Перегудов Володимир Володимирович. Підвищення ефективності підривних робіт в складних гірничо-геологічних умовах залізорудних родовищ

brief description

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ
«КРИВОРОЖСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи

Перегудов Владимир Владимирович

УДК [622.235:622.271](043.3)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

05.15.03 открытая разработка месторождений полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Вилкул Юрий Григорьевич

Кривой Рог 2012

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ В УСЛОВИЯХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРОВ........................................................................................................ 10
Горно-технологические условия разработки железорудных
карьеров............................................................................................................. 10
Анализ представлений о механизме разрушения горных пород взрывом 14
Методы управления действием взрыва, современные взрывчатые вещества и средства взрывания......................................................................... 18
Требования к качеству подготовки горной массы с учетом последующих процессов открытой разработки железорудных месторождений............... 27
Цель и задачи исследований........................................................................... 32
РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ КАЧЕСТВОМ ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ
МАССЫ И ПАРАМЕТРАМИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ............................. 34
Управление разрушением горных пород взрывом на основании анализа существующих теорий прочности....................................................................................... 34
Эмпирические закономерности изменения среднего куска
взорванной горной породы от удельного расхода взрывчатого вещества.... 40
Прогнозирование гранулометрического состава разрушенных
горных пород.................................................................................................... 43
Теоретическое решение задачи о равномерном дроблении
сплошного тела.................................................................................................. 47
Плоская осесимметричная задача разрушения сплошного тела цилиндрическим зарядом ВВ................................................................................................ 53
Выводы по разделу 2........................................................................ 61

РАЗДЕЛ 3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВЗРЫВАНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗНЫХ ВИДОВ ВВ И ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ДАЛЬНЕЙШИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫРЬЯ........................ 62
Определение гранулометрического состава взорванных
железистых кварцитов на карьерах ПАО «СевГОК»...................................... 62
Оценка влияния качества взрывания на прочностные
характеристики горных пород.......................................................................... 74
Оценка влияния качества взрывания горных пород на
дальнейшие процессы переработки сырья....................................................... 83
3.5. Выводы по разделу 3........................................................................ 95
РАЗДЕЛ 4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВЗРЫВАНИЯ ВСКРЫШНЫХ СКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД....................................................................... 96
Статистическая обработка результатов определения гранулометрического состава взорванной горной породы на Анновском и Первомайском карьерах ПАО «СевГОК» 96
Зависимость технико-экономических показателей работы
карьера от гранулометрического состава взорванных вскрышных пород.. 104
Обоснование рационального значения удельного расхода ВВ при дроблении вскрышных пород на Первомайском и Анновском карьерах
ПАО «СевГОК»............................................................................................... 113
Выводы к разделу 4........................................................................ 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................... 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................. 121
ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................... 131
Приложение А........................................................................................ 131
Приложение Б........................................................................................ 135

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Себестоимость и качество изготовленной продукции являются основными факторами, обеспечивающими конкурентоспособность на мировых рынках железорудного сырья. Повлиять на улучшение качества возможно только при условии радикальных изменений в технологии переработки железистых кварцитов, что приведет к значительным капиталовложениям, которые будут равнозначны строительству новых горно- обогатительных комбинатов. В таких условиях большинство отечественных предприятий отрасли стараются оптимизировать свои расходы.
Учитывая то, что затраты на взрывные работы составляют значительную часть от общей себестоимости добычи сырья (на карьерах Кривбасса свыше 20 %), предприятия пытаются регулировать эти статьи за счет снижения удельного расхода взрывчатого вещества. Это позволяет сэкономить на взрывных материалах и бурении скважин. При этом практически не учитывается уменьшение влияния взрыва на гранулометрический состав и изменения свойств руды и, как следствие, на процессы дальнейшей добычи и переработки железистых кварцитов.
Поэтому определение и дальнейшее обеспечение заданных показателей качества взорванной горной массы является одним из наиболее важных и сложных вопросов при разработке железорудных месторождений в современных горно-геологических и горнотехнических условиях. Решение этого вопроса зависит от возможности прогнозирования показателей качества взорванной горной массы при ведении взрывных работ в условиях горных массивов с определенными характеристиками и условиями залегания пород. Прогнозирование показателей качества, в свою очередь, позволяет разработать рациональные параметры буровзрывных работ, которые обеспечивают эффективность работы карьерного, дробильного и обогатительного оборудования.

В связи с этим исследования, направленные на решение научной задачи повышения эффективности взрывных работ в сложных горно-геологических условиях железорудных месторождений, являются актуальными и имеют важное народнохозяйственное значение.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Работа выполнена в соответствии с программами научно- исследовательских работ Криворожского технического университета, которые связаны с хоздоговорными темами «Анализ влияния взрывных работ с использованием эмонита на качество подготовки железной руды для переработки на рудообогатительной фабрике» (№ ГР 0107U007256),
«Обоснование выбора основных параметров буровзрывных работ в карьерах ОАО «СевГОК» при отработке скальных вскрышных пород» (№ ГР 0110U007332).
Цель работы и задачи исследования.
Цель работы обеспечение эффективного производства взрывных работ в условиях глубоких железорудных карьеров для достижения равномерного дробления горных пород с заданным размером среднего куска взорванной горной массы.
Для ее достижения были поставлены и решены следующие задачи исследований:
определение закономерностей распределения гранулометрического состава взорванной горной массы в условиях действующих глубоких железорудных карьеров;
теоретические и экспериментальные исследования влияния значения удельного расхода взрывчатого вещества на значение диаметра среднего куска взорванной горной массы;
опытно-промышленные исследования влияния качества взрывания на прочностные характеристики горных пород;
исследования влияния качества взрывания горных пород на эффективность последующих процессов переработки сырья;

технико-экономическая оценка эффективности работы выемочно- погрузочного и транспортного оборудования железорудных карьеров от гранулометрического состава взорванных пород.
Идея работы заключается в использовании взаимосвязи изменения диаметра среднего куска взорванной горной породы от удельного расхода взрывчатого вещества с учетом влияния качества взрывания железистых кварцитов на дальнейшие процессы переработки сырья.
Объект исследований процесс взрывных работ в глубоких железорудных карьерах.
Предмет исследований закономерности влияния качества взрывания на прочностные характеристики и последующие процессы переработки горных пород при открытой разработке железорудных месторождений в сложных горно-геологических условиях.
Методы исследований. Для решения поставленных в диссертации задач использован комплекс теоретических и экспериментальных методов: анализ и обобщение современных представлений о механизме разрушения горных пород взрывом, аналитическое обоснование рациональных параметров буровзрывных работ с использованием положений теории динамического разрушения, теоретические обобщения, лабораторные и промышленные эксперименты, сопоставление расчетных данных с экспериментальными результатами, технико-экономический анализ разработанных рекомендаций. При решении отдельных вопросов применялись методы статистического анализа на базе современного программного обеспечения.
Научная новизна полученных результатов.
Научные положения, которые выносятся на защиту:
1. При разработке железорудных месторождений открытым способом рациональный удельный расход взрывчатого вещества, обеспечивающий заданное качество взрывания, обусловлен свойствами горных пород, взрывчатых материалов и условиями производства взрывных работ, которые

следует учитывать для дифференциации управляющего воздействия на все элементы системы взрывной подготовки.
2. Увеличение удельного расхода взрывчатых веществ при разрушении рудных блоков в 1,151,2 раза приводит к уменьшению удельной работы разрушения пород при их подготовке к обогащению в 1,071,21 раза, увеличение удельного расхода взрывчатого вещества в 1,2 раза обеспечивает рост производительности мельниц шарового измельчения на 2,24,1 %.
3. Для обеспечения выхода негабаритной фракции при ведении вскрышных работ не более 0,1 % рациональное значение удельного расхода ВВ должно обеспечивать диаметр среднего куска горной массы в пределах от 186 до 204 мм.
Научная новизна результатов заключается в следующем:
1. Теоретически обосновано влияние удельного расхода взрывчатого вещества, равномерности его распределения в определенном объеме взрываемых пород и прочих показателей взрывания рудных и нерудных блоков на средний размер куска в развале горной массы.
2. Впервые экспериментально установлены показатели удельной работы разрушения и производительности шарового измельчения в зависимости от удельного расхода эмульсионного взрывчатого вещества с определением его рациональных значений.
3. Впервые на основании статистических данных определены вероятности распределения кусков различной крупности во взорванной руде и вскрышных скальных породах и получены расчетные формулы для условий железистых кварцитов.
Обоснованность и достоверность научных положений, вытекающих из них выводов и рекомендаций подтверждены корректностью поставленных задач, использованием при теоретических обобщениях классических положений механики разрушения горных пород, применением апробированных методов планирования необходимого количества экспериментов и

математической обработки данных, положительным

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности взрывной подготовки скальной горной массы в сложных горно- геологических условиях железорудных месторождений путем обоснованного выбора рациональных параметров взрывных работ за счет использования установленных зависимостей влияния удельного расхода взрывчатого вещества, объема взрываемого блока и условий производства работ на результаты взрывного разрушения и дальнейшие процессы переработки железорудного сырья.
Основные научные и практические результаты работы.
1. Установлены аналитические зависимости плотности распределения кусков взорванной горной массы. Определена максимальная скорость деформации сдвига на основании теории идеальной несжимаемой жидкости для условия решения плоской задачи.
2. Установлены условия определения комплексного потенциала поля скоростей для равномерного разрушения горной породы цилиндрическим зарядом взрывчатого вещества. Получены теоретические зависимости среднего размера куска в развале взорванной горной породы от удельного расхода взрывчатого вещества, объема блока, который подрывается единичным зарядом. Это позволяет теоретически обосновать рациональный диапазон значений удельного расхода взрывчатого вещества для различных условий взрывания.
3. На основании обработки статистических данных гранулометрического состава взорванной горной массы определены вероятности распределения кусков взорванной руды и вскрышных скальных пород, которые подчиняются экспоненциальному закону и закону распределения Вейбулла соответственно. Получены соответствующие значения эмпирических коэффициентов, которые

могут быть использованы для прогноза значения диаметра среднего куска горной массы и выхода негабаритной фракции.
4. В результате экспериментальных исследований степени влияния взрыва на прочностные характеристики магнетитовых кварцитов методом толчения определены сравнительные показатели удельной работы разрушения. Для руд Анновского и Первомайского месторождений составили 7,9611,42 МДж/м3 в зависимости от удельного расхода взрывчатого вещества 0,891,27 кг/м3 и исходной крепости пород в массиве 1218.
5. Удельная производительность мельниц шарового измельчения составила 9,9910,83 кг/лч в диапазоне изменения удельного расхода взрывчатого вещества при разрушении рудных блоков 1,011,27 кг/м3.
6. В результате анализа зависимости производительности горнотранспортного оборудования от значения диаметра среднего куска взорванной скальной породы установлено, что при снижении выхода негабарита с 3 % до 0,1 % производительность механических лопат в условиях карьеров ПАО «Северный ГОК» увеличивается на 6,36,9 %, а автомобильного транспорта на 1,41,9 %.
7. Определены рациональные значения выхода негабаритной фракции, которые с учетом технико-экономических показателей работы карьерного и транспортного оборудования не должны превышать 0,1 %, а диаметр среднего куска в развале при этом находится в пределах от 186 до 204 мм.
8. Получено аналитическое выражение для определения рационального значения удельного расхода взрывчатого вещества с учетом требований к гранулометрическому составу взорванной горной массы, крепости и плотности взрываемых пород, а также равномерности распределения взрывчатого вещества в блоке. Установлено, что для горно-геологических условий Первомайского и Анновского месторождений рациональное значение удельного расхода взрывчатых веществ при ведении вскрышных работ находится в диапазоне 1,11,15 кг/м3.

9. Использование разработанных по результатам экспериментальных исследований параметров буровзрывных работ для подготовки рудных и рудоскальных массивов горных пород к выемке в условиях железорудных месторождений позволяет улучшить качество дробления горной массы, уменьшить выход негабаритных фракций и размер среднего куска горной породы, уменьшить затраты на электроэнергию и футеровочные материалы для дробилок и шаровых мельниц во время дробления и измельчения руды, мелющих тел в мельницах шарового измельчения.
Расчетное значение годового экономического эффекта при взрывании 1 млн м3 руды для Первомайского и Анновского карьеров ПАО «СевГОК» составляет 488,545 тыс. грн. Уменьшение суммарных затрат на вторичное дробление негабаритных фракций, выемочно-погрузочные работы и взрывание при отработке скальных вскрышных пород составляет 85,705 тыс. грн.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Колосов В. А. Перспективы развития горнорудной отрасли / В. А. Колосов
// Качество минерального сырья. 2011. С. 3542.
2. Особенности развития железорудной промышленности Украины в современных условиях / В. В. Перегудов [и др.] // Горная промышленность. 2011. Специальный выпуск. С. 3841.
3. Технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий Украины в 20082009 гг. / Е. К. Бабец, Л. А. Штанько, В. А. Салганик [и др.]. Кривой Рог : ГП «НИГРИ», 2010. 164 с.
4. Паранько И. С. Некоторые особенности геологического развития Криворожской структуры / И. С. Паранько // Геологический журнал. 1993. № 4. С. 112122.
5. Паранько І. С. Розломно-блокова тектоніка Криворізької структури / І. С. Паранько, В. К. Бутирін // Геолого-мінералогічний вісник. 2004.
№ 1 (11). С. 513.
6. Paranko I. S. Kryvyi Rig belt. Introduction to geology and metallogeny /
I. S. Paranko, B. I. Maluk // Main types of rock complexes and mineral deposits in the Ukrainian shield. Kiyіv, 2002. Р. 8397.
7. Железисто-кремнистые формации докембрия европейской части СССР. Генезис железных руд / Я. Н. Белевцев [и др.]. К. : Наукова думка, 1991.
216 с.
8. Худур Дж. Основные тектонические элементы Криворожской структуры и их роль в формировании залежей богатых железных руд / Дж. Худур // Геолого-мінералогічний вісник. 2005. № 2. С. 5866.
9. Железисто-кремнистые формации докембрия европейской части СССР. Минералогия / Б. И. Пирогов [и др.]. К. : Наукова думка, 1989. 168 с.
10. Власов О. Е. Основы теории действия взрыва / О. Е. Власов. М. : ВИА, 1977. 408 с.

11. Власов О. Е. К основам теории разрушения горных пород действием взрыва / О. Е. Власов // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М. : Изд-во АН СССР, 1958. С. 4461.
12. Покровский Г. И. Взрыв / Г. И. Покровский. М. : Недра, 1973. 183 с.
13. Мельников Н. В. Энергия взрыва и конструкция заряда / Н. В. Мельников, Л. Н. Марченко. М. : Наука, 1964. 138 с.
14. Ханукаев А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом / А. Н. Ханукаев. М. : Недра, 1974. 224 с.
15. Демидюк Г. П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде / Г. П. Демидюк // Буровзрывные работы в горной промышленности. М. : Госгортехиздат, 1962. С. 223240.
16. Демидюк Г. П. О механизме действия взрыва и свойствах взрывчатых веществ // Взрывное дело. М. : Недра, 1964. Вып. 55/12. С. 252258.
17. Демидюк Г. П. О параметрах ВВ в связи с проектированием взрывов с заданной степенью дробления / Г. П. Демидюк // Взрывное дело. М. : Недра, 1968. Вып. 65/22. С. 151154.