Энергетическая концепция расчета массы скважинного заряда на карьерах при изменчивости физико-механических свойств горных пород

В условиях снижения среднего содержания полезного компонента в руде и усложнения горно-геологических условий месторождений необходимо решать задачу оптимизации горнодобывающего предприятия. Особое внимание необходимо уделить буровзрывным работам, так как затраты на их проведения составляют 30–35% от общих затрат на добычу. Известно, что расчет параметров буровзрывных работ на массивах со сложным геологическим строением ведется либо по максимальным, либо по усредненным показателям прочностных свойств пород, следствием чего является завышенный расход взрывчатых веществ на взрыв. Для определения прочностных свойств пород в полевых условиях перспективной технологией является технология MWD. Однако при ее применении вариативным параметром буровзрывных работ является только энергия скважинного заряда. Ее величина на месторождениях со сложным геологическим строением, в том числе в зонах сезонной и вечной мерзлоты, зависит от того, какое количество энергии необходимо для дробления каждого слоя различных по прочностным характеристикам пород. Были проведены исследования на месторождениях Якутии, в ходе которых была получена линейная зависимость эталонных удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом от их коэффициента крепости. Предложен алгоритм расчета массы скважинного заряда при различии физико-механических свойств пород во взрываемом блоке. Этот алгоритм расчета позволит заряжать в скважину такое количество взрывчатого вещества, которое обеспечит оптимальное с точки зрения всего производства качество дробления.

Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р. Энергетическая концепция расчета массы скважинного заряда на карьерах при изменчивости физико-механических свойств горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 6. – С. 50–68. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_6_0_50.

Виноградов Юрий Иванович¹ — канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, ORCID ID: 0000-0001-9468-2214,
Хохлов Сергей Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, доцент, ORCID ID: 0000-0003-1040-8328,
Зигангиров Рамиль Ринатович¹ — аспирант, e-mail: s215070@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-4876-3456,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Зигангиров Р.Р., e-mail: s215070@stud.spmi.ru.

1. Архипов Г. И. Горная промышленность Дальневосточного федерального округа: анализ структуры, макропоказателей, перспектив развития // Горный журнал. — 2022. — № 9. — С. 15—21. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.03.

2. Соболев А. А., Галимьянов А. А. Анализ изменения технико-экономических показателей буровзрывных работ в зависимости от возрастания глубины разработки угольных месторождений Дальнего Востока // Уголь. — 2022. — № 2 (1151). — С. 22—25. — DOI: 10.18796/00415790-2022-2-22-25.

3. Rodionov V., Skripnik I., Kaverzneva T., Zhikharev S., Kriklivyy S., Panov S. Prerequisites for applying the risk-based approach to assessing the explosive and fire hazardous properties of underground mining materials // E3S Web of Conferences. 2023, vol. 417, article 05013. DOI: 10.1051/ e3sconf/202341705013.

4. Фомин С. И., Говоров А. С. Обоснование выбора бортового содержания полезных компонентов в руде при проектировании карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 12. — С. 169—181. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2023_12_0_169.

5. Yastrebova K. N., Chernobay V. I., Moldovan D. V. Solving the issue of ventilating atmosphere of opencast mining by resloping bench face // International Journal of Advanced Science and Technology. 2020, vol. 29, no. 1, pp. 1—6.

6. Коршунов Г. И., Каримов А. М., Магомедов Г. С., Тюлькин С. А. Снижение аэротехногенного воздействия респирабельной фракции пыли на персонал карьера при проведении массовых взрывов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 7. — С. 132—144. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_132.

7. Junhyeok Park, Kwangmin Kim Use of drilling performance to improve rock-breakage efficiencies. A part of mine-to-mill optimization studies in a hard-rock mine // International Journal of Mining Science and Technology. 2020, vol. 3, no. 2, pp. 179—188. DOI: 10.1016/j.ijmst.2019.12.021.

8. Abbaspour H., Drebenstedt C., Badroddin M., Maghaminik A. Optimized design of drilling and blasting operations in open pit mines under technical and economic uncertainties by system dynamic modelling // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 28, no. 6, pp. 839— 848. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.06.009.

9. Виноградов Ю. И. Исследование влияния удельных энергозатрат и сетки расположения скважин на эффективность дробления горных пород взрывом: Aвтореф. дис. … канд. техн. наук. — Л.: ЛГИ, 1976. — 22 с.

10. Падуков В. А. Физико-технические основы открытой разработки месторождений. Монография. — СПб.: Изд-во «Газпром», 2009. — 56 с.

11. Kovalevich S., Zyryanov I., Chernobay V. Experience of drilling-and-blasting in diamond fields in Yakutia // Journal of Mining Science. 2023, vol. 58, no. 6, pp. 953—965. DOI: 10.1134/ S1062739122060102.

12. Долгий И. Е., Николаев Н. И. Сопротивление горных пород разрушению при бурении скважин // Записки Горного института. — 2016. — Т. 221. — С. 655—660. DOI: 10.18454/pmi. 2016.5.655.

13. Дунаев В. А., Игнатенко И. М., Овсянников А. Н., Годовников Н. А. Методика и автоматизированная система оценки взрываемости горных пород на карьерах // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2011. — № 2. — С. 159—172.

14. Иванов С. Л., Иванова П. В., Кувшинкин С. Ю. Оценка наработки карьерных экскаваторов перспективного модельного ряда в реальных условиях эксплуатации // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 228—233. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.22.

15. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки. — М.: Недра, 1986. — 231 с.

16. Сытенков В. Н. Энергопотребление технологических процессов как критерий выбора наилучших доступных технологий в системе «Карьер — ОФ» // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2020. — № 1. — С. 315—327. DOI: 10.46689/2218-5194-2020-1-1-315-327.

17. Клюев Р. В., Босиков И. И., Майер А. В., Гаврина О. А. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы // Устойчивое развитие горных территорий. — 2020. — Т. 12. — № 2 (44). — С. 283—290. DOI: 10.21177/1998-4502-2020-12-2-283-290.

18. Маринин М. А., Евграфов М. В., Должиков В. В. Производство взрывных работ на заданный гранулометрический состав руды в рамках концепции «mine-to-mill»: современное состояние и перспективы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — Т. 332. — № 7. — С. 65—74. DOI: 10.18799/24131830/2021/7/3264.

19. Жариков С. Н. Взаимосвязь удельных энергетических характеристик процессов шарошечного бурения и взрывного разрушения массива горных пород: Aвтореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург: ИГД Уро РАН, 2011. — 25 с.

20. Мишнев В. И., Плотников А. Ю., Галимьянов Ал. А., Казарина Е. Н., Галимьянов Ан. А., Гевало К. В. Влияние эмульсионных взрывчатых веществ на скорость детонации скважинного заряда // Горная промышленность. — 2022. — № 6. — С. 69—73. DOI: 10.30686/1609-91922022-6-69-73.

21. Mohammad Babaei Khorzoughi, Hall R., Apel D. Rock fracture density characterization using measurement while drilling (MWD) techniques // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 29, no. 6, pp. 859—864 DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.01.001.

22. Жариков С. Н., Шеменев В. Г., Кутуев В. А. Способы уточнения свойств горных пород при производстве буровзрывных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2017. — № 1 (31). — С. 74—80.

23. Плотников А. Ю., Лысак Ю. А., Шевкун Е. Б., Лещинский А. В. Взрывное рыхление горных пород на карьерах группы компаний «Петропавловск» // Горный журнал. — 2022. — № 2. — С. 45—50. DOI: 10.17580/gzh.2022.02.07.

24. Navarro J., Seidl T., Hartlieb Ph., Sanchidrián J. A., Segarra P., Couceiro P., Schimek P., Godoy C. Blastability and ore grade assessment from drill monitoring for open pit applications // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021, vol. 54, no. 4, pp. 3209—3228. DOI: 10.1007/s00603-020-02354-2.

25. Rai Piyush, Schunnesson Hakan, Lindqvist Per-Arne, Kumar Uday Measurement-while-drilling technique and its scope in design and prediction of rock blasting // International Journal of Mining Science and Technology. 2016, vol. 26, no. 4, pp. 711—719. DOI: 10.1016/j.ijmst.2016.05.025.

26. Teale R. The concept of specific energy in rock drilling // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 1965, vol. 2, pp. 57—73. DOI: 10.1016/01489062(65)90022-7.

27. Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р., Рахманов Р. А. К вопросу проектирования буровзрывных работ на месторождениях со сложным геологическим строением на примере Куранахского рудного поля // Взрывное дело. — 2022. — № 137/94. — С. 45—65.

28. Коршунов В. А., Павлович А. А., Бажуков А. А. Оценка сдвиговой прочности горных пород по трещинам на основе результатов испытаний образцов сферическими инденторами // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 606—618. DOI: 10.31897/PMI.2023.16.

29. Молдован Д. В., Чернобай В. И., Соколов С. Т., Баженова А. В. Конструктивные решения запирания продуктов взрыва во взрывной полости // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 5—17. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_5.

30. Крюков Г. М. Модель взрывного рыхления горных пород на карьерах. Выход негабарита. Средний размер кусков породы в развале [препринт]. — М.: Изд-во МГГУ, 2006. — 30 с.

31. Вальков В. А., Виноградов К. П., Валькова Е. О., Мустафин М. Г. Создание растров высокой информативности по данным лазерного сканирования и аэрофотосъемки // Геодезия и картография. — 2022. — № 11. — С. 40—49. DOI: 10.22389/0016-7126-989-11-40-49.

32. Sekisov A. G., Konareva T. G., Lavrov A. Yu., Burov V. Yu., Emirziadi E. S. Efficiency of using peroxide-carbonate compounds in reagent complexes for leaching gold hard to recover from placer // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022, vol. 962, no. 1, article 012058. DOI: 10.1088/1755-1315/962/1/012058.

33. Koteleva N., Valnev V. Automatic detection of maintenance scenarios for equipment and control systems in industry // Applied Sciences. 2023, vol. 13, no. 24, article 12997. DOI: 10.3390/app 132412997.

34. Zhukovskiy Y., Buldysko A., Revin I. Induction motor bearing fault diagnosis based on singular value decomposition of the stator current // Energies. 2023, vol. 16, no. 8, article 3303. DOI: 10.3390/ en16083303.

35. Koteleva N., Frenkel I. Digital processing of seismic data from open-pit mining blasts // Applied Sciences. 2021, vol. 11, no. 1, article 383. DOI: 10.3390/app11010383.