Баранник Володимир Володимирович. Розробка засобів і способів підготовки та підривання обводнених гірських порід неводостійкими вибуховими речовинами найпростішого складу

Краткое описание

Баранник Володимир Володимирович. Розробка засобів і способів підготовки та підривання обводнених гірських порід неводостійкими вибуховими речовинами найпростішого складу : Дис... канд. наук: 05.15.11 - 2006.

Баранник В.В. Розробка засобів і способів підготовки та підривання обводнених гірських порід неводостійкими вибуховими речовинами найпростішого складу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 „Фізичні процеси гірничого виробництва”. Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2005 р.
Дисертація присвячена питанням розробки засобів і способів підготовки та підривання обводнених гірських порід неводостійкими вибуховими речовинами найпростішого складу.
На основі теоретичних і експериментальних досліджень, з урахуванням основних руйнуючих факторів вибуху хвиль напружень, і газоподібних продуктів детонації, обґрунтована зміна механізму дії вибуху в обводненому середовищі в порівнянні з необводненим.
Експериментально підтверджені прогнозовані зміни вибухового подрібнення обводнених середовищ: зниження виходу перездрібнених фракцій і збільшення маси відбитого вибухом суцільного середовища, а також підтверджена отримана теоретичним шляхом гранична маса ВР в поліетиленовому рукаві, необхідна для занурення його до дна свердловини.
Обґрунтована необхідність відкачування води з свердловин, в яких висота стовпа води перевищує 0,275 висоти колонки ВР в рукаві і запропонована нова технологія формування зарядів неводостійких ВР найпростішого складу в обводнених породах. Розроблено і впроваджено пристрій для відкачування води з свердловин і спосіб формування зарядів.
Впровадження нової технології формування свердловинних зарядів ВР і відбійки обводнених порід на кар’єрах Докучаєвського флюсо-доломітного комбінату забезпечило зменшення перездрібнених фракцій і об’єму викидів пилу і шкідливих газів, а також витрат на вибухові роботи. Фактичний економічний ефект за період 2004-2005 рр. при цьому склав 262,4 тис. грн.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій отримано нове рішення науково-технічної задачі підвищення ефективності вибухової відбійки обводнених гірських порід на відкритих гірничих роботах на основі досліджень механізму руйнування під час вибуху, розробки і впровадження нових засобів і способів формування зарядів неводостійких ВР найпростішого складу в поліетиленових рукавах з попереднім осушенням свердловин, що має велике значення для гірничовидобувної промисловості.
Основні підсумкові наукові результати і практичні рекомендації, отримані в дисертації, зводяться до наступного:
1. Аналіз наукових і практичних результатів досліджень особливостей підготовки і вибухової відбійки обводнених гірських порід показав, що обводненість гірського масиву не тільки змінює механізм руйнування порід, але і значно ускладнює процес підготовки підривних робіт і збільшує витрати на їх проведення. Особливо це важливо для підприємств нерудної промисловості, на яких використання високобризантних водостійких ВР призводить не тільки до здорожчання підривних робіт, але і до збільшення виходу перездрібнених фракцій.
2. Встановлено, що наявність води між ВР і стінками вибухової порожнини змінює умови дії вибуху на середовище, що руйнується. На межі розділу відбувається заломлення ударної хвилі і, як наслідок, зниження первинного тиску на стінки зарядної порожнини.
Розрахунками доведено, що після проходження ударної хвилі через водяний проміжок її амплітуда зменшується більш аніж в два рази в порівнянні з тиском на контакті з ВР. При цьому, в порівнянні з необводненим середовищем, зменшується розмір зони перездрібнення і вихід дрібних фракцій.
3. Подальший розвиток набули експериментальні дослідження по встановленню впливу структури обводнених середовищ на механізм їхнього руйнування під час вибуху. При цьому доведено, що:
у суцільному обводненому середовищі під час вибуху знижується амплітуда тиску на контакті з ВР і зростає роль газоподібних продуктів детонації в процесі його руйнування, що позитивно позначається на збільшенні загального об’єму зруйнованого середовища;
у тріщинуватих середовищах блокової будови знижується роль газоподібних продуктів детонації в їхньому руйнуванні і значно знижується ефект співударяння кусків, що призводить до погіршення якості їх подрібнення.
4. Експериментально встановлена залежність виходу дрібних фракцій і середнього діаметру куска від рівня обводненості середовища: із збільшенням рівня обводненості до максимуму (100 %) вихід фракції менше 5 мм знизився на 26 %, а середній діаметр куска збільшився на 55 %.
5. Обгрунтовано, що зниження втрат енергії вибуху в ближній зоні і витрат на вибухові роботи можливе при використанні неводостійких ВР найпростішого складу, вживання яких в обводнених умовах стримується відсутністю надійних засобів і технологій формування свердловинних зарядів ВР, залежних від рівня обводненості гірських порід і їхніх фільтраційних властивостей.
6. Вперше встановлено, що гранична маса заряду неводостійких гранульованих ВР найпростішого складу, яка характеризує ефективність процесів формування свердловинних зарядів ВР в обводнених умовах, прямо пропорційна рівню води в свердловині і залежить від співвідношення діаметрів свердловини і рукава з ВР, а також фільтраційних властивостей масиву гірських порід. При цьому для ефективного потоплення заряду ВР в свердловину з водою, зниження імовірності поривів при їхньому потопленні і зменшення об’єму перездрібнення породи на контакті заряд-порода” раціональне співвідношення діаметру обводненої свердловини і поліетиленового рукава складає 1,15-1,20.
7. Вперше розроблена, виготовлена і випробувана в промислових умовах удосконалена конструкція заглибного пристрою для відкачування води з свердловин, що є робочим органом агрегату по відкачуванню води на базі автомобіля ГАЗ-53 з підвищеною експлуатаційною надійністю і високою продуктивністю.
Ефективність заглибного пристрою для відкачування води залежить від пропускної спроможності клапанів, а також співвідношення діаметрів свердловини і його зовнішнього діаметру.
8. Проведені промислові випробування агрегату по відкачуванню води з свердловин і нової технології формування зарядів неводостійких ВР в поліетиленових рукавах в обводнених породах підтвердили їх ефективність в різних гідрогеологічних умовах і дозволили обгрунтувати область їхнього застосування.
9. Встановлено, що відмінною особливістю масивів гірських порід кар’єрів Докучаєвського флюсо-доломітного комбінату, що розробляють Єленівське родовище вапняків і доломітів, є відсутність чіткої закономірності просторового розподілу обводнених свердловин в межах висаджуваного блоку порід, що зумовлено їх структурними особливостями і фільтраційними властивостями.
10. Використання нової технології формування зарядів неводостійких ВР найпростішого складу при відбійці обводнених гірських порід з попереднім осушенням свердловин дозволило досягти раціонального дроблення порід. Вихід фракції подрібнення більше 400 мм за даними виміру гранулометричного складу висадженої гірської маси на ділянці обводнених свердловин збільшився на 11,5 %, а вихід фракцій до 200 мм зменшився на 10 %. Розрахунковий об’єм пилоподібних часток (менше 10 мк) при цьому зменшився на 31 %.
11. Для неводостійких багатокомпонентних гранульованих ВР найпростішого складу вперше експериментально встановлена залежність швидкості і повноти детонації від ступеня їхнього зволоження і потужності початкового імпульсу. Оптимальне зволоження для ВР типу ПВС-1У, при якому швидкість детонації максимальна, складає 6 % маси ВР. Збільшення ступеня зволоження ВР найпростішого складу до 14 % їхньої маси призводить до зниження швидкості детонації на 20 % відносно до максимальної.
12. Технологія формування зарядів неводостійких ВР найпростішого складу в поліетиленових рукавах з попереднім осушенням свердловин і відбійки обводнених гірських порід забезпечує зменшення викидів пилу і газів в атмосферу під час масових вибухів в кар'єрах, а також небезпеки попадання шкідливих компонентів вибухових речовин (нітратів) в грунтові води.
При цьому загальний фактичний економічний ефект за рахунок використання неводостійких ВР найпростішого складу при відбійці обводнених гірських порід на кар’єрах Докучаєвського флюсо-доломітного комбінату за період впровадження нової технології (2004-2005 рр.) склав 262,4 тис. грн.