автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров контурного взрывания с учетом напряженно-деформированного состояния массива горных пород при подземной добыче высокоценных руд

государственный комитет российской федерации по высшему образовании россилосии университет дружбы народов

Г б од----

На правах рукописи

6 ПНВ 1395

сальников вячеслав леонидович

УДК 622.235.53* •. 622.235.674.3

обоснование параметров контурного взрывания с учетом 1апряженно—деформированного состояния массива горных пород, при подземной добыче высхжоценшх пород

15.15.02 - "Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва— 1995 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре Московской геологоразведочной акадс«зга л Сомзе новаторов н изобретателей (СОНИ).

Научный руководитель - кандидат технических наук.

доцент Боровков H.A.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,профессор Ковалев И.А.,

кандидат технических наук, старший научный

сотрудник Чеснокod С.А.

Ведуиая организация - Государственный институт по

проектировании предприятий цветной металлургии (Гипроцветмет)

Защита диссертации состоится 28 Февраля 199S г. в час. на заседании Диссертационного cosxrra It.О?32226

в Российском университете дружбы народов по адресу« 117302 г. Москва, ул. Ордгонихндзе, Э.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружби народов t117198 г. Москва, ул. Миклухо-Маклая. 6).

Автореферат разослан " ^8 " АН&Л2Я- 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат химических наук

/

доцент А i'V/J/% 0.Н. Чистохв&лов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертации. Эффективное освоение минерально-сырьевых ресурсов и разработка ресурсосСерегакицих технологий при подземной добыче руд неразрывно связаны с дальнейший совершенствованием технологии ведения очистных работ.

Внедрение контурногэ взрывания может внести значительный вклад в повышение эффективности подземной добычи высокоценных руд и кристаллосырья.

Анализ мирового опыта внедрения контурного взрывания в подземных условиях показывает, что этот метод направленного раскола горных пород получил, в основном, распространение при проведении выработок различного назначения в гидротехническом строительстве, сооружении транспортных туннелей, горнорудной и угольной промыяленностях.

При подземных очистных работах в горнорудной промышленности известны лишь единичные примеры применения контурного, в основном, предварительного взрывания. Анализ опита предварительного контурного взрывания при очистной выемке указывает на Зольвие перспективы его использования для снижения потерь и разубоживания руды.

Предварительное контурное взрывание позволяет создавать на границах очистного пространства экранирующие поверхности, 1репятствумцие проникновении взрывных волн в законтурный массив горных пород. Наличие дополнительных свободных поверхностей снижает нарувенность законтурного массива, в то же время способствует интенсификации процесса дробления руды при взрыве ГГбОЙНЫХ ипуров.

Широкое применение контурного взрывания на очистных работах при подземной добыче руд сдерживается отсутствием эффективных и, в то же время, простых в конструктивном отношении сонтурных зарядов, недостаточной изученность« процесса направ-|енного трецинообразования и механизма создания трещины между госедними контурными шпурами а подземных условиях. Так, напри-гер, в расчетах параметров контурного взрывания не учитывается естественное напряженно-деформированное состояние раскалывае-¡ого массива горных пород.

Поэтому разработка новых технологий контурного взрывания, •читывакких специфические особенности направленного трещинооб-

разования при подземной добыче руд, является актуальной задачей.

Цель работы состоит в научном решении задачи по обоснованию технологии и параметров предварительного контурного взрывания при подземной очистной выемке высокоценных руд и кристаллосирья. Цель достигается за счет применения .предлагаемых специальных конструкций контурных зарядов, регулирующих направленность раскола массива горных пород и учета его напряженно-деформированного состояния при определении оптимального расстояния между контурными зарядами.

Идея работы■ Регулирование направленного раскола горных пород, начиная с границ взрывной полости, обеспечивается за счет учета ориентации вектора максимальной сжимающей составляющей гравитационного поля напряжений оси взрывной полости и применения специальных конструкций контурных зарядов ВО, обеспечивающих преимущественное направление раскола в заданном направлении.

Научные положения, разработанные лично соискателем и защищаемые в работе:

1. При ориентации оси шпура перпендикулярно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений тангенциальные напряжении растяжения, способствующие создании направленного раскола горных пород, имеют свои максимальные значения в плоскости контура шпуров круглого сечения - в точке пересечения ссориентированной оси параллельно вектору сжимающей нагрузки с контуром, а эллиптического сечения - в точке пересечения большой оси эллипса параллельно вектору сжимающей нагрузки с контуром.

Величина напряжений растяжения в указанных точках для обоих сечений равняется величине максимальной сжимающей нагрузки.

2. Заметный рост магистральной трещины на контуре шпура при взрыве в нем контурного заряда начинается с сжимавшей нагрузки в 20 ИПа для шпуров круглого сечения, что соответствует глубинам более 500 м при разработке месторождений в равнинной местности, а для шпуров эллиптического сечения, начиная с 15 МПа, что соответствует глубинам более АО0 м,

3. Расстояние между смежными контурными шпурами круглого сечения'при совместном действии квазистатических составляющих

динамических полей напряжений, в качестве которых выступают статические давления продуктои взрыва на стенки шпуров при мгновенном инициировании в них контурных зарядов, и статического гравитационного поля напряжений при разработке месторождения в равнинной местности изменяется с глубиной расположения шпуров по параболическому закону и зависит от статического давления продуктов взрыва, предела прочности горных пород в массиве на одноосное растяжение и коэффициента бокового распора. С увеличением коэффициента бокового распора, что характерно для горных пород облада.-эщих пластическими свойствами расстояние между контурными шпурами уменьшается. Расстояние между смежными шпурами эллиптического сечения, образуемого взрывом комбинированного линейного контактного заряда (КЛКЗ), с учетом совместного действия квазистатического давления продуктов взрыва и статического поля напряжений увеличивается в 1,5-2 раза для тех же условий по сравнении с расстоянием между шпурами круглого сечения.

4. Глубина выемок (концентратов напряжений) в стенках шпура круглого сечения для образования контура шпура эллиптического сечения при взрыве линейных контактных зарядов типа ДШ зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрыва ДШ, коэффициентов изоэнгропм ц преломления ударной волны в породу и обратно пропорционально динамической прочности пород на одноосное сжатие и коэффициента политропы, а также от степени затухания ударной волны в породе.

5. Статическое давление продуктов взрыва контурного заряда (КЛКЗ) зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрыва центрального заряда, отношения плотностей и скоростей ДШ и дозкобризантного ВВ центрального заряда, а также от величины зазора между диаметрами заряда и впура, а также от коэффициентов иэоэнтропы и политропы.

Методы исследования включают: сбор, обобщение и анализ практического применения контурного взрывания на очистных и подготовительных работах! аналитические исследования на базе теории упругости,- лабораторные и экспериментальные (в производственных условиях) исследования предварительного контурного взрывания; статический анализ; натурные наблмдения.

Научная новизна работы состоит в еледумаем:

1. Разработана теоретическая модель создания плоскости

раскола между контурнцми ипурами круглого и эллиптического сечения. ориентированной параллельно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений.

2. Разработаьа конструкция комбинированного линейного контактного заряда (КЛКЗ) для создания контура шпура эллиптической Формы, состоящая из линейных контактных зарядов висо-кобриэантного ВВ типа ДШ, расположенных на противоположных концах у стенок шпура круглого сечения, й центрального заряда низкобриэантного ВВ, имеющего радиальный зазор со стенкой шпура. ДШ и центральный заряд отделены друг от друга демпферной прокладкой и разновременно взрываются с интервалом не менее 25 мс,

3. Разработан инженерный метод расчета параметров контурного взрывания различных конструкций зарядов, в том числе и предлагаемого ОКЗ, учитывающий особенности, напряженно-деформированного состояния околокамерного массива горних пород.

4. Установлено, что расстояния между смежными контурными шпурами при мгновенном инициировании в них контурных зарядов от глубины разработки изменяются по параболическому закону с учетом совместного влияния гравитационного и квазистатической составляющей динамического силовых полей для шпуров круглого и эллиптического сечений.

5. Установлены зависимости статических давлений продуктов взрыва для различных конструкция контурных зарядов (типа "гирлянда" и сплошного олангового) и предлагаемого КЛКЗ. от энергетических параметров применяемых ВВ, зазора между зарядом и стенкой шпура, коэффициентов изоэнтропы и политропы.

Достоверность и обоснованность научных положений.. шкэдов^одтверждаетси^

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследования технологии предварительного контурного взрывания ;

- применением комплексного метода исследований, включающего анализ отечественной и зарубежной практики и теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях и технико-экономический анализ предлагаемой технологии.

Научное значение работы заключается в обосновании . параметров предварительного контурного взрывания, учитывающих

иапряженно-деформированное состояние массива горних пород. при очистной виемке высокоценных руд.

Практическая ценность работы

получены решения ряда задач по определении параметров предварительного контурного взрывания с учетом геомеханических особенностей массива горных пород, для которых отсутствуют аналитические зависимости;

-предложены функциональные зависимости параметров контурного взрывания для очистной выемки высокоценных руд;

- разработаны технологические схемы буровзрывных работ При очистной выемке высокоценных руд и кристаллосырья, основанные на использовании специальных зарядов для контурного взрывания.

Реализация работы. Предлагаемые в диссертации технологические схемы БВР при слоевых системах разработки включены в технический проект отработай месторождения "Абыэ" Кара-гайлинского ГОКа и в проект отработай участков кристаллоност-ных зон Малышевского рудника. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов в Московской государственной геологоразведочной академии (1992, 1993, 1994 гг.)! Международном симпозиуме по математическим методам в геологии, геолого-разведке и горном деле (Москва, 1993 г.)! технических совещаниях горнорудных предприятия Урала. Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 186 страницах машинописного текста, включает %Ц рисунков, 13 таблиц, список литературы из 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время существуют различные теории разрушения горных пород взрывом, поясняющие их деформирование -под действием динамических нагрузок от взрыва заряда ВВ. Существенный вклад в решение проблемы процесса деформирования среды под действием взрыва при создании зоны направленного раскола горных пород по заданному контуру внесли В.А. Боровиков, Р. Рус-

ТаФсон, У. ЛангеФорс, М.Ф. Друкованный, И. Ито, A.B. Ключников, Б.Н. Кутузов. Ф.И. Кучерявш. Кумао Хино, В.Н.Мосинец, В.М. Мостков. М.А. Нефедов, Л.Я.Таранов.

Управление действием взрыва с цель» достижения заданной интенсивности разрушения остается до сих пор сложной задачей из-за отсутствия единой теории разрушения горних массивов и недостаточной изученности динамических закономерностей процесса трещинообразования в твердых средах от действия взрывов зарядов.

Контурное взрывание является одним из основных методов раскола в заданном направлении (по контуру) массива горных пород или искусственных массивов, основанном на использовании ВВ. Контурное взрывание применяют при отделении блоков от массива, проведении горных выработок, подземных камер, дорожных выемок, заоткоске уступов и в очистных подземных работах. Контурное взрывание является специальным способом ведения взрывных работ, предусматривающих создание местных напряжений, концентрирующихся вдоль плоскости намечаемого раскола ' массива горных пород. Это обеспечивает получение гладких, ненарушенных трещинами поверхностей по заданному контуру, повышение устойчивости н прочности законтурного массива за счет снижения трещиноватости при взрывании зарядов ВВ. При варианте предварительного контурного взрывания, когда в начале создается магистральная трещина (щель) между контурными шпурами до разрушения породы основными отбойными шпурами, наличие узкой цели обеспечивает отражение взрывных волн от зарядов рыхления, предотвращает распространение трещин в законтурный массив и способствует лучшему- качеству дробления.

С учетом существующих в мировой горно-технической литературе систематизации методов контурного взрывания нами предложена систематизация, которая более полно, на наш взгляд, отражает современные тенденции в совершенствовании технологии направленного раскола массива. Отличие предлагаемой систематизации от известных, состоит в том, что в качестве основного классификационного признака принято состояние сохранности законтурного массива, (табл. 1).

Табл. 1

Состояние сохран-1Способ воздейст- Основное назна- |Характерные

ности законтурно-Iвия на массив чение направ- (области при-

го массива гор- |при его расколе ленного раско- |менения

ных пород I ла массива 1

Без нарушения J механический разделение мас- |отделение

массива радиаль- | сива в задан- (блоков при-

ными трещинами | ном направле- ходного кам-

при его раско- | нии |ня от масси-

ле | ва и их рас-

1 1 кол 1

| статический то же 1 |то же и се-

1 |лективная

1 (выемка по-

1 (лезного ис-

(копаемого 1

1 I динамический то же и экра- 1 (то же и глад

1 нирование взры- |костенное

1 вов дробления |Формление

1 (стенок вмра-

1 |боток. камер

1 |откосов 1

1 Допускается на- | динамический экранирование 1 (создание эк-

руюенность мае- | вэрыов дробле- (ранирующих

сива радиальни- I ния (трещин. ие-

ми трещинами при 1 (лей и зон

его расколе I (при открытой

1 (и подземной

|разработке

Эффективность образования экранирующей дели при способе предварительного контурного взрывания с одной стороны зависит

от правильности выбора его основных параметров (расстояния между контурными зарядами в ряду и его массы с учетом конкретных Физико-механических свойств пород и геомеханических условий в окрестностях ококтуриваемой выработки). с другой стороны - от энергетических параметров, применяемых в заряде ВВ, конструкции зарядов, последовательности взрывания зарядов, способа контактирования ВВ со стенками шпура, создания искусственных дефектов (выемок) на стенках шпура или в плоскости -направленного раскола массива, создания участков с концентрированной статической нагрузкой в направлении плоскости раскола.

Поэтому нами решались две задачи по обосновании параметров способа предварительного контурного взрывания. Первая состояла в установлении расстояния между смежными контурными шпурами для создания условий направленного раскола горных пород между ними с учетом совместного действия статического природного поля напряжений и квазистатического действия динамического поля напряжений от мгновенного взрыва зарядов в шпурах.

Вторая задача состояла в обосновании конструкции контурного заряда, позволяющего сосредоточить энергия взрыва в местах предполагаемого направления раскола горных пород, и энергетических характеристик этого заряда.

Первая задача решалась аналитическими и лабораторными исследованиями на моделях из оргстекла. Как было установлено рядом исследований ллл образования трещины вдоль линии предполагаемого раскола при взрыве зарядов ВВ необходимо сконцентрировать 'на стенке шпура растягивающие напряжения, превышающие предельные значения горных пород на одноосное растяжение, окружающих шпур. Поэтому автором 'проводились раздельно теоретические исследования влияния квазистатической составляющей динамического поля напряжений ( при взрыве контурного заряда а шпуре круглого и эллиптического сечения на окружающей массив горных пород) и статического гравитационного поля напряжений.

На основании положения математической теории упругости и уравнений по распределении напряжений вокруг отверстий круглого и эллиптического сечения, предложенных академиком Н.И. Мус-хелишвили б;:ла получена Формула распределения радиальных сжимающих и тангенциальных растягивающих напряжений вокруг шпура эллиптического сечения:

£

а.

(1)

где Р - статическое равномерное давление продуктов взрыва на контур шпура, МПа!

X К/И - отноаекие глубины выемки Я в шпуре круглого сечения к радиусу шпура Я (т.е. сечение контура шпура имеет приближенно Форму эллипса)I

/" - расстояние от центра влура до наблюдаемой точки (обычно в радиусах шпура).

Анализируя Формулу (1) убеждаемся, что радиальные и тангенциальные напряжения при взрыве шпуров эллиптического сечения увеличивается на коэффициент 4 (1 *£)*/ (2 т.е. пря-мопропорционально зависят от глубины виенки в стенке шпура, где они инеаг наибольшую концентрацию.

Тогда расстояние между снежными кошурки« шпурами (а) будет определяться для контура шпура круглого сечения по Формуле:

а ' <»

где 4т- диаметр шпура! см; - предел прочности образца горных пород на одноосное растяжение, МПа; Кс - коэффициент структурного ослабления пород, в которых производится взрывание..

Тогда расстояние между смежными шпурами эллиптического сети*

«Г

чения (а') при тех же условиях примет следующий вид

О)

Таким образом, расстояние между центрами смежных шпуров Аллиптического сечения больше по сравнению со шпурами круглого сечения на величину 2 *Х>/<2 *Х) и прямопропорционально зависит от величины выемок в стенках шпуров, энергетических параметров ВВ. диаметра шпура и обратно пропорционально прочности горных пород на растяжение и трещиноватости'массива.

Расчеты показывают, что расстояние между смежными турами диаметром 42 мм при мгновенном взрывании в них зарядов аммонита N 6ХВ с диаметром 24 мм для условий колчеданно-медноиинко-

вих руд месторождения "Абыз" 10 НПа, Кс - 0.3) для эллип-

тического сечения (глубина выемок 10 мм) в 1.2 раза больше, ^ем для шпуров круглого сечения. х

Следующий этап исследований состоял в оценке рапределения напряжений вокруг отверстий шпуров, имеющих круглое и эллиптическое сечение, от действия компонент тензора напряжений статического гравитационного силового поля.

Аналитическими исследованиями установлено, что распределения напряжений вокруг отверстий шпуров имемт максимальные растягивающие тангенциальные напряжения прй ориентации оси шпура перпендикулярна максимальному вектору сжимающей нагрузки 1 . в местах на плоскости контура шпура круглого сечения, где ось контура параллельна вектору сжимающей нагрузки Стоки А и К у рис. 1), а для контура шпура эллиптического сечения - где большая ось эллипса (¡выемок Л £ в нашем случае) параллельна вектору сжимающей нагрузки (точки А и А/ рис. 1). Величина напряжений растяжения в указанных точках для обоих сечений равняется величине максимальной сжимающей нагрузки ■ О*). А тангенциальные напряжения сжатия в точках 2 и Ву при для круглого сечения апура в точках в' и в'г при том же угле " для эллиптического сечения. При этом величина напряжений сжатия в этих точках для ипуров круглого сечения в указанных точках равняется утроенной величине сжимающей нагрузки, а для шпуров эллиптического сечения сумма утроен коЯ всяичкиы сжимающей нагрузки и кч -.<>?ициента отношения глуби;« выемки впура его радиусу (Я)•

Рассматривая двухосное сжатие массива горных пород вокруг ■пура круглого сечения, когда ось шпура соориентиров&ма параллельно одному из действующих напряжений (С^!, т.е. в плоскости ХОУ (рис. 1), и принимая распределение напряжений по гипотезе А.Н. Динника. компоненты напряжений при совместной действии гравитационного и квазистатического силовых полей запишутся в следующем виде)

¿о ~ з£)со1гб>2

er.

.Hill

i«

Cxeua для определения таж^к^альпых напряжений растяжения я сжатия на контуре шпуров круглого(а) . л эллиптического сечений (б)

О 100 200 300 400 500 600 Н

ftic. 2 . Графики изменения относительного расстояния (.Q/cCi

чажцу контурными шпурами круглого (1,2 ) ji эллиптического (3,4 )сечений от глубины расположения -Шпуров-(Н)при различных коэффициентах боковго -распора А: 1,3 для Л -0,35;2,4 для А=0,5

гдеX - коэффициент бокового распора.

Тогда на контуре шпура */?) в точках А и к/ при & ■ ОТ будем иметь: ^ л

Из системы (5) следует, что радиальные напряжения на контуре ппура круглого сечения при совместном действии двух силовых полей зависят только от величины сжимайвего статического давления продуктов взрыва, а тангенциальные напряжения растяжения - от суммы величины статического давления продуктов взрыва за вычетом удвоенной горизонтальной составляющей природного поля напряжений. В случае одноосного сжатия, второе уравнение системы (5) с учетом, что Р, «у Н примет вид:

что соответствует приведенным выше выводам см. рис. 1 для точек А и А4. Если решать систему <*) для значений то получим

тот же результат.

Для контура шпура эллиптического сечения при совместном действии двух силовых полей для нашего случая при А » й и & • О* распределения напряжения с учетом системы (1) и уравнения (6) запишутся в следу»чем виде!

Таким образом тангенциальные напряжения растяжения на контуре шпура эллиптического сечения увеличиваются по сравнению с теми же напряжениями для шпура круглого сечения на величину 4 (1 *ЬЯ / (2 ♦*>».

Определим расстояние между смежными контурными шпурами круглого сечения при мгновенном инициировании в них зарядов ВВ от совместного действия гравитационного и взрывного силовых полей. Для этого воспользуемся вторым уравнением системы (4) и учитывая, что встреча волн напряжений от мгновенного взрыва зарядов в смежных контурных шпурах происходит на половине расстояния между их центрами •.

а, - {ГЛР-)Н{1+2)]/(&?+ 21 ^У)} ^ (8)

Из формулы (8) видно, что при Н • О получаем уравнение (2), ас увеличением глубины расположения шпуров (Н) значение а/, изменяется по парабологическому закону так как знаменатель увеличивается, а числитель уменьшается. Для шпуров эллиптического сечения расстояние между смежными контурными шпурами согласно уравнений (3) и (8) можно записать в следующем виде:

■ Значение л^ увеличивается по сравнении а ^ на величину 4<1+Х)"/<2*Х)" первого слагаемого в квадратной скобке.

Для сравнения уравнений (3) и (9) построены графики изменения относительного расстояния между контурными шпурами круглого (1,2) и эллиптического (3,4) сечения с глубиной расположения шпуров (Н) для различных коэффициентов бокового распора. (рис.2) применительно «с условиям разработки колчедано-мед-но-цинковых руд често^ождения "Абыз" Карагалинского ГОКа ш/ОнЯа, £ ). В качестве контурного заряда при

построении графиков 1.2 выбран обычный шланговш заряд аммонита N 6 КВ диаметром 36 мм в шпуре диаметром 42 км с Р»516 КПа. Для графиков 3.4 - принят предлагаемый комбинированною линейный контактный заряд (КЛКЗ), состоящий из двух линейных контактных ДИЭ-6 и центрального шлангового заряда аммонита N 6 ЖВ диаметром 24 мм и расположенный а ипуре с тем же диаметром 42 мм, значение Р»1096 НПа.

Из графиков 1,2 видно. что с увеличением глубины разработки расстояние между смелыми контурными шпурами резко уменьшается до глубины 200 м. а начиная с глубины 250-300 м более плавно, отличаясь не более 1О* друг от друга. С увеличением коэффициента бокового распора, что характерно для горных пород, обладающих пластическими свойствами и» 0,5), расстояние уменызается быстрее, чем для горных пород, обладает»« более упругими свойствами (А» 0,35). Не наа взгляд »то объясняется большими затратами энергии взрыва на пластическое разрушение »тих пород по линии предполагаемого их раскола, чем для хрупких пород. Кривые 3,4 располагается выше, чем 1,2, т.е. величина относительного расстояния меяду смежными контурными ялу-

рами эллиптического примерно в 1.5-2 раза болоте, чем тоже расстояние, но только для шпуров круглого сечения. Характер изменения расстояния от коэффициента бокового распора тот же, что и для шпуров круглого сечения.

Резкое изменение графиков 3,4 наблюдается до глубины 300 м. ас глубины более 400 и начинается плавный переход с отличном в 10?4, как и для графиков 1.2.

Результаты теоретических исследования процесса треиинооб-разования при предварительна« контурном взрывании проверялись в лаборатории условиях на моделях из оргстекла размером 100 х 100 х 40 п.ч. В качестве источника динамической нагрузки бш? применен электрический взрыв медных проводников диаметром 0.15 мм в 2,11 дкой среде. Изучался процесс образования трещины между отверонями диаметром 3 мм и с расстоянием в 8 км при взрыве в пяти отверстикх без нагрузки и с нагрузкой, осуществляемой прессом. В первом случае направление трещин от каждого отверстия происходило под разными углами, но примерно на половине расстояния они срастались. От крайних отверстий в сторону массива, по оси их расположения наблюдалось прорастание трещин под различными углами с отклонением от линии, соединяющей центры отверстий, не более 10*.

Во втором случае изучался процесс образования трещин между отверстиями под нагрузкой в зависимости от ориентации линии предполагаемого раскола модели сжимающей нагрузки. Сначала линия раскола была соориентировама перпендикулярно сжимамщей нагрузки, которая составляла 15, 20, 25 МПа.Наблюдениями установлено , что прорастание магистральной трещины между отверстиями с увеличением нагрузки ухудшаются, в последнем случае не произошло прорастания крайних отверстий с соседними. Затем линия раскола была ориентирована параллельно сжимающей нагрузки, а нагрузка задавалась в тех же пределах, что и предыдущая серия взрывов. Интенсивное прорастание радиальных трещин между отверстиями наблюдалось при нагрузке в 20 МПа. при этом общая длина трещины составляла 50 мм.

При другой серии опытов изучалось трещинообраэования между отверстиями эллиптического сечения. Для этого в каждом отверстии делали насечки (дефекты), имитирующие эллиптическое сече-кие. Ориентация плоскости раскола была параллельно сжимающей нагрузки с интервалом нагружекия 10, 15 и 20 МПа. при этом об-

щая длина магистральной трещины между отверстиями соответственно составляла 31, 48 и 58 мм. Отсюда следует, что в отличие от отверстия круглого сечения размеры тряшин для отверстия эллиптического сечения образуется теп же ллинч, но при меньшей сжимающей нагрузке.

Следующим этапом исследований била проверка аналитических ревений по определению расстояния мекду контурными шпурами при мгновенном инициировании в них зарядов с учетом соглестного действия гравитационного и кваэистатического динамического полей в промышленных условиях. В качестве объекта было выбрано Тишинское полиметаллическое месторождение, которое имеет схожие Физико-механическна свойства горных пород с месторождением "Абыз". Эксперименты проводились на уступе Тишинского карьера, О серицито-хлортовых сланцах «ыпо пробурено восемь контурных шпуров диаметром 42 мм глубиной 1,5. В каждом шпуре размещали Э кг аммонита N 6 Х8, расстояние между контурными впурами, рассчитанное по Формуле (8), составило 83 см. В результат*? одновременного взрыва восьми шпуров образовалась магистральная трещина раскрнтость» от 15-ти до 80 мм. Р!аксю^яьная ширина тревины - в центральной части, минимальная на Флангах, Глубгна магистральной трещины прослеживалась до 1,42 м.

Для сравнения о влиянии НДС горных пород на параметры контурного. взрывания были проведены эксперименты в полевой выработке 5 горизонта (К»225 м). Плоскость ориентации контурного ряда вшуроп относительно напластования пород соответствовала расположен»» их но уступе, а расстояние принималось 83 см, как и на уступа и 63 см, рассчитанное по формуле (8). В первом случае раскрмтость магистральной трещины мекду в (турами при их мгновенном взр&иэе в рвя меньяе, чем на карьере, а :.о втором случае - близка к результатам гзрисва на уступе Тишинского карьера.

Вторая задача исследования состояла, в обосновании конструкции контурного заряда, позволяется создать эллиптическую Форму сечения шпура, т.е. концентраторы напряжений - выемки. Это утверждение возможно в двух случаях. Первый - когда контур апура эллиптической Формы создан до проведэтгия взрыва контурного заряда путем бурения шпуров специальными коронками эллиптической формы. Такие работы били проведены при бурении шпуров в негабаритах Междуреченского разрез», но не получили

распространения из-за больших затрат на бурение.

Другим путем создания концентраторов напряжений на контурах шпуров является использование в качестве контурного заряд» комбинации линейных контактных (со стенками шпура с обеих сторон) зарядов высокобризактного ВВ и центральным зарядом менее бризантного ВВ (ОКЗ) . Причем инициирование производится разновременно, сначала взрываются контактные линейные заряды, а затем с замедлением не менее 25 мс - центральный. Контактные заряды видоизменяют сечение контура шпура, приближая , его по Форме к эллиптической. По местам выемок в контуре шпура создают плоскость раскола горных пород. В качестве контактного линейного заряда можно использовать детонирующий шнур. Для того, чтобы не произошла мгновенная детонация контактных линейных зарядов и центрального предусматривается демпферная прокладка, к которой привязывается ДВ. Центральный заряд имеет зазор между стенкой шпура, он по длине кожет быть рассредоточенный -заряд типа "гирлянда" или сплошной - шланговый. '

Для определения квазистатического давления продуктов взрыва заряда КЛКЗ на стенки шпура эллиптического сечения необходимо установить отдельно давление продуктов взрыва центрального заряда и ДВ. С этой целы* нами изучались параметры взрыва центрального заряда, представляющий собой рассредоточенный -типа "гирлянда" и сплошной - шланговый.

На основании адиабатического закона расширения продуктов взрыва и истечения их в воздух, а также предполагая, что объем зарядной полости остается постоянным до и при взрыве, давление на стенку юлура при взрыве заряда типа "гирлянда", в случае равенства количества зарядов и промежутков между ними, имеет следующий вид:

где Рн - начальное давление продуктов взрыва. НПа> с/у, а/*, - диаметры соответственно заряда и шпура. мм>

- относительная длина промежутка заряда КС - длина промежутка между зарядами, ^ - длина заряда) & - показатель политроны (и ■ 3).

Для центрального заряда, представляющего собой сплошной шланговый, будем иметь:

-- ЯМ/</- )'"= " (■")

Таким образом давление на стенку ипура при взрыве сплошного плангового заряда по сравнении с зарядом типа "гирлянда" увенчивается на величину относительного промежутка заряда в п-оП :тепени.

■ Оценим величину выемки в стенке шпура при вэриве линейного контактного заряда Д1И. На основании адиабатического закона Расширения продуктов взрыва, а также используя зависимость за-гухания волнч напряжений в массиве горних пород с расстоянием 5Т места взрыва, полученную Селбяргом, Куттером и Ферхюрстом, величину глубины выемки в стенке шпура можно определить по :ледующей Формуле :

где - радиус ипура, мм; К - коэффициент изоэнтропы

(К»1,3); Kf- коэффициент преломления волны напряжений к " Vff+SA* ' Мяш/frC)J

J/fw, S плотности соответственно заряжения ВВ в ДШ и породы, в которой производится взрыв, кг/м ; С - скорости соответственно детонации ДШ и продольной упругой волны в породе, м/с! Рд - детонационное давление ДШ, МПа! П, ~ коэффициент политропы (д-З),^- предельное значение образца породы на одноос-. ное сжатие, МПа:5Г- показатель затухания сжимающих напряжений ударной волны в породе. Глубина выемки на контуре шпура при взрыве контактного линейного заряда типа ДШЭ-6 диаметром 6 мм для условий колчедано-медно-цмнховых руд. месторождения "Абмз" при следующих показателях:^» 4,3 . 10 кг/м*: С ■ 5.161 м/ccf" 158,2 МПа, коэффициент Пуассона - 0 ■ 0,21, составляет 10 мм. При взрыве ДШЭ-9 глубина выемки для тех же условий составит 16 мм. Для условий разработки кристаллонссных зон берилла Малы-вевского месторождения, расположенных в диоритовых порФиритах со свойствами: » 3,27.10 кг/м3; О 5000 м/С!й£» 120 МПа »0,23 глубина выемки соответственно для ДИЭ-6 будет 11 мм, а для ДШЭ-9 - 17 мм.

Кваэистатическое давление продуктов взрыва контурного заряда КЖЗ опредилим из адиабатического закона расширения про-

дуктов взрыва и их истечение в воздух, учитывая также давление продуктов от взрыва двух зарядов ДШ. Тогда имеем:

где ¡/¿£ ~ соответственно детонационное давление про-

дуктов взрыва, плотность заряжения, скорость детонации и диаметр центрального заряда (Аде).

Для условий колчеданно-модяо-цинковых руд месторождения "Абыз" было подсчитано давление продуктов взрыва контурного заряда КЛКЗ. которое затем использовалось в расчетах по определении расстояния между смежными контурными шпурами при мгновенном инициировании в них зарядов КЛКЗ. О^до ■ 1096 МПа). В качестве центрального заряда применялся шланговый заряд аммонита 6 ЖВ, а линейного контактного ДШЭ-6).

Для реализации результатов исследований по разработке методов расчета параметров предварительного контурного взрывания с учетом НДС массива горных пород были выбраны два горнорудных предприятия: разрабатывающих месторождения "Абыз" Карагайлинс-кий ГОК и Малышевское рудник. На пожароопасном месторождении "Абыз" контурное взрывание позволит обеспечить лучшую сохранность законтурного массива в процессе очистной выемки камеры и этажа, снизить разубоживание руды и повысить безопасность ведения очистных работ. Контурное взрывание в проекте не предусмотрено. Поэтому мы рекомендовали в проект технологию БВР с применением контурного взрывания для варианта системы разработки горизонтальные слои с закладкой для залежей мощностью более Юме выемкой камер в крест простирания. Проектная технологическая схема предусматривает отработку целиков системой слоевого обрушения после выемки камер в этаже, т.е. выемку целиков будут производить через несколько месяцев или лет после отработки камер. За этот период времени в целиках произойдут необратимые, деформации иэ-за сейсмического действия взрывов при отбойке руды.

При предлагаемой технологии контурного взрывания оконтури-ваищий ряд шпуров бурят на глубину двух слоев на границе с целиком тем же буровым инструментом, что и отбойные шпуры. Процесс оконтуривания целика производят периодически после выемки

[вух слоев. При этом рекомендуется КЛКЗ с центральным шланго-И1М зарядом из гранулита АС-8 диаметром 36 мм в шпуре днамет-юм 42 мм. Расстояние между шпурами следует определять по Фор-|уле (9), а давление в шпуре по Формуле (13). Образование федварительно контурной трещины на границе кбмери снижает :ейсмическое действие от взрыва отбойных шпуров на законтурный гассив целика на 25% в колчедано-медно-цинковых рудах, а в фожилково-вкрапленных рудах - на 23*.

Анализ опита очистных работ при добыче кристаллоснрья на 1алышевском руднике при системе с нисходящей слоевой выемкой юкаэивает, что метод предварительного контурного взрывания гажет быть включен в общий комплекс БВР без существенного избиения технологии отбойки полезного ископаемого. При отработ-кристаллоносных зон заходками шириной до 4 м рекомендован "¡аспорт БВР, при котором в первую очередь взрывают врубовые ипуры. затем - контурные и в последнюю очередь - отбойные.

В зонах с повышенной минерализацией невзорванный массив 1ежду врубовой полостью и экранирующей целью целесообразно разрушать невзривннми способами. Лля образования экранируются аели рекомендуется КЛКЗ, в котором центральный заряд представлен рассредоточенным зарядом низкобризантного ВВ типа угленита < 5 и угленита Э-6. Замедление между взрывом врубооих и контурных зарядов следует принимать не менее 45 мс.

Расчет обшей эффективности показывают, что внедрение предлагаемой суемы БВР с предварительным контурным взрыванием [три подземной разработке месторождения "Абнз" позволит без увеличения затрат на БВР, снизить уиерб от вторичного разубо-сивания руды в 1,5-2 раза. На Малышевском месторождении при внедрении предлагаемой схемы БВР потери- чернового ограночного сырья снизятся в 2-3 раза, а крупность кристаллов вог-растет на 20*.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты исследования, посвященных решению актуальной задачи - обоснованию параметров контурного взрывания с учетом напряженно-деформированного состояния массива горных пород при подземной добыче высокоценных руд и

кристаллосырья.

Работа базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях . а также результатах опытно-промышленной проверю предложенных технологий.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что повышение эффективности регулирования направленного раскола пород по заданному контуру при применении способа предварительного контурного взрывания достигается эа счет ориентации оси шпуров оконтуривающего ряда относительно максимальной составляющей гравитационного поля напряжений и использованием специальных конструкций контурных зарядов.

2. Установлено, что при ориентации оси шпура перпендикулярно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений на контуре шпура круглого сечения возникают тангенциальные напряжения растяжения, способствующие прорастанию магистральной трещины между контурными шпурами при мгновенном взрыве в них зарядов. Рост трещины происходит тем интенсивнее для контура шпура круглого сечения, чем величина сжимающей нагрузки превосходит 20 МПа, а для контура эллиптического сечения при параллельной ориентации большой оси эллипса вектору сжимающей нагрузки рост трещины более интенсивен при сжимающей нагрузке в 15 МПа.

3. Разработан инженерный метод расчета параметров контурного взрывания различных конструкций зарядов, в том числе и предложенного комбинированного линейного контактного контурного заряда (КЛКЗ), учитывающий особенности напряженно-деформированного состояния околокамерного массива горних пород.

А. Разработаны технологические схемы буровзрывных работ при очистной выемке высокоценных руд и кристаллосырья, основанные на использовании специальных конструкций зарядов для контурного взрывания.

5. Применение предварительного контурного взрывания и контурного заряда (КЛКЗ) в колчеданно-медно-цинковых рудах месторождения "Абыз" позволит снизить сейсмическое действие взрывов на законтурный массив в пределах высоты отбиваемого слоя на 25*. а в прохилково-вкрапленных - ка 23*.

6. Внедрение предварительного контурного взрывания с зарядами КЛКЗ позволит осуществить "щадящую" технологии при вы-

— 2 I-

емке участков с повышенной минерализацией на Малышевском руднике.

7. Результаты исследований, представленные в диссертации могут быть рекомендованы для других горнодобывающих предприятий со сходными горно-геологическими и геомеханическими условиями .

1. Сальников В.Л. Обоснование методов снижения потерь руды при взрывной нагрузке с учетом особенностей напряженного состояния массива горных пород. // В кн.I"Новые достижения в науках о Земле". - М.! МГГА. 1993. С. 50.

2. Сальников В.Л. Определение расстояния между контурными зарядами с учетом НДС массива горных пород.//В кн.("Новые достижения в науках о Земле". - М.> МГГА, 1993. С. 105.

3. Сальников В.Л., Прохоренко В.А. Численное моделирование статических и динамических нагрузок на конструктивные элементы системы разработки. В кн.i Материалы III Международного симпозиума "Применение математических методов и компьютерной техники в геологии, горном деле, металлургии и смежных областях". - М.I МГГА, 1993. С. 44.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Vyacheslav Salnikov (Ruaaia)

"S INSTANTIATION FOR PARAMETERS OF CONTOUR BLASTING WITH ALLOWANCE FOR STRESS-DEFORMED STATE OF SOLID ROCK IN SUBSOIL MINING OF VALUABLE ROCKS"

This study is baaed on theoretical and experimental research, uu well a» results of pilot-production verification of the proposed technologies. The main scientific and practical results are as follows:

• use of special ly-designed contour charge* and orienLation of the bore-hole axis in the contour row relative to the maximal component of the gravitational field of stresses;

- an engineering method was developed for calculating coriloui'-blasling parameters and the Combined Linear Contact Contour Charge (CLCCC) was proposed, which takes inLo account the a tress-deforaied slate of the solid rock;

- process schemes of blasting operations were developed. These schemes are based on use of charges designed specially for* cortLour blasting.

1993 г.

Специализированный совет _________

шифр совета

Диссертация Сальникова В.Л. на тему! "Обоснование параметров контурного вэривания с учетом напряженно-деформированного состояния массива горних пород, при подземной добыче высокоценных пород" на соискание ученой степени кандидата наук по специальности 05,15.02 - подземная разработка месторождения полезных ископаемых.

Диссертация выполнена в московской государственной геологоразведочной академии (НУЦ) и Союзе-новаторов и изобретателей (СОНИ).

Научный руководитель - ^шлядат технических наук; доцент ■ Боровков Ь.А.

Защита диссертации состоялась _

Настоящая работа базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях, а также результатах опытно-промыиленной проверки предложенных технология.

Основные научные и практические разработки заключаются в следующем) использование специальных конструкций контурных зарядов и ориентации оси шпуров оконтуривающего ряда относительно Максимальной составляющей гравитационного поля напряжений) разработан инженерный метод расчета параметров контурного взрывания и предложен комбинированный линейный контактно-контурный $гаряд (КЛКЗ), учитывающий напряженно-деформированное состояние Горных пород) разработаны технологические схемы буровзрывных работ, основанные на использовании специальных конструкций зарядов для контурного взрывания.

ВВЕДЕНИЕ . Г.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ НАПРАВЛЕННОГО РАСКОЛА МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПО ЗАДАННОМУ КОНТУРУ

1.1. Анализ методов направленного раскола массива горных пород .-.Т.

1.2. Анализ опыта применения контурного взрывания в условиях

1.2.1. Методы последующего*.оконтуривания горных выработок

1.2.2. Методы предварительного контурного взрывания . Г.

1.3. Систематизация методов контурного раскола массива горных пород

1. 4. Выводы

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА НА ОКРУЖАЮЩИЙ ЗАКОНТУРНЫЙ МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ ЗОНЫ НАПРАВЛЕННОГО РАСКОЛА

2.1. 2.2.

Существующие теории разрушения горных пород взрывом

Анализ теорий процесса образования направленной трещины при контурном взрывании

2.3. Методы регулирования действием взрыва зарядов ВВ при контурном взрывании

2.4. Анализ современных конструкций зарядов для контурного взрывания .*г.

2.5. Оценка влияния динамических нагрузок при взрыве контурного заряда на НДС законтурного массива горных пород

2.5.1. Напряженное состояние массива горных пород вокруг шпура круглого сечения

2.5.2. Напряженное состояние массива горных пород вокруг шпура эллиптического сечения

2.6. Оценка влияния динамических нагрузок при взрыве смежных контурных зарядов на НДС массива горных пород

2.6.1. НДС массива горных пород при взрыве зарядов обычной конструкции, расположенных в шпурах круглого сечения

2.6.2. НДС массива горных пород при взрыве зарядов обычной конструкции, расположенных в шпурах эллиптического сечения . . ."г.

2.7. Выводы

ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА ПРИ КОНТУРНОМ ВЗРЫВАНИИ В СТАТИЧЕСКИ НАПРЯЖЕННЫХ МАССИВАХ ГОРНЫХ ПОРОД

3.1. О влиянии НДС массива горных пород на показатели взрывных работ .<.

3.2. Напряженно-деформированное состояние массива горных пород вокруг горных выработок

3.2.1. Распределение напряжений вокруг горизонтальной выработки круглого сечения в условиях одноостного сжатия

3.2.2. Распределение напряжений вокруг горизонтальной выработки круглого сечения в условиях двухосного сжатия .т.

3.2.3. Распределение напряжений вокруг горизонтальной выработки эллиптическго сечения

3.3. Оценка напряженного состояния массива горных пород вокруг отверстий при совместном действии статического и динамического (взрывного) силовых полей

3.3.1. Напряженное состояние массива горных пород вокруг шпура круглого сечения

3.3.2. Напряженное состояние массива горных пород вокруг шпура эллиптического сечения

3.4. Оценка влияния совместного действия гравитационного статического и динамического полей напряжений на НДС массива горных пород при взрыве смежных контурных зарядов

3.4.1. НДС массива горных пород при мгновенном взрыве зарядов ВВ в смежных контурных шпурах круглого сечения и двухосной нагрузке статического поля напряжений . . . 3.4.2. НДС массива горных пород при мгновенном взрыве ВВ в смежных контурных шпурах эллиптического сечения

3.5. Моделирование контурного взрывания при методах направленного трещинообразования в напряженной среде .Vт.

3.5.1. Моделирование одновременного взрыва зарядов в контурных шпурах круглого сечения

3.5.2. Моделирование одновременного взрыва двух смежных зарядов в контурных шпурах эллиптического сечения

3.6. Исследования влияния НДС массива горных пород на параметры контурного взрывания в производственных условиях

3.7. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ

ЗАРЯДОВ ДЛЯ КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ

4.1. Действие линейных рассосредоточенных зарядов типа "гирлянда"

4.2. Действие линейных шланговых зарядов

4.3. Теоретические предпосылки обоснования конструкции комбинированного линейного контактного заряда для направленного раскола горных пород .Т.,.

4.4. Обоснование эффективной конструкции комбинированного линейного контактного контурного заряда для направленного раскола массива горных пород при очистной выемке

4.4.1. Предлагаемая конструкция контурного заряда при шпуровой отбойке

4.5. Выводы

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ПРИ ДОБЫЧЕ ЦЕННЫХ РУД И КРИСТАЛЛОСЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО

КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ ./г^ГТГ??^

5.1. Введение

5.2. Разработка технологически схемы буровзрывных работ при восходящей слоевой выемке на месторождении Абыз

5.2.1. Сведения о геологии и Физико-механических свойствах руд и пород

5.2.2. Технологическая схема очистных работ

5.2.3. Рекомендуемая схема БВР при очистной выемке с применением контурного взрывания

5.3. Разработка технологической схемы БВР при нисходящей слоевой выемке с закладкой

5.3.1. Применяемая технология БВР при добыче кристаллосырья на Малышевском руднике

5.3.2. Рекомендуемая технология БВР при нисходящей выемке

5.4. Технико-экономическое обоснование применения предварительного контурного взрывания при выемке ценных руд и кристаллосырья системами горизонтальные слои с закладкой .7.\

5.5. Выводы .\<f.

Эффективное освоение минерально-сырьевых ресурсов, разработка ресурсосберегающих технологий при подземной добыче руд неразрывно связаы с дальнейшим совершенствованием технологии очистных работ.

Внедрение контурного взрывания может внести значительный вклад в повышение эффективности подземной добычи высокоценных руд и кристаллосырья.

Анализ мирового опыта внедрения контурного взрывания в подземных условиях показывает, что этот метод направленного раскола горных пород получил, в основном, распространение при проведении выработок различного назначения в гидротехническом строительстве, сооружении транспортных туннелей, горнорудной и угольной промышленностях.

При очистных работах в подземных условиях, в горнорудной промышленности известны лишь единичные примеры применения контурного, в основном, предварительного взрывания.

Анализ опыта контурного взрывания при очистной выемке указыает на большие перспективы его использования для снижения потерь и разубоживания руды.

Предварительное контурное взрывание позволяет создавать на границах очистного пространства экранирующие поверхности, препятствующие проникновению взрывных волн в законтурный массив горных пород. Наличие дополнительных свободных поверхностей, снижая нарушенность законтурного массива, в тоже время способствует интенсификации откольных явлений в рудном массиве при взрыве отбойных шпуров и, следовательно, лучшему дроблению руды.

Широкое применение контурного взрывания на очистных работах при подземной добыче руд сдерживается отсутствием эффективных и, в тоже время, простых в конструктивном отношении контурных зарядов; недостаточной изученностью процесса направленного трещинообразования в специфических подземных условиях. Так, например, в расчетах параметров контурного взрывания не учитывается естественное напряженно-деформированное состояние раскалываемого массива горных пород.

Поэтому разработка новых технологий контурного взрывания, учитывающих специфические особенности направленного трещинообразования при подземной добыче руд, является актуальной задачей.

Идея работы■ Регулирование направленного раскола горных пород, начиная с границ взрывной полости, обеспечивается за счет учета ориентации вектора максимальной сжимающей составляющей гравитационного поля напряжений оси взрывной полости и применения специальных конструкций контурных зарядов ВВ, обеспечивающих преимущественное направление раскола в заданном направлении .

Научные положения, разработанные лично соискателем и защищаемые в работе:

1. При ориентации оси шпура перпендикулярно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений тангенциальные напряжения растяжения, способствующие созданию направленного раскола горных пород, имеют свои максимальные значения в плоскости контура шпуров:

- круглого сечения в точке пересечения соориентированной оси параллельно вектору сжимающей нагрузки с контуром;

- эллиптического сечения в точке пересечения большой оси эллипса параллельно вектору сжимающей нагрузки с контуром.

Величина напряжений растяжения в указанных точках для обоих сечений равняется величине максимальной сжимающей нагрузки.

2. Заметный рост магистральной трещины на контуре шпура при взрыве в нем контурного заряда начинается с сжимающей нагрузки в 20 МПа для шпуров круглого сечения, что соответствует глубинам при разработке месторождений в равнинной местности более 500 м, а для шпуров эллиптического сечения, начиная с 15 МПа, что соответствует глубинам более 400 м.

3. Расстояние между смежными контурными шпурами круглого сечения при совместном действии квазистатических составляющих динамических полей напряжений, в качестве которых выступают статические давления продуктов взрыва на стенки шпуров при мгновенном инициировании в них контурных зарядов, и статического гравитационного поля напряжений при разработке месторождений в равнинной местности изменяется с глубиной расположения шпуров по гиперболическому закону-в степени 0,5 и зависит от статического давления продуктов взрыва, предела прочности горных пород в массиве на одноосное растяжение и коэффициента бокового распора. С увеличением коэффициента бокового распора, что характерно дя горных пород, обладающих пластическими свойствами, расстояние между контурными шпурами уменьшается. А расстояние между смежными шпурами эллиптического сечения, образуемого взрывом комбинированного линейного контактного заряда (КЛКЗ), с учетом совместного действия квазистатического давления продуктов взрыва и статического поля напряжений увеличивается в 1,5-2 раза для тех же условий по сравнению с расстоянием между шпурами круглого сечения.

4. Глубина выемок (концентратов напряжений) в стенках шпура круглого сечения для образования контура шпура эллиптического сечения при взрыве линейных контактных зарядов типа ДШ зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрыва ДШ, коэффициентов изоэнтроны и преломления ударной волны в породу и обратно пропорционально динамической прочности пород на одноосное сжатие и коэффициента политроны, а также от степени затухания ударной волны в породе.

5. Статическое давление продуктов взрыва контурного заряда (КЛКЗ) зависит прямопропорционально от детонационного давления продуктов взрыва центрального заряда, отношения плотностей и скоростей ДШ и низкобризантного ВВ центрального заряда, а также от величины зазора между диаметрами заряда и шпура, а также от коэффициентов изоэнтроны и политроны.

Методы исследования включают; сбор, обобщение и анализ практического применения контурного взрывания на очистных и подготовительных работах; аналитические исследования на базе теории упругости; лабораторные и экспериментальные в производственных условиях исследования предварительного контурного взрывания; статический анализ; натурные наблюдения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана модель создания плоскости раскола между контурными шпурами круглого и эллиптического сечения, ориентированной параллельно максимальному вектору сжимающей нагрузки природного поля напряжений.

2. Разработана конструкция комбинированного линейного контактного заряда (КЛКЗ) для создания контура шпура эллиптической Формы, состоящая из линейных контактных зарядов высокобризант-ного ВВ типа ДШ, расположенных на противоположных концах у стенок шпура круглого сечения, и центрального заряда низкобризантного ВВ, имеющего радиальный зазор со стенкой шпура. ДШ и центральный отделены друг от друга демпферной прокладкой и разновременно взрываются с интервалом не менее 25 мс.

3. Разработан инженерный метод расчета параметров контурного взрывания различных конструкций зарядов, в том числе и предлагаемого КЛКЗ, учитывающий особенности напряженно-деформированного состояния околокамерного массива горных пород.

4. Установлены зависимости расстояния между смежными контурными шпурами при мгновенном инициировании в них контурных зарядов с глубиной разработки по гиперболическому закону с учетом совместного влияния гравитационного и квазистатической составляющей динамического силовых полей для шпуров круглого и эллиптического сечений.

5. Установлены зависимости по определению статических давлений продуктов взрыва для различных конструкций контурных зарядов (типа "гирлянда" и сплошного шлангового) и предлагаемого КЛКЗ, которые зависят от энергетических параметров применяемых ВВ, зазора между зарядом и стенкой шпура, коэффициентов изоэн-троны и политроны. г

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов подтверждается:

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований технологии предварительного контурного взрывания;

- применением комплексного метода исследований, включающего анализ отечественной и зарубежной практики Ь теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях Г техцико-экономический анализ предлагав.

Научное значение работы заключается в обосновании параметров предварительного контурного взрывания, учитывающих напряженно-деформированное состояние массива горных пород, при очистной выемке высокоценных руд.

Практическая ценность работы состоит в:

- получении решения ряда задач по определению параметров предварительного контурного взрывания с учетом геомеханических особенностей массива горных пород, для которых отсутствуют аналитические зависимости; предложены функциональные зависимости параметров контурного взрывания для очисткой выемки высокоценных руд; .

- разработаны технологические схемы буровзрывных работ при очистной выемке высокоценных руд и кристаллосырья, основанные на использовании специальных зарядов для контурного взрывания.

Реализация работы. Предлагаемые в диссертационной работе технологические схемы ведения БВР: при системе горизонтальные слои с закладкой для медно-цинковых залежей мощностью более 10 м месторожения "Абыз" Карагайлинского ГОКа переданы в технический проект Фирме "Мидас", проектирующей это местороже-ние и нисходящей слоевой выемке кристаллоносных зон на Малышев-ском руднике переданы руководству рудника для проекта отработки горизонта +30 м.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов в Московской государственной геологоразведочной академии (1992, 1993, 1994 гг.); Международном симпозиуме по математическим методам в геологии, геолого-разведке и горном деле (Москва, 1993 г.); технических совещаниях на Малышевском руднике.

Публикации, Основные положения диссертационной рабо ты опубликованы в 3 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на страницах ма

5.5. Выводы.

1. При отработке колчеданно-полиметаллического месторож дения Абыз системами горизонтальных слоев с восходящей выемкой, предварительное контурное взрывание рекомендуется применять для повышения сохранности междукамерных целиков и устойчивости пород висячего бока.

2. Установлено, что с учетом НДС массива горных пород на глубине 100-200 м, расстояние между центрами контурных зарядов предложенной конструкции следует принимать в колчеданно-мед-но-цинковых рудах равным 55 см, а в прожилково-вкрапленных - 50 см.

3. Для условий разработки Малышевского месторождения кристаллосырья слоевой системой с нисходящей выемкой, предложена технологическая схема БВР с применением предварительного контурного взрывания по боковым плоскостям заходки.

Для осуществления "щадящей" технологии добычи кристаллосырья предложена схема БВР, обеспечивающая минимальное воздействие взрыва зарядов ВВ на разрушение кристаллов.

4. Внедрение разработанных технологий БВР на месторождении Абыз позволит снизить ущерб от вторичного разубоживания в 1,5-2 раза и повысить безопасность разработки руд склонных к самовозгоранию .

На Малышевском руднике внедрение предложенной технологии БВР, при выемке заходок, повысило выход неповрежденных кристаллов на 20%.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты исследований, посвященных решению актуальной задачи - обоснованно параметров контурного взрывания с учетом напряженно-деформированного состояния массива горных породу приподземной добыче высокоценных руд и кристаллосырья.

Работа базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях, результатах опытно-промышленной проверки предложенных технологий.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что регулирование направленного раскола горных пород, начиная от границы взрывной полости, обеспечивается за счет учета статического поля естественного напряженно-деформированного состояния законтурного массива и применения предложенных специальных конструкций контурных зарядов ВВ.

2. Установлено, что в условиях близких к одноостному вертикальному сжатию, характерных для околокамерного массива, максимальное прорастание магистральной трещины между смежными контурными шпурами происходит при параллельном расположении плоскости оконтуривания сжимающей нагрузки, превышающей 20 МПа.

3. Выявлено, что приконтурная область вокруг очистного забоя находится в состоянии неравномерного объемного сжатия, из-за чего каждый контурный заряд ВВ работает в различных геомеханических условиях. Это является причиной неполного раскрытия участков магистральной трещины и снижает эффективность буровзрывных работ при контурном взрывании.

4. Разработан инженерный метод- расчета параметров предварительного контурного взрывания, учитывающий особенности напряженно-деформированного состояния призабойного массива горных пород.

5. Разработаны технологические схемы буровзрывных работ при очистной выемке высокоценных руд и кристаллосырья, основанные на использовании специальных зарядов для контурного взрывания.

6. Применение комбинированного линейного контактного контурного заряда ВВ (КЛКЗ) в колчеданно-медио-цинковых рудах снижает сейсмическое действие взрыва на 25%, а в прожилко-во-вкрапленных - на 15,5%.

7. Внедрение предварительного контурного взрывания с зарядами КЛКЗ позволяет осуществить "щадящую" технологию при выемке участков с повышенной минерализацией на Малышевском руднике .

8. Результаты исследований, представленные в диссертации, могут быть рекомендованы для других горнодобывающих предприятий со сходными горно-геологическими и геомеханическими условиями .

1. Азаркович А.Е., ШуйФер М. и. , Тихомиров A.n. Взрывные работы вблизи охраняемых объектов. М., Недра, 1964.

2. Адушкин В.В., Щекин Л.Н. О влиянии горного давления на характер разрушения пород взрывом. В кн.: Проблема разрушения горных пород взрывом, М., Недра, 1967, с. 28-32.

3. Андреев Б.Н. Совершенствование технологии скважинной отбойки руды с учетом характера распределения естественных напряжений в разрушаемом массиве. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Кривой Рог, КГРИ, 1992, С. 17.

4. Баранов Е.Г., Мосинец В.Н. Метод взрывания с предварительным оконтуриванием разрушаемого массива. "Горный журнал", N 8, 1964.

5. Барон Л.И., Турчанинов И.А., Ключников A.B. Нарушение .пород при контурном взрывании. Л., Наука, 1975, с. 339.

6. Баум Ф.А. и др., Физика взрыва, М., Наука, 1975.

7. Баум Ф.А., Григорян С.С., Санасарян Н.С. Определение импульса взрыва вдоль образующей скважины и оптимальных параметров скважинного заряда. /Взрывное дело, вып. 54/11, М. , Недра, 1964.

8. Боровиков В.А. Влияние воздушного кольцевого зазора между зарядом и стенкой шпура на волну напряжений. Новосибирск, Наука, Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, N 5, 1975.

9. Боровиков В.А., Беляцкий В.П. О развитии котловой полости при взрыве сферического заряда в твердой среде. Новосибирск, Наука, Физико-технические проблемы разработки полезныхископаемых, N 6, 1972.

10. Боровиков В.А. и др. О влиянии расстояния между зарядами на эффект взаимодействия встречных полей напряжения. Новосибирск, Наука, Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, N 5, 1974.

11. Борищ-Компониец В.И. Механика горных пород массивов и горное давление. М., 1968.

12. Бротанек И., Вода И., Контурное взрывание в горном деле и строительстве. М., Наука, 1968.

13. Ведутин В.Ф., Березин В.К. Исследование разрушения горных пород взрывом. В кн.: Развитие технологии разработки мощных рудных месторождений, М., МГИ, 1973, с. 305-310.

14. Ведутин В.Ф., Воронов И.Н., Березин В.К. О влиянии предварительного статического сжатия на характер хрупкого разрушения, вызванного взрывом. Изв. вузов. Горный журнал, 1973, N 11, с. 68-72.

15. Гальперин В.Г., Щукин Ю.Г., Кузнецов Г.В., Малых В.А. Исследования и опыт применения методов и средств контурной отбойки на предприятиях цветной металлургии СССР, ЦНИИЦВЕТМЕТ экономики и информации, Москва, 1982.

16. Гоголев М.В., Мыркин В.Г., Пархомов Г.В., Ханукаев А.Н. О ближней зоне взрыва сосредоточенного заряда /Труды V сессии Ученого Совета по народнохозяйственному использованиювзрыва/, Фрунзе, Илим, 1965, с. 50-56.

17. Густафссон Р. Шведская техника взрывных работ. М., Недра, 1977.

18. Давыдов С.А., Поливода H.A. Контурное взрывание на открытых разработках. Сб. "Взрывное дело", 61/18, М. , Недра,1966.

19. Давыдов С.А. Опыт контурного взрывания в гидротехническом строительстве. Сб. "Контурное взрывание". М. , Недра,1967.

20. Динник А.Н. Статьи по горному делу. Применение теории упругости к решению задач, относящихся к проблеме управления кровлей, М. , Углетехиздат, 1957.

21. Друкованный М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. М., Недра, 1974.

22. Друкованый М.Р. и др. Эффективность применения гладкого взрывания в горизонтальных выработках. "Уголь Украины", N 7, 1964.

23. Дубынин Н.Г. и др. Исследование влияния Формы шпура на эффективность взрывания шпуровых зарядов. ФТПРПИ, N 6, 1974, С. 104-105.

24. Ерзиков Г.С., Ковалев И.А. Контурное взрывание на очистных работах. "Цветная металлургия", N 16, 1968.

25. Ефремов Э.И., Харитонов В.Н., Семенюк И.А. Взрывное разрушение выбросоопасных пород в глубоких шахтах. М., Недра,-fg/1979, с. 253.

26. Ибраев Ш.И. и др. Опытное применение оконтуривающего взрывания при очистной выемке жил. "Добыча и обогащение руд цветных металлов", N 11 (52), Алма-Ата, 1964.

27. Jsaakson Е. Rock pressuke in mines. London, 1958.

28. Ито Итиро. Тенденции в развитии техники взрывных работ (в горном деле). Нихон коге кайси, J.Mining and Metallurd. Japan, 1968, 84, N 960, 449-456 (Япон.).

29. Казикаев Д.М. Совместная разработка рудных месторождений. М., Недра, 1967.

30. Kirsch G. Die Thorie der Elastizität and die Bedurfnisse der Festidkeitslehre. Zeitschrieft der Vereines deutscher Jndenienre, 1898, 42, n. 29. c. 797-807.

31. Клочков В.Ф. Зависимость удельного расхода ВВ от гор-но-технических Факторов. Изв. вузов. Горный журнал, 1976, N 5, с. 85-88.

32. Ковалев И.А., Боровков Ю.А. Основы расчета контурного взрывания / Известия ВУЗов, Геология и разведка, деп. в ВИНИТИ, N 5671-81, с. 7.

33. Ковалев И.А., Боровков Ю.А., Холобаев E.H. Задачник по подземной разработке рассыпных месторождений. М., Недра, 1992.

34. Козырев С.А. Повышение эффективности скважинной отбойки руд с учетом напряженного состояния массива. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Ленинград, ЛГИ, 1984, с. 16.

35. Котенко Е.А. Разработки горно-технологического отдела в условиях конверции. Изд. ВНИПИПРОМтехнология, 1992.

36. Котенко Е.А., Агафонов И.М. Технология добычи ценногокристаллоносного сырья. Цветная металлургия, N 2, 1992.

37. Коренистов A.B., Давыдов С.А., Каменка Б.И. и др. Техника безопасности при взрывных работах в энергетическом строительстве. М., Недра, 1980.4Q. Кузнецов Г.В., Улыбин В.П. Контурное взрывание на открытых горных работах. М., "ЦветметинФормация". 1968.

38. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. М., Недра,1972.

39. Кутузов Б.Н. Взрывные работы.М., Недра. 1980.

40. Кучерявый Ф.И., И.А.Лучко. Взрыв и горные технологии. Киев, Наукова думка, 1988.

41. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.М. Разрушение горных пород. М., Недра, 1972.

42. Куцуяма К., Сасса К., Ито И. Исследование оптимальных условий организации взрывных работ и структура разрушений в случае сглаживающего взрыва. "Нихон когекай си", Т. 88, N 1014 (яп) 1972.

43. Кушко С.А. Разработка технологии добычи блоков природного камня на карьере с использованием контактных линейных зарядов в шпурах. Диссертация на соискание ученой степени канд. тех. наук, М., МГРИ. 1991, с. 158.

44. ЛангеФорс У. Кильстрем Б. Современная техника взрывной отбойки горных пород. М., Недра, 1968.

45. Ландесу Л.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М., Госгортехиздат, 1959, с. 405.

46. Левин Б.В. Влияние горного давления на эффективность короткозамедленного взрывания в лавах. В кн.: Взрывное дело,

47. N 59/16, М., Недра, 1966, с. 197-202.

48. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду испособы управления им. М. , Недра, 1976, с. 248.

49. Методические указания по установлению размеров камер и целиков при камерных системах разработки руд цветных металлов, Л., ВНИМИ, 1972.

50. Миндели Э.О. Разрушение горных пород. М., Недра, 1974, С. 600.

51. Миндели Э.О., Вайштейн Л.А., Демчук П.А. Взрывные работы на глубоких горизонтах шахт. Донецк, Донбасс, 1971, с. 96.

52. Миндели Э.О., Филатов В.И., Кусов Н.Ф. и др. К исследованию разрушения статически напряженных сред действием взрыва. В кн.: Взрывное дело, N 67/24, М., Недра, 1969, с. 12-18.

53. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М., Недра, 1976.

54. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушения трещиноватых и нарушенных пород взрывом. М., Недра, 1982.

55. Мостков В.М., Степанов П.Д. Опыт применения гладкого взрывания в туннелях Нуренской ГЭС. "Гидротехническое строительство", N 6, 1963.

56. Мурахин А.Н., Ковалевский В.Н., Нефедов М.А. Особенности образования первичных трещин в процессе разрушения горных пород удлиненными кумулятивными зарядами. (Подземная разработка полезных ископаемых Кольского полуострова. Апатиты. КФ АН СССР, 1985).

57. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М., Наука, 1960, с. 707.

58. Назарчик А.Р. Разубоживание руды при разработке жильных месторождений. Изд. АН СССР, М,, 1960.

59. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов. М., Недра, 1978.- /g<t

60. Нефедов M.A. Направленное разрушение горных пород взрывом. СПб. Изд-во С.-Петербургского университета, 1991.

61. Носков В.Ф. , Комащенко В.Н., Жабин Н.И. Буровзрывные работы на открытых и подземных разработках. М. , Недра, 1982.

62. Орехов Е.И., Антошина А.П., Андреев И.В., Катин К.П., Новомлинцев A.M. Оценка экранирующего эффекта предварительного щелеобразования. "Горный журнал", 1977.

63. Орлов A.M., Добыча и обработка природного камня. М., Стройиздат,1977.

64. Орнатский Н.В. Механика грунтов. М., МГУ, 1962, с.447.

65. Охрименко Н.И. Специальная технология буровзрывных работ в приконтурных лентах с целью повышения устойчивости бортов карьеров. Автореферат кандидатской диссертации, Магнитогорск, 1964.

66. Охрименко Н.И. Технология буровзрывных работ при отстройке устойчивого борта карьера. В сб. "Техника буровзрывных работ", Фрунзе. "Итоги", 1967.

67. Патент России N 1802957, Бюллетень N 10, 1993, соавторы Котомин A.A., Душенок С.А., Здитовецкий A.B. и др.

68. Пейн P.C. и др. Предотвращение перебора породы посредством предварительного щелеобразования по контуру выработки. (Сб. докладов 1У симпозиума по механике горных пород под ред. Н.В.Мельникова), М., 1968.

69. Покровский Г.И. Зависимость Формы действия взрыва от Формы и расположения зарядов /Взрывное дело, N 54/11, М. , Недра , 1964.

70. Попов В.Н. К вопросу расчета заряда при придваритель-ном щелеобразовании на карьерах. Изв. ВУЗов "Горный журнал", 1968.

71. Разрушение напряженных твердых сред взрывом / В.Г.Койлов, И.А.Семенюк, Л.Ф.Черныгин и др. Киев, Наукова думка, 1975, с. 50.

72. Ракишев Б.Р., Бабин Ю.И. и др. Техника и технология добычи гранитных блоков. М. , Недра, 1989.

73. Сб. "Обеспечение устойчивости бортов карьеров цветной металлургии, ЦНИИцветмет экономики и информации. М., 1987.

74. Сон Т.В. Изыскание возможности создания новых конструкций контурных зарядов направленного действия. Отчет НИР, Средазнипроцветмет, Ташкент, 1981, с. 83.

75. Таранов П.Я., Гарцуев Е.М., Гудзь А.Г. и др. Контурное взрывание в угольных шахтах. Изд. "Донбасс", Донецк, 1972.

76. Туринцев Ю.И., Леонтьев В.П., Селивестров А.И. Снижение разрушения массива пород взрывными работами при отработке приконтурных лент. Материалы совещания по вопросам изучения устойчивости откосов на карьерах. Белгород, 1967.

77. Умэтаро Я., Ятаро С. Исследования гЛадкостенного взрывания. "Коге каяку кекийси", N 17, 1967 (яп.).

78. Фадеев А.Б. Прочность горных пород в условиях одноосного и всестороннего сжатия. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, N 3, 1969, с. 15-22.

79. Фадеев А.Б. Расчет скважинных зарядов с позиций волновой теории взрыва (реферат работ Кумао Хино) в сб. "Взрывное дело", N 55/12, 1964.

80. Фадеев А.Б., Картузов М.М., Кузнецов Г.В. Методичесгкие указания по обеспечению устойчивости откосов и сейсмической безопасности зданий и сооружений при ведении взрывных работ на карьерах. JI. 1977. .

81. Фещенко A.A. Контурное взрывание на строительстве Красноярской ГЭС. Сб. "Взрывное дело" 61/18, М. , Недра, 1966.

82. Фещенко A.A., Эристов B.C. Контурное взрывание в гидротехническом строительстве. М., Энергия, 1972.

83. Фугзан М.И. Изучение действия взрыва в предварительно напряженной среде. В кн.: Физико-технические исследования разработки и обогащения руд. М., ИФЗ АН СССР, 1973, с. 29-39.

84. Ханукаев А.Н. и др. Снижение напряженности горного массива с помощью взрывов. М., 1979.

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

86. Шемякин Е.И. О волнах напряжений в прочных горных породах. ПМТФ, N 5, 1963.