В кн. "Буровзрывные работы в горной промышленности". М., Госгортехиздат, 1962 г., с. 223-240.

21. Демидюк Г.П., Смирнов С.А. К вопросу о механизме дробления пород взрывом. В кн. "Взрывное дело", №52/9, М., Горгостехиздат, 1963 г., с. 285-287.

22. Демидюк Г.П. К вопросу управления действием взрыва скважинных зарядов. В кн. "Взрывное дело", №54/11, М., "Недра", 1964, с. 174-185.

23. Демидюк Г.П., Иванов B.C. Влияние формы одиночного заряда на япобление TRenrroü спетты взпывов. В кн. "Взпывное ттело"- №53/10. М.

24. X--------------£~' '---~r -i->----X----------1 г—1-- 7 7 7

25. Госгортехиздат, 1963 г., с. 47-58.

26. Демидюк Г.П., Бугайский А.Н. Средства механизации и технология взрывных работ с применением гранулированных взрывчатых веществ. М., "Недра", 1975 г.,с.311.

27. Белаенко Ф.А. Исследование полей напряжений и процесса образования трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах. В кн. "Вопросы теории разрушения пород действием взрыва". М., изд-во АН СССР, 1958 г., с. 126-140.

28. Белаенко Ф.А., Булич Ю.П., Дидык Р.П. Исследование волн напряжений и процессы разрушения пород при взрывах. В кн. "Буровзрывные породы в горной промышленности". М., Госгортехиздат, 1962 г., с. 411425).

29. Юхансон А.К., Персон П. Детонация взрывчатых веществ. (Пер. с анг.) Под редакцией В.К. Бобылева. М., "Мир", 1973 г., с. 352.

30. Доильницына Ю. В. (Ковтун). Еще раз об игданитах и АНФО // Изв. ТулГУ «Естественные науки». Серия: «Науки о Земле». Вып. 5. - 2009. - С. 39-46.

31. Ковтун Ю.В, О необходимости и путях повышения качества бестротиловых гранулированных ПВВ // Горный журнал. № 8. - 2011. -С. 246-250.

32. Мостков В.М. Строительство подземных сооружений большого сечения. М., Госгортехиздат, 1962.

33. Рыбин Н.И. Определение удельного расхода ВВ при проходке тоннелей. Транспортное строительство № 10, 1984г.

34. Лангефорс У., Кильстрен Б. Современная техника взрывной отбойки горных пород. 1958 (перевод с английского).

35. Миндели Э.О. БВР при подземной добыче полезного ископаемого. М. Недра, 1966.

36. Миндели Э.О. БВР при проведении горных выработок на глубоких горизонтах/ Проблемы разрушения горных пород взрывом. М. Недра, 1967.

37. Суханов А.Ф. Вопросы теории разрушения горных пород под действиям взрыва. М., из-во АН СССР, 1958.

38. Волков В.П. Тоннели. М., Транспорт, 1970.

39. Мангуш С.К., Фисун А.П., Справочник по буровзрывным работам на подземных горных разработках., М., 2003.-344с. с илл.

40. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. -М.: Недра, 1989.

41. Викторов С.Д. Разработка и применение простейших взрывчатых веществ. Москва, ИПКОН РАН, 1996.

42. Стиг Олофссон, Настольная книга взрывника компании «Дино Нобель». Прикладная технология взрывной отбойки для строительства и горной промышленности, Джезказган, 2003.

43. Матвейчук В.В., Чурсалов В.П. Взрывные работы: Учебное пособие. -М.: Академический проект, 2002. 384с.

44. Кушнеров П.И. Безопасные расстояния между смежными зарядами ВВ при групповом взрывании. Вестник НЦ ВостНИИ 2008, № 1. с. 15-23

45. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. Госгортехиздат, 1962.

46. Ханукев А.Н. Волны напряжений при взрыве и пути рационального использования их энергии при отбойке крепких горных пород. Докт. дисс. Л., 1960.

47. Булич Ю.П. Исследование короткозамедленного способа взрывания шпуровых зарядов при проходке шахтных стволов в Кривбассе. Канд. дисс. Днепропетровск, 1963.

48. Баранов Л.В. Экспериментальное исследование КЗВ. Известия высших учебных заведений, «Горный журнал», 1961, № 8.

49. Баранов Л.В. Исследование эффективности и определение оптимальных параметров короткозамедленного взрывания при проведении горизонтальных горных выработок на шахтах Кривбасса, Канд. дисс. Свердловск, 1962.

50. Покровский Г.И. Теоретические предпосылки короткозамедленного взрывания. Сб.: Короткозамедленное взрывание. Углетехиздат, 1958.

51. Петров Н.Г. Короткозамедленное взрывание в шахтах. М., «Недра», 1964.

52. Галеутдинов P.K. Критические интервалы замедления при многорядном КЗВ, «Горный журнал», 1962, № 7.

53. Евстрапов H.A. Вопросы теории и практики взрывных работ в горной поомышленности и стооительстве. ВНИИСТ Главгаза СССР. РИО. М.i х ✓ у ^1961.

54. Евстрапов H.A. Взрывные работы на строительстве М., 1965.

55. Дядечкин Н.Г. Исследование мгновенного и короткозамедленного спососбов взрывания при массовом обрушении руды в условиях шахт Кривбасса. Канд. дисс., Кривой Рог, 1964.

56. Мосинец В.Н. Исследование механизма разрушения горных пород взрывом и разработка инженерных методов управления взрывом. Док. дисс., Магнитогорск, 1967.

57. Баранов Е.Г. Короткозамедленное взрывание, «Недра», 1971.61 .Рождественский Горный журнал № 8, 2010г.

58. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Наука, 1975, 800с.

59. Тамбиев Г.И., Бейсебаев A.M., Фадее В.Ф. Технология приготовления и применения простейших ВВ. М.: ИПКОН РАН 1996-1666с.

60. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом М.: Недра, 1994.

61. Кушнеров П.И. Безопасность взрывных работ при электровзрывании на угольных и сланцевых шахтах. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. - 611 с.

62. КазНТУ им К.И.Саткаева, 2010г. «О разлёте кусков породы взрывом горизонтальных скважинных зарядов»,

63. Методические указания по проектированию и производству массовых взрывов при возведении подземных сооружений» КНЦ РАН, Горный институт, 1990г.

64. Беришвили Г.А. Короткозамедленное взрывание при проведении горных выработок. Издательство «Недра», 1969, 121с.

65. Исследование скорости детонации промышленных ВВ на шахте ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК»// Материалы Международной научно-практической конференции «Взрывные технологии. Эмпирика и теооия. Постижения. Пооблемы. Пеоспективы» / К.А. Головин. О.В.1 Г 1 X X '

66. Коновалов, А.Б. Копылов, А.Е. Пушкарев, Ю.В. Ковтун. Тула: ТулГУ. -2011. -С. 91-99.

67. Ковтун Ю.В. Некоторые результаты инновационных направлений ведения горных работ на предприятии ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» // Записки горного института. Т. 200. -СПГГИ(ТУ). - 2010. - С.49-50.