Обоснование параметров буровзрывных работ при строительстве подземных горизонтальных и наклонных горных выработок

Актуальность работы. 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. Исследованиями процесса
разрушения массива горных пород и разработкой методик расчёта параметров
буровзрывных работ занимались С.Р. Айверсон, А.П. Андриевский, Л.В. Баранов,
В.И. Богомолов, М.Ф. Друкованный, И.Е. Ерофеев, Б.Н. Кутузов, О.Э. Миндели,
С.М. Петухов, Н.М. Покровский, М.М. Протодьяконов, Б.Р. Ракишев,
В.М. Рогинский, Н.И. Рыбин, А.Ф. Суханов, П.Я. Таранов, В.Н. Тюпин и др.
Сформированные названными учёными 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.
В связи с изложенным, создание методик, направленных на повышение
эффективности буровзрывных работ при строительстве горных выработок на
подземных рудниках, является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы – теоретическое и инженерное обоснование параметров
буровзрывных работ при строительстве горизонтальных и наклонных горных
выработок, как условие снижения объёмов бурения и расхода взрывчатых
материалов при совокупном повышении коэффициента использования шпуров.
Идея работы заключается в том, что повышение коэффициента
использования шпуров при строительстве горизонтальных и наклонных горных
выработок достигается за счёт рационального расположения взрывных шпуров по
плоскости забоя, основанного на совокупном учёте горнотехнических и горно-
геологических условий ведения работ.
Основные задачи исследования:
1. Выполнить анализ существующих отечественных и зарубежных
методик расчёта параметров буровзрывных работ при проходке горизонтальных и
наклонных горных выработок;
2. Выявить основные горно-геологические и горнотехнические факторы,
влияющие на эффективность ведения буровзрывных работ при проходке горных
выработок;
3. Разработать методические рекомендации для расчёта прямых
призматических взрывных врубов;
4. Разработать рекомендации по обоснованию универсальной методики
расчёта рациональных параметров буровзрывных работ при проходке
горизонтальных и наклонных горных выработок;
5. Провести апробацию и внедрение разработанных методик расчёта
параметров буровзрывных работ при проходке выработок в условиях
действующих предприятий.
Методы исследований:
При выполнении работы использовался комплексный метод исследований,
включающий: анализ и обобщение научно-технической информации,
аналитические исследования, графоаналитическое моделирование, эксперименты
в производственных условиях, технико-экономический анализ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Снижение объёма бурения и расхода взрывчатых материалов при
строительстве горизонтальных и наклонных горных выработок достигается
использованием в расчётах паспортов буровзрывных работ методики,
базирующейся на первоочередном определении размеров зон регулируемого
дробления.
2. Формирование прямого призматического вруба при проходке
горизонтальных и наклонных горных выработок необходимо производить,
учитывая вязкость горных пород и размер зоны смятия.
3. Расстановку шпуров по плоскости забоя в паспортах буровзрывных
работ с прямым призматическим врубом при строительстве горизонтальных и
наклонных горных выработок целесообразно осуществлять по разработанному
расчётно-графическому методу.
Научная новизна:
1. Установлена зависимость параметров буровзрывных работ и
коэффициента использования шпуров от размеров зоны регулируемого дробления
при строительстве подземных горизонтальных и наклонных горных выработок.
2. Выявлена зависимость скорости детонации аммиачно-селитренных
взрывчатых веществ на размеры зон регулируемого дробления и её влияния на
удельный расход взрывчатого вещества при строительстве горизонтальных и
наклонных горных выработок.
3. Установлена закономерность изменения числа заряжаемых и
компенсационных шпуров (скважин) прямого призматического взрывного вруба
от вязкости горных пород и размеров зоны смятия.
4. Разработан расчётно-графический метод расстановки шпуров на
плоскости забоя при проектировании паспортов буровзрывных работ с прямым
призматическим врубом, учитывающий размеры зон регулируемого дробления,
который позволяет увеличить коэффициент использования шпуров при проходке
выработок.
Практическое значение работы состоит в разработке:
− методики расчёта рациональных параметров буровзрывных работ на
основе учёта основных горно-геологических и горнотехнических факторов,
влияющих на размеры зон смятия и трещинообразования;
− методики расчёта прямых призматических взрывных врубов,
позволяющей определить количество заряжаемых и компенсационных шпуров
(скважин), а также расстояние между ними, на основе размеров зоны смятия и
вязкости горных пород;
− целостной модели определения мест рационального расположения
взрывных шпуров по плоскости забоя с использованием графоаналитического
метода.
Реализация результатов работы.
На основе выполненных исследований разработаны и внедрены на рудниках
Норильского промышленного района и ООО «Шахтострой» паспорта
буровзрывных работ для проходки горизонтальных и наклонных горных
выработок. Основные положения использованы также при составлении
нормативно-методических документов, регламентирующих подход к
проектированию паспортов буровзрывных работ.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов исследования
только в условиях рудника «Заполярный» составит более 400 руб./м3 строящейся
выработки. Теоретические и практические результаты исследований
использовались в учебном процессе на кафедре «Шахтное и подземное
строительство» Сибирского федерального университета при подготовке
специалистов по направлению «Горное дело».
Обоснованность и достоверность работы подтверждена современными
методами исследования и достаточным количеством промышленных наблюдений
и экспериментов, соответствующим цели и задачам диссертационной работы.
Верификация результатов опытных взрывов произведена на 6 рудниках
Норильского промышленного района. Достоверность работы подтверждена
актами опытно-промышленных испытаний на рудниках Норильского
промышленного района.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации
докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на
конференциях различного уровня, в том числе: Международный форум-конкурс
студентов и молодых ученых «Проблемы недропользования», г. Санкт-Петербург,