Повышение эффективности взрывных работ на горных предприятиях на основе исследования параметров электровзрывных цепей

Актуальность работы. Взрывные работы являются основным способом разрушения горного массива при добыче полезных ископаемых. Они являются важной составной частью технологии горного производства и большого числа его циклов (вскрышные работы, проходка стволов, подготовительных и очистных выработок, отбойка рудной массы и т. п.).

Наиболее распространенным и безопасным способом, максимально удовлетворяющим требованиям технологии горного производства, является электрический способ ведения взрывных работ.

В последнее время расширен ассортимент применяемых электродетонаторов (ЭД), разработаны приборы взрывания нового типа, помимо последовательных и параллельных электровзрывных цепей получили распространение электровзрывные цепи (ЭВЦ) со смешанным соединением электродетонаторов, изменились условия ведения электровзрывных работ, в частности, возросла интенсивность сторонних электромагнитных полей, все это привело к изменению параметров электровзрывных цепей и требований к ним.

Разработанная в последнее время общая теория безотказного инициирования электродетонаторов позволяет повысить производительность взрывных работ, обеспечить более высокий уровень надежности и безопасности электровзрывных работ. Однако при этом требуется более полная информация об электровзрывной цепи как электротехническом объекте, на основе которой можно нормировать и оптимизировать ее параметры, в частности, такие, как структура, коэффициенты передачи, схемные функции и частотные характеристики. Указанные параметры до настоящего времени были исследованы явно недостаточно.

Все вышеизложенное, в сочетании с возрастающими требованиями к надежности электровзрывных работ, делает актуальным проведение всесторонних исследований параметров электровзрывных цепей, установления их соответствия условиям безотказности и безопасности, которые позволят повысить эффективность и безопасность технологии взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых.

Целью работы является повышение эффективности технологии взрывных работ на горных предприятиях за счет увеличения их безотказности и безопасности на основе исследования влияния параметров электровзрывных цепей на надежность работы последних и разработка рекомендаций по оптимизации и нормированию этих параметров.

Идея работы заключается в комплексном анализе взаимовлияния и взаимозависимости параметров электровзрывных цепей с учетом требований безотказности и безопасности электровзрывания в условиях горных предприятий.

Методы исследований. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных источниковтеоретические исследования с использованием теории линий с распределенными параметрами, четырехполюсников, переходных процессов, синтеза и диагностики электрических цепейэкспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях с использованием методов планирования экспериментовфизическое и статистическое моделирование. Расчеты и обработка полученных данных осуществлялись при помощи ЭВМ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В условиях подземной разработки месторождений электровзрывные цепи при инициировании их от конденсаторных взрывных приборов, сетей постоянного или переменного тока промышленной частоты, можно рассматривать как резистивные, не учитывая реактивные параметры цепей;

2. Для обеспечения надежной работы ЭВЦ при заданных параметрах прибора взрывания и требуемом по паспорту БВР количестве одновременно инициируемых электродетонаторов необходимым и достаточным является введение в условия безотказности обоснованных в работе коэффициентов передачи.

3. Входное сопротивление электровзрывной цепи в случаях ведения взрывных работ в подземных выработках при использовании свитых магистральных и соединительных проводов на частотах до 5 кГц имеет резистивный характер, а при высокочастотном взрывании и в условиях открытых горных работ — резистивно-индуктивный.

4. При расчете электромагнитного влияния линий электропередач на ЭД в условиях открытых горных работ при расположении проводов ЭВЦ непосредственно на земле необходимо учитывать влияние только магнитного поля, а при подвеске их в воздухе — совместное влияние электрического и магнитного полей.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается: необходимым и достаточным объемом информации, полученной в результате моделирования ЭВЦ в лабораторных и производственных условияххорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследованийстатистической обработкой результатов экспериментальных и теоретических исследованийподтверждением выводов, полученных в работе, при их практическом использовании в производственных условиях.

Научная новизна работы:

1. Разработаны новый подход к моделированию процессов инициирования электродетонаторов и принципы построения топологии электровзрывных цепей с учетом особенностей открытых и подземных горных работ.

2. Разработан инженерный метод расчета сложных электровзрывных цепей на безотказность, учитывающий их топологию, особенности взрывных работ на подземных рудниках и карьерах и позволяющий определить максимальную для конкретных условий производительность конденсаторных взрывных приборов без предварительных расчетов, проверить на безотказность электровзрывную цепь перед ее монтажом.

3. Для электровзрывных цепей, применяемых в шахтах, опасных по газу или пыли, получены схемные и частотные характеристики, позволяющие реализовать резонансный способ электровзрывания.

4. Для условий открытых горных работ разработан метод расчета электромагнитного влияния линий электропередач на электровзрывные цепи.

Практическая ценность работы:

— разработаны способы повышения производительности конденсаторных приборов взрывания;

— выработаны конкретные рекомендации по применению сложных электровзрывных цепей различной структуры для подземных и открытых горных предприятий;

— разработаны способы повышения безопасности электровзрывных работ на карьерах;

— определены величины допустимых сопротивлений изоляции электровзрывных цепей при взрывании в обводненных условиях: допустимое сопротивление изоляции электровзрывных цепей при последовательном соединении ЭД должно быть не менее 4 кОм, а при параллельном не менее 50 Ом;

— разработан инженерный метод расчета электровзрывных цепей любой конфигурации;

— даны рекомендации по замене медных проводов стальными;

— даны рекомендации по применению гибких шахтных кабелей при взрывных работах.

Реализация результатов работы. Полученные результаты и выводы диссертационной работы использованы при совершенствовании систем электрического инициирования зарядов на Тырныаузском ВМК, Садонском СЦК, Урупском ГОКе, ГМК Печенганикель, ВПО «Союзмедь», шахтах треста.

Ростовуголь". Отдельные рекомендации диссертационной работы использованы при разработке «Перспективных технических требований к системам электровзрывания» МакНИИ (1989).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на конференциях, семинарах и совещаниях: ТВМК (1987;1995), МакНИИ (1986;1990 г. г.), на международной конференции «Безопасность и экология горных территорий» г. Владикавказ (1995), на I и II Всероссийских научно-практических конференциях «Перспективы горнодобывающего и металлургического комплексов России» (г. Владикавказ, 2002; 2003 г. г.), на ежегодных научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) (1900;2005гг), на расширенном заседании кафедр «Теоретическая электротехника и электрические машины», «Технология разработки месторождений», «Технологические машины и оборудование» Северо-Кавказского горно-металлургического института (ГТУ) (2005г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в монографии, 22 статьях и 3 авторских свидетельствах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 151 странице машинописного текста и содержит 12 таблиц, 88 формул, 37 рисунков, список литературы из 97 наименований.

Выводы.

1. На базе исследований электровзрывания для условий шахт опасных по газу или пыли и полученных схемных функций и частотных характеристик электровзрывных цепей разработаны рекомендации по уменьшению степени влияния реактивных параметров на процесс инициирования и по повышению производительности высокочастотных взрывных процессов.

2. Разработаны: рекомендации по уменьшению электромагнитного влияния линий электропередач на электровзрывные цепи в условиях открытых горных работопределены допустимые площади, ограничиваемые контуром цепи по критерию безопасности.

3. Совместный анализ параметров электровзрывной цепи с различной структурой позволяет дать рекомендации по замене медных проводов стальными без уменьшения производительности взрывного прибора.

4. Комплексный анализ параметров электровзрывных цепей позволил разработать методику их нормирования и контроля применительно к условиям горного производства, получить количественные характеристики параметров, определяющих безотказность и безопасность взрывания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, посвященной решению научно-практической задачи — повышение эффективности технологии взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых за счет увеличения их безотказности и безопасности на основе исследования параметров электровзрывных цепей.

Основные научные выводы и результаты выполненных исследований:

1.Ha базе теоретических и экспериментальных исследований определены параметры электровзрывных цепей и разработаны их математические модели для условий открытых и подземных горных работ, что послужило основой при разработке способов повышения безотказности и безопасности электровзрывания.

2.Разработаны номограммы для определения из условий безотказности инициирования максимально допустимого числа одновременно взрываемых электродетонаторов для рудников и шахт, не опасных по газу или пыли.

3.Определены допустимые отклонения от нормированных параметров электровзрывной цепи и прежде всего сопротивлений изоляции при ведении электровзрывных работ в обводненных условияхданы рекомендации по применению в качестве магистральных взрывных или силовых гибких кабелей.

4.Даны рекомендации по применению различных схем соединения электродетонаторов для реализации заданного технологического процесса производства взрывных работ: а) при проходке выработок и количестве ЭД до 100 — последовательная схемаб) при массовом взрывании (более 100 ЭД) — смешанное соединение: параллельно соединенные ветви (не более 4−6) при количестве последовательно соединенных ЭД в ветви до 100 шт.) — в) при проходке и углубке стволов — параллельная схема с дублированием и обязательным контролем сопротивления изоляции.

5.Анализ условий безотказности для сложных электровзрывных цепей позволил оптимизировать структуру электровзрывных цепей, что в свою очередь позволило увеличить производительность приборов взрывания в 2−2,5 раза.

6.На базе исследований электровзрывания для условий шахт опасных по газу или пыли, полученных схемных функций и частотных характеристик разработаны рекомендации по уменьшению степени влияния реактивных параметров электровзрывных цепей на процесс инициирования и повышению производительности высокочастотных взрывных приборов.

7.Разработаны рекомендации по уменьшению электромагнитного влияния линий электропередач на электровзрывные цепи в условиях открытых горных работ.

8.Разработан инженерный метод расчета электровзрывных цепей, позволяющий определить максимальную для конкретных условий производительность конденсаторных взрывных приборов без предварительных расчетовпроверить на безотказность электровзрывную цепь перед ее монтажом.

9.Совместный анализ параметров электровзрывных цепей с различной структурой позволили разработать рекомендации по применению электродетонаторов со стальными выводными проводами. Ю. Комплексный анализ параметров электровзрывной цепи позволил разработать методику их нормирования и контроля применительно к условиям горного производства, получить количественные значения параметров, определяющих безотказность и безопасность взрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых.