автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Повышение эффективности буровзрывных работ приоткрытой угледобыче на основе применения комплексамалозатратных способов и средств

Рч.

05

сх Н? О

СО г^ {_ О)

На правах рукописи

I

ДЕНИСОВ Сергей Егорович

Повышение эффективности буровзрывных работ при открытой угледобыче на основе применения комплекса малозатратных способов и средств

Специальности:

05.15.11 - "Физические процессы горного

производства" 05.15.03 - "Открытая разработка

месторождений полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по добыче полезных ископаемых открытым способом (НИИОГР)

Научные консультанты: -д.т.н., проф. Галкин Владимир Алексеевич -д.т.н, проф. Ташкинов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: -Д.Т.Н., проф. Бирюков Альберт Васильевич -Д.Т.Н., проф. Маляров Игорь Павлович -Д.Т.Н., Ермолаев Вячеслав Андреевич

Ведущая организация - Угольная Компания "Южный Кузбасс"

Защита диссертации состоится " &_1997 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д 063.70.02 в Кузбасском . Государственном техническом университете (650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского Государственного технического университета.

Автореферат разослан «ЗОи 1997 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, просим направить в адрес совета

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А.С. Ташкинов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные рыночные условия создали предпосылки энергичной инновационной деятельности, так как она позволяет повысить конкурентоспособность горнодобывающего предприятия. Отказ предприятий от централизованного, планового внедрения научных разработок и возможность выбора наиболее привлекательного товара для конкретных нужд ведет к переходу горной науки на рыночный уровень эффективности, пересмотру ее основных положений. Богатейшие теоретические разработки должны быть реализованы и давать эффект.

Одной из причин некачественного ведения взрывных работ является отсутствие надежного и доступного в производственных условиях способа получения информации о состоянии массива горных пород. Поэтому проблема информационного обеспечения комплекса БВР представляется актуальной.

Важнейшей задачей, стоящей перед горнодобывающим предприятием, является обеспечение его конкурентоспособности, что невозможно без значительного снижения издержек. В настоящее время доля затрат на БВР в себестоимости добычи угля достигает 15%. Снижение издержек требует значительных капитальных вложений, а большинство угледобывающих предприятий зачастую не имеют средств на обновление техники. Поэтому достаточно остро встает вопрос разработки новых технических и технологических средств, которые позволили бы без крупных капитальных вложений значительно снизить затраты на ведение БВР.

Анализ также показал что существует взаимосвязь между затратами на научно-исследовательские работы (НИР) и простоями основного технологического оборудования из-за некачественной подготовки забоя. Так, снижение финансирования на НИР в 1983 г. по сравнению с предыдущим годом на 55 % повлекло за собой увеличение простоев в 1984г. на 71 % и экономического ущерба на 48 % Расчеты показали, что 1 руб., вложенный в НИР по тематике БВР в 1989 г. дал экономический эффект 55 руб. Поэтому исследования, направленные на повышение эффективности БВР за счет снижения затрат на их производство приобретают особую актуальность в условиях рыночной экономики.

Диссертационная работа основана на материалах и результата;, исследований, выполненных автором в течение 1980-1997 гг., проводимых

лабораторией карьерной геологии и лабораторией взрывных работ НИИОГР по отраслевым комплексным программам Минуглепрома СССР и компании АО "Росуголь" (№ гос. per. 01880010851, 01.85.0027814, 01.89.0038733 и др.).

Цель работы заключается в создании малозатратных способов и средств, обеспечивающих оперативное получение информации о свойствах пород в условиях производства, повышение эффективности взрыва и уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду от взрывных работ.

Основная идея работы заключается в использовании: литолого-генетических факторов для оперативного определения показателей свойств горных пород; эффекта кумуляции для увеличения скорости детонации ВВ и эффективности взрыва; воды, как реагента, для получения окислителя, преобразующего ядовитые газы в нейтральные.

Это в конечном счете будет способствовать снижению затрат на ведение буровзрывных работ, себестоимости добычи угля и повышению конкурентоспособности предприятия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В группе основных факторов литогенеза (состав цемента, степень выветрелости, литологическая, фациальная и циклическая принадлежность) доли факторных дисперсий в общей вариации значений показателей физико-механических свойств пород (пределы прочности при сжатии и растяжении, скорость продольной волны, контактная прочность, абразивность) составляют Ю-40%-

2. При систематизации данных о физико-механических свойствах горных пород исключение влияния факторов литогенеза снижает вариацию значений показателей на 15-45%.

3. Между показателями физико-механических свойств пород (объемная масса, пределы прочности при сжатии и растяжении, скорость распространения продольной волны) и факторами литогенеза (состав цемента, степень выветрелости, литологическая, фациальная и циклическая принадлежность) имеется тесная корреляционная связь (множественный коэффициент корреляции 0,6-0,8), адекватно описываемая неполным полиномом второй степени.

4.Для каждого типа ВВ имеется свой оптимум содержания воды во вторичных реакциях, обеспечивающий минимальное образование ядовитых газов в продуктах взрыва: для тротила - 16%; граммонита 79/21 - 0,7%; граммонит 30/70 -6%, грашшоров: БП-1 - 9,8%, БП-3 - 12%, граммонита УП - 3,1%.

5. Использование ампул - контейнеров с водой, помещенных в заряд ВВ с отрицательным или нулевым кислородным балансом, позволяет снизить концентрацию оксидов азота на 22%, окислов углерода на 42%, пыли в 2,5 - 6 раза.

6.Использование эффекта кумуляции в промежуточных детонаторах при детонации скважинного заряда позволяет снизить массу боевика на 10-20%, величину рационального расхода ВВ на 5-10%.

7.Максимальньш эффект действия кумулятивного промежуточного детонатора обеспечивают следующие его параметры: масса 630-650 грамм, угол раскрытия кумулятивной струи 43-45°.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются

•представительным объемом экспериментальных исследований; •согласованностью теоретических положений с результатами экспериментальных

исследований; •экзаменами прогностических уравнений и моделей;

•сходимостью результатов опытно -промышленных испытаний разработанных

способов и средств производства БВР с их ожидаемыми значениями; •положительными результатами внедрения научных разработок.

Научная новизна работы:

1.Доказано, что доля влияния факторов литогенеза в общей вариации значений показателей физико-механических свойств горных пород составляет 10-40%.

2.Установлены взаимосвязи между показателями физико-механических свойств горных пород и литолого-генетическими факторами, определяемыми визуально или простейшими средствами.

3.Выявлено, что исключение влияния факторов литогенеза снижает вариацию физико-механических свойств пород на 15-45%.

4.Доказано, что применение ампул-контейнеров с водой, помещенных в заряд ВВ с отрицательным или нулевым кислородным балансом, позволяет снизить концентрацию оксидов азота на 22%, окислов углерода на 42%, пыли в 2,5 - 6 раз.

5.Впервые разработан метод, позволяющий определить для каждого ВВ количество воды, обеспечивающее минимальное образование ядовитых газов.

6 .Впервые разработана вероятностно-статистическая модель, позволяющая рассчитать геометрические параметры кумулятивных детонаторов с максимальным эффектом действия. 7.Выявлено, что использование эффекта кумуляции в промежуточных детонаторах повышает его работоспособность на 10-20%.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований позволяют:

•оперативно прогнозировать физико-механические свойства и трещиноватость

горных пород по внешним признакам; •классифицировать горные породы при снижении вариации классификационных признаков;

•районировать массивы горных пород угольных месторождений по буримости и взрыв аемости;

•обосновывать конструкцию заряда ВВ, обеспечивающую снижение экологического

загрязнения окружающей среды; •разрабатывать составы смесевых ВВ с регулируемой добавкой воды,

обеспечивающие снижение экологической нагрузки от взрывных работ; •разрабатывать компьютерную систему проектирования, организации и управления комплексом БВР;

•разрабатывать и внедрять кумулятивные промежуточные детонаторы повышенной мощности.

Реализация работы. Разработанный метод оперативного геолого-статистического прогнозирования положен в основу "Методики вероятностно-статистического прогнозирования физико-механических свойств и трещиноватости пород для проектирования рациональных параметров буровзрывных работ". На

основе нового способа определения взрываемости горных пород разработано "Методическое руководство по проектированию параметров БВР на разрезах ПО "Экибастузуголь" с учетом физико-механических свойств и естественной трещиноватости вскрышных пород". Методическое руководство прошло проверку и используется на разрезах "Северный", "Степной" (АО "Экибастузуголь")', "Ангренский", "Сулюктинский" (ПО "Средазуголь"), "Листвянский", "Сибиргинский" (УК "Южный Кузбасс"), "Черемховский" (АО "Востсибуголь").

Внедрены на разрезах "Северный", "Степной" (АО "Экибастузуголь"), "Сибиргинский" (УК "Южный Кузбасс"), "Черемховский" (АО "Востсибуголь") компьютерные системы проектирования, организации и управления комплексом БВР.

Технология газопылеподавления, основанная на применении особой конструкции заряда, использовалась на разрезе "Восточный" АО"Экибастузуголь" и разрезах УК "Южный Кузбасс".

Разработанные кумулятивные промежуточные детонаторы ВПД-650 и ВПД-330 применяются на разрезах АО "Экибастузуголь" (31 тонна), УК "Южный Кузбасс" ( 1 тонна), карьере АО "Молибден" ( 1 тонна).

За разработку расчетной линейки взрывника автор удостоен серебряной медали ВДНХ СССР.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на конференции молодых ученых Минуглепрсма СССР (Челябинск, 1982 г.), на конференции "Научно-технический прогресс в области буровзрывных работ на разрезах" (Челябинск, 1986 г.), на научно-техническом семинаре "Микропроцессорные системы обработки информации и управления" (Челябинск, 1987 г.), на международном научно-техническом совещании "Взрыв-96"(Качканар), на международной конференции "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами"(Челябинск, 1996г.), на международном научно-техническом совещании "Взрыв-97"(Междуреченск), на научных семинарах отделения открытого способа добычи угля ИГД им. А.А.Скочинского (1986-1992 гг.), на заседаниях Ученого совета института НИИОГР (1985-1997 гг.), на техническом совете АО "Росуголь", на технических советах ПО "Экибастузуголь" (1981-1994 гг.), концерна "Кузбассразрезуголь" (1992г.), АО "Костомукшский ГОК" (1992 г.), УК

"Южный Кузбасс" (1995г.), АО "Соколовско-Сарбайское ГПО" ( 1995 г.), на многи разрезах отрасли.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 научны . работ, в том числе 1 монография и 3 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертация объемом 289 страниц машинописного текст состоит из шести глав, содержит 63 рисунка, 86 таблиц, списка использованно] литературы из 192 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведенные исследования базируются на работах многих ученых. ] области теории и практики буровзрывных работ большой вклад внесли исследовани. В.В. Ржевского, Н.В. Мельникова,. М.А Лаврентьева, Л.И. Барона, Г.П. Демидюка, Е.Ъ Туруты, А.Н. Ханукаева, Б.Н. Кутузова, Ф.А. Баум, А.Ф. Суханова, Е.Г. Баранова Н.Ф. Кусова, Б.Д. Росси, Н.Я. Репина, В.А. Падукова, МФ. Друкованного, А.С Ташкинова, В.Д. Буткина, Ф.И. Кучерявого, A.B. Бирюкова, И.А. Паначева, И.Г Малярова, Э.О. Миндели, В.П. Мосинца, Б.Р. Ракишева, В.К. Рубцова, H.H. Казакова Э.И. Ефремова, И.А. Тангаева, В.М. Сенука, Н.П. Сеинова, И.Ф. Жарикова, B.V Пшеничного, A.B. Шалурина, Н.М. Студинского, В.Х Пергамента, С.Н. Журкова.

Определению и прогнозированию физико-механических свойств ] трещиноватости горных пород посвящены работы таких ученых, как С.Е. Чирков, Г.£ Новик., Дж. Девис, Б.В. Смирнов, М.И. Койфман, КВ. Руппенейт, Г.К. Бондарик,Е.1 Лодус, В.Д. Ломтадзе, Л.В. Шаумян, В. М. Мазаев, Г.В. Тохтуев, Л.А. Ярг, ДА Родионов, Г.Г. Штумпф, В.А. Шаламанов, P.A. Такранов, С.И. Малинин, М.К Аксиненко, В.Е. Ольховатенко, О.Г. Латышев, Л.И. Ботвинкина, О.С. Алферов, Е.Т. Ильницкий, Г.А. Никитина, И.И. Протопопова, , Г.А. Бахтин, и др.

В решение проблемы снижения экологического загрязнения окружающе] Среды при взрывных работах внесли П.Б. Бересневич, В.А. Михайлов, A.A. Моор В.Ф. Анисичкин, П.И. Балкова, М.Г. Беленькая, A.A. Благовидов, Ф.Г. Гагауз, ЮА Гостинцев, A.A. Турин, К.С. Подвысоцкий, И.Г. Соколов и др.

Несмотря на успехи в области взрывной подготовки горных пород, до настоящего времени затраты на БВР в себестоимости угля довольно высоки. Это объясняется тем, что недостаточно эффективно информационное обеспечение, при развитии которого предоставляется возможность оперативного снижения издержек на основе динамичного управления комплексом ВВР.

Поставленная цель достигается решением следующих задач: •развить знания о влиянии литолого-генетических факторов на физико-

механические свойства и трещиноватость горных пород; •разработать способ прогнозирования свойств пород, обеспечивающий оперативную

оценку их взрываемости в производственных условиях; •разработать компьютерную систему проектирования организации и управления

буровзрывными работами; •разработать методы снижения выброса ядовитых газов и пыли при взрыве; •разработать детонаторы, обеспечивающие повышение эффективности взрыва.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИТОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Анализ методик расчета параметров БВР показывает, что полную характеристику массива обеспечивают такие показатели свойств пород как объемная масса (у), пределы прочности при сжатии (стсж), растяжении (ор), сдвиге (асд), контактная прочность (Рк), абразивность (а), скорость продольной волны (Ср), акустическая жесткость (А), интенсивность (с!е) и ориентировка трешин.

Изучение эмпирических функций распределения показателей свойств пород выявило, что дифференциальные функции нормального и логнормального законов не совсем точно описывают гистограммы значений показателей свойств пород. Особенно большое расхождение наблюдается в правой части. Во всех без исключения случаях теоретические частоты последнего интервала разбивки значений показателей оказались ниже, чем у эмпирического распределения. У предпоследнего интервала такая закономерность проявилась в 80% всех случаев.

Сравнение критериев согласия показало, что при использовании закона Пирсона точность аппроксимации по сравнению с нормальным и логнормальным законами повышается на 10-15%.

Изучение функций распределения показателей физико-механических свойств и трещиноватости горных пород показало, что форму кривой, аппроксимирующей эмпирические распределения, определяют такие геологические факторы как выветривание и степень карбонатности цемента.

Вьюетрелые породы обладают не только меньшим математическим ожиданием изучаемых показателей, но и меньшей дисперсией по сравнению с невыветрелыми разностями. Так дисперсия показателей предела прочности при растяжении выветрелых песчаников с глинистым цементом почти в 3 раза ниже, чем у невыветрелых. Наибольшее понижение дисперсии при выветривании наблюдается у показателей предела прочности при растяжении, а наименьшее - у показателей предела прочности при сжатии.

Выветривание пород влияет на асимметрию распределения показателей контактной прочности. Алевролиты выветрелые увеличивают правостороннюю асимметрию, а песчаники меняют левостороннюю асимметрию у невыветрелых разностей на правостороннюю у выветрелых.

Повышение степени карбонатности цемента также, в основном, повышает дисперсию показателей физико-механических свойств горных пород. Особенно четко это наблюдается у выветрелых разностей.

Для выбора информативных признаков была решена задача, заключающаяся в нахождении необходимого числа факторов и оценки их значимости в формировании свойств осадочных пород. Решение поставленной задачи осуществлялось определением значимости влияния факторов с помощью дисперсионного анализа.

В результате установлено, что значения показателей физико-механических свойств определяют такие факторы, как состав цемента, степень выветрелости, фациальная обстановка осадконакопления и принадлежность к стратиграфическому разрезу. Результаты анализа приведены в табл. 1.

Изучение закономерностей проявления трещиноватости горных пород в условиях угольных месторождений страны (зона открытых горных работ)позволило выявить, что блочность массива зависит, в основном, от следующих геологических факторов: литолошческая принадлежность породы, состав цемента, мощность литологического слоя, выветрелость пород и тектонические нарушения.

Зависимость диаметра естественного блока (с!е ) от литологического состава обломочных и глинистых пород можно представить следующей эмпирической формулой:

с1е = 1,135 - 0,242х, М (1)

где х -литологический тип породы (для песчаников х=1, алевролитов-2, аргиллитов х=3, углистых аргиллитов х=4).

Таблица 1

Определение удельного веса влияния факторов литогенеза на физико-механические свойства горных пород

Факторы

Показатели Состав цемента Принад- Фациаль- Литологи- Степень выветро-

лежность к циклу ная принадлежность ческий тип лости

Объемная масса 0,007 -—(3) 22,1 0,003 , --(4) 9,7 0,06 -(2) 20,4 0,01 — Ш 40,1 0,002 —-'5) 7,7

Предел прочности 99,7 -(1) 50,5 17,3 — (5) 8,8 14,5 ТГ(4) 7,2 25,7 — (3) 13,0 З7;е — (2) 19,0

при сжатии

Предел прочности при растяжешм 7,43. 3,12 — 3) 15,4 1,57 --(5) 7,7 2,11 — (4) 10,4 6,09 — (2) 30,0

Сцепление 10,9 — (1) 45,1 3,64 — (3) 15,0 1,43 5,9 1,21 — (5) 5,0 7.0 -(2) 28,9

Контактная прочность 5,08 — (2) 28,6 2,04 — (4) 11,5 I,98 — (5) II,1 2,83 — (3 15,6 30,8

Абразивность 0,14 — (5) 0,5 13,9 14,8 — (1) 47,В ~~(2) 32,6 1,6 — (4) 5,2

Скорость продольной волны 109,0 —-(1) 38,3 40,8 — (4) 14,3 17,7 — <3) 6,2 47.6 — (3) 16.7 69,7 — (2) 24,5

Примечание^ в числителе - коэффициент детерминации; в знаменателе - удельный вес влияния фактора(%), в скобках - место влияния фактора).

Для установления взаимосвязи интенсивности трещиноватости и мощности слоя горных пород на Сибиргинском разрезе был проведен промышленный эксперимент, результаты которого приведены в табл. 2. Из данных таблицы видно, что мощность слоя значимо влияет на интенсивность трещиноватости горных пород.

Таблица 2.

Зависимость диаметра естественной отдельности от мощности слоя

.Цитологический Вид уравнения линии регрессии, м. Корреляционное

тип породы • отношение

песчаники с!е=0,648+0,0612 ш 0,698

алевролиты ёе=0,287+0,0536т 0,734

аргиллиты и углистые аргиллиты с1е=0,0866+0,0729т 0,683

Исследования по выявлению литолого-генетических факторов, оказывающих влияние на свойства пород позволяют обосновать классификационные признаки. Из табл. 1 видно, что важнейшими факторами являются состав цемента, степень выветрелости и литологическая принадлежность. Критерием однородности групп пород по данным классификационным признакам служит коэффициент вариации (К,). Результаты использования такой методики классификации приведены на рис.1. Верхняя линия графика представляет значение К^ при разделении генеральной совокупности на литологические типы пород.

Разделение выборки по степени карбонатности цемента на три группы дало значительное уменьшение разброса данных. Дальнейшее разделение выборки по степени выветривания на пять классов также дало повышение стабильности показателей (нижняя линия графика). Применение подобной методики позволяет снизить разброс данных на 15-45%. Наибольший эффект достигается у показателей, имеющих наибольшую первоначальную изменчивость. Так, коэффициент вариации предела прочности при растяжении удалось снизить с 73 до 25%, а абразивности со 104 до 61%.

В работе дана оценка влияния геолого-генетических факторов на характер взаимосвязи показателей физико-механических свойств пород

Поставленная задача решалась по этапам: обоснование выборок для изучения взаимосвязей; расчет корреляционных матриц; построение схем ветвящихся связей; выбор уравнений связи.

Объемная Скорость Предел Контактная Предел Абразивпость

масса продольной прочности прочность прочности

волны при сжатии при

растяжении

Рис. 1. Анализ показателей физико-механических свойств горных пород:

— О — Коэффицевт вариации по - ■ о 1 Коэффицеит вариации по —Д^Коэффицент вариации по литологии, карбонатности -иггологии и карбонатности литологии

цемента и степени цемента

ныеетрелости

Анализ корреляционных матриц и схем связи позволил сделать следующие выводы:

1. При прочих равных условиях у невыветрелых разностей наблюдается более тесная корреляция между показателями свойств пород.

2. При повышении общей карбонатности у выветрелых пород коэффициенты корреляции уменьшаются, а у невыветрелых повышаются.

3. При понижешш крупности обломочной составляющей корреляция между показателями возрастает.

Наиболее тесная взаимосвязь наблюдается у механических свойств пород. Так, коэффициент корреляции между пределами прочности при сжатии и растяжении достигает 0,60-0,80. Высокая корреляция наблюдается также между механическими и акустическими показателями .

Между показателями физических свойств (у и пористость) также наблюдается значимая связь с коэффициентами корреляции 0,50 - 0,70. Коэффициенты корреляции между физическими и механическими показателями изменяются от 0,30 до 0,60. Несколько меньшая корреляция наблюдается у общей

карбонатности с остальными показателями. Наименьшей связью обладает абразивность пород.

Исследования закономерностей проявления масштабного эффекта прочностных и акустических показателей свойств пород выявило, что на интенсивность его проявления оказывает влияние такие геологические факторы как состав цемента и степень выветрелости пород.

Так, характер зависимости интенсивности проявления масштабного эффекта от общей карбонатности описывается следующим уравнением

и = 0,966 + 0,0367К0, (2)

где и - интенсивность проявления масштабного эффекта,

рассчитываемая по формуле и = —; И0- значение показателя

И

стандартного размера; И- значение показателя необходимого размера.

Вопрос о влиянии анизотропии свойств горных пород на параметры БВР исследовался довольно широко. Однако количественная оценка интенсивности анизотропии по средним арифметическим значениям представляется неполной и не раскрывает всех закономерностей.

В общем случае значение анизотропии представляет из себя корреляционное поле, осями координат которого являются абсолютные значения показателей, полученные при условии приложения воздействующей нагрузки параллельно и перпендикулярно слоистости. За количественный показатель интенсивности. анизотропии для группы пород целесообразно принять не среднее арифметическое значение, а степень отклонения значений показателя от линии изотропности, описываемой зависимостью у=1 (х).

Методы расчета характеристики анизотропии смешанного типа в настоящее время не разработаны. Нашими исследованиями установлено, что смешанный тип анизотропии указывает на то, что выборка неоднородна и ее следует делить по какому-либо геологическому признаку до получения однородности. Описанный метод оценки анизотропии был применен при исследовании физико-механических свойств вскрышных пород разреза "Листвянский". Выявлено, что характер анизотропии предела прочности при сжатии находится в прямой

зависимости от степени карбонатности цементирующей части породы. Так, например, для алевролитов с глинистым цементом доля случаев с плюсовой анизотропией составляет 22%, с карбонатно-глинистым -70% и с карбонатным- 90 %.

Отмеченная закономерность влияния степени карбонатности цемента на характер анизотропии предопределила необходимость разделения литологических типов пород по степени карбонатности на три группы: с карбонатным, карбонатно-глинистым и глинистым цементом. Это позволило в большинстве случаев добиться однозначности вывода о типе анизотропии.

Дальнейшее расчленение групп пород со смешанной анизотропией проводилась по фациальной принадлежности. Выявлено, что положительная анизотропия Ср и отрицательная Рк и сгсж в песчаниках, характерны для их русловых разновидностей. Положительная анизотропия скорости продольной волны присуща карбонатным алевролитам. Благодаря такому разделению все выделенные группы пород приобрели конкретный тип анизотропии. Установлено, что наибольшим коэффициентом анизотропии обладают аргиллиты, а наименьшим песчаники, т.е. наиболее трещиноватые породы обладают и наибольшей анизотропностью.

ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Наиболее сложным вопросом при многомерной классификации является установление однородности выделенного объекта. Имеющиеся критерии (В.И. Пагуровой, Д.А. Родионова и др.) сложны. Основой предложенного метода анализа однородности двух классов, полученных методом главных компонент, является с проверка гипотезы однородности дисперсии по критерию Фишера для каждого показателя свойств. Расчеты позволили выделить пять однородных классов буримости, взрываемости пород .

Современный уровень геологических знаний о механизме формирования свойств пород свидетельствует о том, что исследование пространственной изменчивости и разработка соответствующих представлений о ней должны базироваться на генетической и историко-геологической основе. Со времени осадконакопления до современного состояния породы испытывают ряд глубоких преобразований, происходящих под воздействием различных геологических

процессов, каждый из которых приводит к направленному изменению физико-механических и структурных показателей. Данные выводы допускают решение задачи прогноза свойств пород по комплексу геологических факторов. В качестве последних использовались факторы, оказывающие значимое влияние при формировании свойств пород и определяемые по внешним признакам.

Разработаны три варианта прогнозирования показателей свойств пород:

• корреляционно-регрессионный - по комплексу факторов литогенеза;

• вероятностный - на основе метода распознавания образов;

• по физическим показателям.

Сущность первого метода прогноза заключается в определении показателей физико-механических свойств горных пород по литолого-генетическим факторам. Наилучшим образом зависимости аппроксимируются неполным полиномом второй степени:

у = ^х,г,к,т,с1) =а0 + а^ + Ь1х2+...+ап{1 + Ьпс1\ (3) где у - показатель свойства пород; х,2,к,т,с1 - факторы литогенеза (состав цемента, степень выветрелости, литологическая, фациальная и циклическая принадлежность); а - свободный член.

Отнесение искомой породы к одному из классов на основании комплекса присущих этой породе геолого-генетических признаков лежит в основе прогнозирования свойств пород вероятностным методом (распознаванием образцов). Решающим правилом принята при этом теория Байеса

Определение механических и технологических свойств пород более трудоемко, чем физических. Используя взаимосвязь между этими группами можно снизить затраты на определение трудоемких показателей. Уравнения расчета механических свойств по физическим имеют вид:

у = а0 + 8,*!+.. .+а„х„, у = а0+а,х1+а2х2+...+а„х„ +а„+1х?+а„,2х1х2+...ап:_1х„_1хп + ап,х£, (4)

где ' у - показатель механических и технологических свойств пород; х,(1 = 1,2...,п) - показатель физических свойств пород.

Выполненный экзамен показал, что ошибка прогноза не превышает 13%. Для прогнозирования интенсивности трещиноватости предлагается использовать корреляционную связь между диаметром естественной отдельности

геологическими факторами (литотип, выветривание и мощность литологического слоя). Полученная зависимость имеет вид:

(1, = 0,706 + 0,066х1 - 0,182х2 + 0,0614т, м (5) где х, - степень выветрелости (глубина залегания менее 40 м - х1=1, более 40 м - х,=2); х2 - литологический тип породы (песчаник х2 =1, алевролит х2=2, аргиллит х2 =3, аргиллит углистый х, =4); т - мощность слоя.

Для прогнозирования выхода экстремальных фракций можно использовать полученные зависимости процента содержания фракций от размера диаметра естественной отдельности (табл.3).

В производственных условиях во многих случаях возникает необходимость в оперативной оценке свойств пород. Поэтому автором разработан экспресс-метода прогнозирования физико-механических свойств пород. В данном случае основой определения класса служат три наиболее значимых фактора: литотип породы, степень выветрелости и состав цемента.

Таблица 3

Прогностические уравнения процента выхода экстремальных фракций

Литологический тип Уравнение Коррелляцион.

породы линии регрессии, %. отношения

Песчаник р(>100)=18,5+82,9с1е+14,6с12е г=(<30)=13,7-11,1ае+2,3<12е 0,78 0,84

Алевролит Р (>100)=27,4+109,19с1е+21,4с12 е 2=(<30)=104,2-14,4Ые+44,5с1ге 0,85 0,96

Аргиллит и аргиллит углистый г=(<30)=106,3-145,6с1е+47,8(1:!е 0,69

Для обоснования этих факторов используются диагностические признаки. Такая геологическая диагностика не представляет затруднений для техника-геолога и может быть реализована в производственных условиях (например, при документации борта разреза).

Решающим правилом обоснования класса пород, как и в общем случае, принята теорема Байеса. За гипотезы приняты классы (в соответствии с классификацией пород по взрываемости.

Сущность прогноза заключается в нахождении комплекса литогенетических признаков, по которым по наибольшей апостериорной вероятности определяется группа пород. Последняя и будет являться искомым классом. Показатели свойств пород этого класса определяются по классификационной таблице.

ГЕОЛОГО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ БВР

Сущность лабораторного определения взрываемости горных пород заключалась в дроблении образцов навеской ВВ с последующим, исследованием гранулометрического состава. За показатель взрываемости принят эталонный удельный расход аммонита 6ЖВ, необходимого для создания единицы (м2) вновь образованной поверхности дробленого продукта фракции 0-7мм. Параллельно дроблению каждого образца определялись стСЖ1 у и Ср. По значениям этих показателей полученные результаты группировались по принадлежности к классу прочности. Для каждого класса прочности была установлена регриссионная зависимость эталонного удельного расхода ВВ от показателей свойств пород вида

а =---, кг/м3 (6)

где: qзi - удельный расход ВВ, кг/м3; В, - свободный член; ах,Рх -коэффициенты регрессии; - предел прочности при сжатии, *10! Па; ар -предел прочности при растяжении, *105 Па; Ср - скорость продольной волны, *105 м/с; у- объемная масса породы, т/м3; 1 - класс прочности породы.

Исследования выявили, что доля влияния прочностных свойств на взрываемость пород колеблется от 54 до 88%, в зависимости от класса прочности, а упруто-плотностных показателей - от 12 до 46%. Полученные зависимости не учитывают микротрещиноватость и мелкие дефекты, которые влияют на прочностные и упругие свойства пород. Указанный недостаток устраняется введением поправок на изменение значений этих показателей .

Установлено, что взрываемость пород, естественная блочность которых меньше кондиционного куска (с!е < 0,4 м) зависит в основном только от интенсивности

трещиноватости и заполнения трещин, так как дробление пород на новые поверхности здесь почти не происходит. В то же время исключительно крупноблочные породы (с!е > 1,6 м) можно рассматривать как монолитные тела, взрываемость которых определяется физико-механическими свойствами. Сопротивляемость взрывному разрушению пород с диаметром естественной отдельности от 0,4 до 1,6 м зависит, как от физико-механических, так и от структурных показателей. Таким образом взрываемость всей совокупности пород можно представить тремя видами моделей.

Для первой модели наиболее применима аналитическая зависимость удельного расхода ВВ от степени трещиноватости взрываемого массива предложенная Н.М. Студинским. С поправкой на характер заполнителя трещин она имеет вид:

(89,5 - 66,4(1 +339,7) +-^-, кг/ма (7)

Л ' 3,092 + 0,128з '

где з - характер заполнителя (з=1 - трещины не заполнены; з—2 -трещины заполнены).

Третья модель взрываемости разработана по результатам экспериментального дробления образцов и описывается зависимостью (6).

Наиболее сложной является вторая модель для оценки взрываемости пород, которая представляет результат суммарного влияния структурных и физико-механических показателей свойств пород. В общем виде вторая модель описывается следующей зависимостью:

= aq3 +вq, кг/м3 (8) где и 17, - модели взрываемости исключительно крупноблочных и исключительно мелкоблочных пород; а и в - коэффициенты влияния физико-механических и структурных показателей для структурных групп пород.

Расчет взрываемости уступа сложного строения предлагается осуществлять методом инерционных масс. Обоснование рациональной техники, бурового инструмента и режимов бурения производится на основе разработанной классификации пород по буримости.. На основе минимизации стоимостных затрат разработана модель расчета рационального удельного расхода ВВ

Чр = -0,206 + 0,53Цэ + 0,219Чэ - + 0+ 1.110К - 0.289К2, КГ/м3 (9)

где qэ- эталонный удельный расход ВВ, кг/м3; К - коэффициент, учитывающий тип ВВ (граммонит 79/21 - К=1; игданит - К=2; граммонит 30/70 -К=3); V - объем ковша экскаватора, м3.

Использование данных по анизотропии трещиноватости пород позволяет рассчитать параметры сетки скважин, обеспечивающие снижение зоны нерегулируемого дробления на 10%.

Разработанный экспресс-метод определения физико-механических и структурных свойств пород вместе с критерием их взрываемости и буримости позволяют проводить районирование месторождения по данным характеристикам. Основой выделения участков по степени сложности взрывного дробления является эталонный удельный расход ВВ, рассчитываемый с помощью вероятностно-статистических моделей по информации о структурно-прочностных характеристиках массива.

В работе приведен пример районирования вскрышной толщи разреза "Черемховский" АО "Востсибуголь". Для этой цели была выполнена геолого-технологическая документация всех вскрышных уступов разреза, разрабатываемых с применением БВР, по всей длине фронта горных работ.

Зарисовка вскрышных уступов осуществлялась через каждые 100м с привязкой к пикетам принятой маркшейдерской сети наблюдений. На каждой точке наблюдения фиксировались все литологические слои, формирующие уступ. На зарисовках отмечались факторы, оказывающие значимое влияние на физико-механические и структурные свойства пород. Последние определялись на основе внешней диагностики. Из технологических факторов фиксировались высота уступа, тип экскаватора и бурового станка, а также азимут простирания фронта горных работ.

Информация о значениях структурных и физико-механических показателей позволяет по вероятностно-статистическим моделям взрываемости определить эталонный удельный расход ВВ для каждого литологического слоя пород, слагающих уступ. Пересчет эталонного удельного расхода ВВ в рациональный осуществляется по установленным зависимостям.

Полученный удельный расход ВВ, а также параметры анизотропии трещиноватости пород, служат основой выбора рациональной технологии взрывания конкретного массива.

Результатом районирования вскрышного массива является альбом карт взрываемости. Ежегодное обновление геологической информации по фронту горных работ позволяет дать целостную картину о взрываемости пород и обеспечить оперативное планирование рациональных параметров ведения БВР. Райотфование вскрышного массива по взрываемости позволяет обосновать годовую потребность и ассортимент взрывчатых материалов. Результаты районирования служат информационной базой БВР.

МАЛОЗАТРАТНЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ИЗДЕРЖЕК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БВР

Для обеспечения надежной информацией о взрываемом массиве и оперативного расчета параметров БВР была разработана линейка взрывника. Она позволяет по данным литолого-генетической характеристики определить физико-механические и структурные свойства горных пород и параметры их взрывной подготовки, обеспечивающие рациональную степень дробления и минимальные приведенные затраты на взрывные работы. Линейка взрывника удобна в обращении и нашла применение у работников служб БВР.

Для повышения эффективности ведения и управления комплексом БВР разработана компьютерная система, основанная на использовании геолого-технолопгческой модели месторождения и пакета прикладных программ. Функциональная схема системы представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема автоматизированной системы управления параметрами БВР

Одним из путей снижения затрат на БВР является повышение эффективности взрыва. В процессе исследований . установлена возможность получения более высоких результатов взрывного дробления горной массы за счет применения скважинных зарядов, инициируемых высокомощными кумулятивными промежуточными детонаторами. В связи с этим возникла необходимость разработки их конструкции, создания опытного производства и испытаний в промышленных условиях.

Аналитический способ определения оптимальных параметров кумулятивных детонаторов, позволил рассчитать скорость кумулятивной струи (начальную скорость инициирования заряда) при различных углах раствора детонации.

Ve = 2Д sin у «g у = 2Д cos I" , м/с (10)

где а - угол раствора кумулятивной струи, град; Д - скорость детонации

ВВ, м/с.

Анализ зависимости показывает, что угол раствора 45° обеспечивает двойное приращение скорости детонации.

На основании выводов Р. Шаля получена следующая формула расчета критического угла (акр) раскрытия детонатора, обеспечивающего реализацию сплошной кумулятивной струи и эффект кумуляции

акР = arctgCT sin y / 1,2р,), град (11)

где р3 - насыпная плотность заряда ВВ, кг/м3.

Предложенный способ определения параметров кумулятивных промежуточных детонаторов базируется на полигонных испытаниях. При исследованиях изменяемыми параметрами являлись масса детслатора и угол кумуляции. В качестве результативного фактора выступало значение глубины воронки выброса. Взаимосвязь между массой и относительной глубиной воронки выражается следующей формулой

h=4,44e"3 +б,22е"4 п^ -5,12е"7 п^, мм/г. (12)

.Изучение влияния угла раскрытия кумулятивной выемки на повышение мощности детонатора велось на выборке с массой детонатора 450г. Шаг изменения угла раскрытия составил 50. Зависимость между данными параметрами выражается следующей формулой

Ьь=0,186+3,11е"3а - 4,08е"5 а 2, мм/г.

(13)

Научный и практический интерес представляет установление влияния обоих факторов на результативный признак. Проведенный анализ позволил разработать модель расчета параметров кумулятивного детонатора, обеспечивающего максимальный эффект взрыва

Ь=0,216+3,1*10"4а -4,08*10 "в а +6,22*10"5 п^ -5Д2П0"8 п^2 , мм/г. (14) Графическое выражение модели представлено на рис.3. Из графиков видно, что оптимальная масса детонаторов колеблется от 630 до 650г., а угол раствора кумулятивной струи от 43 до 75°. Однако, применение

Рис. 3. Модели расчета параметров детонатора

больших углов технологически невыгодно из-за поломки кромок детонатора. Практика показывает, что наиболее приемлемы следующие параметры: масса - 650г., угол кумулятивной выемки - 43-450.

Разработано два типа детонаторов: ВПД-330 - способные заменить штатные шашки ТГ-500 или Т-400 и ВПД-650, заменяющие боевик из двух штатных шашек). Стоимость изготовления кумулятивных детонаторов не превышает стоимости штатных шашек. Детонаторы ВПД-650 и ВПД-330 испытывались на разрезах АО "Экибастузкомир", УК "Южный Кузбасс", АО "Молибден" и на полигоне завода "Пластмасс". Проведенные испытания показали, что использование таких детонаторов позволяет снизить вес боевика на 20-25% и повысить эффективность взрыва на 10-15%. К настоящему моменту произведено и реализовано 33 т.

детонаторов ВПД-650. На заводе "Пластмасс" смонтирована линия для производства этих детонаторов.

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Одной из составляющих затрат БВР является экологический ущерб, наносимый окружающей среде. Наблюдается тенденция роста штрафов за экологическое загрязнение. Имеющиеся способы снижения вредных выбросов от взрывов требуют больших затрат и по этой причине не всегда применяются. Для создания более дешевого способа борьбы с вредными выбросами проведены исследования, направленные на поиск и применение химических реагентов, которые реагируя с продуктами взрыва позволяют получать менее токсичные газы, и не влияют при этом на качественные характеристики ВВ.

Вода - наиболее простое и доступное средство нейтрализации вредных газов. Широкое распространение получили такие методы, как орошение пылегазового облака и взорванной массы водой, внешняя водяная забойка, гидрогели, гидропасты. Применение данных методов дорого и позволяет нейтрализовать вредные газы лишь на стадии выброса из скважины, хотя до 50% газов адсорбируется на частицах взорванной горной массы и выделяется с течением времени отравляя окружающее пространство. Предлагаемый нами метод борьбы с вредными газами позволяет нейтрализовать их в скважине на стадии образования.

Разработанная методика расчета взаимодействия между продуктами распада ВВ с отрицательным кислородным балансом и добавок различного количества воды позволила установить, что вода выступает как реагент для образования сильнейшего окислителя - азотной кислоты Азотная кислота доокисляет продукты первичного распада ВВ за счет аниона N03". В результате выделяются такие нетоксичные газы, как N2; 02; С02. .

С помощью модели установлено, что различные ВВ оптимальное количество добавки воды, при котором выброс вредных газов будет минимален. На основании этого разработана методика расчета оптимального количества добавки для различных типов ВВ. Расчеты велись для сухих скважин без учета свойств горных пород.

Для расчета количества добавки в ВВ использовался метод Бринкли-Вильсона по написанию реакций взрывчатого превращения, применяемый для

кислородсодержащих промышленных ВВ. Для составления уравнения реакции взрывчатого превращения смесевого ВВ содержание компонентов в 1 кг исходного ВВ выражали в молях и подсчитывали элементарный состав.

На основании расчетов построена графическая зависимость количества выбросов токсичных газов (СО, N0) от содержания воды (рис. 4).

......граммошгг 79/21

-----граммониг 30/70

тротил .. — . - дибааит БП-1 -дибазит БП-3

Вода, Чг

Рис. 4. Зависимость выбросов ьредяых газов (в пересчете на СО) от количества воды в заряде ВВ с отрицательным кислородным балансом

При взрывчатом разложении ВВ с положительным кислородным балансом выделяется избыток воды, которая реагируя с продуктами распада образует ядовитые газы, поэтому для данных типов ВВ необходимы поглотители, в качестве которых могут выступать Са(ОН)г, СаС03, Ка2СОз и СаО. Предложенная методика позволяет рассчитать их оптимальное количество.

Проведенные в Российском ядерном центре ВНИИТФ лабораторные и в шахтах Гайского и Пластовского рудоуправлений полигонные испытания подтвердили теоритические расчеты.

Опытно-промышленные испытания методики снижения экологического загрязнения окружающей Среды от взрывных работ проводились на разрезе "Восточный" АО "Экибастузкомир" и разрезах УК "Южный Кузбасс". Для избежания воздействия воды и химического реагента на заряд ВВ были разработаны и произведены ампулы-контейнеры, оборудованные стабилизатором, обеспечивающим . его центровку в скважине. Применение предложенной методики позволяет снизить выбросы оксида углерода на 42%, оксида азота на 22%, пыли в 2,5-6 раз.

Одним из действенных способов, обеспечивающих полноту детонации и снижения выброса непрореагировавшего ВВ, является использование забойки в скважинах.

К настоящему времени наиболее экономична по затратам и проста по осуществлению технология использования в качестве забоечного материала штыба, образующегося в процессе бурения скважин. Однако при применении такой технологии ухудшается экологическая обстановка из-за увеличения при взрыве выделяемой в атмосферу пыли.

Данная проблема могла бы быть решена применением водонасьпценного штыба. Однако изучение фракционного состава бурового штыба показало, что его быстрое увлажнение и приобретение необходимых связующих свойств возможно только с применением поверхностно-активного вещества ПАВ. Кроме того высокая фильтрационная способность воды приводит к переувлажнению ВВ и снижает его работоспособность, что значительно сужает рамки применения данной технологии.

В настоящей работе рассматривается спиртосульфидная барда (ССБ) в качестве анионоактивного ПАВ, отхода целлюлозно-бумажной промышленности, отвечающей всем критериям ПАВ: дешевизной, хорошей растворимостью в воде, высокой эффективностью, отсутствием отрицательного влияния на технологический процесс и коррозию оборудования; простотой дозирования, хранения и транспортировки и относительной экологической чистотой.

Для разработки рецептуры нового забоечного материала проведены лабораторные исследования по определению свойств раствора ПАВ. Введение в воду 0,5% ССБ снижает скорость фильтрации в 2-2,5 раза, а 1% ССБ в 3 раза.

Полученные составы позволяют эффективно осуществлять процессы пылеподавления. Однако при взрыве выделяется большое количество вредных газов (N0, СО). Данная проблема решается введением в композицию раствора гашеной извести (Са(ОН)г).

Кроме того установлено, что применение 5 %-ного раствора Са(ОН)2 снижает скорость фильтрации в 1,4 раза, а 10 %-ного раствора - в 2 раза за счет увеличения вязкости раствора, так как применение анионоактивного ПАВ способствует адсорбированию щелочных частиц Са(ОН)г на поверхностях пылинок и увеличению слипающейся способности пыли.

На основе лабораторных испытаний определены оптимальные соотношения смесей ССБ - Са(ОН)2:

• ССБ 0,5% - Са(ОН)2 5% - 85/15;

• ССБ 0,5% - Са(ОН)2 10% - 90/10;

• ССБ 1% - Са(ОН)2 5% - 70/30;

• ССБ 1% - Са(ОН)2 10% - 80/20.

Разработаны композиции забоечного материала состоящего из штыба и

пылесвязывающего материала. В настоящее время на основе данной разработке ведется проектирование новой забоечной машины, которая позволит механизировать приготовление и использование полученного забоечного материала.

Хронометражные наблюдения 1988 г. на участке развития валунно-галечниковых отложений разреза "Ангренский" показали, что простои экскаватора только из-за БВР составляют 50 % календарного времени. Выход негабарита 15 %. Проведенное изучение свойств пород, районирование вскрышной толщи по взрываемости и совершенствование параметров БВР позволило полностью избавиться от негабарита, расширить сетку скважин на 50 % и снизить удельный расход ВВ на 30 %. Издержки на исследования составили 11 тыс. рублей, а годовой экономический эффект - 68 тыс. руб.

В 1989 г. на разрезе "Черемховский" ПО "Востсибуголь" было проведено изучение свойств пород и районирование вскрышной толщи по взрываемости. В результате этого обоснован удельный расход ВВ для конкретных условий, что дало возможность получить удельную экономическую эффективность в размере 0,02-0,04 р/м3.

С 1988 по 1992 г.г. на разрезах ПО "Экибастузуголь" под руководством автора развернуты исследования по изучению свойств горных пород и их взрываемости. Результатом исследований является районирование вскрышной толщи разрезов по взрываемости, создание автоматизированной системы проектирования и управления комплексом БВР, разработка методик прогнозирования свойств пород и расчета параметров ведения взрывных работ. Общие затраты на исследования составили 58 тыс. рублей. Экономический эффект от внедрения превысил затраты на исследования в 16,3 раза.

Подобная работа, проведенная автором в 1992г. на разрезе "Сибиргинский" УК "Южный Кузбасс", дала годовой экономический эффект в размере 23 млн. рублей.

Применение 1 тонны кумулятивных промежуточных детонаторов дает экономический эффект в размере 60,5 млн. рублей. Выпуск и внедрение 33 тонн детонаторов дает 1млрд. 815 млн. рублей экономического эффекта.

Сами по себе мероприятия по снижению экологического загрязнения не дают экономического эффекта. Все зависит от того насколько обеспокоены руководители горнодобывающих предприятий о здоровье людей. Обнадеживает, что неравнодушных становится все меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны теоретические положения по прогнозу технологических свойств горных пород на основе литолого-генетических признаков для оценки их взрываемости и буримости, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии горнотехнологического породоведения, а также изложены научно обоснованные технические и технологические решения, обеспечивающие снижение затрат на буровзрывные работы, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в горнодобывающих отраслях промышленности.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате завершенных исследований, заключаются в следующем:

1. Доказано, что наиболее точно эмпирические распределения физико-механических и структурных характеристик горных пород аппроксимируются законом Пирсона. По сравнению с кривыми распределения нормального и логнормального законов сходимость аппроксимации увеличивается на 10-15%. Установлено, что форму кривой, аппроксимирующей эмпирические распределения, определяют в основном такие геологические факторы как выветривание и состав цемента.

2. С помощью дисперсионного, корреляционного и факторного анализов выявлено, что в группе основных факторов литогенеза (состав цемента, степень выветривания, литологическая и фациальная принадлежность) доли факторных дисперсий в общей вариации показателей физико-механических свойств пород (пределы прочности при сжатии и растяжении, скорость продольной волны, контактная прочность, абразивность) составляют 10-45%. При этом, если на прочностные и акустические показатели основное влияние оказывают степень выветрелости и состав цемента, то на плотностные -литологическая принадлежность породы.

3. Обоснована возможность использования теории марковских процессов для подтверждения наличия или отсутствия цикличности вскрышной толщи угольных месторождений.

4. Установлены надежные регрессионные зависимости, позволяющие определить физико-механические свойства, характеризующие буримость и взрываемость горных пород по литолого-генетическим признакам, уверенно диагностируемым по внешним признакам или определяемыми простейшими средствами. На основе данных зависимостей разработана методика прогноза свойств пород, прошедшая проверку на разрезах.

5. Установлено, что для всех литотипов горных пород средний диаметр естественной отдельности в массиве является линейной функцией мощности литологического слоя. Коэффициент корреляции этой связи равен 0,7. При наличии тектонических нарушений средний диаметр естественной отдельности является степенной функцией удаленности от этого нарушения.

6. Доказано, что исключение влияния факторов литогенеза при построении классификации горных пород позволяет снизить вариацию значений показателей их физико-механических свойств на 15-45%. При этом наибольший эффект достигается у показателей имеющих наибольшую первоначальную изменчивость. Так коэффициент вариации предела прочности при растяжении удалось снизить с 73 до 25%, а абразивность с 104 до 61%.

7. Установлено, что использование ампул-контейнеров с водой, помещенных в заряд взрывчатого вещества, позволяет снизить концентрацию оксидов азота на 22%, оксидов углерода на 42%, пыли в 2,5-6 раза. Расчеты реакций взаимодействия вторичных продуктов взрыва позволили выяснить, что собственного количества воды в ВВ недостаточно для преобразования токсичных газов (N02 и СО) в менее опасные газы (СОг, N2, 02, Нг).

8. Впервые разработан метод определения оптимального количества воды, обеспечивающего минимальное образование ядовитых газов в продуктах взрыва. Для тротила такой оптимум составляет -16%, граммонита 79/21 - 0,7%, граммонита 30/70 - 6%, гранипоров: БП-1 - 9,8%, БП-3 - 12%, граммонита УП - 3,1%. Методика снижения экологического загрязнения окружающей среды внедрена на разрезах УК "Южный Кузбасс".

9. Установлено, что использование кумулятивных промежуточных детонаторов позволяет значительно снизить затраты на ведение взрывных работ. Экономический эффект имеет три составляющих: снижение массы боевика на 20%; снижение величины рационального расхода ВВ на 10%; снижение расхода детонирующего шнура на 25%.

10. Доказано, что кумулятивные детонаторы массой 650 грамм и с углом раскрытия 45° наиболее эффективны при детонации скважинкых зарядов. Такие детонаторы в настоящее время внедрены на разрезах АО "Экибастузкомир". Их массовый выпуск налажен на заводе "Пластмасс" г. Копейска.

11. Реальный экономический эффект от внедрения результатов работы на разрезах УК "Южный Кузбасс" 60,5 млн. рублей (1995 г.), АО "Сибирга" - 23,0 млн. рублей (1993 г.), АО "Экибастузуголь" - 950,0 тыс. рублей (1992 г.), 30,0 тыс. рублей (1987 г.), 71,2 млн. рублей (1993г.), ССГПО - 334 млн. рублей (1895г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Денисов С.Е. Гашков В.Ф. Геолого-технологическое обеспечение буровзрывных работ. - Челябинск: Рекпол, 1997.-161с.

2. Жуковский A.A., Рихтер Е.Б., Денисов С.Е. Научное обеспечение решения задач повышения эффективности буровзрывных работ на разрезах //Уголь.-1991.-№3.-с. 14-16.

3. Денисов С.Е., Аксенов В.М. Методические основы разработки алгоритмов прогнозирования физико-механических и структурных показателей свойств пород// Совершенствование технологических процессов добычи угля открытым способом.: Сб. научн. трудов. - Челябинск, 1992.-е. 132-138.

4. Вотрюхин В.И., Денисов С.Е., Подскребышева В.Г. Вероятностно-статистическое прогнозирование гранулометрического состава горных пород Экибастузского каменноугольного бассейна. - В кн.: Технология и механизация добычи угля открытым способом. - М.: Недра, 1986.-С.127-132.

5. Денисов С.Е., Аксенов В.М. Алгоритмы прогнозирования физико-механических и структурных показателей пород программными средствами микро-ЭВМ. /Методы и средства обработки измерительной информации.-Челябинск,1990.

6. Денисов С.Е. Беседин Е.И. Эффективные методы повышения уровня безопасности взрывных работ //Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами.: Сб. научн. трудов. - Челябинск, 1996.- с. 180-182.

7. Денисов С.Е. Давыдов М.О. Создание автоматизированной системы управления буровзрывными работами на базе использования геолого-технологической модели месторождения //Уголь. - 1992.-Л» 4,- с. 51-52.

8. Денисов С.Е., Кравчук И.Л. Использование кумулятивного эффекта для увеличения эффективности детонации скважинных зарядов //Уголь,-1997.-Л"»1,- с. 51-52.

9. Денисов С.Е. Кравчук ИЛ. Методические и теоретические основы районирования вскрышных массивов угольных разрезов по взрываемости // Совершенствование технологических процессов добычи угля открытым способом.: Сб. научн. трудов. -Челябинск, 1992.-е. 85-92.

Ю.Кабаков A.M., Денисов С.Е., Аксенов В.М. Применение микро-ЭВМ для автоматизации проектирования параметров БВР на угольных разрезах. /Тез. докладов. Микропроцессорные системы обработки информации и управления.-Челябинск,1987

П.Кабаков, Денисов С.Е., A.M., Велик Н.М Характеристика физического состояния вскрышного массива разрезов объединения "Экибастузутоль"// У голь..-1989.-№2.-с 55-58.

12.Кабаков А.М., Звонов А.М, Денисов С.Е. Методика определения критерия взрываемости вскрышных пород угольных разрезов // ФТПРПИ.-1987.-№3.

1 З.Кабаков A.M., Кононец С.П., Денисов С,Е. Физико-механическая характеристика вскрышных пород Южного Кузбасса" //Добыча угля открытым способом: Науч. -техн. реф. сб. / ЦНИЭИутоль, 1982. - N4.

14.Денисов С.Е. Горно-геологическое картирование вскрышных уступов разрезов "Северный" и "Южный" //Добыча угля открытым способом: Науч. - техн. реф. сб. /ЦНИЭИутоль, 1983 .- N2.

15.Кабаков A.M., Кононец С.П. Денисов С.Е. Физико-механическая характеристика пород разрезов производственного объединения "Экибастузутоль" // Добыча угля открытым способом: Науч.-техн. реф. сб. /ЦНИЭИутоль, 1981 .- N11.

16.Шагабутдинов P.P. Денисов С.Е. Влияние анизотропии горного массива на параметры сетки взрывных скважин.//Областная научно-практическая конференция. - Челябинск, 1989.

17.Кабаков A.M., Звонов A.A., Денисов С.Е.. О методике оценки взрываемости вскрышных пород угольных разрезов// Научно-технический прогресс в области буровзрывных работ на разрезах: Тезисы докладов. - Челябинск: ЦНИЭИуголь, 1986,- с.51-52.

18.Денисов С.Е., Звонов A.A., Кравчук. Опыт использования кумулятивных детонаторов при взрывных работах// Деп. ЦНИЭИуголь. 5507 .1995. 8с.

19.Деш1сов С.Е., Фильчагин A.C. Разработка нового забоечного материала, обеспечивающего снижение экологического загрязнения окружающей среды при взрывах// Деп. ЦНИЭИуголь. 5507 .1995. 6с.

20.Денисов С.Е., Паршаков Ю.П., Кравчук И.Л. Разработка конструкции заряда, обеспечивающей снижение экологического загрязнения окружающей среды // Деп. ЦНИЭИуголь. 5507 .1995. 8с.

21.Денисов С.Е., Котляр JI.A. Использование метода экспертных оценок для определения перспективных направлений в создании инновационного продукта в области буровзрывных работ (БВР). // Проблемы реструктуризации угледобывающих предприятий: Серия: Подготовка кадров. Развитие научного

. потенциала. - Челябинск: РЕКПОЛ. - 1997. - №1, с 21-24.

22.Денисов С.Е., Котляр Л.А. Новый забоечный материал, обеспечивающий снижение загрязнения окружающей среды при взрывах. // Проблемы реструктуризации угледобывающих предприятий: Серия: Подготовка кадров. Развитие научного потенциала. - Челябинск: РЕКПОЛ. - 1997. - №1, с 24-25.

23Денисов С.Е., Котляр Л.А. Химическая модель снижения экологического загрязнения от взрыва на горных работах. // Проблемы реструктуризации угледобывающих предприятий: Серия: Подготовка кадров. Развитие научного потенциала. - Челябинск: РЕКПОЛ. - 1997. - №1, с 25-26.

24.№ 1538012 СССР. Способ определения взрываемости горных пород / Кабаков А.М., Звонов A.A., Денисов С.Е.. - Опубл. в БИ № 32, 1989.

25.Л» 1760109 СССР. Способ определения показателей физико-механических свойств горных пород / Денисов С.Е.. - Опубл. в БИ JSfe 33,1992.

26.№ 1420473 СССР. Способ определения пористости горных пород / Демиденко Н.М., Денисов С.Е.. - Опубл. в БИ № 32, 1988.