АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ВЗРЫВНЫМ РАЗРУШЕНИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены проблемы улучшения качества дробления массива горных пород при ведении взрывных работ на карьерах. В результате проведенного анализа установлено, что совершенно не изученным остается вопрос направленности и закономерности распространения волн напряжений в зависимости от форм поверхностей линий скольжений, которые в одном случае должны будут распространяться прямолинейно, в другом – рассеиваться, а в третьем случае – фокусироваться.

Введение в рассмотрение свойств массива горных пород при проведении исследований по управлению взрывным разрушением горных пород, в свою очередь, позволит разработать совершенно новую концепцию управления взрывным разрушением горных пород, учитывающую не только энергию взрыва взрывчатых веществ, но и совокупное влияние изменчивости свойств горных пород.

ABSTRACT

The paper examines the problems of improving the quality of crushing rock masses during blasting operations in quarries. As a result of the analysis, it was established that the question of the direction and pattern of propagation of stress waves depending on the shape of the surfaces of slip lines, which in one case will have to propagate rectilinearly, in another - to dissipate, and in the third case - to focus, remains completely unstudied.

Introduction to the consideration of the properties of rock masses when conducting research on the control of explosive destruction of rocks, in turn, will make it possible to develop a completely new concept for controlling explosive destruction of rocks, taking into account not only the explosion energy of explosives, but also the cumulative influence of variability in rock properties.

Ключевые слова: взрывные работы, дробление горных пород, управление энергией взрыва, свойства взрывчатых веществ, геометрические параметры скважины, проблемы дробления горных пород взрывом, выход негабаритов.

Keywords: blasting, rock crushing, explosion energy control, properties of explosives, geometric parameters of a well, problems of rock crushing by explosion, yield of oversized materials.

Введение. Дробление горных пород взрывом – это дробление некоторого выделенного объема породы группой промышленных зарядов до крупности, приемлемой с технологической точки зрения для последующего использования.

Само дробление горных пород достигается:

– управлением энергии взрыва взрывчатого вещества (ВВ), которые на практике достигаются за счет правильного расчета параметров буровзрывных работ (БВР), диаметра скважины, вместимости взрывной скважины, веса заряда, глубины скважины, перебура, длины забойки,(качества применяемой забойки, ее угла наклона относительно вертикали, а также сетки скважин, схемы взрывания, схемы бурения, конструкции заряда, параметров взрывания сложно-структурных блоков, характеризующихся неоднородностью и неравномерностью распределения физико-механических свойств, и др.

В общем случае, основными проблемами дробления горной массы отбиваемой скважинными зарядами на открытых горных работах являются:

– сверхнормативный выход негабарита;

– неравномерная степень дробления горной массы;

– обеспечение устойчивости откосов уступов и бортов откосов карьера, что определяется разрушением законтурного массива горных пород.

Анализ практических исследований. Основные расчеты по параметрам БВР, которые достаточны для проведения качественных взрывов, соответствующих по требуемой степени дробления изложены в трудах [1-4]. Используя эти работы можно добиться не только качественного дробления, но и соответствия удельных расходов ВВ и удельных расходов по бурению согласно СНиП, без выхода негабарита, с хорошей проработкой подошвы уступа.

Однако этими работами не охвачены проблемы улучшения качества дробления, уменьшения выхода негабарита с учетом следующих факторов: применения конструкций зарядов ВВ, схем бурения, схем взрывания, выбора оптимальных времен замедлений, рационального размещения патрона-боевика и его инициирования по длине скважины и др. Авторами в трудах [5-12] получены положительные результаты по практическому применению удельных расходов ВВ при применении воздушных промежутков.

Основной областью, которая трудно подвергается дроблению, является линия сопротивления по подошве. В связи с этим, многими исследователями, применялись воздушные полости.

Другими исследователями [13], были проведены исследования по применению и влиянию различных видов ВВ, размещения инициирующего патрона-боевика по длине скважины, влияния линии сопротивления по подошве на качество взрывных работ. В результате проведенных исследований ими были получены следующие результаты: патрон-боевик необходимо устанавливать ниже или выше подошвы уступа на величину 4d диаметра заряда, длина перебура должна быть 0,37W, величина СПП должна быть равна 0,5W.

Исследователями в трудах [14] путем внедрения ресурсосберегающих технологий удалось добиться на практике сокращения удельного расхода взрывчатого вещества на 20%.

Проблема обеспечения устойчивости откосов уступов и бортов откосов карьеров во многом зависит не только решения вопросов геомеханического обеспечения устойчивости откосов уступов и бортов карьера, но применения щадящего взрывания при оформлении промежуточных и конечных контуров карьера, и в традиционной научной и практической деятельности решается путем применения контурного взрывания.

При обеспечении устойчивости промежуточных контуров откосов уступов и бортов откосов карьера применяют:

– щадящее взрывание с уменьшением колонки зарядов в последнем ряду скважин (это наиболее распространенная практика) [13];

– контурные скважины малого диаметра с уменьшенным зарядом ВВ;

– различные схемы взрывания и порядка инициирования взрывных скважин;

– различных времен междускважинных и междурядовых замедлений.

Выбор удельного расхода многими исследователями принимается путем выбора его табличного значения. На показатели удельного расхода в этих таблицах значение изменения удельного расхода для одной и той же категории пород по взрываемости изменяется в пределах до 50%. [15]. В дальнейшем все расчеты параметров БВР будут обладать такими же ошибками. Поэтому приводимые ими в результате проведения опытно-промышленных взрывов экономия в 20% и более находятся в пределах изменений удельного расхода согласно табличного значения, либо взрываемые породы соответствуют фактическим крепостям пород по шкале проф. М.М.Протодъяконова к применяемым параметрам. Для исключения таких ошибок этим исследователям необходимо проводить весь комплекс работ, проводимых в свое время исследователями [8] и на основе этого рассчитать конкретную величину удельного расхода, соответствующего объекту (геологическому телу), в котором проводятся опытно-промышленные испытания.

Крепость пород, в которых проводятся опытно-промышленные испытания однозначно по своим физико-механическим свойствам не соответствуют крепостям пород, для которых выбраны удельные расходы, и они на три-четыре категории выше фактических, поскольку способы измерений свойств пород, которые вводятся в рсчеты производятся вдоль длиной оси керна.

В основе вышеуказанных исследований по улучшению качество взрыва, его степени дробления, уменьшения выхода негабарита и др., определяются только лишь в зависимости от геометрических параметров систем разработки (высоты уступа, направление отбойки, ширины рабочей площадки и др.) и геометрических параметров БВР (длин скважин, их наклона, сетки скважин, типа ВВ, требуемого размера кондиционного куска, количеств свободных поверхностей, выбора схем бурения, выбора схем взрывания, конструкции заряда, места размещения патрона-боевика и др.). Направление отбойки всегда планируется в сторону свободного пространства, т.е. где проведены выемочно-погрузочные работы. При этом не учитывается, что согласно поверхностей минимальной сопротивляемости горных пород взрыву, его естественное перемещение будет соответствовать другому направлению.

Сама постановка задачи при решении проблем обеспечения качественного дробления ошибочна, поскольку основным фактором, определяющим качество взрывных работ, является сам массив горных пород, изменчивость его физико-механических свойств, изменчивость конструкций полей скольжений, необходим комплексный подход к решению качественного дробления с введением в качестве входных параметров всех вышеуказанных параметров, но основным при этом является свойства массивов горных пород.

До настоящего времени создание новой концепции управления взрывным разрушением горных пород сдерживалась отсутствием теории, позволяющей описать реальную конструкцию массивов горных пород, максимально и достоверно описывающих сам массив горных пород, подвергаемых взрывному разрушению. Усилиями авторов [16-18], разработана математическая модель (теория) неоднородных криволинейно-анизотропных скальных массивов горных пород, позволяющая районировать карьерные поля по категориям облегченной буримости и категориям облегченной взрываемости с высокой точностью достоверности полученных результатов и с погрешностями вычислений в пределах 0,95-0,975%. Это дает возможность проведения исследований с максимально возможным учетом свойств массива горных пород и внесения корректив в исследования по управлению взрывным разрушением массива горных пород на открытых горных работах, а также позволит создать новую концепцию управления взрывным разрушением и получения новых закономерностей разрушения массивов горных пород на основе учета разработанных поверхностей облеченной буримости и облегченной взрываемости или же с учетом реальных свойств геологических тел и их форм, слагающих массив горных пород, подвергаемый взрывному разрушению.

При проведении исследований необходимо разработать математическую модель, позволяющую районировать карьерные поля по категориям облегченной буримости и облегченной взрываемости и разработать новую концепцию управления взрывным разрушением с максимальным учетом всех факторов, оказывающих влияние на качество буровзрывных работ и включающую:

1. Энергетические характеристики применяемого ВВ и ее действия на взрываемую среду.

2. Применяемое буровое оборудование. Критерии оптимальности буровых и взрывных работ в зависимости от технологических и природных факториальных признаков.

3. Технологические параметры отработки месторождения согласно технического проекта и зависят от типов применяемого выемочно-погрузочного оборудования, вида транспортирования, дробильной установки, мельницы и т.п.

4. Технические средства взрывания, включающие средства инициирования, от адекватного применения которых во многом зависит качество взрывных работ.

5. Расчетные параметры буровзрывных работ, включающие следующий перечень технологических факториальных признаков критерия оптимальности взрывных работ в зависимости от крепости горных пород:  удельный расход ВВ, диаметр скважины, расстояние между рядами скважин, расстояние между скважинами в ряду, вес заряда, длина заряда, величина перебура, величина забойки, схемы бурения, схемы взрывания, направление отбойки, конструкцию заряда, потребная для заданных условий степень дробления.

6. Технологические параметры отработки месторождений, отличающиеся от параметров отработки согласно технического проекта и которые являются результатами происхождения геомеханических катастроф, и ликвидация которых, а также приведение их согласно проектного, требует проведения специальных видов БВР.

7. Формы и свойства тектонических структурных форм рудных и породных геологических тел, слагающих месторождение и включающие природные факториальные признаки критериев оптимальности буровых и взрывных работ.

Заключение. Для получения закономерности дробления с получением качественных взрывов, соответствующих требуемому дроблению, исключению выхода негабарита, удовлетворительной проработки подошвы уступа, обеспечения устойчивости откосов уступов и откосов бортов карьера необходимо найти закономерность между применяемыми параметрами БВР и свойствами массивов горных пород, а также закономерностью дробления массивов горных пород действию взрыва, которые включают в себя: физико-механические свойства горных пород и конструкции полей скольжений, определяющих качество взрывных работ. Данная теория будет работать независимо, в каких по крепости породах проводятся взрывные работы, а также независимо от типов пород, поскольку все они являются геологическими телами.

Список литературы:

1. Бибик И.П., Рубцов С.К., Сытенков Д.В. Управление взрывной подготовкой пород в технологических потоках карьеров. – Ташкент: Фан, 2008. – 424 с.
2. Заиров Ш.Ш. Интенсификация технологических процессов буровзрывных работ при разработке месторождений Кызылкумского региона открытым способом // Дисс. … докт. техн. наук. ‒ Навои, 2016. ‒ 230 с.
3. Шеметов П.А., Исломов А.Н. Основные направления ресурсосбережения при взрывном разрушении горных пород на карьерах //  Горный вестник Узбекистана. ‒ Навои, 2010. ‒ №2. ‒ С. 22-26.
4. Кучерский Н.И. Современные технологии при освоении коренных месторождений золота. – М.: «Руда и металлы», 2007. – 696 с.
5. Мальгин О.Н., Рубцов С.К., Шеметов П.А., Шлыков А.Г. Совершенствование технологических процессов буровзрывных работ на открытых горных работах. – Т.: изд. «ФАН» АН РУз, 2003. – 199 с.
6. Снитка Н.П., Насиров У.Ф., Мислибаев И.Т., Нутфуллоев Г.С. Ресурсосберегающие технологии ведения буровзрывных работ на карьерах. ‒ Монография. ‒ Ташкент: «Фан», 2017. ‒ 256 с.
7. Умаров Ф.Я., Насиров У.Ф., Нутфуллоев Г.С., Назаров З.С. Разработка инновационной технологии буровзрывных работ шпуровыми зарядами ВВ направленного действия продуктов детонации с использованием кумулятивного эффекта // Горный вестник Узбекистана. ‒ Навои, 2020. ‒ №2. ‒ С. 20-24.
8. Норов Ю.Д., Шеметов П.А., Заиров Ш.Ш., Тухташев А.Б. Совершенствование методов управления дроблением горных пород взрывом. ‒ Монография. Изд. «Бухоро». – Бухоро, 2011. – 200 с.
9. Нутфуллоев Г.С. Интенсификация процесса дробления массива разнопрочных горных пород кумулятивными зарядами при открытой разработке месторождений полезных ископаемых // Дисс. … канд. техн. наук. ‒ Москва, 2015. ‒ 136 с.
10. Петросов Ю.Э., Очилов Ш.А. Способ взрывания парно-сближенными скважинными зарядами взрывчатых веществ при взрывании высоких уступов на глубоких карьерах // Горный вестник Узбекистана. ‒ Навои, 2017. ‒ №3. ‒ С. 45-51.
11. Норов Ю.Д., Очилов Ш.А. Проблема управления дроблением горных пород под действием энергии взрыва скважинных зарядов взрывчатых веществ на открытых горных работах // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2016. – №4. – С. 17-23.
12. Уринов Ш.Р. Научное обоснование методов управления устойчивостью бортов карьеров с учетом технологии ведения буровзрывных работ // Дисс. … докт. техн. наук (DSc). ‒ Навои, 2020. ‒ 169 с.
13. Снитка Н.П., Насиров У.Ф., Умаров Ф.Я., Заиров Ш.Ш. Управление параметрами буровзрывных работ и устойчивостью бортов на глубоких карьерах. ‒ Монография. ‒ Ташкент: «Фан», 2017. ‒ 344 с.
14. Махмудов Д.Р., Петросов Ю.Э. Технология производства буровзрывных работ на глубоких карьерах Узбекистана // Горный информационно-аналитеческий бюллетень. – Москва, 2017. – №5. – С. 331-337.
15. Норов Ю.Д., Шеметов П.А. Новые технологии и безопасность при ведении взрывных работ. – Бухоро, 2011. – 202 с.
16. Умаров Ф.Я., Махмудов Д.Р., Петросов Ю.Э. Исследование снижения прочностных и деформационных свойст различных горных пород при многократных взрывных нагрузках // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2017. – №4. – С. 14-18.
17. Умаров Ф.Я., Махмудов Д.Р., Насиров У.Ф. Определение радиуса зоны раздавливания массива горных пород при разрушение взрывом // Вестник ТГТУ. – Ташкент, 2017. – №4. – С. 157-161.
18. Насиров У.Ф., Умаров Ф.Я., Махмудов Д.Р., Заиров Ш.Ш. Исследование размеров зон раздавливания и трещинообразования при взрывном разрушении горных пород // Известия вузов. Горный журнал. – Екатеринбург, 2018. – №2. – С. 54-60.