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 |

Повышение эффективности отбойки горных пород на основе использования зарядов с заданными энергетическими свойствами

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СЕМЕНЯК Светлана Юрьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТБОЙКИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАРЯДОВ С ЗАДАННЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

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

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Парамонов Геннадий Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Джигрин Анатолий Владимирович

кандидат технических наук, доцент

Лигоцкий Дмитрий Николаевич

Ведущее предприятие: Институт проблем комплексного освоения недр РАН

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 года в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. № 1160

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 25 апреля 2007 года

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета,

д.т.н., профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

Актуальность работы.

Повышение эффективности добычи полезных ископаемых и стройматериалов во многом зависит от правильно выбранной технологии взрывных работ. Взрывные работы являются основным способом подготовки горной массы к выемке.

Многообразие условий и форм организации ведения взрывных работ на карьерах служат причиной того, что, не смотря на имеющие достижения в разработке высокоэффективных способов дробления горных пород взрывом, до сих пор не обеспечивается требуемое качество дробления горной массы. Это объясняется тем, что при расчете параметров буровзрывных работ, конструкций зарядов взрывчатых веществ, систем инициирования зарядов не учитывают взаимосвязь энергетических параметров взрывчатых веществ с волновым полем напряжений в разрушаемом массиве горных пород с конкретными физико-механическими свойствами. Поэтому повышение эффективности взрывных работ, на основе применения зарядов ВВ с заданными энергетическими характеристиками с учетом параметров поля напряжений в горной породе, обеспечивающими оптимальную степень дробления горной массы, является актуальной научной и практической задачей.

Значительный вклад в исследование процессов разрушения горных пород, формирования и распространения волны напряжений в массиве горных пород при взрыве зарядов ВВ внесли: Адушкин В.В., Родионов Н.Ф., Шемякин Е.И., Ханукаев А.Н., Кутузов Б.Н., Крюков Г.М., Боровиков В.А., Жариков И.Ф., Шувалов Ю.В., Парамонов Г.П., Менжулин М.Г., и др.

Тем не менее, несмотря на большой объем выполненных работ и достигнутые успехи в научных исследованиях, до настоящего времени нет окончательного научно-обоснованного подхода к определению рациональных параметров БВР, учитывающих развитие волновых процессов в массиве горных пород, параметров волны напряжений при взрыве системы скважинных зарядов.

Цель работы. Повышение эффективности работы горного предприятия за счет получения заданного распределения гранулометрического состава горной массы при взрывной отбойке гранита на щебень.

Идея работы. Заданный гранулометрический состав отбиваемой горной массы обеспечивается управлением параметрами волны напряжений за счет применения комбинированных зарядов с изменяющимися энергетическими свойствами по длине скважины.

Основные задачи работы:

  • анализ и оценка влияния параметров БВР на формирование параметров волн напряжений в массиве горных пород при производстве массовых взрывов на карьерах;
  • разработка методики расчета параметров волн напряжений и зон разрушения горных пород во времени в зависимости от условий взрывания в массиве скважинных зарядов с учетом их взаимодействия;
  • установление закономерностей влияния энергетических свойств ВВ на формирование параметров волны напряжений;
  • разработка конструкции заряда и технологии ведения взрывных работ, обеспечивающих повышение доли энергии ВВ, затрачиваемой на дробление горных пород;
  • обоснование рациональных параметров БВР, обеспечивающих снижение выхода негабарита и повышения качества дробления горной массы при производстве массовых взрывов на карьерах;
  • экономическая оценка эффективности предлагаемой технологии ведения взрывных работ на гранитных карьерах Ленинградской области.

Научная новизна работы:

  • Определена зависимость нагружения массива системой зарядов от физико-механический свойств горных пород.
  • Установлены закономерности изменения амплитудно-временных характеристик волны напряжений в горной породе от энергетических свойств и конструкции заряда ВВ.

Защищаемые научные положения:

    1. Применение зарядов с линейно-заданными энергетическими свойствами для отбойки гранитных массивов обеспечивают по сравнению со сплошными зарядами увеличение на 20-25 % амплитуды волн напряжений в донной части зарядов на расстояниях от 15 до 70 радиусов и уменьшение на 5-10 % в верхней части зарядов на расстояниях 30-60 радиусов.
    2. Повышение эффективности отбойки горных пород достигается изменением амплитуды волны напряжения путем применения зарядов с заданными энергетическими свойствами, выбором интервала замедления и диаметра зарядов

Методы исследований. Обзор и анализ исследований отечественных и зарубежных ученых в области взрывных работ, комплексное использование теоретических и экспериментальных методов в лабораторных и производственных условиях, применение физико-математического моделирования на ЭВМ волнового нагружения массива горных пород взрывом зарядов ВВ, сравнительный анализ результатов исследований с натурными данными.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Обеспечивается большим объёмом проанализированной и обобщённой информации отечественных и зарубежных исследований, использованием современных представлений физики и механики в области разрушения горных пород при динамических нагрузках, достаточной сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных и производственных экспериментов, использованием разработанных конструкций зарядов при производстве массовых взрывов на карьерах ЗАО “Каменногорского комбината нерудных материалов”.

Практическая значимость работы:

  • Разработан метод расчета параметров волны напряжений при взрыве системы зарядов, позволяющей установить их взаимодействие с учетом объемной концентрации энергии и протяженности заряда;
  • Установлены количественные зависимости параметров волн напряжений от конструкции заряда, объемной энергии взрыва и схемы инициирования;
  • Заряды с заданными энергетическими свойствами, обеспечивающие более интенсивную проработку подошвы, оптимальную степень дробления горной массы и минимальные потери минерального сырья, использованы на карьерах строительных материалов.
  • Установлены количественные зависимости качества дробления горной массы для различных конструкций зарядов ВВ, что позволило увеличить производительность погрузочно-транспортного оборудования карьера.

Личный вклад автора. Сбор и анализ данных ранее проводимых исследований; постановка цели и задач исследований; руководство и непосредственное участие в теоретических и экспериментальных исследованиях; обработка полученных данных на ЭВМ при проведении численных расчетов; обобщение и анализ полученных результатов, разработка практических рекомендаций.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на карьерах ЗАО “Каменногорского комбината нерудных материалов” при проведении массовых взрывов. Научные и практические результаты диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам: “Технология и безопасность взрывных работ”, “Теория детонации ВВ”, “Промышленные взрывчатые вещества”.

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» 2004 г.-2007 г. (СПГГИ (ТУ), г. Санкт-Петербург), научной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» 2006 г. (ИГД СО РАН, г. Новосибирск), научной конференции «Безопасность-2005» (ИГТУ, г. Иркутск) и на научных симпозиумах «Неделя горняка – 2004, 2005» (МГГУ, г. Москва). В целом работа докладывалась на заседаниях технического совета ЗАО “Каменногорского комбината нерудных материалов”, на заседаниях кафедры Безопасности производств и разрушения горных пород и НТС СПГГИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 130 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.П. Парамонову, развитие идей которого, помощь и постоянное внимание способствовали успешному выполнению работы, а также признательность сотрудникам кафедры Безопасности производств и разрушения горных пород за практические советы при написании.

Основное содержание работы

В первой главе диссертационной работы представлено современное состояние изученности процесса формирования зон разрушения горных пород и распространения волн напряжений во времени и в зависимости от условий взрывания при производстве массовых взрывов на карьере. Определены цели и задачи исследований.

Во второй главе на основе представлений физики и механики в области волновых процессов описана физико-математическая модель распространения волн напряжений в массиве горных пород при взрыве серии удлиненных цилиндрических зарядов ВВ с различной энергоемкостью. Выполнены расчеты для средней зоны взрыва. Предложена методика расчета параметров волн напряжений при взрыве серии удлиненных зарядов ВВ.

В третьей главе приведены результаты численного моделирования волновых процессов в горной породе при взрыве серии удлиненных зарядов. Определена взаимосвязь энергетических свойств взрывчатых веществ с волновым полем напряжений в массиве горных пород при взрыве зарядов ВВ и физико-механическими свойствами разрушаемых горных пород для конкретных условий.

В четвертой главе рассмотрены конструкции заряда и параметры БВР, рекомендуемые к применению на карьерах, приведены и проанализированы результаты промышленного эксперимента, подтверждающие теоретические и лабораторные исследования.

Основные результаты работы отражены в следующих защищаемых положениях:

1.Применение зарядов с линейно-заданными энергетическими свойствами для отбойки гранитных массивов обеспечивают по сравнению со сплошными зарядами увеличение на 20-25 % амплитуды волн напряжения в донной части зарядов на расстоянии от 15 до 70 радиусов и уменьшение 5-10 % в верхней части зарядов на расстояниях 30-60 радиусов.

Разработка данного научного положения базировалась на результатах численного расчета параметров волн напряжений, возникающих при взрыве зарядов цилиндрической симметрии конечной длины. В основу численного расчета параметров волн напряжений положен теоретико-экспериментальный метод расчета параметров волны напряжений, предложенный проф. В.А. Боровиковым, И.Ф. Ванягиным и развиваемый С.В. Цирелем, И.Ю. Ермолаевым, М.Г. Менжулиным, Т.В. Стояновой и др.

Каждый удлиненный заряд длиной L разбивается на сферические заряды с центрами, лежащими на оси удлиненного заряда соответственно.

Элементарные заряды инициируются последовательно через равные промежутки времени, которые определяются из условия равенства времени детонации сплошного заряда суммарному времени детонации единичных зарядов. Поле напряжений в заданной точке определяется суммированием полей напряжений, создаваемых каждым элементарным зарядом от каждого удлиненного заряда с учетом эффекта их взаимодействия, времени и геометрии распространения суммируемых волн, а также интервала замедления между зарядами. При этом элементарный заряд условно принят сферическим. Создаваемая каждым элементарным зарядом волна напряжений принимается условно в виде короткой единичной волны, затухающей с расстоянием за счет геометрии расхождения.

Нижний край первого заряда имеет координаты в точке О (хо, yо, zо) (Рисунок 1).

Волна напряжений в заданной точке вычисляется геометрическим суммированием элементарных волн напряжения с учетом времени прихода этих волн и углов, образованных направлениями радиусов с направлением нормали к площадке в точке наблюдения:

; (1)

(2)

На основе изложенной методике написана программа, позволяющая рассчитать параметры волн напряжений, возникающие в горной породе при взрыве серии удлиненных зарядов различной конструкции в различных точках и в различный момент времени.

  Схема расчета поля напряжений, вызванного взрывом серией удлиненных-2

Рисунок 1 – Схема расчета поля напряжений, вызванного взрывом серией удлиненных зарядов

Были произведены расчеты, которые показали, что параметры волн напряжений, реализующиеся при взрыве зарядов с заданной энергоемкостью существенно отличаются от традиционно используемых сплошных зарядов при отбойке породы.

Зависимость средних значений максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния по оси x от 1 до 6 м при взрыве комбинированных и сплошных зарядов была получена в точке наблюдения с координатами: y = 3,5 м; z = 0 м (Рисунок 2), а зависимость максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния по оси z от 1 до 6 м – с координатами: x = 3,5 м; z = 0 м (Рисунок 3). При этом параметры рассматриваемых зарядов представлены в Таблице 1.

  Зависимость средних значений максимальных амплитуд радиальной-3

Рисунок 2 – Зависимость средних значений максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния при взрыве комбинированных (а) и сплошных (б) зарядов с учетом времени замедления 6 мс при y=3,5 м на уровне подошвы заряда

При этом:

1 а - первый и второй комбинированные заряды;

1 б - первый и второй сплошные заряды;

2 а - третий и четвертый комбинированные заряды;

2 б - третий и четвертый сплошные заряды.

  Зависимость максимальных амплитуд радиальной составляющей волны-4

Рисунок 3 – Зависимость максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния при взрыве комбинированных (а) и сплошных (б) зарядов с учетом времени замедления между рядами зарядов 6 мс

При этом:

1 а - комбинированный заряд при z=0 м;

1 б - сплошной заряд при z=0 м;

2 а - комбинированный заряд при z=6 м;

2 б - сплошной заряд при z=6 м;

3 а - комбинированный заряд при z=12 м;

3 б - сплошной заряд при z=12 м.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что значения максимальной амплитуды волны напряжения при использовании зарядов с заданными энергетическими свойствами в донной части заряда на 10-25 % выше, а в верхней части – на 5-10 % ниже максимальных значений амплитуды волны напряжений при использовании сплошных зарядов в средней зоне взрыва. Это положение прошло промышленную проверку на гранитных карьерах Ленинградской области с положительным результатом.

Таблица 1 – Параметры комбинированных и сплошных зарядов

Сетка скважин = 7 х 7 м; Время замедления между 1,2 и 3,4 зарядами = 6 мс; Длина скважины L = 12 м;
Сплошной заряд Комбинированный заряд
ВВ = 1000 кг/ м3 D = 4200 м/с; Q = 3600 КДж/кг; Верхняя 1/3 заряда ВВ = 900 кг/ м3; D = 3800 м/с; Q = 2800 КДж/кг; Средняя 1/3 заряда ВВ = 1000 кг/ м3; D = 4000 м/с; Q = 3600 КДж/кг; Нижняя 1/3 заряда ВВ = 1100 кг/ м3; D = 4200 м/с; Q = 4600 КДж/кг;


Pages:   || 2 |
 





 
© 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.