Руйнування гірських порід шпуровими зарядами ЕВР при проведенні підземних виробок

Abstract

Дисертація присвячена питанням руйнування гірських порід шпуровими зарядами ЕВР з хімічною газифікацією на основі твердих вуглеводнів в умовах прохідницьких забоїв вугільних шахт, безпечних щодо вибуху газу й займанню вугільного пилу. Дана теоретична оцінка механізму утворення додаткових отруйних газів при руйнуванні хімічних зв’язків молекул газу при взаємодії продуктів детона- ції з новоутвореними поверхнями породи в процесі її руйнування. Розроблений алгоритм чисельного моделювання ударного навантаження гірських порід, за допомогою якого виконана оцінка порогового тиску, при якому виникає термопружне руйнування породи в ближній зоні вибуху. Організовані і проведені комплексні експериментальні та теоретичні дос- лідження фізико-хімічних і вибухових властивостей ЕВР, за результатами яких обрана рецептура патронованих ЕВР для використання у якості шпурових заря- дів. Отримані закономірності використані для розробки рекомендацій, щодо оптимізації вибухових характеристик і підвищення ефективності шпурових за- рядів патронованих ЕВР під час руйнування вуглепородних масивів різної міц- ності в умовах прохідницьких забоїв шахт ДП «Свердловантрацит». Економічний ефект від впровадження патронованих ЕВР «ЕРА» на ДП «Свердловантраціт» становить 54 грн/п.м. гірничої виробки, що на 40±5% менш у порівнянні з аналогічними за вибуховими характеристиками ВР, у т.ч. з амо- нітом 6ЖВ.

Диссертация посвящена вопросам разрушения горных пород шпуровыми зарядами ЭВВ с химической газификацией на основе твердых углеводородов в условиях проходческих забоев угольных шахт, не опасных по взрыву газа и воспламенению угольной пыли. Дана теоретическая оценка механизма образования дополнительных ядовитых газов при разрушении химических связей молекул газа при взаимодействии продуктов детонации со свежееобразованными поверхностями породы в процессе ее разрушения. По результатам решения физико-математической модели установлены закономерности, свидетельствующие об активности точечного электрического заряда, которые проявляются в способности его поля вызывать ослабление или разрыв химических связей молекул продуктов детонации. Разработан алгоритм численного моделирования ударного нагружения горных пород с помощью, которого выполнена оценка порогового давления, при котором возникает термоупругое разрушение породы в ближней зоне взрыва. По результатам численных расчетов показано, что применение ЭВВ ограничит образование мелкодисперсных частиц породы, так как давление на границе ВВ-порода меньше порогового давления для большинства исследованных пород. Давление в образце каменного угля при контактном взрыве ЭВВ соответствует давлению в точке Чепмена-Жуге и составляет 5 ГПа. Разработана методика, с помощью которой был исследован процесс де- формации заряда ЭВВ волной напряжения, вызванной взрывом заряда предыдущей серии замедления. Установлено, что с момента прихода волны напряжения в заряде ЭВВ с химической газификацией увеличивается плотность. Деформация сжатия ЭВВ продолжается 6·10–3 с. После прохождения волны наступает фаза разгрузки с восстановлением плотности ЭВВ за время до ~8·10–3 с. С увеличени- ем расстояния (0,5…1,0 м) от источника колебаний величина деформации ЭВВ уменьшается по степенной зависимости. Из этого следует, что волна напряжения является внешним фактором воздействия, которое может привести к изменению скорости детонации ЭВВ с химической газификацией до 0,9…9%. Организованы и проведены комплексные экспериментальные и теорети- ческие лабораторные исследования физико-химических и взрывчатых характеристик ЭВВ, по результатам которых выбрана рецептура патронированных ЭВВ для использования в шпуровых зарядах. Установлена зависимость изменения параметров распространения детонационной волны в заряде ЭВВ, содержащем до 11% воды и 3,7±0,1% твердых углеводородов, от плотности и диаметра заряда. По результатам экспериментальных исследований выполненных в производственных условиях установлена зависимость изменения КИШ и степени дробления горных пород от плотности распределения шпуровых зарядов ЭВВ по сечению горной выработки и коэффициента крепости породы. По результатам анализа установленной зависимости было получено уравнение, которое по данным КИШ позволяет уточнять величину удельного расхода ЭВВ для обеспечения эффективных параметров БВР при проходке подземных выработок. Результаты исследований были использованы для разработки рекоменда- ций по оптимизации взрывчатых характеристик и повышения эффективности шпуровых зарядов патронированных ЭВВ при разрушении углепородных массивов различной крепости в условиях проходческих забоев на ГП «Свердловантрацит» и ряде других угольных шахт. Экономический эффект от внедрения патронированных ЭВВ «ЕРА» на ГП «Свердлдовантрацит» составляет 54 грн/п.м. горной выработки, что на 40±5% меньше в сравнении с аналогичными по взрывчатым характеристикам ВВ, в т.ч. с аммонитом 6ЖВ.

The thesis is devoted to problems of rock destruction by blast-hole charges of emul- sion explosives (EE) with chemical gasification based on solid hydrocarbons in terms of drifting faces in coal mine, which are safe to gas explosion and ignition of coal dust. The theoretical evaluation for the formation of additional noxious fumes during chemical bonds opening when detonation products interacting with newly formed surfaces of destructed rocks is given. The algorithm of the numerical simulation of shock loading in rocks is devel- oped. It makes possible to estimate the threshold pressure, at which there is the ther- moelastic destruction of rocks in the near field of explosion. Comprehensive experimental and theoretical investigation of physical, chemi- cal and explosive properties of EE is organized and carried out. The results allowed to pick out the formulation of cartridged EE for usage as blast-hole charges. The rec- ommendations for optimizing the explosive characteristics and efficiency of blast- hole charges of cartridged EE during the destruction of coal-bearing mass of different strength in drifting faces of SOE «Sverdlovantratsit» mines are elaborated. The economic effect of the cartridged EE «ЕРА» implementation on SOE «Sverdlovantratsit» is 54 UAH/rm of underground working, which is 40±5% less compared with explosive characteristics, including ammonites 6GW.