автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Управление процессом взрывной подготовки пород при открытой разработке свиты угольных пластов

~ а 9 ?.

и ^ °

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

КУЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПАНАЧЕВ Иван Андреевич

УДК С22.235-527

4

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОРОД ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ СВИТЫ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

\

Специальность: 05.15.11 — «Физические процессы

горного производства»

05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискаиие ученой степени доктора технических наук

Кемерово 101)2

Работа выполнена в Кузбасском политехническом институте.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Батугин С. А. ■доктор технических наук Сенук В. М.

доктор технических паук Кортелев О. Б.

Ведущее предприятие — концерн «Кузбассразрезуголь»

Защита диссертации состоится 5 октября 1992г. в 10 часов на заседании специализированного совета по присуждению ученых степеней Д 063.70.02 при Кузбасском' политехническом институте по адресу:

650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. 1

Автореферат разослан » г_

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

Л. С. ТЛШКШЮВ

Б.'ШСЛ сК*:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ''

Актуальность работы.*Специфической особенности месторождений Кузбасса явллегся световое залегание пластов пологого, наклонного и крутого падения. Здесь наряду с мощными пластами и более меч

ров), встречается значительное количество пластов с мощность» и меньше, в которых сосредоточено около 30-35% всех запасов, пригодных для открытой разработки. Большинство этих пластов представлены высококачественным»! углями коксующих марон.

Угольные .ласты большей части угленосных районов наряду г большим диапазоном по мощности имеют очень сложно" залегание. Всгргчиетсн много нарушений лликативного и дизъюнктивного характера. Кроме того, в горизонтальной плоскости пласты залегаот не параллельно, а I. д различными углагёи друг относительно друга. Все это осложняет кксглуата-цш месторождений и приводи-- к необходимости частых изменений элементе1 систем разработки даже в пределах ..дного уступа. Раэработ ч таких месторождений Умеет специфику, однгч изгроявлений которой является довольно высокий уровень потерь угля. Только на разрезах Кузбасса ежегодно теряется 1,6-2 млн.т высококачестпенного угля.

Значительная доля этих потерь связана с разрушением пластов в результате буровзрывных работ. Однако до настоящего времени не разработан. четких рекомендаций по производству буровзрывных работ в угленаскщенной зоне с учетом свойств разрабс ыввемых пород к углей, условий их залегания и параметров зон дробления. Буровзрывные работы в угленасыщенной зоне должны исключать дробящее действие зарядов на пласт, ограничивая его лишь действием пейсмического характера, а также исключить ' оэможность проявления значительных сдвиговых дефор-магчй и пер ¿ещение пласта, которое является причиной нарушения сто •устойчивости и интенсивного перемешивания угля с породой в процессе выемочных работ, С друго" стороны, буровзрывные работы должны обеспечивать высокое качество дробления пород в приконтг.ктноР зоне и вы-сог*ую производительность горно-транспорткого оборудования.

Таким образом, проявляется противоречие между стремлением к по-оып!ен,"о Интеле: -¡ноети дробления пород взрывом к обеспечением сохрнн-н оти угольных В свяэ: с этим "становление звконоиепнос.ей

формирования зог тробления пород вокруг сквь,..инных зарядов с учете» анизотропии породного массива и управление энерги '1 взрыва на контакте с уг->лы*.ш пластом является ветной нву. .о-техннческой проблемой.

Основу диссертации состав, тот реаульгг и нпучно-исследовател»-

<-.к::у ре5о% реполлеинь-.: i> рамкух региональной программа "Сибирь" АН СССР <подпрограмме "Угол!. Кузбасса"' в соответствии о пленом научно--^сел^овательскмс рпиот Кузбасского политехнического института. Ьыполн'Жо ге\:и научьт-ксследовагельстех работ, прояедп>их регистрацию ь ВИГ/Цен"^ е.

и:-.ль работы закттгяется р вкборс и обосновали методов управле-.нил 0:юр?ией зэркаа при рчзрукьнии город на контакте с угольным пластом к разработке г.ш:енсрны>. методов расчета параметров всрышой подготовь V. п'-фо;;, обеспечивающих сокращение потерь углей при экскаватор чо?? зь'сг.ке.

Идея работы заклк.-чаетс.ч в управлении процессом взрывной подготс уи пород в yг.•leнг'!cl!'i^ehнэ}, зоне, базирующимся на комплексном учете ф / з и к с - м е;; а н и : е с к /х, структурных и технологических свойств породкэге мпсскЕа » угл 1 в их взаимосвязи с параметрами зоны дробления.

-■адачи иг-слеловеняЕ:

- устснсаить иерархические уровни преимущественных размеров естественных отдедьностей в породных массивах как основу классификации пород по блоччостд;

- установить количественную взаимосвязь между характеристиками am з отрепки контакт чруших ере,г "пореда-уголь" с параметрами зоны дробления пород вокруг ОКЕЯЖИНКОГО Еарядй;

- установить' мгимосвя;-'« ч-адау энергоемкость*) взрывного дробления оро^ и их прочностью;

- определять \отшнальное расстояний от заряда до угольного пласта чбесисчиЕйящее сохранность пласта от взрывного разрушения;

- рагработат^ р'.;к.мэндации по расположению скважщных зарядов на контакте с угольным ¡местом, исключающемувзрывное дробление и после душие потзри и разутюживание углк;

- "ать катзййтическсе описаний гранулометрического состава пород в зоне дрс 'ления с поз'.иг'Я концепции ос иерархии преимущественных рс.з:\-ероЕ;

~ раарабстать метод расчета параметров буровзрывньг ^ »бот в углон с идеи: jpt -ооке, о с'с с печи вещи* требуемую степень дробления пород и суи, ;т! ш.ое cimeavs потерь угля.

Методу у.сльдпьаний. Ыетодичсскуа основу исследований состав-ляер комплексный подход к кзучеонго з^уимосрязн структурно-про' юс-гкых, упругих и sirje г/'чсску.у. своГстз породных массивов с ¡тг.реметра-

ми взрывного раг>пупения город. гредуематриш.ю'д:;-" xtoxyvmv* гад^нно? информации о размерах и ферме зоны дроблончл при ггрьтзпУл: лигпдсз разного диаметра и включает:

- методы статических я дкнпмячееичх исгкт tfi> ropin'x лор сд образцах и в массиве;

- экепешментальннз исследо^аии* дробящего доАстт-кн взг^вь т ттзо-мыаягняых условиях и нь модели из ¡>Ш№ v.ei'.THf.< «атетгиалов;

- методы вероттностного иоделкро гания: регрессионного лнот::."м л статистических испытаний (метод Менте-Карло';

- технико-эко; жический акалт. нвучксе ссо^гг-ние теоретчч'?*,к:р: исследований и практики проектюса«зния 6vpop:»py!;:i>£' работ в уг'юке-с&щенясй зоне.

Научные положения:

- вероятностное распределение днакстга рных Сязкоч , олрло--пщих массивы осадочных пород, лвлчетсп годаыодэч-йягч, в мэдк распределения образуют иерархическу последовэтекьлсет!» ."»о знаменателем nporpßccKK 2,7 :i еоотортствуот аначт:*х прекл'-дсс гг етосс разгеро? естественных отдел ькострГ'. равным О,см; 2.Л.Г.

- значения отн'оаеяи? экстремальных рерч.эраг зо;ш дробления пород вокруг скваяинннх эарят<св совпадают с *у.'копгткл экстремальных значений модуля упругости породного ГЛЧСПЧЕЭ по глзвньп.» осям ян'пптро-пии тсещиноратости и о увеличением преимуществрпнкх размеров отдел»-ностей составляет .1,3; 1,6; 1,9:

- вероятностное распределение диаметре куокся.а зоне дг>о5ленкч• лежащее в основе построения ^упгд'/.и грпнуло/.етргчеекого состава, г силу концепции лб иерархи'? преимуцчетв^ннчх рпниоров явл-тетсп полп-модальнш с убывающими значениями плотности в модах распределен;;? что объясняет соответствующий характер наблюдаемых элегических распределений;

- основной параметр прогнозной уоде.'.л дробл^'ия. равней количеству энергии взрива, затрачиваемой на образование единнгы ногей поверхности, проырционален пр.делу прочности поре при однсосно» сжатии;

- минимальное расстояние от заряда до угольного пласта, обеспе-т№о-щес его сохранность от взрыгно^о дробления. С|\редгдч<тс«г соотносим«? акустических кесткост'й из лентокте "порода-угол:-", л Tat > взаимной ср-'к^итереэкс??. тосггч?:.т<* плс-стз' ч яи-штаг-рско!1 зоны дроб-лечи*, болчгсг .-сь чотороР составляет 33,<Г>.».> vr.-.'ry зарчля r-f» • порол со ере,:;«им:: размер-*-»« еугуктургш '<\'.гцр» 2,.Ъ.:; 0,Ьу: С.См

соответственно;

- расположение зарядов в приконтактной зоне, исключающее дробление угля, определяется торцевым действием заряда при углах падения угольного пласта от 0°до 20°и люречнши размерами зоны дробления - при углях падения пласте, больших 20°;

- выбор рациональных схем производства буровзрывных работ б угле-насыщенной зоне,обеспечивающих снижение потерь угля на 50-70$,зависит от количестве угольных пластов в .экскаваторной эаходке и их про-страчственоР-' ориентировки.

Научнч новизна робота заключается:

- р разработке классификации вскрьгакых пород по естественной блоч-ности с позиций иерархии преимущественных размеров структурных блоков, слаг£ дих породные массивы;

- в установлении количественной оценки влияния анизотропии свойств контактирующих сред "порода-уголь" на параметры зоны дробления;

- в математическом описании полимодального распределения диаметра кусков взорванной породы на основе концепции о существовании преимущественных размеров, образу щих иерархическую последовательность;

- в установлении взаимосвязи между энергоемкостью дробления и прочностью пород, положенной в основу прогнозной модели взрынного дробления пород в угленвсьпценной зоне;

- в разработке метода расчета минимального расстояния от заряда до угольного пласта, обеспечиваящего его сохранности и исключающего взрывное дробление угля;

- в научном обосновании параметров расположения скважинных зарядов относительно угольного пласта, обеспечивающих его устойчивость при выемке вмещающих пород после взрыва и значительное снижение потерь угля;

- в выборе технологических схем производства взрывных работ в приконтактной зоне с учетом количест. . и ориентировки угодных пластов по отношению к экскаваторной заходке.

Достоверность научных положений подтверждается:

- статистическим анализом результатов измерений ' стествгнной блоч-ности породных массивов с широким спектром лктолого-петрографичссиих и прочностных свойств пород;

- результатами сейсмического зондирования массива и количественного сопоставления характеристик анизотропии трещиноватости и

упругих свойств;

- донными Г- Г - каротажа ри установлении размеров и фог: зоны дробления тог од вокруг' скваяинного зарддо;

- экспериментальными исследованиями гранулометрического состава взорнаниой породы в зоне дробления и в развале после взрыь^;

- сопоставлением уровня потерь угля от буровэрызннх работ в уг-ленасыщенк^й зоне пр" существующих и рекомендованных параметрах отбойки;

- результатами экспериментальных исследований на разрезах концерна "%Ебассраэрсэуподь" по взрывной подготовке пород в угленп-сыщенной зеке, результаты исследований по те.. диссертац.м ясполь-зотшнн в проектных проработках институтов Кузбассгипрошахт, Обг/п-роаахт, з отраслевых документах и учебном процессе.

Личный вклад автора состоит:

- в у танооления законов-рностей вепоятностного раегг -деления р&змера структурных блоков, с. .гающих. породные массивы и разработке классификации пород по блочности с учетом лолимодальности распределения;

- в обосновании параметров расположения си~яжинных зарядов при взрывной подготовке пород на контакте с угольным пластом, исключающих дробление угля;

- в разработке классификации схем взрывных работ в угленяенщен-ной зоне и технологических схем взрь^ной подготовки пород, обеспечивающих снижение потерь угля;

- з количе-таенном анализе взаимосвязей между параметрами анизотропии трещиноватссти, упругих и акустических свойств породного массива;

- в установлении количественной хг.яктерисп. и формы зоны дробления "ород при взрыве скважинного заряда в зависимости от коэффициента анизотропии упругих свойств массива;

- в э; пержлентальном определении размеров ^оны дробления пород волруг сква^инных зарядов различного диаметра методами есйсмичес-"ого зондирования и Г— Г - каротажа;

- з математическо" описании гранулометрического состава поро •

в зоне дробления при взрыве скважинно! - зар<"!.а на основе но1 Г: кои-цепции об иерархии преимуществом!!« размеров;

- в установлении регрессионной ...одели, описывающей вгаимоспязь между улергоемкостьй дробленая город (коли"еством энергии на сбрр-зозание единиц площади ног й поверх .стн) и гж пг чно.ггьп;

- в разработке расчета пэрягигров буроязрьтнах раб.*-"-

- С -

в угленасыцанкой зоне, исключающих дробление угольного пласта взрывом;

- в разработке технологических схем ведения взрывных работ на контакте с угольным пластом, обеспечивающих снижение потерь угля • э 1,6-1,7 раза.

Практическая ценность. Результаты исследований позволяют:

- оперативно устанавливать принадлежность пород к той или иной категории естественной блочности по экстремальным значениям мощности слоев данной литологической разности;

- управлять процессом взрывной подготовки пород на контакте с 'угольным пластом на основе информации о размерах и форме зоны дробления пород вокруг СКВ&Г.ИННОГО заряда;

- прогнозировать гранулометрический состав взорванной породы в зоне дробления с учетом естественной блочности массива.прочности пород и диаметра взрываем« зарядов;

- исключить взрывное дробление угольного пласта путем рационального размещения скважинных зарядов с учетом размеров и формы зон дробления;

- в 1,5-1,7 раза снизить потери угля за счет использования разработанных технологических схем ведения взрывных работ в угленасы-щенной зоне.

Результате работы реализованы в виде:

- Методических указаний по расчету параметров езрывной отбойки пород на угольных разрезах. Кемерово, Кузбасский политехнический институт, 1974;

- Временной методика расчета параметров взрывной отбойки пород на угольных разрезах. Москва, МУП СССР,. АН СССР, институт горного дела им.А.А.Скочинского, К езду в ед ом ств е; ;н а я комиссия по взрывному делу, 1976;

- Инструкции по расчету параметров взрывной отбойки пород на угольных разрезах. Кемерово. ПО "Кемеровоуголь", 1976.

- Методического пособия по взрывной подготовке пород в углена-сыщенноЯ зоне. Кемерово, Кузбасский политехнический институт,1979;

- Руководства по прогнозу структурно-прочностных свойств вскры-<•' шных пород разрезов Кузбасса. Кемерово, ПО "Кемеровоуголь" 1980;

- Методического руководство по выбору схем ведения взрывных работ на угольны/, разрезах с учетом физико-механических свойств пс-род и использования средств механизации (раздел: Методика расчета параметров взрывной отбойки пород угольных разрезов). Челябинск,

нииогр/гзаг;

- Проектов, разработанных институтами Сибгипропгост, Кузбассгип-рошахт в период 1977-66 гг. для разрезов "Еачатсккй", "Красноброд-ский", "Красногорский", "Меящуречепский", "СибиргкнскиЯ", "Таллинский", "Караканский 1-2";

- Рекомендаций по обоснованию параметров взрывной подготовки пород в угленасщенной зоне на разрезах "Бачатский" л "Красноброд-ский";

- Двух учебных пособий, которые используются при чтении курса' по процессам горного производства, в курсовом и дипломном проектировании студентами специальности С9.С5;

Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 1,5 млн.рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение: на Всесоюзной научной конференции по механики горных пород в г.Новосибирске в 1971; на ряде научных семинаров в г.Новосибирске; на научно-технической конференции "СоверпенстваЕа-ние буровс _1ывных работ на карьерах объединения "ВостСибуголь" -г.Черемхово (1970); на научно-практических конференциях "Совершенствование буровзрывных работ на разрезах Кузбасса"- г.^евдуречепск (1963); на конференции "Технический прогресс на открытых горних работах"- г.Кемерово (1964); на ежегодных научных конференциях Кузбасского политехнического института; на научно-технических советах концерна "Кузбассроэрезуголь" и разрезах Кузбасса.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано э 2-5 работах, включающих Г монографию, 22 статьи, 2 учебных пособия.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения с общим объемом 261 е., содержит 36 таблиц, 48 рисунков и список использованной литературы из 194 наименований.

Диссертационная работа написана на основе материалов исследований, выполненных.автором в Кузбасском политехническом институте и ряде предприятий концерна "Кузбассразрезуголь".

Автор считает приятным долгом выразить благодарность сотрудникам кафедр открытых горных работ и сопротивления материалов Кузбасского политехнического института, работником концерна "Кузбассразрезуголь" и разрезов Кузбасса за помощь я организации и проведении исследований:.докторам технических наук и.Я.Репину, Л.Б.Бирюкову. А.С.Тшкинову за постоянное внимание к работе.

_ е _

СО^ШМ РАБОТЫ

Состояние проблемы, Угольные месторождения Кузбасса, представленные свитой пластов различной мощности, имеют очень сложное залегание как по падению, так и по простиранию. Часто пласты угля не параллельны, а расположены под различными углами друг относительно друга.

Схема вскрытия и разработка месторождения, как правило, осуществляется в ;тривязке к основному наиболее мощнсму пласту. Пласта малой мощности, к», орке в большинстве случаев представлены высококачественными углями коксующихся марок, часто не извлекаются и г^падевт • о отвал, что наносит суп, ственный ущерб народному хозяйству страны и приводит к загрязнению окружающей среды. .

Все э. . осложняет эксплуатацию месторождений и приводит к необходимости изменений элементов систем разработки даже в пределах одного уступа. Разработка таких месторевдйний имеет /свою специфику, одним из проявлении которой является довольно высокой уровень потерь угля. Несмотря на многочисленные попытки, до настоящего времени не создано каких-либо специалы.лс ерздетв и способов, обеспечивающих эффективную выемку этих пластов. Единственно приемлемым остается пока ркскаваторкый способ выемки, которому на ближайшую перспективу нет альтернативы. Однако при отом способе крайне велики потери угля з маломощных пластов, которые достигают Ь0-9С% г более. Эти потери складываются,сводной стороны, из потерь, обусловленных технологией их выемки, а с другой - из потерь, причиной которых является лримо-няемак на разрезах технология буровзрывных работ, обуславливающая разрушение пластов в процессе взрызной подготовки пород в угленась;-щенной зоне.

Параметры буровзрывных работ в угленаемденной зоне должны исключать дробящее действие зарадов ка пласт,- ограничивая его лишь действием сейсмического характера, а ¿акже исключать возможность появления сдвиговых деформаций и перемещение пласта, которое является причиной интрчсйвного перккесиван'.-н угля с породой. С другой стороны параметры взрыва должны трестировать каче. 'венное дробление пород прпкотактной зоны. ;

-"¡р.::.'.е;;яем£я ьа разрезах технология буровзрывных работ- не обес-печивсот сохранность угольных пластов пра" йгрыгней подготовке пород, что ¡егепгтев т.,лчиноЯ потерь угля пои экскаваторной вкемке. Лозтому ревснис проблемы предусматривает разработку мят ода управления веры-

вом в угленаскцекной гене.

При выполнении работы использованы научные решения в области геомеханики и горнотехнологичвекого передоведения, изложенные в трудах Ь,В.Ржевского. И.А.Садовского, С.Н.Еуркопа. Ь.И.Шемякина, Л.И.Барона, С.А.Еатугина, П.В.Егорова, В.И.Му^-агаева, В.С.Ямиу,кова и др., в области механики разрушения горних пород взрывом - М.А.Лаврентьева, Н.В.Мельникова, Г.Д.Демвдяка, М.5.Лрукозанного, Н.Г.Дубинина, Э.И.Ефремова, Н.Н,Казакова, Б.В.Кутузове, 5?.И.Кучерявого, В. И .Корявого, Б.Н.-Мосинца,- В.А.Падукова, Б.Р.Ракишезо, К.Я.Репина, В.Н.Ро.ционора, Г.З.Сехисова, В.М.Сенукд, И.А.Тангаева, А.Н.«Ханукл-ева и др.; а такя.е в области технологии открытие горных работ -В.В.Ржевского, В.Д.Буткина, К.Е.Внницкого, В.А.Гплхина, 0.Б.Корте-лева, Е.А.Симкина, П.И.Томакова. Г.А.Холоднчкова я др.

Иерархия преимущественных размеров структурных блоков породного

массива.

Трещиноватоеть породного маезиза определяет размеры естественных отдельностей и оказывает преволирующ?е влияние на результаты взрывного дробления пород. Исследования трещиновэтости пород угольных месторождений показми, что эмпирические распределения размера естественных отдельностей в массиве ячляч^гя полимодальными и имеют ■три моды, характеризующие преимущественные размеры отдельностей, (рис.1.)

п

25

20

15 (а

5

! 1 -

р \ ч, —

/ \ / Ъ/ \ / \

/ \ /— \ / \ >

/ \ / ✓ — —- — Л

V - >

0,20 о,«3 0,50 0.8а Ш0 1А0 160 1.ЕЗ 2.00 220 Ш 2.60

X, и

Рис Л. Пслимодольность распределения естественных отдельностей пород угольных разрезов:1-мелкоблочные, ¿-средней блсчности, 3- крупноблочные.

Статистический анализ данных о трещиноватости массиве (более 1500" замеров} показал, что эти размеры для различных литотипов пород равны 0,2м; 0,см; 2.2м и образуют иерархический ряд, описьгааеш! геометрической прогрессией со знаменателем 2,7. Это соответствует концепции акад. М.А.Садовсного об иерархии преимущественных размера образующих последовательность с отношением соседних членов, изменяющимся в диапазоне от 2 до 4. Обнаруженная закономерность является основой, построенной классификации пород по естественной блочности, подразделяющей породы на три категории: мэякоблочные, средней блочности и крупноблочные.

В силу симшэтрли эмпирических распределений размера естественных отдельностей в пределах одной литологической разности пород, адекватной вероятностной моделью может служить частный случай бета-раопределения с плотностью

f(x)*=-jsx(x>~x)> О^Х&Хо, (I)

где х - линайный размер естественных; отдельностей, ß X ® равно удвоенной моде распределения.

В этом случае функция гранулометрического с става струнтурних блоков, слагающих породный массив, им )т вид

' /' ■ 'w-^'-Kt)'.

г~е ;•()()" объемное содержания фракции (-Х }.

Прогнозирование значений объемного содержания различных классо: к, упности в массиве расширяет возможности использования клас «фикс-ции пород по естеств иной блочности применительно к различным технологиям открытой разработки.

-Анизотропия свойств породного массива.

-[вменение частоты трещин в породном массиве в зависимости от направления служит причиной анизотропии -кустических и упругих свой ств пород, ""рагацей важнейиу» роль в формировании роны дробления ( попод при взрыве скважинног заряда. Данные о значениях ¡екоторых динамических характеристик массива определенных в неправлениях, со-■}тве"",.тв"'о:цих экстремальным значениям частоты трещин приведены в табл-1.

Таблица I

Экстремальные значения скоростей у пугих волн и модулей упругости породных массивов

Характеристика пород

Крупноблочные песчаники

Песчаники средней блочности

Мелкоблочные алевролиты

Азимуты напт равлений экс тремальной чпстоты трещин,

}3кстречаль|Экстре I Отнэ-ные з/х8че*г|мальньте| шение

окстр-^малЬ' ныв значения частоты кип модуля упру-

|значения с скорости Смол

Еиш

1,9 1,6 1.3

Как видно из таблицы, с увеличением степени трещиноватости анизотропия упругих свойств месиве уменьпается. мере увеличения естественной блочности массива наблюдается сближение упругих сво** -тв массива и слагеющих его структурных блоков (те6л.2ч.

Таблица 2

Свойства пород в' образце и массиве

к Скорость Скорость Акустиче :ая

Характеристика Ю -з X к т. >=1 >г. ь • с: о - /1 е- о го О Е Ж о прямой волны м/с попэречной волны, м/с л-.есткос.ть. кг/см -см/сек • 1С

я о к о к ь< \

пород 5; х г.- о с. в в в Б : в

ЕСР,С Ф но р- ь. о в ■¿г масси образ мас- образ мас- • образ-

о л . Р.К (=: о вв Це сиве не сиве : це

Крупноблоч- 2.2 94 2,55 1760 3950 юео 2140 4.21 10,1

ные песчаники

Песчаники 3,96

средней 0.6 70 2,5 1500 3560 НОС ЯСНО ,93

блочности

Мелкоблочкыс 0 3 Й2 ? Г>Г> бсО . 32^0 600 193' 2.24 8.36

алевролиты I '

Приведенные результаты экспериментальных исследований анизотропия упругих свойств массива в комплексе с параметрами трещиноватости позволили получить регрессионные модели видя

Еиах _ cU + ^ ^ . (3)

Emin 3

Ка= -0.2, " ■

Ь-мш (41)

где JC^ - коэффициент анизотропии, равный отноиениго экстремальных значений частоты трещин.

Полученная взаимосвязь мегду характеристиками анизотропии упругих свойств массива и его трещиноватости позволяет прогнозировать каздул из них по известному значению другой и может быть использована для оценки параметров зоны дробления пород.

Размеры и форма зоны дробления пород при взрывании зарядов разного диаметра.

Основой для выбора параметров подготовки пород взрывом б зоне контакта с угольным пластом, обеспечивапцих его сохранность, являются данные о размерах и форме зоны дробления вокруг заряда ВВ. Однако достоверные сведения о параметрах.зон дробления с учетом свойств массива и основного технологического параметра - диаметра заряда отсутствуют. Современные теории разрушения горних пород взрывом в виду сложности математического описания естественного массива и мехап низма действия взрыва не позволяют пока получить достоверные результаты о размерах зоны дробления, ¡¡оэтому единственно надежным на данном этапе является экспериментальный.-метод исследований

Для этой цели был использован, сейсмический метод исследования, позволяющий получить объективную информацию с состоянии породы в глубине массива. Границы зоны дробления устанавливались по изменении скорости упругих волн э массиве. Параллельно использовался метод Г- Г -каротара.

Эксперименты проводились в промышленных условиях на угольных разрезах в различи*ж до свойствам породах при взрывании блоков сква-кинкыми зарядами разного ди.&метра.

3 результате измерения скоростей.упругих волн и интенсивности ЗС-^-излучзния установлены размеры зоны дробления с учетом анизотропии свойств массив*. Црк это-, форма зоны дробления с достаточной г;,.; практики "оч.-юсть:-: ■•/скст Рлть представлена эллипсом. 6 слизь я

ось которого совпадает с направлением миикма- ной частота трещин (табл.3).

Таблица 3

Размеры зоны дробления в породах различной блочностм

5 о. а; п, а ь я к 6- о • Л^У-чь упругости в мас- <0 п, « <1} Размеры зоны дробления з нвправленич

Категория по по блочностн О) о К о ЕЦ СО 5 £ о га Е< _5 сиве, А Е»10 , МПа минимальной час з максимальной час-

Породы ты т пещин тоты ТрС!Д

№ С к т X о й-и О и . с о с в в " О) X 8-сз а < и X 205 2 ЬЕГ X и 4> а « 2 а- с- максим, частота трещин

Ч Ж с* Шах ^¡ам 2 «уд

- Медкоблсчные алевролита 0,3 36-63 0,14 о,-1 132 214 230 4,0 6,9 7,3 61 64,5 64 3. , 5.2 5,5 50 49 40

Л' Средней блоч-ноатл (пес-чечики) 0,8 63-76 0.44 0,26 118 150 214 3.1 4.2 6.0 52 56 56 2,6 2,6 3,9 33 34 36

В Крупноблочное ттесча-ОТШЧ 2,2 80-100 0,84 ^,45 118 150 2,6 3,5 45 47 1.5 1,8 25 24

214 5,5 46 2,6 24

Характеокстииой формы зоны дробления служит коэффициент формы Кф, определяемый отношением максималы. го размер .. зоны дробления к мкнима; ,н :у. Величина К* для различных пород совпадает с отношением экстремальных значений модуля ^пгругоета массиве.

Это соотнопениз позаолчет по результата),! г ^йсмическо-го зондиро-вякля прогнозиров&ть ферму зоны дообления.

Размеры зоны дробления при увеличении бл0чн~сти массива и соот-ветст. ;нно <=го упругк и прочпо~тних характеристик уменьшаются. " -о объясняется прелое всего различием в с^тояи'-ч трещин и прочь стных характеристик пород. С увеличением блочное?« поро.п возрастает относ-кие £тах/Еп1г. и, следовательно, вь..ичина

Условия работы зарядов и прежде всего Расстояние от огрзда г;о обнаженной поверхности опрел я тот дро .щее дейстси' з&риса з глуг:и-

- к

ьу лсспва. Результаты спаткс-лрсмыаленных взрывов показали, что размеры зини дрооленил увеличиваются с унеличением расстояния от зе-гяд5 до обнаженной поверхности до (30-40(где -диа?"=тр зарода)'. Лгбораторные исследования алиян:?я трещдаоватости и диаметра заряда на размеры и ("орму зоны дробления, выполненные моделированием не экЕИхалентном .-гатркале, подтвердили результаты натурных эке-, периме-'тсъ.

В результате осработкк экспериментальных данных о свойствах массива и слагающих его пород получена полуэмпирическая зависимость для определения радиусе зоны дробления, которая имеет вид:

к,

Г

где

м/с;

- коэффициент Пуассона;

- плотность пород, кг/м3; .

- скорость продольной волны в массиве,

- диаметр "заряда, м;

- длина колонки заряда в сквакине, м;

- предел прочности на сжатие, Па;

- ускорение свободного падения, м/с*".

Расчетные значения радиусе зоны дробления близки к экспериментальным (ошибка не нреэьг-шт 4%), величине которых в радиусах заряда составляет для мзлко-, средне- и крупноблочных пород соответственно 'рис.2).

V»

I е

J (I

{, м

0.2 0.4 0,$ 0.5 10 1.£ и <-6 1.8 Е.0

Рпс.ё. 2св:;си;,!спть относительного радиуса зоны дробления от блоч: "сти массива: 1,2,З-чакстпльный,минимальный и средний относительный радиусы зоны дробления

Соответствующая линейная аппроксимация имеет вмд:

где (¿с - средний диаметр естественных отдольностей в м: сс:;ге, к

Гранулометрический состаг взорванной породы в зснс дробления.

Данные о размерах и форме зоны дробления являются основой для выбора параметром подготовки с цель ¡о обеспечение трзбуемой куекг-па-тости взорванной породы. Насыщенность массива зонами дробления, связанная с параметрами езпеи скяажин и диаметрог зарядов, удельным расходом БВ, конструкцией зарядов, способом ззры<ззн"я и др., определяет качество взрывной подго^огки пород, характеризуемое? и;: гранулометрическим составсм в развате, зависящим. прение зсрго. от' грянсос.тава взорванной породы в соне дроблэни.ч.

Если для взорванной породы к развале полуомпирические

модели прогнозирования и аналитического описан;::' гранулометрического состава (Н.Я.Репин, А.В.Бирюков, А.С.Таикинов и др.). тз аналогичных моделей для описания состояния горной кассы в зоне дробления вокруг скввжикного заряд,а в настоящее время неизвестно, что в некоторой степени объясняется сложностью задачи. Поэтому использование закономерностей формирования гранулометрического .остзза горной мео-сы в зоне дробления представляет определен:научный и практический интерес.

Развитый в работе подход к решение указакьей задачи основывается на современной концепции об иэрарх'ни преимущественных размз-ров, изложенной в работах академигои М.А.Садовского, Е.К.Шемякине, С.Н.Журкова. и является принципиально новым.

Он состоит з том. что зоне дробления вокруг заряда меяет быт представлена в виде концентрических кольцеобразны* зон дрооления. В каждой из этих зон рачмер кускоь имеет симметричное раепр?делг''ие с плотностью

и Функцией гранулометрического состав?

где тк - мола рзсп^^еления размера кускоз с К-ом кольцо.

Значения эттгс мод об!яаую" иерархический ряд. с^сыч^емый геометрической прогррсск'эй со рсВКЫМ .3. т1исло концентрк-

веских колец (П ) в зоне дробления зависит ог свойств -эрод и диаметра заряда к колеблеюя 5 й FI 9 (p. z.3).

Рис.3. Иерархия преимущественных размеров кусков в зоне.дробления

Если - функция гранулометрического состава аздроблен-

ной породи в концентрическом кольце, то функция, описывающая гран-состав взорванной породы во зо: з дробления будет иметь вид:

F00= ¿¿KFK(x),

{В)

K=i

где F00 - объемное содержание фракции С-х' в зоне дробления.;

tjL к объемное содержание раздробленной породы в концентрическом кольце, причем

Из условия нормирования плотности распределения диаметра кусков в каждом кольце следует, что значения плотности в точках т* монотонно убывают с увеличением расстояП-.я от зореда. Поэтому полимодальное распределение размера кусков но зсе« зоне др^бгсния (а следовательно и в развале) монет быть пппрохскморэванно законом с убывающей плот;. JCTbio:

[л

х„ - максимальный размер кусков, равный удвоенной моде распределения во внешне!.! кольце, т.е. величине 2 пг к а - параметр распределения, равный , ( X - сред-

ний диаметр кусков в зоне дробленияГ! Для рассматриваемой модели функция гранулометрического состава

где равно объемному (массовому) содержанию фракции (-х1 .

. Средневзвешенный по объему диаметр кусков и зоне дробления определяется формулой

А (13)

где Мг.М« ~ распределена (12)

Энергоемкость дробления город в'зрывом.

Максимальное использование энерГ' ' взрыва на полезную работу составляет основную задачу управления взрывом, которая решается путем управления "зрывчатым превращением ВБ, распределением зарядов ВВ в массиве, условиями и технологией взрывани«.

Уравнение балснса энергии можно представите в виде:

СЮ

.U<j,«A(b-fc0) +А

9"о >

где А. - коэффициент полезного действия вьрнва; g - ?;-зргртичсскгй потенциал ВЗ. ¿да/кг;

- те -

с^ - удельный расход ЕВ, кг/мэ;

Д - энергия, затрагиваемая на образован з единицы площади новой поверхности при дроблении структурных блоков, ДдЛ/; •

Ад - энергия, затрачиваемая на разрушение связей между структурными блоками, ДжЛ/"; - удельная югацадь поверхности кусков взорванной породы,

ы"1; г

Ь0 - удельная площадь естественных трещин, к"*.

,Цля соеок^, лности кусков случайных размеров удельная площадь поверхнос составляет:

где ]) - средневзвешенный по площадк поверхности диаметр кусков; ^ - мера сферичности кусков, которая для горных пород веред-нем р -на 10; .

Ма.Ма " начальные моменты распределения диаметра кусков с выборочными оценками.

где X;. - результаты измерений.

Оценку эффективности взрывного дробления : эзможно осуг1ествить лишь при известной энергоемкости дробления. На основе данных экспериментов установлена пропорциональная зависимость между энергоемкостью дробления и прочностными характеристиками пород. Поскольку расчеты прседены в предположена, что вся работа затрачивается на образование новой поверхности, это значение величины энергоемкости следует рассматривать как оценку сверху и тогда на основании С I5"i

где Р0 - средневэвеыенный по площади поверхносм диаметр струк турпьи блоков массива. Средневзвешенный по площев>' поверхности диагетр кусков взорванной породы

(15)

(1Ь)

устанавливается экспериментально с учетом

где Хо - максимальный размер кусков, равный удвоенной моде распределения во внеанем кольце; X - арифметическое среднее замеров. Тогда ->ценка коэффициента полезного действия взрыва в зависимости от иерархии распределения кг'сков в зоне дробления будет иметь ,ид:

ГД а+ 3 \ ,

---------(2С0

А--

С другой стороны иэ (16^ следует, что

Ит^тЫ" ■

В этом соотношении величины 3* и р являются известными: мера сферичности кусков с небольшой вариацией в среднем равна 10, а энергетический потенциал промышленных ВВ представляет собой справочную характеристику и в среднем составляет , £ • 10^ Дя/кг. Для энергоемкости дробления пород экспериментально получена, верхняя оценка: Л=100 6 (А, Дз»/м<"; б , ШЫ,,где б - предел прочности пород. ■

Таким образом в соотношении (22', остается неизвестным лишь к.п.д. взрыва т.е. величина . Замерами кусковатости взорванной породы с послсдующм определением средневзвешенного по площади поверхности диаметоа кусков I) при известной характеристике массива 1), установ-^но, что при отработанной технологии ведения буровзрыв ных работ К имеет незначительную ворляция с центром рассеяния 0,03.

С учетом лр веденных значений параметров соотношение (2<Л принимает вид

ИтЬ*^)".

Ро ©

Полученные прогнозные модели взры. лого яробления ! 13> и в сопоставлении ^ результатами фактических замеров кусковатости взорванной горюй массы позволяв? ^веруд^ть, что относительная ошибка „рогноза в том и другом случаях не пт-евшает 10%.

п -

Управление взрыв-.ш дроблением г юрой в угленаскщснной о он с.

При производстве взрывных работ с зоне угольных пластов необходимо управлять ¡знергмой -взрыва путем правильного расположения взрывных скважин относительно угольного пласта. При разработке сви ты ллъстов и особенно пластов ограниченной мощности производство буровзрывных работ осложняется многообразием их пространственного положения. Буровзрывные работы по породам междупластий в пткх уело ?иях должны обеспечивать как эффективность поеледуащкх технологических процессов, так и уменьшение потерь угля при выемки. Направление развития горных работ в ртом случае определяется пространственным положением ссносного, наиболее мощного пласта. Организация горных работ в гоне маломощны/ пластов более сложная, тан кок ориентировка их падения и простирания относительно борта-разреза и направления подвигамия Фронта робот весьма многообразна. Особую сложность представляет при отом выбор параметров буровзрывных рнбо в зоне контакта пластов с вмещающими породами. Расчет параметров буровзрывных работ е птчх условиях сводится к определен!® простран с "•венного положения скважин и порядка взрывания, исключающих раз},, шение угольного пласте (рис.4а^.

С учс.то:л язаимксК* ориентировки направления простирания } оль-К'сго п^ает, л главна осой ашхогропии трещинонатооти расстояние с оси заряде до границу.« эллиптической зоны дробления в произвольмм

Р/с.4а. Расчетная схема к определенно параметров сотки сквалинных зарядов в ■>о::е контакта породы с угольным пластом

направлении определяете* кз выражения

Я -]/ \tQosU , (23)

где ^ д - экстремальные значения радиусов зоны дробления (полуоси эллипса); сI - угол между направлением большой оси зоны дробления и

радиусом-вектором точки касания эллипса с угольным пластом.

Параметры расположения зарядов в зоне контакта пород с уголь-ннм пластом устанавливаются в зависимости'от величины й и высоты эзрывэемого уступа (рис.4б).

Рис.4б. Расчетная схема к определению глубины рзрырнмх- скважин в зоне контакте породы с угольным пластом

Переменная глубина скввкин по я -му ряду составляет

где ^ - угол падения пласта.

Минимальное расстояние от заряда до угольного пиаста. при котором исключаете» дробломио угля, равно:

где <о - коэффициент пагугяния прпргтжени»*;

(5с - 'вяпря-.гми'; к чзчольнкР «О!.» нт ррсх:енк: 'оу - г редел грвчне-аз угле; при <з».втки:

щ - коэффициент, учуивающий падение напряжений на границе раздела сред. Это соотношение при^нимо при условии:

т,^ I (26}

3 г '6:

т.е. в этом случае, когда величина $ превосходит величину торцевого эффекта взрыва. Это условие выполняется при а/гсЦ 20° Для меньших значений углов падения пласта необходимо учитывать торцевой эффект взрыва.

Рассеяние между скванинани в ряду и ыежду рядами скеглсин определятся по формулам:

При сближении и ^палении зарядов целесообразно рассматривать зоны их действия концентрическими эллипсами по отношению к зонам дробления. В,«этом случае аналогом величины К является величина •2=51. - 8 - коэффициент подобия. Условия £ =1, 8 г. 0, £> О соответствуют касанию зон дробления, их .(ересечению и лучага, когда зоны дробления не шеат общих точек.

Предложенный метод расчета реализован на ЭЩ при всех возможных на угольных разрезах сочетаниях природных, технологических и технических .акторов. Результаты расчетов показали хорошую сходимость с данными промышленных экспериментов. Установлено, что при взрывании скважинными зарядами диаметром 150мм и 214мм, расположенными относительно контакта с угольнь-ч пластом на расстоянии,.равном радиусу зоны дробления, нарушений пласта не происходит. При этом четко формируется контакт : .орва"ной породы с пластом. При частичном наложении зоны дробления На пласт устойчивость пласта сохраняется, но в отом случае наблюдаются ааколы и трещины в угольном пласте.

Анализ возможных условий производства буровзрывных работ в зоне контакта угольным пластом показал, что они определяются прежде всего пространственным положением пласта в отрабатываемой заходке. На основе этого анализа предложена классификация условий производство буровзрывных работ в угленасыщелной зоне (рис.Ь). Важным признаком. определяющим условия производства буровзрынных работ, явля-

ется угол между направлением экскаваторной заходки и направлением простирания пласта с£{ , который в первую очередь и определяет организацию буровэртеных работ и технологию выемки малс оцных пластов

ЭГ,С17И °Т БеЛИЧ1!ны ЭА0Г0 Угт выделены два случая: 90°> ^ * 9 0 и 180° г, ^ * 90°. В соответствии с зтим и в завис, от направления падения пластов в кедом из указанных случаев возможны две схемы, определяющие особенности организации буровзрывных работ и пар метра скв хин. Схемы организации обусловлены тем, куда падает пласт - на забой или от забоя и, следовательно, распожженчеи скввяян относи ельно пласта.

Ут мед®'' направлением М><5«. мала и ьхуссжц.

Ш

(1<СЗ«ниР. рлссуо. ЛсЯгии» шаета

на. ЭЛ.Ы1 ото заУся-

АЖ.

«тпттадсг-рг пшДопш:

Схем«. •! Окема 2

II ¡¿ТИп Н^Г

^ Т7//

•Л 1*" \

¿¿^'лк' Схгма М

Л

Рис.5. Классификация условий производства буровзрывных работ в ^гленаснценной зоне

Особое место здесь занимают схемы при разработке сближенных двух и более пластов. При отом возм хны согласное .схема А) и несогласие- залегание пластов с падением их вовнутрь междупластья (схема С) и в противоположные о меадуластья стороны (схема В). Такие случаи имеют место при отработке свк ы пластов, собранных в

синклинальные и антиклинальные складки. С учетом угла направления падения сОликенных пластов и положения взрывных скважин в при контактно!5 гонах относительно кровли и почвы пластов выделено шесть различных схем, уч^тьшкпщих особенности залегания каждого пласта в свито.

Приведенные в классификации схемы предполагают наличие в свите . двух пластов и более при мощности мездупяастий. но превылакяцей размеров зоны дробления. Втротквноы случае их следует рассматривать как отдельные пласты или рапные свиты. С другой стороны, минимальна мощность ме^дупластья /южна быть достаточной для размещения одного ряда скеюда*. при условии исключения разрушающего воздействия зарядов на пласты. Как поисзггвеет опыт разрезов Центрального Кузбасса, в последнем случае, как правило достигается хорошее качество подготовки пород междупластяй поскольку они обычно перемяты и требуют лишь сотрясательного взрывания, а в ряде случаев могут разрабатываться мехлопГ'Тйми без взрывных работ.

На основе классификации систематизированы факторы, определяющие условия ведения буровзрывных робот и рекомендованы параметры взрывной подготовки пород в угленясыщишой зоне.

Гранулометрический.сострв взорванной породы на контакте с угольным пластом к потеси угля.

На ссновк классификации взрывных блоков по сложности их обури-вадия п взрывания (см.рис. применительно к горнотехническим условиям носторсаденчй Кузбасса в зависимости от ориентировки угольных пластов по отнсшоик» я экскаваторной заходке (под некоторым углом, параллельно или перпендикулярно) и количества пластов в заходке, которые могут располагаться с падением в одну сторону (согласное залегание) или с педенкем в разниз стороны (несогласное залегание) с целью максимального извлечения угля разработаны различные схемы обуривания и взрывания блоков.

Установленные параметры зоны дробления и значение энергоемкое дробления пород взрывом, являющейся важнейшей составляющей урпвие лил баланса энергии, позволили решить основ ку.о задачу исследований сущность которой заключается в обеспечении сохранности угольного спласта и качественной подготовки пород при производство буровзрывных работ в зоне контакта с угольным пластом. Выполнение этих уело вий способствует максимальной полноте извлечения угля и сбеспечква ет высокую производительность экскаватора при выемке пород и угля.

Устойчивость угольного плиста будет обеспечена, если при вэры зании пород приконтактиой зоны взрывные скважины располагаются на

эпределекном расстоянии от гласив, завиеящж от свойств породного массива и диаметра заряда (табл.4).

Таблица 4

Качество взрывной подготовки пород на контакте с угольна плселом и уровень потерь угля

Диаметр естественных отдель-ностеи, м Предел прочности на сжатие. КПа Диаметр заряда* км Расстояние до угольного пласта. : м Удельный .расход вв, , кг/м3 ; Средний диаг/^тр куска взоевь..-ной породы,м Потери У|лд от

1 расчет-I ныГ экспери-ментвла« 1Й %

ь,ь 0.2..... С, 26 0,2о до 3

.3 50 250 7.2 0,3 0.24 С.23 0-5

5,6 С,С С,22 0,22 10-12

п.г 0,2 С.62 0,63 до 3

0.8 70 214 6,2 0,3 0.57 0.60 6

4.Б. 0,5 0.4Ь 0,51 , II

4.С 0.7 0.40 0.3 ь 1Ь

.4 0,5 0.9% 0,9С до о

2.2 95 150 2.9 0.7 0.72 0,75 &

2.о 0.9 0,63 0.61 30

2.3 1,1 0.54 0,50 33.5

При разработки плпстор их разрушение вызывается но только в ре.тультате дробщего действия зарядов, но и вследствие нр^мрнения схем короткоземодленного взрывания, выбранных без учета пространственного положения пластов в заходке. В связи с этим для уменьшения потерь угля необходимо принимать <"кекы короткояямрдлег.ного взрывания, отвечавшие конкретным условия».'! вед^дая горных работ в углонаскщеннсй зоне. Интервал "эмедления устанавливается в соответствии со свойствами пород, при зтом в зависимости т расположения пласта в заходке к его падения относи льно выработанного пространства выбираются соответствующие схемы взрывания прг>гчусма'гривв<гг4ае взрывание контурного ряда, рпг.полотеняого нъ контт:тр с ;то.<7ьнмм плзетоу. п пог-пед!пк». очередь,с направлением отбоПк:» от пласта.

Рекомс-нд> г-мче лардметрч рпеположгнм: скргсхккных зартдпв окон-туриваччц^го рялп 'ор.гяч"ппиич Луроваркриих рейс" в зоне контакта с угольные пластом обеспрчипа'тг сохранность пласта при »-чрувг и. хпг; слодст'".:«. 1»лкл*«гкть гшт-пи ""лч о' буровзрывных рч_

^ОТ и сущоетронпо снизить <чч5«*ггом»«нт> 1т угля.

Внедрение в практику проектирования и эксплуатации рекомендаций, разреботаннцх на основе теоретических положений и выводов диссертации, подтвердило их достоверность, высокую эффективность. Рекомендации кашли отражение в отраслевой методике расчета параметров буровзрывных работ для угольных разрезов, руководстве по прогнозу структурно-прочностных свойств пород разрезов Кузбасса, в проектах, разработанных институтами "Сибгипрошахт". "Кузбассгипрошахт" для ряда угольных разрезов. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 1,5 мл. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3 диссертации разработаны научно обоснованные технологические решения по определению оптимального расположения скважинных зарядов в зоне контекта с угольным пластом и схем короткозамедленного взрывания, внедрение которых: обеспечивает сохранность пласта от разрушения, существенное снижение потерь угля при открытой разработке свиты пластов и требуемое качестве подготовки пород к выемке.

Основные научные результаты, выводы и технические решения заключаются в следующем.

1.Разработана классификация породных массивов по естественной блоч-ности, в основу которой положены поды вероятностного распределения размеров структурных блоков, образующие иерархически''; ряд, описываемый геометрической прогрессией 0,3м; 0,Ьм; 2,2м со знаменателем 2,7.

2. Экспериментально установлено, что для анизотропного массива отношение экстремальных значений упругих характеристик практически совпадает с отношением экстремальных значений частоты трещин по главным осям анизотропии и изменяется в пределах 1,3+2 в зависимости от категории пород по блочностк. Полученные корреляционные зависимости между блочностью массива, его упругими и акустическими свойствами,

а также прочностью пород позволяют оценивать блочность массива осадочных пород вновь осваиваемых месторождений как по акустической жесткости массива или модулю упругости, так и по пределу прочности пород.

3. Форма зоны дробления пород вокруг заряда формируется в соответствии с анизотропией свойств массива и в плоскости, перпендикулярной оси заряда, может быть представлена эллипсом, оси которого совпадают с глазными осями анизотропии. Значение отношений экстре-усльинх значений радиуса зоны дробления (осей эллипса) характс-ризу- . '-■-•К'" еэ сеиму, варьируете г в диапазоне 1.3-1,9 зависимости от <лс"»чсстх гох-'сдного г'гселйо и с 01чсз< ни•*>!•! экст^'сльннх

значений модуля упругости. Эта величина тесно коррелирует с отношением экстремальных значений частоты трещин и скоростей упругих волн в массиве.

4. Минимальное расстояние от заряда до угольного пласта, обеспечивающее его сохранность от буровзрывных рг 5от, определяется соотношением акустических кестксстей на контакте "порода-уголь", а также взаимной ориентировкой простирания пласта и эллиптической зоны дробления, большая ось которой составляет 35,46,56 диаметров заряда для пород с преимущественными размерами естественных отдель-ностей 2,2м; 0,Ьм; 0,3м соответственно.

6. Экспериментально установлена регрессионная зависимость энергоемкости дробления от прочности пород, которая позволяет получить оценку доли энергии взрыва, приходящейся на дробление. Эта доля энергии в среднем составляет 3возрастая с увеличением прочности пород, и служит основой прогнозной модели, описывающей гранулометрический состав взорванной породы.

6. На основе концепции академиков "¡Д.Садовского и Е.И.Шемякина об иерархии преимущественных размеров кусков зона дробления вокруг заряда представляет собой совокупность концентрических кольцевых зои, в которых гранулометрический состав породы имеет симметричные распределения. Значения мод этих распределений образуют геометрическую прогрессию со знаменателем близким к 3. Из условия нормировки плотности распределения диаметра кусков в каждом кольце следует, что значения плотности в модах распределения монотонно убывают с увеличением расстояния от заряде. При этом иолимо-дальное распределение размера кусков во всей зоне дробления адекватно аппроксимируется степенным законом, о чем свидетельствуют результаты замеров кусковетоети взорванной породы по 150 промышленным взрывам.

7. На основе анализа данных о геометрии залегания угольных пластов,положения главных осей анизотропии евойст" массива относительно пласта и параметров зон дробления, установлено, что для обеспечения сохранности угольного пласта при углах падения ^

^20°'необходимо учитывать торцевой эффект взрыва, а при Ч > 20° размеры и форму зоны дробления в плоскости, перпендикулярной оси заряда.

6. Основой для определения параметров расположения скважин на контакте с угольным пластом при Ч > £0° являются размеры и форма зон дробления, о также различия в акустических свойствах вмещающих пород и угольных пчагтов. ¿'становлоно, что при равенстве пкустичес-

кой честности пород и угля, зона дробления должна касаться угольного пласта. Ьсли ^....устяческая жесткость породного массива больше аналогичного показателя для угля, то дробящее действие заряда.распространяется и на уголь. В зтом случае необходимо увеличили расстояние от заряда до контакта с пластом на определенную величину. Если же акустическая жесткость породы меньше акустической жесткос-.ти пласта, заряд следует располагать на расстоянии, меньшем радиуса зоны дробления породы без ущерба для сохранности угольного пласта.

9. Анализ уел лий производства буровзрывных работ в зоне контакта с угсльным пластом при разработке свиты крутых пластов показал, что они определяются прежде всого пространственным положением пласте ь отрабатываемой заходко. На основе этого анализа предложена классификация условий производства буровзрывных работ в углена-сыщенной зоне. Важны/, признаком, определяющим зти условия является угол между направлением лкскяваторной эаходки и направлением простирания г?поста, который » первую очередь определяет организацию буровзрывных работ и технологию выемки маломощных пластов. На оси' ве этой классификации систематизированы факторы, определяющие условия ведения буровзрывных работ, и . редлояены рекомендации по расчету параметров зарядов на контактах с угольным пластом.

10.'На основе классификации взрывных блоков по сложности их обу ривания и взрывания применительно к горнотехническим условиям Куэ~ 'аса разработаны технологические схемы буровзрывных работ в угле-насьпденной зоне, предусматривающие сохранность уголь..ого пласта от „зрывного разрушения при подготовке пород приконтактной зон-. Выбор конкретной технолог ческой схемы зависит-от количестра угольных пла стов в зауодке, их пространственной ориентировки и местоположения в заходке. При всем разнообразии условий'аалегани», пластов выбор той или иной схемы короткоземедленного взрывания осуществляется с учетом тре'оЪания, чтобы ряды скважин, расположенные в приконтакт-ной зоне, зрыва"чсь в последнюю очередь с .управлением отбойки от г-аста.

г новное содержание диссертации опубликовано в следующих работ х:

1. Репин Н.Г . Пзначев И.А. Исследование влияния диаметра

скеа*ия на степень дробления трещиноватых пород взрывом/ Изв.рузов, Горный журнал.-190Ь.-№ Ь-С. 70-74.

2. Репин К.Я.. Паначев И.А.. К методике определения глубины зо-

на разрушения массива при взрывных работах //йизико-техн.проСл.раз-. раб.полезн.ископаемых.-1969.Г.-С. 117-120.

3. Репин Н.Я..Поначеэ И.А..Потапов М.И. X определения размеров зоны разрушения пород сквежинными зарядами разного диаметра //<Ьн. вузов. Горный журнал.-1969.I-C. 37-41.

4. Репин Н.Я.. Паначев ИД., Бирюкгч A.B. Графоаналитический метод определения интенсивности трециноватости горного массива //Проблемы механики горных пород.-Новосибирск, I97I.-C. »25-429.. •

5. Репин Н.".. Паначев И.А., Ташкинов A.C. К определению размеров зоны разрушения при взрыввник сквнжиниых зарядов ВВ в трещиноватом массиве //Проблемы механики горных nopt,^,.-Новосибирск, I97I. -С. 429-433.

6. Исследование конструкций колонковых зарядов при взрывном-: дроблении вскрышных пород карьеров Кузбасса / И.Я.Репин, М.И.Потапов, И.А.Паначев. //Сб.науч.тр. /Куэбас.политехи.ин-т.-М : Недра, Г70.Вып.6.-С. 35-42.

7. Определение гранулометрического состава массива горных.пород /Репин Н.Я., И.А.Паначев, А.В.Бирюков. //Изв.вузов.Горный журнал. -1970.7.-С. ЗЗ-ЗБ.

8. Испытание кумулятивных зарядов при дроблении негабарита на карьерах Кузбасса / Н.Я.Репин, И.А.Паначев, Е.Ф.Сапрыкин и др. //Взрывное дело.-М.: Кедра, 1972.-!? 71/26.-С. 139-143.

9. Производительность драглайнов при разработке скальных пород /Репин Н.Я., Ташкинов A.C., Паначев И.А. и др. //Изв.вузов.Горный• журнал.-1974.-J? b.-C. 19-23.

Ю. Временная методика расчета параметров взрывной отбойки пород на угольных разрезах / Н.Я.Репин, И.А.Паначев, А.С.Ташкинов и др. //Материалы Межведомственной комиссии по взрывному делу. -f.-.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1976.-4Вс.

11. Ташкинов A.C., Паначев H.A., Бирюков л.В. Взрывная подготовка пород в угленгсыщенной зоне учебное пособие /Кузбасский политехнический инстигут.-Кемерово, 1979.-106с.

12. Ташкинов A.C., Паначев И.А., ¡-¿заев ВЛ. Прогнозирование структурно-прочностных характеристик вскрышных пород разрезов //Уголь,- I9B2.-W 9.-С. 55-57.

13. Паначев И.А., Бирюков A.B. Об энергоемкости дробления горных пород /Д1зв.вузов.Горный яурнал.-19Ь6.-№ 2.-С. 6/-66.

14. Бирюков A.B., Паначев И.А. К Еыбору математической модели кусковатости -зорванной породы //Изв.вузов.Горный журна .-19с''.-

№ Ъ.-С.'43-51.

15. Бирюков A.B.. Панече- И.А., Ташкинов A.C. Грануло! три я процессы дробления /Нузбас.политехи.ич-т.-Кемерово, 1966.-15с.-Деп. в ЩШЭИуголь 20.04.t6.-F» 369?,

16. Пвначев И.А.. Bhj лов A.B. К оценки кояффициента полезного действия взрыва //Изв.вузов.Горный журнал.-1967.5.-С. 4Ь-51.

17. Буровзрывные работы на угольных разрезах / Н.Я.Репин,

B.к.буткт, К.А.Паначев и др. Под .ред. К .Я. Репина. -¿1.: Недра, I9S7.-254с."

IB. Ланачер И.А. Физические предпосылки к расчету радиуса ясны разрушения пород при взрывании скважин!гых зарядов //Открытая разработка угодных месторождений: Межвуз.сб.научн.тр. /Кузбас. элитехн. ин-т.-Кемерово, 1964.-С. 23-27.

19. Прчачев И.А. Пути снижения потерь угля при взрывной подготс: ке пород на контакте с угольным пластом//Интенсификация горных работ на угольных разрезах: Медвуз.св.научн.тр.-/Кузбас.политехи.ин-т -Кемерово, 1906.-'" . 24-25.

20. Бирюков A.B., Паначев И.А. Взрывание пород с крепкими включениям'* //йзв.вуэо».Горный хурнал.- 19ЬЭ.II.-С. 60-62.

21. Паначев И.А., Бирюков A.B. Управление взрывным дроблением крупноблочных пород //Уголь.-199С.-№ 10.-С. 19-20.

22. Паначев И.А., Бирюков A.B., Кутснков Л.В. Оценка обводненности вскрышных город угольных разрезов //Изв.вузов.Горный журнал. -19У0.-№ Ö.-C.

23. Паначев И.А. Управление взрывным дроблением горных пород

в углснасыценной зоне /Управление: состоянием массива горных пород: Сб.науч.тр. //Ассоциация "Кузбассуглетехнология".-Кемерово, 1990. -

C. 37-42,

24. Паначев И.А., Ыасаев D.A., Кононов А.П. Анализ причин загрязнения воздушного бассейна пра разработке угольных месторождений Кузбасса с применением буровзоывьых ^абот /Дголь.-1992.-№ I.-C. 45-49,.

25. Po.ncicKer 14., bUjkor k'l evaluation о{ cee^ücLerA о| tko mefui e^skt of explosion // Soviet wining Зоигп.о.1. w*mb«t % jiui«. /(947. WM-Ä9.