Расчёт параметров буровзрывных работ при строительстве подземных горных выработок
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Авторы:
Вохмин Сергей Антонович, Курчин Георгий Сергеевич, Кирсанов Александр Константинович, Шкаруба Наталья Александровна
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 180
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7638-4481-8
Артикул: 814246.01.99
Представлен анализ отечественных и зарубежных методик определения параметров зон разрушения породного массива вокруг взрываемого заряда. Рассмотрены опорные факторы, влияющие на эффективность взрывных работ.
Предложена методика по расчёту параметров буровзрывных работ при строительстве горизонтальных и наклонных горных выработок на основе вычисления радиусов зон разрушения породного массива. Приведены результаты опытнопромышленных испытаний паспортов буровзрывных работ.
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженернотехнических работников, специализирующихся в области горного дела. Может быть полезна студентам, обучающимся по специальностям «Шахтное и подземное строительство» и «Подземная разработка месторождений».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Монография Красноярск СФУ 2022
Оглавление
2
УДК 622.235+622.016
ББК 33.13
Р248
Р е ц е н з е н т ы:
А. И. Копытов, доктор технических наук, профессор кафедры строительства
подземных сооружений и шахт ФГБОУ ВО КузГТУ, руководитель
Сибирского отделения Академии горных наук;
В. М. Лизункин, доктор технических наук, профессор кафедры подземной
разработки месторождений полезных ископаемых ФГБОУ ВО ЗабГУ
Р248 Расчёт параметров буровзрывных работ при строительстве
подземных горных выработок : монография / С. А. Вохмин, Г. С. Кур-
чин, А. К. Кирсанов, Н. А. Шкаруба. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т,
2022. – 180 с.
ISBN 978-5-7638-4481-8
Представлен анализ отечественных и зарубежных методик определения
параметров зон разрушения породного массива вокруг взрываемого заряда. Рассмотрены
опорные факторы, влияющие на эффективность взрывных работ.
Предложена методика по расчёту параметров буровзрывных работ при строительстве
горизонтальных и наклонных горных выработок на основе вычисления
радиусов зон разрушения породного массива. Приведены результаты опытно-
промышленных испытаний паспортов буровзрывных работ.
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженерно-
технических работников, специализирующихся в области горного дела. Может
быть полезна студентам, обучающимся по специальностям «Шахтное и подземное
строительство» и «Подземная разработка месторождений».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 622.235+622.016
ББК 33.13
ISBN 978-5-7638-4481-8 © Сибирский федеральный
университет, 2022
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ .................................................................... 6 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ................................................................ 8 ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 9 Г л а в а 1. СОСТОЯНИЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ В РОССИИ И МИРЕ. АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ............................................. 11 1.1. Исторический очерк развития горного и взрывного дела ................................................................. 11 1.2. Текущее состояние и перспективы добычи полезных ископаемых ........................................................ 14 1.3. Производство, хранение и применение взрывчатых материалов промышленного назначения .............................................. 20 1.4. Экологические риски при проведении взрывных работ ...................................... 21 Г л а в а 2. ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ МЕТОДИЧЕСКИХ ПРАКТИК РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ БВР .............................................. 23 2.1. Анализ методик расчёта параметров БВР при проходке выработок .................................................... 23 2.1.1. Методики расчёта параметров БВР на основе первоочередного определения удельного расхода ВВ ............................................. 24 2.1.2. Методики расчёта параметров БВР на основе первоочередного определения зон разрушения породного массива ...................... 33
Оглавление 4 2.2. Анализ практики ведения БВР при строительстве горизонтальных и наклонных горных выработок на подземных рудниках Норильского промышленного района .............................. 43 2.2.1. Рудник «Таймырский» .............................................. 47 2.2.2. Рудник «Октябрьский».............................................. 52 2.2.3. Шахта «Комсомольская» .......................................... 57 2.2.4. Шахта «Скалистая» ................................................... 64 2.2.5. Рудник «Маяк» ........................................................... 67 2.2.6. Рудник «Заполярный» ............................................... 71 Выводы.................................................................................. 75 Г л а в а 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ БВР ПРИ ПРОХОДКЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ........................................................... 77 3.1. Количественная оценка факторов, влияющих на эффективность буровзрывных работ ........................... 77 3.1.1. Глубина шпуров ........................................................ 77 3.1.2. Качество и длина забойки ........................................ 79 3.1.3. Крепость и вязкость пород ....................................... 83 3.1.4. Тип ВВ и скорость детонации ................................. 84 3.1.5. Трещиноватость массива ......................................... 87 3.2. Анализ влияния вруба на эффективность отбойки .......... 88 3.2.1. Способы создания врубовой полости ..................... 89 3.2.2. Анализ существующих методов расчёта взрывных врубов .................................................... 106 Выводы .............................................................................. 114 Г л а в а 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА ОСНОВЕ ЗОН РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОБЛЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ................. 115 4.1. Образование основных зон разрушения породного массива ............................................................ 115 4.2. Обоснование методики расчёта параметров буровзрывных работ ......................................................... 117 4.2.1. Расчёт и построение взрывного вруба .................. 123
Оглавление 5 4.3. Опытно-промышленное испытание предлагаемой методики расчёта параметров БВР на подземных рудниках Талнахского рудного узла ...... 133 4.3.1. Рудник «Таймырский» ........................................... 135 4.3.2. Рудник «Октябрьский»........................................... 138 4.3.3. Рудник «Комсомольский», шахта «Комсомольская» ....................................... 141 4.3.4. Рудник «Комсомольский», шахта «Скалистая» ................................................ 144 4.3.5. Рудник «Маяк» ........................................................ 147 4.3.6. Рудник «Заполярный» ............................................ 151 4.4. Результаты опытно-промышленных испытаний ............ 155 Г л а в а 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА РУДНИКАХ НОРИЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА ............ 159 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 164 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ...................................... 166
Список использованных терминов и определений 6 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ Буровзрывные работы – совокупность взрывания и подготовительного к нему бурения шпуров и скважин при добывании полезных ископаемых, проведении горных выработок, строительстве сооружений в крепких горных выработках. Взрыв – процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объёме за весьма короткий промежуток времени. Взрывные работы – выполняемые с помощью ВВ работы по разрушению твердых сред взрывом при добывании полезного ископаемого, проведении горных выработок и в строительстве. Взрывчатые вещества (ВВ) – химические системы, способные под влиянием определенного внешнего воздействия переходить с высокой скоростью в другие системы или вещества. Взрывной вруб – комплект шпуров, расположенных по определенной системе и предназначенных для размещения зарядов, взрывом которых создается врубовая полость. Выработанное пространство – пространство, образующееся после извлечения полезного ископаемого в результате ведения очистных работ. Вязкость – свойство жидкостей, газов и твёрдых тел оказывать сопротивление при перемещении одной части относительно другой. Детонация – взрыв, распространяющийся с постоянной и максимальной для данного ВВ и данных условий скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Забой – передвигающаяся в пространстве поверхность полезного ископаемого или вмещающих его пород, с которой непосредственно осуществляется их выемка. Забойка – процесс заполнения шпура, скважины, зарядной камеры и т. д. или их части, прилегающей к заряду ВВ забоечным материалом (инертным), способным оказать сопротивление высокому давлению газов взрыва, обеспечивающим замкнутость заряда и повышающим эффективность действия взрыва. Заряд – определённое количество ВВ, подготовленное к взрыву. Коэффициент использования шпура (КИШ) – безразмерная величина, характеризующая эффективность действия взрыва шпуровых зарядов
Список использованных терминов и определений 7 при проведении выработок и на очистных работах; определяется отношением величины подвигания забоя за взрыв к глубине заложения шпуров. Коэффициент крепости горной породы – величина, приближенно характеризующая относительную сопротивляемость породы разрушению при добывании. Линия наименьшего сопротивления (ЛНС) – кратчайшее расстояние от центра заряда до открытой поверхности. Плотность заряжания – отношение массы заряда ВВ к объёму зарядной камеры. Подвигание забоя – расстояние, на которое перемещается забой выработки за определённый промежуток времени (смена, сутки, месяц и т. д.). Подземные горные выработки – полости в толще полезного ископаемого или породы, образующиеся в результате ведения горных работ. Скважина – горная выработка цилиндрической формы глубиной более 5 м и диаметром более 75 мм, пройденная в горной породе или полезном ископаемом механическими или немеханическими способами бурения. Удельный расход ВВ – количество ВВ, фактически израсходованное на 1 м3 взорванной горной массы. Шпур – цилиндрическая полость в горной породе, имеющая глубину до 5 м, диаметр до 75 мм и предназначенная для размещения заряда ВВ.
Обозначения и сокращения 8 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ В настоящей монографии применяются следующие обозначения и сокращения с соответствующими определениями: БВР – буровзрывные работы ВВ – взрывчатое вещество ПИ – полезное ископаемое ВМ – взрывчатые материалы HHI – индекс Херфиндаля – Хиршмана КИШ – коэффициент использования шпуров ЛНС – линия наименьшего сопротивления ВНИИОМШС – Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства СНиП – строительные нормы и правила CZI – индекс зоны разрушения ANFO (АСДТ) – смесевое взрывчатое вещество, состоящее из аммиачной селитры и углеводородного горючего вещества, чаще всего, дизельного топлива СБУ – самоходная буровая установка НСИ – неэлектрическая система инициирования ЭД – электродетонатор ДПМ – детонатор промежуточный малогабаритный ДШ – детонирующий шнур УВТ – ударно-волновая трубка ГВВ – гранулированное взрывчатое вещество СИ – средство инициирования ОПИ – опытно-промышленные испытания ФЕР – федеральные единичные расценки ГЭСН – государственные элементные сметные нормы
Введение 9 ВВЕДЕНИЕ Успешное развитие горнодобывающих предприятий в условиях рыночной экономики неразрывно связано с решением комплекса задач по повышению эффективности производства за счёт снижения затрат на строительство подземных горных выработок. Это объясняется тем, что строительство новых и реконструкция действующих шахт и рудников требуют выполнения большого объёма работ по проведению горных выработок, протяжённость которых только по одному предприятию может достигать десятков километров. На эффективность производства значительное влияние оказывает оптимизация и интенсивность буровзрывных работ. Расчёт рациональных параметров буровзрывных работ при проходке выработок является одним из наиболее сложных вопросов в современном горном деле. В настоящее время в технической литературе имеется большое количество работ, посвящённых решению этой проблемы. Сформированные в них представления о закономерностях и механизме разрушения горных пород, основанные на теоретических и экспериментальных работах, до настоящего времени принимаются за фундаментальные положения для дальнейших исследований по совершенствованию методик расчётов параметров буровзрывных работ. Вместе с тем, несмотря на большое количество проведённых исследований, до настоящего времени нет единой методики определения параметров буровзрывных работ при проходке горизонтальных и наклонных горных выработок. Существующие методики дифференцированно учитывают совокупное влияние основных факторов, таких как физико-механические свойства массива, тип применяемого взрывчатого вещества, диаметр, конструкция и длина заряда, величина недозаряда, длина и качество забойки, взаимодействие одновременно взрываемых зарядов. Этим объясняется нестабильность показателей буровзрывных работ и низкая их эффективность. Повышение эффективности буровзрывных работ при строительстве горных выработок на подземных рудниках возможно при разработке и внедрении новых принципов расчёта параметров БВР. На основе выполненных исследований разработаны и внедрены на рудниках Норильского промышленного района паспорта буровзрывных
Введение 10 работ для проходки горизонтальных и наклонных горных выработок. Основные положения использованы также при составлении нормативно- методических документов, регламентирующих подход к проектированию паспортов буровзрывных работ. Авторы выражают искреннюю признательность и благодарность инженерно- техническим работникам подземных рудников ЗФ ПАО «Горно- металлургическая компания «Норильский никель» за содействие в проведении экспериментальных работ.
1.1. Исторический очерк развития горного и взрывного дела 11 Г л а в а 1 СОСТОЯНИЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ В РОССИИ И МИРЕ. АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ В настоящее время все крупнейшие горнодобывающие компании инвестируют свои деньги в различные новые технологии анализа данных для повышения эффективности процессов планирования и принятия решений на всей цепочке добычи и создания готового продукта. Это во многом позволяет повысить безопасность и производительность труда, сократить расходы и улучшить взаимодействие с сотрудниками. Очевидно, что для создания таких технологий экспертам необходимо анализировать общемировые тенденции развития как своей, так и смежных областей, с целью выявления перспективных направлений в структуре конкретного предприятия. 1.1. Исторический очерк развития горного и взрывного дела Начиная с античных времен все великие цивилизации потрясали своими грандиозными строительными проектами с использованием принудительного труда человека. За всю историю человечества было создано немало великих архитектурных сооружений, часть из наиболее древних ныне именуются общепринятыми чудесами света (Пирамида Хеопса, Висячие сады Семирамиды, Храм Артемиды в Эфесе, Статуя Зевса в Олимпии, Мавзолей в Галикарнасе, Колосс Родосский, Александрийский маяк), а другие на современном этапе развития нашей цивилизации некоторые исследователи считают современными чудесами света (Тадж-Махал, Эйфеле- ва башня, Сиднейский оперный театр, Статуя Христа-Искупителя и т. д.). Как бы то ни было, ни одна из этих построек не была бы воздвигнута без строительных материалов, которые издревле добывались на карьерах и шахтах. Можно считать, что разработка земных недр является основой экономической деятельности человечества. В любой развитой стране этому вопросу уделяется огромное внимание, поскольку состояние горной про-
Г л а в а 1. Состояние горнодобывающей отрасли в России и мире. Анализ и перспективы развития 12 мышленности и размеры добычи полезных ископаемых (ПИ) определяют могущество и богатство государства. Развитие ранних цивилизаций начиналось ( или сопровождалось) с открытия, извлечения и создания специфических материалов. В Древнем Египте для этого использовали военнопленных, которые были заняты работой на карьерах, строительстве сотен километров ирригационных ( оросительных) каналов и т. д. [1, 2]. Греческий писатель II в. до н. э. Агатархид, посетивший египетские золотые рудники и подробно изложивший всё, что он там видел, оставил описание египетского метода извлечения жильного золота из кварцевых пород. Хотя оригинал этого труда утрачен, описание рудников, к счастью, сохранилось благодаря Диодору, который полностью цитирует его. Скалу сначала раскалывали и разламывали при помощи огня, после чего обломки дробили кирками и молотами. Затем раздробленную породу извлекали из шахты и толкли в больших каменных ступах до величины гороха, а потом перемалывали в ручных мельницах до превращения в мелкий порошок. Этот порошок промывали водой на наклонной плоскости для отделения металла, который затем сплавляли в небольшие слитки [3]. Основным горнорудным центром Древней Греции являлся район Лавриона. Достигнутые здесь около 490 до н. э. успехи в добыче полезных ископаемых способствовали превращению Афин в морскую державу и усилению их оборонной мощи в войне против Персии. Увеличение добычи достигалось за счёт использования труда больших масс рабов. Во время спартанского наступления в 413 многим из них удалось бежать. Восстановление Лаврионского месторождения в IV в. до н. э. было длительным и трудным [4]. Развитие горного дела в Македонии, начавшееся около 350 до н. э. в рудниках возле Филипп, повлекло за собой в III в. до н. э. резкий упадок горнорудного дела в Греции, усугублявшийся тем фактом, что маломощные пласты медных руд возле Коринфа и на Эвбее давно были исчерпаны. Основным и наиболее распространённым античным способом добычи полезных ископаемых являлась прокладка большого количества узких штолен ( 1,5×2 м) с короткими подземными штреками. Для вентиляции пробивались специальные узкие штольни размером примерно 50×50 см. Выемка горных пород производилась исключительно ручным способом, поэтому здесь использовался преимущественно труд рабов [4]. В Древнем Риме была проведена штольня длиной около 6 км для спуска воды из озера Турцино. Проходка штольни осуществлялась встречными забоями из 40 вертикальных и 70 наклонных шахтных стволов, проведённых по оси штольни [5].
1.1. Исторический очерк развития горного и взрывного дела 13 В VI в. до н. э. на острове Самос в Греции при помощи молотков, кирки и зубил был построен тоннель Евпалинос длиной 1036 м. В те времена Самос находился под властью Поликрата. Во времена его правления две бригады под руководством инженера Евпалиноса прорыли тоннель через гору Кастро для снабжения древней столицы Самоса, Пифагориона, пресной водой. Тоннель играл оборонительное значение, так как подземный водопровод сложно было найти врагу и сократить подачу воды. Акведук использовался в течение тысячи лет. Это было доказано археологическими раскопками. Тоннель Евпалинос является вторым известным тоннелем в истории, который был раскопан с обоих концов. На сегодняшний день это популярная туристическая достопримечательность [1, 2, 6, 7]. Таким образом, можно сказать, что становление человеческого общества было напрямую связано с развитием горного дела. Целенаправленная разработка недр зародилась ещё в каменном веке и изначально велась каменными орудиями, постепенно совершенствуя которые человечество переходило периоды медного, бронзового и железного веков. Железные молотки, кайло и другие приспособления надолго стали основными инструментами горного производства, что в немалой степени позволило повысить производительность труда рабочих. Новый период, как в горном деле, так и во всей человеческой истории, наступает с открытием взрывчатого вещества, а именно – дымного пороха. Первым взрывчатым веществом (ВВ), применявшимся в военной технике и в различных отраслях хозяйства, был дымный (чёрный) порох – смесь калиевой селитры, серы и угля в различных соотношениях. Появление дымного пороха относится к глубокой древности. Полагают, что взрывчатые смеси, подобные дымному пороху, были известны за много лет до нашей эры народам Китая и Индии, где селитра самопроизвольно выделяется из почвы. Вполне естественно, что население этих стран случайно могло обнаружить взрывчатые свойства селитры и смеси её с углём, а затем и применить эту смесь для различных целей [8]. Документами, показывающими, что Китай является первой страной, где изобретён дымный порох, свидетельствуют исследования учёных Китайской Народной Республики. Профессор Центрального института национальных меньшинств КНГ Фэн Цзя-шен указывает [9], что на рубеже V и VI столетий китайский медик ТаоХун-цзин изучал горение селитры. Однако изготовлять порох из смеси серы, селитры и древесного угля научились в Китае лишь через три-четыре столетия после ТаоХун-цзина. Наиболее вероятно, что из Китая и Индии сведения о дымном порохе распространились сначала к арабам и грекам, а затем и к народам Европы.