CC BY
1УДК 622
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ И ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИРТЫШСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ГЛУБОКИХ
ГОРИЗОНТАХ
АБЮРОВ ЖАНДОС ЖУМАДИЛДАЕВИЧ
магистрант Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
СЕРИК АРМАН
магистрант Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
КУЛЬЖАНОВ КАЙЫРБЕК САБИТОВИЧ
магистрант Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
МАДИЯРОВ ТЕМИРЛАН АМАНТАЕВИЧ
магистрант Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
Аннотация. Оценка влияния параметров бурения и взрывных работ в горнодобывающей промышленности играет ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности производственного процесса. Правильный выбор и контроль параметров бурения, таких как глубина, диаметр и скорость бурения, а также использование оптимальных взрывных материалов, влияют на результативность добычи и минимизацию ущерба для окружающей среды. Неправильное выполнение этих операций может привести к разрушению геологической структуры, неэффективному использованию ресурсов и увеличению рисков для работников.
Для точной оценки воздействия этих процессов проводится анализ различных факторов, включая геологические характеристики месторождений, свойства взрывчатых веществ и параметры техники бурения. Результаты такого анализа помогают разработать стратегии, которые способствуют повышению производительности, снижению затрат и улучшению экологической ситуации. Важным аспектом является также минимизация воздействия на близлежащие населенные пункты и экосистему, что требует применения современных технологий и методов контроля за буровыми и взрывными работами.
ASSESSMENT OF THE IMPACT OF DRILLING AND BLASTING PARAMETERS ON THE STRESS-STRAIN STATE OF ROCK MASS DURING THE DEVELOPMENT OF THE IRTYSHSKOYE DEPOSIT AT DEEP HORIZONS
Annotation. Assessment of the impact of drilling and blasting parameters in the mining industry plays a key role in ensuring the safety and efficiency of the production process. The correct selection and control of drilling parameters, such as depth, diameter and drilling speed, as well as the use of optimal explosive materials, affect the effectiveness of production and minimize damage to the environment. Improper execution of these operations can lead to the destruction of the geological structure, inefficient use of resources and increased risks for employees.
To accurately assess the impact of these processes, various factors are analyzed, including the geological characteristics of deposits, the properties of explosives and the parameters of drilling techniques. The results of such an analysis help to develop strategies that contribute to increased
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
productivity, lower costs and improve the environmental situation. Minimizing the impact on nearby settlements and the ecosystem is also an important aspect, which requires the use of modern technologies and methods of monitoring drilling and blasting operations.
Введение. Современная горнодобывающая промышленность играет ключевую роль в обеспечении сырьём множества отраслей экономики, включая металлургию, энергетику и строительную индустрию. В то же время для эффективного и безопасного ведения горных работ необходим комплексный подход к использованию технологий, влияющих на добычу полезных ископаемых. Одним из наиболее значимых элементов этого процесса являются параметры бурения и взрывных работ. Именно эти операции формируют основу для успешного извлечения полезных ископаемых, и их оптимизация позволяет повысить эффективность производства, уменьшить расходы и улучшить безопасность. Например, неправильно выбранные параметры бурения могут привести к разрушению пород с повышенным энергозатратом, а неэффективное проведение взрывных работ - к повышенному воздействию вибраций, что, в свою очередь, ухудшает качество и экономичность добычи.
С развитием горной техники и технологий, бурение и взрывные работы становятся всё более высокотехнологичными, однако, несмотря на это, в отрасли по-прежнему существует ряд нерешённых проблем. Неправильная настройка технологических параметров этих операций может вызвать не только технические и экономические проблемы, но и угрозу безопасности работников и устойчивости горных объектов. Важно учитывать, как различные параметры бурения, такие как диаметр скважины и глубина, а также взрывные характеристики, например, заряд и тип взрывчатых веществ, влияют на итоговые результаты работы и экологические последствия. Эти вопросы остаются актуальными для горнодобывающих предприятий, стремящихся повысить свою конкурентоспособность в условиях растущих требований к производительности и безопасности.
Основная цель данного исследования заключается в всесторонней оценке влияния различных параметров бурения и взрывных работ на общую эффективность горных операций, включая их экономическую, экологическую и технико-эксплуатационную составляющие.
Методы исследовании. Для достижения цели исследования, направленного на оценку влияния параметров бурения и взрывных работ на эффективность горных операций, были использованы следующие методы обследования.
Первый метод заключается в сборе и обработке данных о предыдущих буровых и взрывных операциях на исследуемых объектах. Путём анализа информации о результатах работы, таких как производительность, затраты на взрывные работы, уровни вибрации и разрушений, проводится статистическая оценка зависимости между различными параметрами и результатами. Этот метод позволяет выявить закономерности и зависимости, что важно для принятия управленческих решений и оптимизации технологического процесса.
Другим методом является экологический мониторинг, направленный на оценку воздействия буровых и взрывных работ на окружающую среду. Этот метод включает измерение уровней шума, вибраций, загрязнения воздуха и водоемов вблизи мест проведения работ. Экологический мониторинг позволяет оценить потенциальный вред для экосистемы и здоровья работников, а также выявить способы минимизации воздействия на природу.
Эти методы в совокупности позволяют создать полное представление о текущем состоянии и влиянии параметров бурения и взрывных работ на эффективность горных операций, а также выявить пути для оптимизации технологических процессов с учетом факторов безопасности и экологии.
Обзор литературы. Проблема пылевыделений на карьерах является одной из актуальных экологических и производственных задач, особенно в районах с экстремальными климатическими условиями, что и рассматривается в статье автора Е.А. Кравцова, посвященной анализу пылевыделений на карьерах Центрального Казахстана и предложениям для их снижения. Автор исследует различные аспекты пылеобразования при открытой добыче
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
полезных ископаемых, а также климатические особенности региона, способствующие увеличению пылевых выбросов. В статье описываются способы пылеподавления, такие как водовоздушные эжекторы, использование пены и методы взрывания на подпорную стенку из разрушенной горной массы. Особое внимание уделено применению гидрозабойки при буровзрывных работах, что позволяет значительно снизить выброс пыли в атмосферу. В заключение автор предлагает комплексный подход к решению проблемы пылевыделений для улучшения условий труда и экологии в карьерах Центрального Казахстана [1].
Вопрос эффективности применения различных методов взрывания в горнодобывающей промышленности остается актуальным, особенно при проходке подземных горных выработок в сложных геологических условиях. В связи с этим в статье авторов Имашева А.Ж., Суимбаевой А.М., Матаева АД. и Мусина А.А., выпускников Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, представлены результаты исследований по изучению эффективности применения контурного взрывания в породах с повышенной трещиноватостью на примере месторождения Западный Каражал. Эффективность контурного взрывания была обоснована с помощью численного анализа, который позволил определить зоны возможных обрушений законтурного массива после техногенного воздействия. Численное моделирование методом конечных элементов было выполнено для сравнения обычного способа взрывания и контурного взрывания. Результаты показали, что при применении контурного взрывания значительно увеличивается запас прочности приконтурной части массива и уменьшается зона возможного обрушения вокруг горной выработки. Кроме того, влияние силы взрыва на законтурный массив снижается в несколько раз по сравнению с обычным способом взрывания [2].
Технология измерения во время бурения (Measurement While Drilling — MWD) является важным инструментом в горном и взрывном деле, и ее применение требует тщательного анализа и исследования, что и представлено в статье авторов Ишейского В.А. и Васильева А.С. В работе проведен анализ отечественных и зарубежных проектов, а также выделены основные направления развития исследований в этой области для улучшения процессов буровзрывных работ на горных предприятиях. На основе анализа существующих проектов представлено резюме о существующих подходах в области апробации и верификации данных, а также выделены ключевые вопросы, требующие дальнейшего изучения и подтверждения [3].
Успешное развитие горнодобывающих предприятий в условиях рыночной экономики напрямую связано с решением задач по повышению эффективности производства, в том числе за счет снижения затрат на строительство подземных горных выработок. В диссертационной работе Кирсанова А.К. из Сибирского федерального университета рассматриваются методы оптимизации буровзрывных работ и их влияние на эффективность горного производства. Автор уделяет внимание расчету рациональных параметров буровзрывных работ, что является важной задачей при проходке подземных выработок. Работа направлена на повышение точности выполнения буровзрывных операций, что позволяет значительно снизить затраты и улучшить производственные процессы на горных предприятиях [4].
Взрывные работы в горном деле являются важнейшим способом разрушения массива горных пород и основным технологическим процессом при разработке месторождений твердых полезных ископаемых. Согласно исследованиям авторов Саплина О.Н., Титова Д.Ю., Шулакова Д.Ю. и Гусева А.И., более 70% объема полезных ископаемых в горном деле добывается с использованием энергии взрыва, при этом объемы раздробленной и перемещенной взрывами горной массы исчисляются миллионами кубических метров в год. В статье также рассматриваются исследования в области невзрывных способов разрушения горных пород, но подчеркивается, что использование энергии взрыва остается основным и наиболее эффективным методом в ближайшей перспективе. Одним из ключевых аспектов является изучение последствий взрывных работ, таких как пылегазовые выбросы, ударные воздушные волны и разлет кусков породы, а также сложность прогнозирования зоны распространения сотрясательных явлений от взрыва [5].
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Результаты и обсуждения. Реакция горных пород на различные виды нагрузки и их способность к разрушению в заданных условиях определяется совокупностью природных характеристик пород, что, в свою очередь, оказывает значительное влияние на эффективность буровзрывных работ, являющихся важнейшими элементами системы разработки месторождения. В настоящее время в Республике Казахстан применяется дробление массива с использованием шпуровых зарядов глубиной от 1,2 до 4,0 метров, при этом коэффициент использования шпура составляет от 0,65 до 0,85. С учётом того, что в последние годы на рудниках Казахстана начали использовать современные самоходные буровые установки, способные бурить шпуры на глубину более 4-5 метров, встает необходимость совершенствования технологий проведения горных работ. Ранее удлинённые шпуры применялись для дробления руды в карьерах. Для повышения коэффициента использования энергии взрыва при применении цельных или разрозненных зарядов используются многоточечные возбуждения, что способствует более равномерному разрушению массива. В этом случае в верхней части скважины энергия взрывчатого вещества (ВВ) невелика, а в нижней части применяются более мощные заряды, что позволяет добиться равномерного измельчения массива и эффективной обработки забойной подошвы.
Совершенствование материально-технической базы буровзрывных комплексов (БВК), включая модернизацию оборудования и технологий, обусловлено растущими потребностями различных отраслей промышленности в природных ресурсах. Это, в свою очередь, требует увеличения мощностей горнодобывающих предприятий, повышения темпов и объемов извлечения полезных ископаемых, что тесно связано с расширением масштабов горнопроходческих работ, направленных на создание выработок с разнообразными параметрами в условиях различной сложности горных пород и техники.
На сегодняшний день, согласно предварительным данным, на шахтах и рудниках Казахстана ежегодно прокладывают более 600 км горных выработок. Например, на рудниках компании «Жезказганцветмет» за год проходит около 60 км горизонтальных выработок, не включая наклонные и вертикальные. В корпорации «Казахмыс» общая длина всех выработок составляет более 100 км. Это подчеркивает ключевое значение буровзрывных работ в горнодобывающей отрасли, так как эффективность этих процессов напрямую влияет на технико-экономические показатели и финансовую прибыль предприятия.
Буровзрывные комплексы как отечественных, так и зарубежных горнодобывающих предприятий обладают современным техническим оснащением. В их состав входят высокопроизводительные буровые и зарядные установки, предназначенные для бурения и зарядки шпуров и скважин различными взрывчатыми веществами, соответствующими их физико-химическим и взрывным характеристикам. В дополнение к этому используются эффективные устройства для инициирования и взрыва зарядов, а также вспомогательное оборудование, обеспечивающее проведение буровзрывных работ в разнообразных горногеологических и горнотехнических условиях.
В Карагандинском техническом университете имени Абылкаса Сагинова на кафедре «Горное дело» проводятся практические занятия, посвященные бурению и взрывным работам в горнодобывающей промышленности. Эти занятия направлены на подготовку студентов к реальным условиям работы в данной отрасли и обеспечивают глубокие теоретические знания и практические навыки, необходимые для эффективного проведения буровзрывных операций.
Практическая часть учебного процесса включает в себя изучение различных типов буровых установок и их применения в условиях горнодобывающих предприятий, а также освоение технологий бурения и зарядки шпуров и скважин для проведения взрывных работ. Студенты получают опыт работы с современными буровыми машинами, взрывными веществами и оборудованием для инициирования и контроля взрывов. Особое внимание уделяется безопасности при проведении буровзрывных работ, анализу горно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений, а также исследованию эффективности различных методов бурения и взрывных работ в реальных горных условиях. Также студенты
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
учат проводить расчет параметров буровзрывных операций с учетом конкретных характеристик горных пород и других факторов, влияющих на эффективность работы.
Заключение. В результате проведенного исследования оценены ключевые параметры бурения и взрывных работ, их влияние на эффективность горных операций и экологическую безопасность. Правильный выбор технологических параметров бурения и взрыва существенно влияет на экономичность и безопасность горнодобывающего процесса. Ошибки в настройке этих процессов могут привести к излишним затратам и негативным последствиям для окружающей среды и здоровья работников. Методы, такие как экологический мониторинг и анализ исторических данных, помогают снизить риски и оптимизировать технологический процесс. Важным аспектом является учет геологических особенностей и характеристик взрывчатых веществ для повышения производительности и безопасности. Применение новых технологий и совершенствование оборудования буровзрывных комплексов открывает новые возможности для повышения эффективности горных работ. Также особое внимание уделяется вопросам минимизации воздействия на экосистему и населенные пункты, расположенные рядом с месторождениями. Влияние различных параметров бурения и взрыва на качество и безопасность добычи остается актуальной проблемой в горнодобывающей промышленности. Исследование показало, что оптимизация этих процессов позволяет значительно снизить затраты и повысить производственные результаты. В будущем развитие технологий и новых методик может привести к улучшению экономической и экологической ситуации в горной отрасли.
1. Е.А. Кравцова. Минимизация пылевыделения при буровзрывных работах на карьерах с применением гидрозабойки скважин в Центральном Казахстане / Горный информационно аналитический бюллетень специальный выпуск 9, 2016г, - С. 23-26.
2. Имашев А.Ж., Суимбаева А.М., Матаев АД., Мусин А.А. Обоснование применения контурного взрывания для обеспечения сохранности проектных параметров выработок / НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова» (г. Караганда), Горный журнал Казахстана №5' 2024, - С. 13-18.
3. Ишейский В.А., Васильев А.С. Ключевые особенности и проблемы при обработке, анализе и интерпретации данных по процессу бурения взрывных скважин / ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2022;(3):16-33, - С. 17-29.
4. Кирсанов А.К. Обоснование параметров буровзрывных работ при строительстве подземных горизонтальных и наклонных горных выработоК / Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет», Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Красноярск 2019, - С. 10-20.
5. Саплин О. Н., Титов Д. Ю., Шулаков Д. Ю., Гусев А И. Исследование влияния взрывных работ на безопасную эксплуатацию инфраструктурных объектов горного производства / «Известия вузов. Горный журнал», № 1, 2018, - С. 66-69.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
