Совершенствование технологии и обоснование параметров подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом

Актуальность работы. Из карбонатных пород получают более 60 наименований продукции, необходимой для различных отраслей промышленности. Получение из карбонатных пород новых материалов, в том числе на уровне наноструктур, с использованием технологий глубокой переработки горных пород требует инновационных решений, включающих решения по минимизации затрат на добычу полезного ископаемого.

Карбонатные породные массивы имеют сложную блочную структуру и характеризуются неоднородностью физико-механических свойств слагающих их пород. Вариации размерных величин природных отдельностей влияют на организацию выемочно-погрузочных работ, на обоснование параметров БВР при подготовке карбонатного массива к экскавации и на выбор добычного и перерабатывающего оборудования.

В настоящее время разрушение массивов горных пород энергией взрыва остается единственным высокопроизводительным и универсальным способом подготовки пород к экскавации. Однако рост стоимости взрывчатых веществ (далее ВВ) и средств взрывания заставляет горные предприятия искать пути снижения затрат на взрывные работы. Некоторые предприятия осуществляют попытки внедрить механический или комбинированный способ подготовки карбонатного массива к экскавации, но при этом на фоне снижения затрат на единицу объема полезной массы снижается производительность по добыче полезной массы. Поэтому совершенствование взрывного способа подготовки карбонатного массива к экскавации остается актуальным направлением. Тем более современные достижения в области газовой и волновой теорий взрыва позволяют получить инновационные решения, которые можно трансформировать в энергосберегающие технологические схемы для карьеров по разработке, например, карбонатных месторождений.

Следовательно, совершенствование технологии и обоснование параметров подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом являются актуальными задачами.

Диссертационная работа выполнялась в рамках направлений исследований Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов ТулГУ, а также при поддержке Аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009;2010 годы)», Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009;2013 годы (ГК № 02.740.11.0319).

Цель работы — установление закономерностей влияния форм выемочных блоков добычного уступа на удельный расход ВВ, позволяющих усовершенствовать технологию и обосновать параметры подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом.

Идея работы заключается в совершенствовании технологии и обосновании параметров подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом путем использования природных свойств и придания свободным поверхностям выемочного блока кривизны с радиусами, обеспечивающими эффективное экранирование, отражение и наложение взрывных волн в выемочном блоке добычного уступа.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

— установлено, что в среднем 30% отдельностей карбонатного массива требуется дробить, а остальные по природному гранулометрическому составу соответствуют габаритным приемным параметрам технологического оборудования карьеров, и поэтому эффективность дробления выемочных блоков добычных уступов карбонатного массива скважинными зарядами достигается в случаях расположения скважинных зарядов в стратиграфических слоях карбонатного массива (мембранные слои), соответствующих размерам негабаритных отдельностей;

— одним из основных управляемых технологических параметров БВР является радиус кривизны свободных поверхностей выемочного блока добычного уступа, определяющий форму и параметры выемочного блока;

— удельный расход ВВ скважинных зарядов зависит от исходного природного гранулометрического состава карбонатного массива и формы выемочного блока, задаваемой радиусами кривизны его свободных поверхностей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана расчетная модель, позволяющая устанавливать радиус кривизны свободной поверхности выемочного блока добычного уступа, обеспечивающий экранирование, отражение и наложение взрывных волн в выемочном блоке добычного уступа;

— установлены закономерности влияния форм выемочных блоков добычного уступа, задаваемых радиусами кривизны его свободных поверхностейна удельный расход ВВ;

— усовершенствована технология подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом с учетом природного гранулометрического состава породного массива, обоснования радиуса кривизны свободных поверхностей выемочного блока и выбора в выемочном блоке добычного уступа мембранных слоев для размещения в них зарядов, позволяющих снизить удельный расход ВВ.

Метод исследований — комплексный, включающий научный анализ и обобщение практического опыта использования способов и средств подготовки горных пород к экскавациирезультаты ранее выполненных работ по взрывному способу подготовки горных пород к экскавациивычислительный и опытнопромышленный экспериментыанализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятностей и математической статистики.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается согласованностью результатов теоретических, экспериментальных исследований с положениями в рамках волновой и газовой теорий взрыва, сходимостью результатов экспериментов с ожидаемыми (расхождение не превышает 14%), полученными на основании вычислительных и опытно-промышленных экспериментов.

Научное значение работы заключается в обосновании пределов регулирования удельного расхода ВВ путем расчета радиуса кривизны поверхности откоса выемочного блока и выборе рациональных вариантов значений параметров технологических схем распределения в выемочном блоке скважинных зарядов и последовательности их инициирования.

Практическое значение работы заключается в разработке «Методических рекомендаций по обоснованию параметров выемочных блоков добычных уступов при использовании взрывного способа подготовки скального массива к экскавации», используемых при проектировании и производстве БВР в карьерах.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по повышению выхода товарного щебня на карбонатных карьерах Тульской, Калужской и Самарской областей, внедрены в учебный процесс на кафедре «Геотехнологии и строительство подземных сооружений» Тульского государственного университета, приняты проектной организацией ООО «ГЕОТИМ-ПРОЕКТ» к внедрению в проектные работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных симпозиумах «Неделя горняка — 2008, 2009, 2010 гг.» (г. Москва) — на XIV Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (г. Москва, 2010 г.) — научнотехнических конференциях ТулГУ (г. Тула, 2007;2010 гг.) — на семинарах кафедры «Геотехнологии и строительство подземных сооружений» (г. Тула, 2007;2010 гг.) — на техсовете ООО «Восточные Берники» (2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, включая 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 113 страницах машинописного текстасодержит 36 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 38 наименований. Анализ карбонатных породных массивов и технологических схем производства БВР при подготовке массивов к экскавации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований установлена закономерность изменения удельного расхода ВВ скважинных зарядов от формы выемочного блока добычного уступа и введен новый технологический параметр подготовки карбонатного массива к экскавации — радиус кривизны свободной поверхности выемочного блока добычного уступа, влияющий на удельный расход ВВ, что позволило усовершенствовать методические рекомендации по составлению паспортов БВР и обосновать технологические схемы, учитывающие природный гранулометрический состав карбонатного массива и приемные геометрические параметры технологического оборудования карьеров, что имеет важное значение для горной промышленности и экономики России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что в среднем 30% отдельностей карбонатного массива требуется дробить, а остальные по природному гранулометрическому составу соответствуют габаритным приемным параметрам технологического оборудования карьеров, и поэтому эффективность управления дроблением выемочных блоков добычных уступов карбонатного массива скважинными зарядами достигается в случаях расположения скважинных зарядов в стратиграфических слоях карбонатного массива (мембранные слои), соответствующих размерам негабаритных отдельностей.

2. Установлено, что одним из основных управляемых технологических параметров БВР является радиус кривизны свободных поверхностей выемочного блока добычного уступа, определяющий форму и параметры выемочного блока.

3. Установлено, что удельный расход ВВ скважинных зарядов зависит от исходного природного гранулометрического состава карбонатного массива и формы выемочного блока, задаваемой радиусами кривизны его свободных поверхностей.

4. Разработана расчетная модель, позволяющая устанавливать радиус кривизны свободной поверхности выемочного блока добычного уступа, обеспечивающий экранирование, отражение и наложение взрывных волн в выемочном блоке добычного уступа.

5. Установлены закономерности влияния форм выемочных блоков добычного уступа, задаваемых радиусами кривизны его свободных поверхностей на удельный расход ВВ.

6. Усовершенствована технология подготовки карбонатного массива к экскавации взрывным способом с учетом природного гранулометрического состава породного массива, обоснования радиуса кривизны свободных поверхностей выемочного блока и выбора в выемочном блоке добычного уступа мембранных слоев для размещения в них зарядов, позволяющие снизить удельный расход ВВ.