Підвищення ефективності дії свердловинних розосереджених зарядів для руйнування гірських порід - Автореферат

Останнім часом одним із перспективних напрямів підвищення ефективності вибухових робіт є використання при відкритій розробці корисних копалин удосконалених конструкцій свердловинних зарядів, серед яких необхідно відзначити розосереджені заряди і заряди з радіальним зазором. Широке впровадження свердловинних розосереджених зарядів при вибуховому руйнуванні міцних гірських порід стримується погіршенням подрібнення середовища в зоні повітряного проміжку, а також відсутністю простих і технологічних пристроїв для формування повітряного проміжку. Виходячи з цього, подальше вдосконалення даного способу вибухового відбою гірських порід є актуальним науковим завданням вибухової справи, успішне розвязання якого дозволить підвищити ефективність вибухового руйнування гірських порід і одержати значний економічний ефект. Мета роботи - підвищення ефективності вибухового руйнування гірських порід розосередженими свердловинними зарядами, яке досягається за рахунок концентрації енергії в повітряному проміжку і збільшення щільності замикання продуктів детонації в свердловині. Для досягнення поставленої мети необхідно було розвязати наступні завдання: - на підставі аналізу стану вибухових робіт на карєрах, особливостей вибухового руйнування гірських порід та існуючих раціональних конструкцій свердловинних зарядів, обґрунтувати напрям удосконалення конструкцій розосереджених свердловинних зарядів;У вступі обґрунтовано актуальність роботи і показано її звязок з науковими програмами, сформульовано мету та основні наукові й практичні завдання досліджень, викладено наукові положення, показано наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, а також рівень апробації результатів роботи. У першому розділі розглянуто та узагальнено результати досліджень, а також досвід застосування різних конструкцій свердловинних зарядів при відкритій розробці корисних копалини у вітчизняній і зарубіжній практиці ведення вибухових робіт, виконано критичний аналіз їх ефективності при руйнуванні гірських порід вибухом. Відомо, що ефективність вибухових робіт залежить від багатьох чинників, найбільш значущими серед яких є конструкція свердловинного заряду ВР і набійка. У розвиток цього напряму внесли значний внесок вітчизняні вчені, такі як чл.-кор. Великий внесок у вивчення механізму дії зарядів з повітряними проміжками і радіальними зазорами внесли такі вчені, як М.В.Нехай першим ініціюється нижній заряд, а після заповнення його продуктами вибуху повітряного проміжку - починається рух кумулятивного струменя. Після зіткнення в повітряному проміжку зявляється джерело у формі клина, від якого в обидва боки від осі підуть ударні хвилі. Необхідно зазначити, що при зіткненні в повітряному проміжку ударних хвиль від звичайних суцільних зарядів істотна концентрація напруг відбувається в дуже вузькому шарі, тоді як при використанні кумулятивного ефекту ця зона буде пропорційна до ефективної довжини кумулятивного струменя, який складає (5 - 30)doб, де dоб - внутрішній діаметр конічного кумулятивного облицювання. Як уже зазначалося, розосереджений заряд працюватиме найефективніше, якщо завершення детонації верхнього заряду відбудеться у момент досягнення фронтом ударної хвилі нижнього заряду кумулятивної виїмки. Отже, якщо довжина верхнього заряду більш ніж в 1,5 раза перевищує довжину повітряного проміжку, то ми можемо за рахунок раціонального розташування бойовиків здійснювати оптимальне навантаження повітряного проміжку: кумулятивний струмінь впливає на вже заповнений ПД нижнього заряду повітряний проміжок.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій на підставі дослідження особливостей використання кумулятивного ефекту в нижньому торці верхньої частини розосередженого заряду, розробок і впровадження раціональних конструкцій розосереджених зарядів, одержано новий розвязок актуальної наукової задачі підвищення ефективності дії вибуху розосереджених свердловинних зарядів при вибуховому відбої гірських порід, що має велике значення для гірничодобувної галузі. Уперше одержано, що використання кумулятивного ефекту у верхній частині розосередженого заряду дозволяє, залежно від кута розхилу кумулятивної виїмки, підвищити тиск у повітряному проміжку в 1,3…11 разів. Встановлено, якщо довжина верхнього заряду більш ніж в 1,5 раза перевищує довжину повітряного проміжку, то оптимальне навантаження повітряного проміжку може бути досягнуте за рахунок раціонального розташування бойовиків. При однаковій довжині повітряного проміжку досягається значне зниження діаметра середнього шматка зруйнованої породи порівняно з використанням традиційної конструкції повітряного проміжку: при куті розхилу кумулятивної виїмки в 30о це зменшення складає 15,5%; при 60о - 10,3%; при 90о - 7,3%. Уперше встановлено, що для умов Дніпровського рудника ВАТ “Полтавський ГЗК” використання кумулятивного ефекту в нижній частині верхнього заряду дозволяє без погіршення якості вибухового дроблення збільшити довжину повітряного проміжку в 1,5 раза.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій на підставі дослідження особливостей використання кумулятивного ефекту в нижньому торці верхньої частини розосередженого заряду, розробок і впровадження раціональних конструкцій розосереджених зарядів, одержано новий розвязок актуальної наукової задачі підвищення ефективності дії вибуху розосереджених свердловинних зарядів при вибуховому відбої гірських порід, що має велике значення для гірничодобувної галузі.

Основні підсумкові наукові результати і практичні рекомендації, одержані в дисертації, зводяться до наступного: 1. Аналіз наукових і практичних результатів досліджень вибухового руйнування гірських порід вибухом засвідчив, що в даний час найбільш широко використовуваною є конструкція суцільного свердловинного заряду. Впровадження розосереджених подовжених зарядів, які дозволяють істотно знизити витрати ВР, стримується відсутністю простих і дешевих пристроїв для їх формування. Виходячи з цього, дослідження і розробка методів підвищення ефективності дії вибуху розосереджених зарядів є актуальним науково-технічним завданням.

2. Уперше одержано, що використання кумулятивного ефекту у верхній частині розосередженого заряду дозволяє, залежно від кута розхилу кумулятивної виїмки, підвищити тиск у повітряному проміжку в 1,3…11 разів. При цьому додатковий імпульс тиску при довжині проміжку 1 м складає (1,2…12,9) МПА?с.

3. Уперше визначено раціональні параметри розташування бойовиків у розосередженому заряді залежно від довжини повітряного проміжку. Встановлено, якщо довжина верхнього заряду більш ніж в 1,5 раза перевищує довжину повітряного проміжку, то оптимальне навантаження повітряного проміжку може бути досягнуте за рахунок раціонального розташування бойовиків.

4. Уперше встановлено, що наявність кумулятивної виїмки у верхньому заряді сприяє щільнішому замиканню газоподібних ПД у шпурі та дозволяє майже на 30% збільшити тривалість дії продуктів вибуху на середовище, що руйнується.

5. Наявність кумулятивної виїмки в нижньому торці верхньої частини розосередженого заряду дозволяє істотно підвищити ефективність вибухового руйнування моделей. При однаковій довжині повітряного проміжку досягається значне зниження діаметра середнього шматка зруйнованої породи порівняно з використанням традиційної конструкції повітряного проміжку: при куті розхилу кумулятивної виїмки в 30о це зменшення складає 15,5%; при 60о - 10,3%; при 90о - 7,3%. За рахунок цього, не погіршуючи якість вибухового дроблення, може бути збільшена довжина повітряного проміжку: у 2; 1,8 і 1,4 раза, відповідно.

6. Уперше експериментально встановлено, що наявність полімерного матеріалу на ділянці набійки істотно впливає на ефективність її роботи. Так, при набійці в рукав її “працездатність”, порівняно із звичайною конструкцією набійки, знизалася в 1,4 раза; при розміщенні матеріалу набійки поза рукавом - 1,23 раза. При зигзагоподібному розміщенні рукава ефективність набійки зросла в 1,43 раза. За рахунок цього досягається підвищення ефективності вибухового дроблення моделей: діаметр середнього шматка знижується на 10,7% порівняно із суцільною набійкою без оболонки, і на 12% - порівняно із набійкою, у якій полімерна оболонка на ділянці набійки розташована прямолінійно.

7. Уперше встановлено, що для умов Дніпровського рудника ВАТ “Полтавський ГЗК” використання кумулятивного ефекту в нижній частині верхнього заряду дозволяє без погіршення якості вибухового дроблення збільшити довжину повітряного проміжку в 1,5 раза. При цьому раціональна, з точки зору якості вибухового дроблення гірської маси, довжина повітряного проміжку для даних умов може складати 3…3,5 м.

8. Спосіб формування повітряного (або водного) проміжку за допомогою кумулятивного замикаючого пристрою і його конструкція захищені патентами України (патенти на корисну модель №№ 1875, 1876, 6916). Організовано промислове виготовлення КЗП на одному з підприємств м. Кременчук.

При цьому загальний економічний ефект за рахунок зниження витрат ВР при підриванні гірських порід розосередженими свердловинними зарядами з використанням КЗП на Дніпровському руднику ВАТ “Полтавський ГЗК” протягом 2004 - 2005 рр. склав 240 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Воробйова Л.Д. До питання про зниження кінцевої концентрації пилу при підривних роботах // Проблеми охорони праці в Україні.- Зб. наук. праць. - К.: ННДІОП, 2000. - Вип. 3. - С.111-114.

2. Воробйова Л.Д. Раціональна конструкція набивки при використанні свердловинних зарядів у полімерних рукавах // Вісник НТУУ “Київський політехнічний інститут”. Серія “Гірництво”. Зб. наук. праць. - Київ: НТУУ “КПІ”, 2004. - Вип. 10. - С. 91 - 94.

3. Воробьева Л.Д. Исследование влияния кумулятивного эффекта на давление в воздушном промежутке при взрыве рассредоточенного заряда // Вісник НТУУ “Київський політехнічний інститут”. Серія “Гірництво”. Зб. наук. праць. - Київ: НТУУ “КПІ”, 2005. - Вип. 12. - С. 53 - 58.

4. Воробйова Л.Д., Славко Г.В. Теоретичне обґрунтування раціонального розміщення бойовиків у розосередженому заряд // Вісник ЖДТУ. Технічні науки. - Вип. III (38). - 2006. - С.146 - 149.

5. Воробйова Л.Д., Костін В.В., Помазан М.В. Розрахунок параметрів гнучкого звязку для формування розосередженого заряду // Вісник КДПУ. - Вип. 5/2006 (40). - С. 98 - 101.

6. Пат. на корисну модель 1875 Україна: F 42 D 1/08. Свердловинний заряд // В.Т. Щетинін, Г.В. Славко, Л.Д. Воробйова, В.К. Лотоус та ін.-№20021210641. - Заявлено 26.12. 2002. - Опубл. 16.06.2003. - Бюл. № 6. - 2 с.

7. Пат. на корисну модель 1876 Україна: F 42 D 1/08. Пристрій для розосередження заряду вибухової речовини повітряним проміжком // В.Т. Щетинін, Г.В. Славко, Л.Д. Воробйова, К.В. Лотоус та ін.-№20021210642 - Заявлено 26.12. 2002. - Опубл. 16.06.2003. - Бюл. № 6. - 4 с.

8. Пат. на корисну модель 6916 Україна: F 42 D 1/02. Кумулятивний замикаючий пристрій // В.Т. Щетинін, Г.В. Славко, Л.Д. Воробйова, В.К. Лотоус та ін.-№u200500069. - Заявлено 04.01. 2005. - Опубл. 16.05.2005.