авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Методы снижения интенсивности сейсмических и ударных воздушных волн при проведении взрывных работ на горных предприятиях норильска

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи




Вильчинский Владислав Борисович






методы снижения интенсивности сейсмических и ударных воздушных волн при проведении взрывных работ на ГОРНЫХ предприятиях Норильска

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук









Санкт-Петербург

2009 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования - Санкт-Петербургском горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) и Научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела межотраслевой научный центр ВНИМИ


Научный руководитель

доктор технических наук

Цирель Сергей Вадимович


Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Менжулин Михаил Георгиевич

кандидат технических наук

Хохлов Сергей Владимирович


Ведущее предприятие ООО «Институт Гипроникель»


Защита состоится 15 мая 2009 г. в 16 ч 00 мин на заседании диссертацион­ного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 линия, д.2, ауд. 1160.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института


Автореферат разослан 15 апреля 2009 г.



Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор Э.И. Богуславский

Общая характеристика работы

Актуальность работы. На предприятиях ЗФ ОАО "Горно-металлургическая компания "Норильский никель" добыча полезных ископаемых одновременно ведется открытым и подземным способами. Близость расположения горно-обогатительных предприятий, вспомогательных производств и населенных пунктов приводит к попаданию важнейших промышленных и гражданских объектов в опасную зону взрывных работ на карьерах. Например, вблизи места ведения взрывных работ на расстоянии 200м от борта карьера "Медвежий ручей" расположен комплекс ствола 9-бис подземного рудника "Заполярный", а на расстоянии 260 м - здание горнотранспортного предприятия (ГТП). На карьерах рудника "Кайерканский" взрывные работы ведутся в 1.53.5 км от жилых зданий г. Кайеркан.

Проблеме снижения вредных воздействий взрывов посвящены работы М.А. Садовского, В.В.Адушкина, Н.В.Мельникова, А.Н. Ханукаева, Е.И. Шемякина, В.Н.Родионова, Б.Н.Кутузова, В.Н.Мосин­ца, С.В.Медведева, Ю.А.Юрманова, А.А.Гурина, В.Х.Кантора, М.Г.Менжулина, В.И.Машукова, А.Г.Протосени, В.Л.Трушко, М.Г.Егорова, П.С.Миронова, А.А.Спивака, В.Н.Опарина, А.А.Ере­менко, С.А.Козырева, С.В.Циреля, Н.Н.Мамадалиева и многих других ученых. Труды этих ученых внесли значительный вклад в теорию и практику развития взрывного дела при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

В то же время не решены многие практические проблемы, в первую очередь применительно к высокой концентрации горных работ в условиях Крайнего Севера, где суровые климатических условия усиливают действие ударных воздушных волн (УВВ). В настоящее время общих решений проблемы и апробированных методик расчета вредных воздействий взрыва для условий Крайнего Севера не существует, хотя аналогичные трудности возникают и на других крупных месторождениях северной части страны.

Сходные по физическому смыслу задачи снижения воздействия взрывных сейсмических и ударных воздушных волн возникают при высокой концентрации подземных горных работ. Например, в горных выработках подземного рудника "Октябрьский" при проведении взрывных работ были зафиксированы случаи частичного обрушения кровли очистных камер, состоящей из многослойной бетонной закладки, что приводило к аварийным ситуациям и временным остановкам добычи руды.

В условиях Крайнего Севера снижение концентрации горных работ ведет к существенному удорожанию добычи. Поэтому весьма актуальны задачи исследования процессов воздействия взрывных работ на горный массив, здания и сооружения; разработка технологических приемов и рекомендаций, обеспечивающих снижение вредного воздействия взрыва на горные выработки, гражданские и промышленные объекты.

Цель диссертационной работы – разработка технических решений, минимизирующих вредные последствия взрывных работ, а также рекомендаций по выбору параметров БВР в зависимости от расстояния до охраняемых объектов с учетом свойств горных массивов и метеоусловий Крайнего Севера.

Идея диссертационной работы – существенное снижение вредных воздействий взрывных работ на охраняемые объекты и горные выработки может быть достигнуто без уменьшения концентрации и интенсивности ведения горных работ за счет создания защитных экранов и выбора параметров БВР с учетом особенностей распространения сейсмовзрывных и ударных воздушных волн в условиях Крайнего Севера.

Задачи исследований:

1. Выявить особенности распространения сейсмических и воздушных ударных волн при проведении массовых взрывов на карьерах Норильского промышленного района и разработать способы снижения воздействия сейсмических волн на промышленные и гражданские объекты.

2. Изучить закономерности изменения предельно допустимой массы зарядов ВВ в зависимости от расстояния до охраняемых объектов, оценить влияние климатических условий Норильского района на параметры УВВ при взрывных работах и разработать параметры БВР, обеспечивающие сохранность жилых зданий г. Кайеркан.

3. Исследовать динамические нагрузки в рудном теле и бетонной закладке, обусловленные совместным действием на них сейсмических волн и УВВ при различных параметрах взрывных работ; разработать на основе проведенных измерений рекомендации по снижению воздействия взрыва на горные выработки.

Научная новизна работы:

  • экспериментально получены закономерности затухания и параметры сейсмических волн в условиях вечной мерзлоты Норильского района; показано, что горизонтальная составляющая скорости смещения горных пород, фундаментов и несущих элементов объектов существенно (в 1,7-2,5 раза) превосходит вертикальные скорости смещения горных массивов и сооружений.
  • определены зависимости предельной массы зарядов ВВ на ступень замедления (типа граммонитов и гранулитов) от расстояния до охраняемого объекта, и на этой основе разработан регламент отбойки пород буровзрывным способом вблизи охраняемых объектов на карьерах Норильского промышленного района.

Основные защищаемые положения.

1. Для снижения интенсивности сейсмических волн при ведении БВР в условиях вечной мерзлоты необходимо вести отбойку ближайших к охраняемому объекту блоков таким образом, чтобы они примыкали к экрану, образуя тем самым траншею переменной ширины, увеличивающейся по мере ведения взрывных работ.

2. При проведении взрывных работ на карьерах Норильского промышленного района в условиях низких температур и сильных ветровых потоков необходимо учитывать 4-5 кратное увеличение интенсивности УВВ, вызванное фокусировками ударных волн, действующих на охраняемые сооружения.

3. Для повышения безопасности отбойки руды в очистных выработках подземных рудников Талнаха необходимо применять порядно-продольную схему взрывания шпуров, которая обеспечивает снижение интенсивности сейсмических волн в 2-2,5 раза и снижаетпереход энергии в ударную воздушную волну в 1,5-2 раза по сравнению с порядно-поперечной схемой.

Методика исследований включала натурные измерения параметров сейсмовзрывных и ударных воздушных волн при проведении буровзрывных работ на карьерах и рудниках, статистическую обработку экспериментальных данных, контроль влияния взрывных работ на охраняемые объекты и расчеты допустимых величин зарядов ВВ в различных условиях.

Достоверность научных результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов расчетов по разработанному автором и базовому (известному) методу оценки динамических нагрузок для эталонных (тарировочных) условий, данными контрольных измерений и длительным авторским надзором за состоянием охраняемых объектов,.

Практическое значение работы:

  • создана методика оценки предельно допустимой массы зарядов в зависимости от расстояний с учетом характеристики защищаемых зданий и промышленных сооружений и условий работы, находящихся внутри них машинных агрегатов и установок;
  • разработана новая конструкция защитных экранов от сейсмического действия взрыва, обеспечивающая увеличение ширины экрана по мере ведения взрывных работ;
  • разработаны рекомендации по ведению взрывных работ на подземном руднике «Октябрьский», обеспечивающих снижение действия взрыва на горные выработки.

Реализация работы. Разработанные методики и рекомендации используются техническими службами БВР рудниках "Медвежий ручей", "Кайерканский" и "Октябрьский" при проектировании и разработке паспортов взрывных работ. Применение предложенных методов защиты ствола 9-бис рудника "Заполярный" от влияния взрывов карьера "Медвежий ручей" позволило вовлечь в добычу дополнительно 20 млн. т. руды на северо-западном участке карьера.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной конференции "Научно-технические проблемы космонавтики и ракетостроения" (г. Калининград, 1996 г.), Республиканской конференции "Современные проблемы механики жидкостей, многофазных сред и распространения волн в сплошных средах" (Ташкент, 1999 г.), научных чтениях "Современное состояние расчетных и экспериментальных методов оценки прочности и напряженно деформационного состояния зданий и сооружений" (Московский государственный строительный институт, Москва, 2004 г.), на секции Ученого совета по геомеханике ВНИМИ (Санкт-Петербург, 2007 г.), на научно-техническом совете Научного центра по геомеханике и проблемам горного производства (Санкт-Петербург, 2008 г.).

Личный вклад автора заключается в инженерной постановке задач, адаптации известных методов натурных определений параметров волн к условия НПР, организации и проведении экспериментальных работ на рудниках "Медвежий ручей", "Кайерканский" и "Октябрьский", анализе результатов исследований с установлением закономерностей распространения сейсмовзрывных волн в горных массивах, закладочных (бетонных) и рудных структурах, вмещающих выработки, в получении и обобщении основных результатов исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 83 наименований. Она изложена на 170 страницах, содержит 83 рисунка, 44 таблицы и 2 приложения.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.т.н. Цирелю С.В., а также благодарит за полезные обсуждения и консультации д.т.н. Мамадалиева Н., д.т.н Шабарова А.Н., к.т.н. Звездкина В.А., к.т.н. Филинкова А.А.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проанализировано современное состояние вопроса и сформулированы цели и задачи следований.

Вторая глава посвящена разработке методик экспериментальных исследований параметров волн, проведению натурных замеров, анализу и обобщению их результатов для заданных пороговых значений избыточного давления УВВ и скорости смещения грунта, а также разработке методов снижения интенсивности сейсмовзрывных волн вблизи охраняемых объектов.

Третья глава посвящена исследованиям ударных воздушных волн при ведении взрывных работ на карьерах в условиях Крайнего Севера и сопоставлению параметров сейсмических и ударных воздушных волн при различных метеоусловиях.

Четвертая глава посвя­щена исследованиям параметров распространения воздушных и сейсмических волн в горных выработках и вмещающих массивах при ведении взрывной отбойки руды на подземном руднике «Октябрьский» и выбору наиболее безопасной схемы взрывания.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для снижения интенсивности сейсмических волн при ведении БВР в условиях вечной мерзлоты необходимо вести отбойку ближайших к охраняемому объекту блоков таким образом, чтобы они примыкали к экрану, образуя тем самым траншею переменной ширины, увеличивающейся по мере ведения взрывных работ.

Исследования проводились в основаниях сооружений комплекса ствола 9-бис рудника "Заполярный" и зданий горно-транспортного предприятия (ГТП) с учетом их категории и разработке рекомендаций по допустимой мощности (массы) заряда на ступень замедления в зависимости от расстояний, обеспечивающих безопасную эксплуатацию упомянутых комплексов при проведении массовых взрывов на северо-западном участке борта карьера рудника "Медвежий ручей".

Все используемые при натурных взрывах датчики и вся измерительная аппаратура подвергались предварительной тарировке. Достоверность результатов натурных замеров дополнительно подтверждена сопоставлениями тарировочных измерений в скальных породах с расчетами по эмпирической формуле М.А. Садовского и А.Н. Ханукаева.

В процессе опытно-промышленных исследований были проведены взрывы трех блоков, находящихся расстояниях от 40 до 140 м от охраняемых объектов (сооружения комплекса ствола 9-бис – ствол, копер, надшахтное здание, здание подъемных машин (ЗПМ), АБК рудника "Заполярный" и гараж ГТП).

Сейсмовзрывные волны проходили через массив сложного строения, включающий сезонно-мерзлые и многолетнемерзлые наносы общей мощностью 7-10 метров, перекрывающие слоистые трещиноватые породы базальтоидного состава, рассеченные сбросом и серией крутопадающих зон повышенной трещиноватости. Измерения (рис. 1) показали, что амплитуды скоростей смещений затухают по степенной зависимости от приведенного расстояния=. В диапазоне 0 < 60 м/кг1/3 экспериментальные данные могут быть с высокой точностью аппроксимированы уравнениями вида:

(1)

,

где R – расстояние от взрыва до точки наблюдения, м; Qгр – масса ВВ в группе замедления. Кг; Vmг – амплитуда горизонтальной компненты волны, м/с; Vmв – амплитуда вертикальной компоненты волны, м/с;, Vm – суммарная скорость смещения горной породы и оснований зданий, м/с; А1 = 485; А2 =280; А3 = 560; 1 = – 1,064; 2 = – 1,087; 3 = – 1,072. При этом значения Vmг() в 1,7-2,5 раза больше, чем Vmв, т.е. при взрывах на поверхности борта карьера амплитуда горизонтальной скорости колебания горной породы является преобладающей. Сопоставление с известной формулой М.А. Садовского показало сходство вида зависимости, но более быстрое затухание волн.

Сооружения комплекса ствола 9-бис относятся к промыш­лен­ным зданиям и сооружениям II класса – для них величины пороговых значений скорости смещения горной породы в основани­­ях сооруже­ний изменяются в интервале Vпор = 30 50 мм/с. Учитывая многократность проведения массовых взрывов и важность обеспечения безопасности сооружений комплекса 9-бис для Vпор принято критическое значение 30 мм/с. Тогда, подставляя это пороговое значение скорости смещения в (1) для определения допустимой мощности Q (кг) зарядов ВВ на ступень замедления в зависимости от расстояния R (м), получим формулу:

Q = Qгрдоп = 0,2634. 10-3 R3 (2)

Тогда, предельно допустимые массы зарядов Q на ступень замедления в зависимости от расстояния до охраняемых объектов R составляют:

R, м 60 100 140 180 220 260 300
Q, кг 57 263 723 1536 2805 4630 7112


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.