Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
21
Міністерство праці та соціальної політики України
НАЦІОНАЛЬНий науково-дослідний інститут
Охорони праці
ШЕВЧЕНКО Сергій Васильович
УДК 622.235; 622.012.3
ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ І ЕФЕКТИВНОСТІ ВИБУХОВИХ
МЕРЕЖ І СВЕРДЛОВИННИХ ЗАРЯДІВ
ПРИ МАСОВИХ ВИБУХАХ У КАРЄРАХ
Спеціальність 05.15.11 - "Фізичні процеси гірничого виробництва”
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки Національної Академії наук України та Державному промислово-виробничому підприємстві "Кривбасвибухпром" Державного комітету промислової політики України
Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, член - кореспондент НАН України, Заслужений діяч науки і техніки України ЄФРЕМОВ Ернест Іванович, Інститут геотехнічної механіки НАН України, завідувач відділу
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Воробйов Віктор Данилович, Національний науково-дослідний інститут охорони праці Міністерства праці та соціальної політики (м. Київ), завідувач лабораторії
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Плужник Владлен Ілліч, Інститут гідромеханіки НАН України (м. Київ), старший науковий співробітник
Провідна установа: Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра відкритих гірничих робіт (м. Кривий Ріг)
Захист відбудеться "_12_"_жовтня 2000 р. о_14__годині
на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.802.01 при Національному науково-дослідному інституті охорони праці України за адресою: 04060, м. Київ, вул.Вавілових,13
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного науково-дослідного інституту охорони праці України за адресою: 04060, м. Київ, вул.Вавілових, 13
Автореферат розісланий *__6*_09____2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
канд. техн. наук, доцент Ковтун І.М.
ШЕВЧЕНКО Сергій Васильович
Підвищення надійності і ефективності вибухових мереж і свердловинних зарядів вибухових речовин при масових вибухах у кар’єрах
(Автореферат)
Підписано до друку 20.07.2000р. Формат 145х215
Умовн. друк. арк. 1,0
Обл. вид. арк. 1,0. Наклад. 100 прим. Зам. № 310
Безкоштовно.
Віддруковано ТЗОВ “Сімара”
50005, м. Кривий Ріг, вул. Орджонікідзе, 36
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Буровибухові роботи в загальному комплексі технологічних процесів гірничовидобувних підприємств з трудовитрат і собівартості видобутих корисних копалин займають значне місце (від 20 до 40%).
З пониженням гірничих робіт виникають протиріччя: з одного боку, необхідність впровадження прогресивних технологій видобутку корисних копалин, які засновані на принципі потоковості, з другого боку, – погіршення гірничотехнічних і гідро-геологічних умов розробки, що призводить до ускладнення проведення буровибухових робіт і погіршенням якості подрібнення порід вибухом, визначають необхідність подальшого удосконалення і розвитку ресурсозбережних та безпечних методів підривної підготовки гірничої маси в кар'єрах.
Видобуток корисних копалин з використанням енергії вибуху на даному етапі вирішує три основні задачі: 1) забезпечення якісного подрібнення гірських порід і керування їх розвалом; 2) ресурсозбереження; 3) підвищення надійності підривних робіт і зменшення їх шкідливого впливу на навколишнє середовище.
Використання для подрібнення обводнених порід неводостійких вибухових речовин (ВР), а також найпростіших аміачно-селітрових ВР з різними невибуховими добавками в купі з попереднім суцільним тріщиноутворенням в породі знижує витрати на підривні роботи і сприяє вирішенню проблеми ресурсозбереження.
В прямій залежності від глибини кар'єрів і якості засобів підривання знаходиться частота і кількість відмов свердловинних зарядів. При цьому, ліквідація зарядів, що відмовили і їх наслідків знижують надійність і безпеку масових вибухів, призводять до простоїв кар’єрів і вторинного руйнування гірських порід.
В зв'язку з цим дослідження та розробка ефективних та безпечних методів формування і ініціювання систем свердловинних зарядів, які забезпечують технологічну і екологічну надійність і ефективність вибухового руйнування гірських порід в кар'єрах, являється актуальною науково-практичною проблемою.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація пов’язана з виконанням найважливішої тематики з державної цільової комплексної програми ОЦ 039 “Руда”, по створенню ефективних екологічно чистих ВР і засобів ініціювання, методів руйнування гірських порід і вирішенню проблеми скорочення викиду пилогазових викидів при вибухах в кар'єрах Державної акціонерної компанії "Укррудпром".
Основна ідея роботи полягає в використанні технологічних і енергетичних особливостей свердловинних зарядів різних ВР з урахуванням їх формування і взаємодії з гірським масивом і замикаючого ефекту забійки при руйнуванні порід та нового критерію оцінки надійності засобів ініціювання.
Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в розробці і реалізації методів та засобів підвищення надійності і ефективності підривних мереж, ресурсозбережних технологічних методів інтенсифікації подрібнення порід вибухом, а також способів і засобів охорони навколишнього середовища при підготовці і проведенні масових вибухів у кар’єрах.
Поставлена в дисертаційній роботі мета визначила задачі дослідження, що зводяться до:
розробки теоретичних передумов і вибору критерію оцінки надійності підривних мереж із ДШ різної якості, а також розробки методики їх відбракування;
розробки рекомендацій по підвищенню надійності підривних мереж з використанням ДШ і ефективності підривання свердловинних зарядів ВР;
вибору і обгрунтуванню раціональних типів ВР, ресурсозбережних методів і технологічних прийомів підвищення ефективності вибухового руйнування гірських порід;
вибору і обгрунтуванню засобів і способів локалізації шкідливих пилогазових викидів при підготовці і проведенні масових вибухів з урахуванням зменшення зони передрібнення гірських порід і замикаючої дії забійки;
дослідно - промислова перевірка і впровадження методів інтенсифікації подрібнення порід в кар’єрі на основі використання раціональних типів ВР, а також методів і засобів локалізації шкідливих пилогазових викидів при обертанні з ВР в промислових умовах.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в:
аналітичному обгрунтуванні і в установленні вперше інтегрального показника - швидкості детонації, що найбільш повно характеризує надійність ДШ;
установленні закону розподілу відхилень швидкості детонації від середніх значень й імовірності відмов ДШ (рівень його надійності) в технологічних підривних мережах;
установленні зниження міцнісних показників масиву і зміни проникності порід, що досягається в процесі попереднього осушення свердловин зарядами суцільного тріщиноутворення;
обгрунтуванні та розробці ресурсозбережних методів вибухового подрібнення гірських порід в складних гідрогеологічних умовах, конструкції свердловинного заряду і забійки з дисковим мінізарядом ВР, що забезпечує підвищення ККД вибуху на подрібнення порід і зниження пилогазових викидів в атмосферу кар'єру.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці:
методики вхідного контролю ДШ та рекомендацій по їх використанню, що забезпечує підвищення надійності масових вибухів;
ресурсозбережних технологій інтенсифікації подрібнення гірських порід на глибоких горизонтах кар'єрів з урахуванням їх міцності і обводненості;
технічних засобів і технологічних прийомів локалізації викидів пилу та газів на стадії підготовки і проведення вибухових робіт в кар'єрах.
При цьому на залізорудних кар'єрах Кривбасу пройшли досліднопромислову перевірку і широкомасштабні впровадження:
система вхідного контролю ДШ;
метод заряджання обводнених свердловин неводостійкими ВР (заряджання в поліетиленові рукави);
безтротилові найпростішого складу і горяченаливні ВР типу акватол ГЛТ-20;
засоби і методи пилогазопридушення на стадії підготовки масових вибухів (ежекторна установка) і в процесі їх здійснення ("активна" та комбінована забійка).
Реалізація результатів роботи в промисловості. Розроблені автором рекомендації у вигляді технологічних методик та інструкцій, паспортів буровибухових робіт, технічних умов на нові склади ВР і регламентів на їх використання, а також пилоуловлююча установка, випробовуються і впроваджуються на залізорудних кар'єрах Кривбасу на протязі більше ніж 10 років.
Особистий внесок здобувача. Ідея роботи, мета і задачі досліджень, основні наукові положення, висновки і рекомендації сформульовані автором самостійно. Конкретний особистий внесок здобувача в публікаціях і в розділах дисертації відображений в розробці методик вхідного контролю якості партії ДШ та кількісної оцінки надійності окремих ланок і всієї підривної мережі, а також в аналітичному обгрунтуванні інтегрального показника надійності ДШ. Здобувачем обгрунтовані умови ефективного застосування найпростіших вибухових сумішей і технологічні прийоми формування зарядів ВР при руйнуванні гірських порід в різних гідрогеологічних умовах, а також розроблені і впроваджені засоби і способи придушення пилогазових викидів на етапах підготовки і проведення масових вибухів.
Здобувач приймав безпосередню участь в плануванні експериментів в лабораторних і полігонних умовах, їх проведенні, а також в промисловій реалізації розробок дисертації.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на Всесвітньому гірничому конгресі (Болгарія, 1994р.), ІІ Міжнародній конференції по БВР (Москва, 1995р.), І Всеукраїнській конференції “Промислові ВР і засоби їх ініціювання” (м. Шостка, 1995р.), Міжнародній конференції “Високоенергетична обробка матеріалів” (м. Дніпропетровськ, 1995р.), Конференції по гідрогеомеханічних проблемах в гірничій справі і будівництві (м. Київ, 1996р.), Міжнародній науково-технічній конференції по проблемах виготовлення ВР на сучасному етапі і утилізації боєприпасів (м. Київ, 1997р.), на наукових семінарах відділу вибуху гірських порід Інституту геотехнічної механіки НАН України, науково-технічних радах гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу і промислово-виробничого підприємства "Кривбасвибухпром".
Публікації. По темі дисертації опубліковано 16 наукових праць, в тому числі 8 в наукових журналах і збірниках наукових праць, 3 в матеріалах конференцій, отримано 4 патенти України на винаходи і 1 депонована праця.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновку і списку використаних джерел. Загальний об'єм дисертації складає 168 сторінок, в тому числі 23 рисунки, 26 таблиць, список літератури з 110 найменувань та 1 додатка.
Основний зміст роботи
Основоположною задачею подрібнення гірських порід є комплекс наукових та практичних рішень, пов’язаних з дослідженнями об’єкту руйнування та його забезпечення надійними, економічно та екологічно раціональними ВР і засобами ініціювання.
Успішне рішення цих складних багатогранних питань стало можливим завдяки роботам вітчизняних і закордонних вчених та практиків і в першу чергу академіків М.О. Лаврентьєва, М.В. Мельникова, Є.І. Шемякина, чл.-кор. НАН України Е.І. Єфремова, докторів технічних наук Л.І. Барона, Є.Г. Баранова, О.О. Вовка, В.Д. Воробйова, Г.П. Демидюка, М.Ф. Друкованого, Г.М. Китача, В.М. Коміра, В.Г. Кравця, Б.М. Кутузова, Ф.І. Кучерявого, Р.С. Крисіна, Ю.С. Меца, В.М. Мосинця, В.Д. Петренка, В.М. Родіонова, К.Н. Ткачука, О.В. Шапуріна, П.Й. Федоренка, А.Н. Ханукаєва, М. Кук, І. Лангефорс, П. Персон і інших.
Виконаний аналіз відомих теоретичних положень та експериментальних досліджень вказує на високі вимоги до якісного ведення підривних робіт. Перші дослідження у напрямі виявлення та ліквідації причин відказів свердловинних зарядів відносяться до початку 60-х років і, якщо відмова свердловинної вибухової речовини цілком залежить від виконавця, то поява відмов у вибухових мережах на 90% залежить від якості ДШ, заводський брак якого сягає – 55%.
Значне погіршення гідрогеологічних і гірничотехнічних умов ведення вибухових робіт зі збільшенням глибини кар’єрів цілком пов’язане з надійністю масових вибухів в кар’єрах, а саме з надійністю засобів ініціювання, якістю подрібнення порід та забезпеченням екологічної безпеки.
Для розв’язання поставлених задач проведені аналітичні і експериментальні дослідження. Приймаючи до уваги, що надійність вибухових робіт, насамперед, залежить від якості першої ланки масового вибуху – засобів ініціювання, в основу роботи покладені дослідження режимів детонації відрізків ДШ на малих базах вимірів у виборці з різних партій для встановлення закономірності впливу середнього значення швидкості детонації в ДШ /варіація швидкості детонації/ на надійність передачі імпульсу вздовж магістралі ДШ й вузлових з’єднаннях.
Аналіз одержаних результатів виявив, що швидкість детонації й навіска тенової серцевини ДШ цих відрізків змінюються у досить широких межах. Причому, якщо окремі бухти з навіскою тена 5–5,5 г/м здетонували безвідказно, то інші з навіскою 7-8 г/м при цьому давали відмови. Це свідчить про те, що маса тенової серцевини не може бути єдиною ознакою якості ДШ. Без сумніву, існує вплив густини серцевини із тену, розміру його частинок та їх вологість. Обробка даних про швидкість детонації та величини навісок досліджуваних відрізків дозволили встановити статистичну залежність між ними
D = 5479,065 0.113695,
де D – швидкість детонації ДШ, м/с;
– навіска серцевини (тену), г/м.
Коефіцієнт надійності цієї залежності становить 6,959, а коефіцієнт ії кореляції – 0,741. Наявність цієї залежності підтверджує гіпотезу про те, що “D” слугує інтегральним показником, що враховує вплив різних факторів і, зокрема, масу тенової серцевини ДШ. Оброблені статистичні дані про “D” показують, що розподіл “D” підкоряється нормальному закону, бо незалежно від вибіркової сукупності (бази вимірів) значення критерію “2” виконуються. Доведено, що доцільно брати по 19 бухт від партії та по два відрізки, що достатньо для характеристики ДШ будь якої якості.
У результаті виконаних досліджень встановлено ще одну характерну особливість варіації швидкості детонації – залежність середнього квадратичного відхилення “ D “ від середньої швидкості детонації “вр”(рис.1). Встановлено, що D досягає найменшого значення, коли 7,15 км/с “” 7,25 км/с. Далі, при зменшені чи збільшенні “” від деякого (критичного значення ) “D “ буде зростати. Це свідчить про те, що при відхиленні “D” від ““ збільшується імовірність появи таких значень “D”, за яких буде затухати детонація й виникнуть відкази. Отже, оцінюючи надійність роботи ДШ, треба враховувати не тільки середнє значення “”, але й стандартне відхилення “D“, як стійкі показники для застосованої технології виготовлення ДШ.
Очевидно, що при відхиленні середньовиміряної швидкості детонації по вибірковій сукупності від істинної по партії у бік завищення, надійність буде зростати.
Розроблена методика відбраковки ДШ з теоретичним описом мінливості швидкості детонації детонуючого шнура навколо її середніх значень, дозволила визначити область використання ДШ.
Основним елементом вибухової мережі, що складається з ДШ, піротехнічних реле, вузлових з’єднань, шашок-детонаторів, є детонуючий шнур. При зниженні якості ДШ надійність всіх елементів мережі буде знижуватись. В зв’язку з цим у роботі виконана теоретична оцінка надійності вибухових мереж з ДШ зниженої якості за його додаткового дублювання, що грунтується на сукупності математичних моделей для опису появи відмов у міжблокових, спільній кільцевій та секційній магістралях.
Доведено, що коливання визначаються технологією виготовлення ДШ й підкоряються нормальному закону розподілу, де параметрами є: дисперсія (міра мінливості, що визначається технологією виготовлення і є сталою величиною для сучасного ДШ) й математичне очікування /середня швидкість детонації спільна для всієї партії.
Запропонована методика відноситься до групи методів вибіркового руйнівного контролю якості ДШ, але на відміну від відомого, допускає значне скорочення /в 4-5 разів/ витрат на здійснення дослідів і контролю, а також зниження трудоємкості для відбраковки ДШ перед промисловим застосуванням.
Для визначення імовірності появи відмов одинарних свердловинних зарядів доцільно користуватись формулою Бернуллі. Щоб визначити імовірність відмов в деякому інтервалі, треба скористатись формулою Муавра-Лапласа. Одержана у роботі кількісна оцінка надійності вибухових мереж з використанням розроблених математичних моделей дали змогу виявити межі мінливості надійності технологічних мереж з ДШ різної якості й встановити зв’язок між надійністю ДШ вибухових мереж за дублювання.
Вивчені умови виникнення масових, групових та одинарних відмов в залежності від надійності складових елементів мережі.
Аналіз дослідів (рис. 2) показує, що з погіршенням якості ДШ імовірність відмов зростає. Звідси дублювання мереж ДШ обов’язкове: міжблокові магістралі доцільно монтувати з роздільною прокладкою дублюючих ниток ДШ з лаштуванням перемичок між ними через 1,5-4,5 м в залежності від якості ДШ; загальну й секційну мережі за їх додаткового дублювання робити з двох щільно розташованих ниток ДШ й перев’язувати їх через 0,7-1,0 м.
Надійність загальної вибухової мережі без кільцевого резервування буде:
(1)
де R – довжина вибухової мережі, м;
qДШ, qп, та qуз – відповідно надійність ДШ, піротехнічного реле та
вузлового з’єднання;
r – кількість піротехнічних реле.
Слід підкреслити, що характерною особливістю сучасного стану розробки рудних родовищ відкритим способом є значне поглиблення кар’єрів і відповідне погіршення гідрогеологічних та гірничотехнічних умов. Значно зросли об’єми видобутку міцних порід, обводненість яких досягає 80%. Як наслідок, зростають питомі витрати вибухових речовин взагалі, в тому числі водостійких дорогокоштовних високобризантних ВР, до негативних аспектів яких слід віднести збільшений об’єм пилових часток (зона передрібнення порід) і шкідливих газів при їх використанні.
Таким чином, наявність різноманітних умов вибухового руйнування гірських порід їх міцність, тріщинуватість і обводненність, економічні та екологічні вимоги передумовили пошук нових ВР і технологічних прийомів формування свердловинних зарядів з використанням різних типів ВР.
Для руйнування необводнених гірських порід були розроблені нові ВР простійшого складу /вибухові суміші/, які відрізняються високою фізичною стабільністю і високими єнергетичними показниками (табл. 1).
Основним достоїнством розроблених ВР є їх низька вартість, безпечність при використанні і єкологічна надійність /нульовий кисневий баланс/; зменшена зона пластичних деформацій при вибуховому руйнуванні на контакті “заряд-порода”, яка є суттєвим джерелом пилу при вибуховому подрібленні порід.
Використання неводостійких штатних ВР в обводнених породах було здійснено завдяки створеній технології формування свердловинного заряду з розміщенням ВР в полієтиленовому рукаві (рис. 3).
Таблиця 1
Основні вибухові показники сумішних ВР
|
Найменування показника |
Грануловані ВР |
|
КС-1 |
Д-5 |
ПСВС-2 |
ПСВС-3 |
|
|
Склад і кількість (%) компонентів |
АС – 9390 ДП – 34 ПЗР* - 46 |
АС – 92 1 ДП – 2,5 0,5 ВП - 5,5 0,5 |
АС – 89 1 ППМ***–5,5 0,5 ВП – 5,5 0,5 |
АС – 88,4 1 ППМ–11,60,5 |
|
Теплота вибуху, кДж/кг |
2900 |
3480 |
3577 |
4096 |
|
Обем газів, л/кг |
940 |
980 |
940 |
933 |
|
Насипна щільність, г/см3 |
0,9 – 1,1 |
0,85 – 0,9 |
0,85 – 0,97 |
0,85 – 0,97 |
|
Критичний діаметр,мм |
150 |
150 |
150 |
150 |
|
Швидкість детонації, м/с |
3500 |
3500 |
3300-4100 |
3000 - 3700 |
|
Примітка: |
*ПЗР – порошок залізної руди; ВП – вугільний порошок; ППМ – парафінова полієфірова мука |
Широке впровадження запропонованої конструкції заряду із неводостійких ВР (типу
зерногрануліт 79/21) забеспечило зниження витрат на вибухові роботи при якісному подрібненні порід.
Одним з напрямків використання неводостійких ВР в обводнених свердловинах стало попереднє осушення свердловин зарядом ВР суцільного тріщиноутворення (рис. 4), що
дозволило не тільки знизити стійкісні показники масиву, але й змінити проникність порід.
Експериментальні та промислові випробування методу попереднього ослаблення обводнених масивів з одночасним осушенням свердловин підтвердили його єфективність з позиції подрібнення порід і технології виконання (кускуватість подрібненої породи 0-400 мм досягла 91,64%).
Для руйнування обводнених порід середньої та високої міцності в умовах
залізорудних кар’єрів Кривбасу було застосовано акватол Т-20Г, ефективність якого в значній мірі залежить від надійності схем приготування, доставки компонентів ВР в кар’єри та стабільності при формуванні зарядів ВР у свердловинах.
Рішення цих складних питань знайдено в розробці комплексу спеціального устаткування технології приготування Т-20Г, зарядження його в свердловини, збереження стабільності та надійного ініціювання зарядів.
Проблема екологічної надійності вибухових робіт вирішується постадійно, а саме: на стадії підготовки ВР до використання – завдяки створеному устаткуванню і технології для уловлювання твердої фракції ВР, що базуються на основі мокрих ударно-інерційних пиловловлювачів, а на стадії руйнування гірських порід в процесі вибуху в кар’єрі – за допомогою розробленої конструкції свердловинного заряду ВР з “активною” забійкою, що реалізує замикаючий ефект мінізаряду ВР. Застосування “активної” забійки забезпечило зниження висоти підйому пилогазової хмари у 1,5 – 2,0 рази і підвищення корисної дії вибуху на подрібнення порід.
Рекомендації по виконаним дослідженням широко впроваджені на гірничорудних комбінатах Кривбасу і підприємстві “Кривбасвибухпром”.
Якщо розроблені засоби та методи заміни використання при подрібненні гірських порід водостійких (тротилових) ВР на неводостійкі з нульовим кисневим балансом покрашують якість подрібнення порід і зменшують кількість шкідливих газів (до 30 %), то росповсюдження їх та пилу при вибуху зменшується завдяки використанню розроблених конструкцій свердловинних зарядів (рис. 5).
Для уловлення твердої фракції ВР при розтарюванні на основі мокрих ударно-інерційних пиловловлювачів створена ежекторна установка з ККД 95% (ККД існуючої пиловловлюючої установки ЦН-15 – 48-60%).
Виконані дослідження і розробки широко запроваджені на кар’єрах гірничорудних комбінатів Кривбасу.
висновки
В результаті виконаних досліджень дано нове рішення актуальної науково - технічної задачі, яке полягає у розробці засобів і методів підвищення надійності і ефективності вибухових мереж і руйнування гірських порід, що має суттєве наукове і практичне значення при розробці скельних корисних копалин України відкритим способом.
Основні науково-практичні висновки та рекомендації зводяться до наступного:
Значне погіршення гідрогеологічних та гірничотехнічних умов розробки корисних копалин зі збільшенням глибини кар'єрів пред'являють особливі вимоги до буровибухових робіт, насамперед, у забезпеченні надійності засобів Ініціювання свердловинних зарядів ВР при масових вибухах і вибухових робіт в цілому з позиції раціонального ступіню подрібнення порід та зменшення пилогазового забруднення навколишнього середовища.
Відзначені вимоги вирішені у дисертаційній роботі на рівні удосконалення існуючих і розробки нових засобів і методів підвищення ефективності вибухових робіт при руйнуванні гірських порід.
Встановлено, що інтегральним показником надійності ДШ є швидкість детонації. При цьому зміни швидкості детонації ДШ характеризуються двома періодичними процесами, які є особливістю технології його виробництва: зміни діаметру серцевини за довжиною шнура і величини наважки ВР у серцевині, а також випадкові зміни властивостей ВР у серцевині /щільність упакування зерен ВР, їх величини та вологості/.
Відхилення швидкості детонації від середніх її значень найбільш точно описується нормальним законом розподілу. Використовуючи параметри цього закону можна з високою точністю визначити імовірну кількість відмов детонації в окремо взятій партії ДШ, отже, передбачити масштаби витрат на ліквідацію наслідків відмов і повторне руйнування порід.
Розроблена методика відбраковки ДШ заснована на математичному описі мінливості швидкості детонації шнура біля її середніх значень. Методика дозволяє спростити процес випробувань, зменшити в три рази витрати ДШ на випробування і одержати кількісний результат у вигляді імовірної кількості відмов у тестованій партії.
Одержані аналітичні залежності, котрі описують надійність всієї вибухової мережі, що є вихідним моментом ефективного ініціювання зарядів ВР та окремих її елементів, засновані на виконаному аналізі надійності всіх елементів вибухової мережі (поверхові та шпурові ДШ, піротехнічні сповільнювачі та проміжні детонатори). Використання цих залежностей дозволяє розрахувати імовірність виникнення масових, групових і одиничних відмов у конкретному масовому вибуху.
Встановлено, що імовірність появи відмови у секції при дублюванні вибухової мережі зменшується у 10-15 разів, а одинарної відмови - на один порядок.
Складні гідрогеологічні та гірничотехнічні умови глибоких кар'єрів визначають диференційний підхід до вибору типу ВР з урахуванням необхідного вибухового навантаження гірського масиву, економічних та екологічних наслідків. Так, для подрібнення обводнених порід середньої міцності та міцних доцільно використовувати гаряченаливні ВР типу ГЛТ-20 та неводостійкі ВР у поліетиленовій оболонці ("рукавах"), а для руйнування найміцніших обводнених порід - гранулотол.
Вибір ВР простішого складу /типу ПСВС–1,2,3, КС-1 та ін./, обумовлений особливостями їх дії на масив, що руйнується; зниження інтенсивності вибухового навантаження на контакті “заряд-порода” при збільшенні його тривалості, підвищує ККД вибуху на рйнування середовища в дальній зоні, зменшує об”ем передрібнення, і як наслідок, забезпечує якісне подрібнення порід в цілому, зниження виходу пилових фракцій та витрат на вибухові роботи.
Розширення області використання неводостійких ВР в обводнених гірських породах можливе за рахунок попереднього осушення свердловин зарядами суцільного тріщиноутворення. Це дає змогу не тільки знизити стійкісні показники масиву, але й змінити проникність порід, забезпечивши ефективність технології вибухового осушення свердловин і руйнування породного масиву в цілому.
З метою підвищення ефективності пилопридушення при підготовці ВР для масових вибухів у кар'єрах запропоновано та впроваджено нове технічне рішення для ежекторного устаткування на місцях механізованого приготування ВР, яке забезпечує збільшення її ККД з 40 до 97%, зниження запилення робочого місця у 10 разів та неможливість проходження пилової хмари через вентилятор, запобігаючи тим самим можливості вибуху в них.
Розроблено нові конструкції свердловинних зарядів з "активною” забійкою у вигляді дискових мінізарядів, що забезпечує при їх використанні зниження висоти підняття пилогазової хмари при вибуху у 1,5 - 2 рази і, як наслідок, скорочення об’ємів пилогазових викидів, а також зони поширення пилу та шкідливих газів.
Ефект замикаючої дії "активної” забійки за рахунок збільшення часу дії газоподібних продуктів вибуху на руйнівний масив в 1,5 1,7 рази дозволяє збільшити ступінь подрібнення міцних і дуже міцних гірських порід без зайвих витрат на буровибухові роботи. Вихід фракції подрібнення +400 мм, при цьому, зменшився на 30%, а фракції +200 мм – збільшився на 5%.
Підвищення надійності та ефективності масових вибухів у кар'єрах, розширення об’ємів використання простіших безтротилових ВР і зменшення об'ємів пилогазових шкідливих викидів в атмосферу кар'єру має велике економічне та соціальне значення.
Впровадження результатів досліджень на гірничовидобувних підприємствах Кривбасу забезпечило значний економічний ефект.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ:
Ефремов Э.И., Петренко В.Д., Борисов В.И., Шевченко С.В. Ресурсосберегающие, экологически надежные технологии взрывной подготовки горной массы// Сб. науч. тр. НИГРИ. – Кривой Рог: 1993. – С. 135-138.
Гранулированные ВВ местного изготовления для карьеров/ П.И. Федоренко, А.П. Пашков, А.А. Желтоножко, С.В. Шевченко// Горный журнал.-1995. - №12. -С. 45-46.
Федоренко П.И., Пашков А.П., Шевченко С.В. Основные направления совершенствования бестротиловых гранулированных ВВ, изготовленных на местах применения// Научно-технические аспекты стабилизации горнодобывающего производства.-Кр.Рог: НИГРИ.-1996.- С. 117-121.
Взрывная очистка скважин на карьерах/ Федоренко П.И., Пашков А.П., Шевченко С.В. и др.// Горный журнал.-1994.-№12.- С. 24-25.
Управление разрушением при взрывной отбойке трудновзрываемых и обводненных горных пород/ Федоренко П.И., Пашков А.П., Шевченко С.В. и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. –1994. -№ 1 - С. 40-42.
Шевченко С.В. Разработка методов повышения надежности и локализации вредных выбросов при производстве массовых взрывов// Металлургическая и горнорудная промышленность.-1996.-№1. -С. 56-57.
Ефремов Э.И., Петренко В.Д., Кратковский И.Л., Шевченко С.В. О влиянии фракционного состава кварцсодержащих пород на содержание силикозоопасной пыли в продуктах их разрушения // Доповіді АН України. – 1993. – №5. – С.45-49.
Ефремов Э.И., Переяславский Л.Г., Шевченко С.В., Усов О.Я. Эффективность пылегазоподавления при взрывании скважинных зарядов с активной забойкой // Металлургическая и горнорудная промышленность. –- 1999. – №6 – С. 102-104.
Шевченко С.В., Быков Е.К. Новые технологические решения по увеличению объемов внедрения горячельющихся взрывчатых веществ //Сборник докладов II Международной конференции по буровзрывным работам /Москва 17-22 апреля/ –1995.–С. 66-67.
Пашков А.П., Бегун Г.К., Шевченко С.В. К вопросу выбора типа и рецептуры гранулированного ВВ местного изготовления на открытых горных работах // Сб.научных трудов “Высокоэнергетическая обработка материалов”. Международная конференция /Днепропетровск/ – 1995. – С. 130-133.
Ефремов Э.И., Ткачук К.Н., Шевченко С.В. Ресурсосберегающие и экологически надежные технологии взрывных работ на карьерах // Доклады на 16 Всемирном конгрессе г. София (Болгария). Т.3 1994.– С. 363-370.
Шапурин А.В., Чернов А.П., Шевченко С.В. Аналитическое обоснование граничного значения скорости детонации ДШ-А, соответствующего требованиям технических условий на его изготовление. //Труды I Украинской научной конференции “Промышленные взрывчатые вещества и средства инициирования”–Шостка–1994.– С. 31-34.
Пат.6492 А. Украина: МКИ5 С06С5/04. С01 №33/22. Способ определения надежности срабатывания детонирующего шнура/ А.В. Шапурин, С.В. Шевченко, И.Ф. Осадчий (Украина)– №94031863; заявл. 01.03.94. Опубл. 29.12.94. Бюл. №8-1. - 4с
Пат.7301А Украина: МКИ5 С06С31/38. Взрывчатый состав// В.Ф. Бызов, В.И. А.В. Шапурин, В.И. Борисов, Н.М. Панчошный, С.В. Шевченко, С.С. Ткаченко, Е.К. Быков, В.И. Коваленко, В.А. Пивень, А.В. Романенко, А.А. Жовтоножко /Украина/. – №94128166; заявл. 22.12.94. Опубл. 30.06.95. Бюл. №2–2с.
Пат.7982 А.Украина: МКИ5 С06 С 31/38. Взрывчатый состав// В.Ф. Бызов, В.И. Борисов, С.В. Шевченко, Е.К. Быков, С.С. Ткаченко, А.В. Шапурин, В.Е. Тихонов /Украина/. – 93005796; заявл. 09.11.93. Опубл. 26.12.95. Бюл. №4.
О входном контроле детонирующего шнура /Шапурин А.В., Осадчий И.Ф., Шевченко С.В.; Криворожский горнорудный институт.–Кривой Рог–1993.–4с.–рус.–Деп. в ГНТБ Украины 16.08.93. №1763//Анот. в ж. Горное дело,–2,1994.
АНОТАЦІЯ
Шевченко С.В. Підвищення надійності і ефективності вибухових мереж і свердловинних зарядів при масових вибухах у кар’єрах. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 - "Фізичні процеси гірничого виробництва". – Національний науково-дослідний інститут охорони праці, Київ, 2000.
Захищаються результати 16 наукових робіт, в котрих викладені наукові висновки та результати їх запровадження у виробництво. Досліджені і встановлені закономірності змінення показників, що характеризують якість детонуючого шнура та розроблена методика його вхідного контролю. Запропонована класифікація детонуючого шнура за його якісними характеристиками і розроблені інженерні рішення, спрямовані на підвищення надійності вибухової системи із ДШ.
Обгрунтовано вибір раціонального типу ВР і ресурсозбережних методів руйнування порід з урахуванням складних гідрогеологічних умов розробки, особливостей вибухового навантаження гірських порід і попереднього тріщиноутворення, а також економічних та екологічних наслідків.
Виконані дослідження і розроблені конструкції свердловинних зарядів та ежекторна установка, спрямовані на зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу на стадії підготовки та проведення масових вибухів у кар’єрі.
Всі розробки впроваджені у виробництво і визначена їх техніко-економічна ефективність.
Ключові слова: кар'єр, детонуючий шнур, вибухова речовина, надійність вибухових мереж, свердловинний заряд, вибухове руйнування порід, “активна” забійка, викиди шкідливих речовин, екологічна безпека.
АННОТАЦИЯ
Шевченко С.В. Повышение надежности и эффективности взрывных сетей и скважинных зарядов при массовых взрывах в карьерах. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.11 - "Физические процессы горного производства". – Национальный научно-исследовательский институт охраны труда, Киев, 2000.
Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности взрывной отбойки горных пород в карьерах, базирующихся на исследовании закономерностей изменения качества детонирующих шнуров (ДШ) и, как следствие, надежности взрывных сетей при их использовании; обоснованном выборе типа взрывчатых веществ (ВВ) и конструкций скважинных зарядов с учетом крепости и обводненности горных пород и особенностей взрывного нагружения горных пород при использовании простейших ВВ, а также на разработке средств и технологических методов снижения пылегазовых выбросов при подготовке и производстве массовых взрывов.
На основе экспериментальных исследований выполнена оценка качества детонирующих шнуров, разработана методика отбраковки их, что позволило обосновать теоретическую надежность взрывных сетей из ДШ (аналитически обосновать граничные значения скорости детонации ДШ, соответствующего требованиям технических условий на его изготовление; исследованы и учтены надежность общей или секционной магистрали, узлов соединения ДШ, срабатывания всей магистрали без кольцевого резервирования, пиротехнического реле). Выявлена зависимость вероятности появления отказов во взрывных сетях от надежности ДШ с учетом количества секций и скважин в секциях. Выполненные исследования позволили разработать комплекс рекомендаций, направленных на исключение появления одиночных и групповых отказов, т.е. локализовать отрицательное влияние на надежность и эффективность массового взрыва как качества ДШ, так и глубины карьеров.
Обоснован выбор рационального типа ВВ для условий железорудных карьеров Кривбасса. Разработаны взрывчатые вещества простейшего состава, внедрение которых обеспечивает сокращение зоны пластических деформаций , улучшение дробления пород в целом и снижение пылегазовых выбросов в атмосферу карьеров. Разработаны способы формирования зарядов из неводоустойчивых ВВ при разрушении обводненных пород средней крепости и крепких; освоено широкомасштабное использование горячельющихся ВВ при отбойке обводненных горных пород. Разработана и освоена эффективная установка для пылеулавливания на стадии подготовки ВВ для массовых взрывов. Исследован процесс улавливания твердых частиц ВВ в мокром пылеулавливателе и отработаны рабочие параметры установки. Применяемый принцип эжекции позволил в 10 раз сократить запыленность рабочего места.
Выполнены экспериментальные и промышленные исследования эффективности метода локализации вредных выбросов снижения вредных выбросов и сокращения зоны распространения пылегазового облака при массовых взрывах за счет использования эффекта запирающего действия “активной” забойки.
Ключевые слова: карьер, детонирующий шнур, взрывчатое вещество, надежность взрывных сетей, взрывное разрушение пород, скважинный заряд, “активная” забойка, выбросы вредных веществ, экологическая безопасность.
ANNOTATION
Shevchenko S.V. Raising the reliability and the efficiency of firing circuits and charges by mass blasts opencasts. – Manuscript.
Thesis for Candidate of technical science in specialty 05.15.11- “Physical processes of mining productions” – National research Institute for labour protection, Kiev, 2000.
Results of 16 scientific works are defended, which expound scientific preconditions and results for its introduction in production process. Regularities of indexes changes characterizing the quality of detonating cord are researched and determined, methodology of its input – control is developed. Proposed is the classification of detonating cord according to its quality characteristics, developed are engineer solutions directed to increase the reliability of blasting system from detonating cord.
The rational type of explosives and resources-saving methods of rock breaking are grounded taking into account the complicated hydrogeological pit conditions, features of explosive intensity of rock and preliminarily cracking, economic and ecological consequences.
Researched and developed are new methods of deep-hole charge design and dust separating set directed to reduction of contaminants ejection in atmosphere on stage of preparation and accomplish mass explosion in open-cast.
All developments are integrated in production process and it is determined their technical and economical efficiency.
Key words: open-cast, detonating cord, explosives, reliability of blasting circuit, explosive breaking of rock, deep-hole charge, “active” tamping, contaminants ejection, ecological safety.
Здобувач С.В. Шевченко
1