Анотація до роботи:

Швагер Н.Ю. Наукові основи керування обваленням порід і параметрами буровибухових робіт на глибоких горизонтах шахт Криворізького басейну – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02 – підземна розробка родовищ корисних копалин. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення ефективності підземного видобутку руди за рахунок науково-обґрунтованих методів керування параметрами буровибухових робіт і обвалення порід з урахуванням енергетичних характеристик розроблених вибухових речовин і фізичних властивостей гірських порід.

Встановлена можливість регулювання енергетичних характеристик ВР залежно від фізичних властивостей гірських порід на основі створення вибухової композиції, яка складається з безтротилових найпростіших водонаповнених вибухових сумішей типу «Гідродін» і екзотермічної суміші (ЕТС).

Встановлено кількісний взаємозв'язок між величиною лінії найменшого опору кожного наступного заряду і шириною оголеної поверхні, утвореної вибухом попереднього, що дозволяє враховувати їх місце розташування відносно межі оголення і підвищений опір дії напружень зсуву і зрізу при торцевому і боковому затисканні.

Обґрунтована можливість зниження величини гірського тиску на глибоких горизонтах шахт шляхом локалізації зон зрушення порід висячого боку і земної поверхні за рахунок спорудження запобіжних ціликів з розпушених порід при їхньому ущільненні вибухом, і розроблена методика вибору параметрів ущільнюючих зарядів різної форми і орієнтації з урахуванням фізичних властивостей підриваємих порід, їх напружено-деформованого стану і необхідної величини посування матеріалу, що ущільнюється вибухом.

Ефективність розроблених технологій забезпечується диференційованим вибором оптимальних параметрів процесів залежно від впливаючих факторів і перевіркою отриманих результатів у промислових умовах. При цьому шляхом спільної реалізації розроблених технологій і параметрів процесів досягається загальносистемний ефект покращення основних показників роботи шахти.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна науково-практична проблема, яка полягає в розвитку наукових основ керування обваленням порід та параметрами буровибухових робіт на основі встановлених закономірностей впливу ширини оголеної поверхні і місця розташування зарядів ВР на ефективність руйнування напружених гірських порід, а також закономірностей ущільнення обвалених порід вибухом на глибоких горизонтах шахт Криворізького басейну, що має важливе значення для гірничорудної промисловості України.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи.

1. Доведено, що першочергове вдосконалення технології буровибухових робіт, питома вага яких у собівартості видобутку руди складає 31,9%, дозволить підвищити техніко-економічних показники гірничо видобувних підприємств.

2. Вперше встановлена можливість узгодження енергетичних характеристик ВР з фізичними властивостями середовища, що руйнується, шляхом створення вибухової композиції, яка складається з активуючого складу, яким є БНВВС типу «Гідродін I», і екзотермічної суміші (ЕТС).

Встановлено, що за висококалорійне пальне екзотермічної суміші раціонально використовувати алюміній і його сплави, кремній і силіциди. Окислювачами висококалорійного пального окрім води доцільно використовувати кристалогідрати, які мають високий відсоток активного кисню (45-68%) і низьку температуру активації, що забезпечує високий ККД окислювально-відновлювальної реакції і вирішує задачу водонаповнення при збереженні сипких властивостей.

3. Розроблена нова, технологія приготування БНВВС типу «Гідродін», згідно якої на першій стадії шляхом зменшення в суміші вмісту окислювача до 45-50% і збільшення вмісту води до 25-45% готується вибухо- і пожежобезпечна водонаповнена горюча складова (ВГС), а на другій – у підземних умовах до ВГС додається 66,7% нітрату амонію, що забезпечує нульовий кисневий баланс суміші.

Випробуваннями встановлено, що вибухові характеристики БНВВС типу «Гідродін» знаходяться на рівні еталонної ВР амоніту №6 ЖВ, характеристики його гранульованої модифікації – близькі до грамоніту 79/21, а вартість на 30-50% нижче за вартість промислових ВР заводського виготовлення.

4. Встановлено, що за базовий показник при виборі параметрів БВР з урахуванням ширини оголеної поверхні доцільно використовувати показник підриваємості гірських порід С₀, що дозволяє підвищити КВШ при проведенні виробок різного поперечного перетину в міцних і особливо міцних породах шахти ім. Орджонікідзе з 0,6-0,71 до 0,8-0,95.

5. Розроблена методика проектування буровибухових робіт при проведенні виробок, згідно з якою:

- на першому етапі проектування необхідно встановити параметри розташування оконтурюючих шпурів з урахуванням торцевого затиску при відбиванні на оголену поверхню необмеженої ширини;

- на другому етапі вибирається тип врубу і визначаються параметри розташування врубових шпурів; при цьому параметри розташування подальших шпурових зарядів визначаються з урахуванням торцевого і бічного затисків і ширини оголеної поверхні, утвореної вибухом попереднього.

6. Експериментально встановлено, що з урахуванням напружено-деформованого стану порід вибухом врубових і допоміжних шпурових зарядів у верхній частині забою доцільно утворювати горизонтально орієнтовану порожнину, довжина якої дорівнює ширині виробки, а висота - відстані між оконтурюючими шпурами, при цьому решта зарядів комплекту шпурів працює при максимально можливій ширині оголеної поверхні, що дозволяє зменшити навантаження на заряди, які оконтурюють підошву виробки.

7. Випробування довели, що диференційований розподіл енергії ВР, який базується на показнику підриваємості гірських порід з урахуванням умов роботи заряду ВР, забезпечує високу точність розрахунків, підвищення технологічних показників проходки, зниження об'єму бурових робіт і витрат вибухових речовин. Крім того, застосування при проходці виробок БНВВС типу «Гідродін» дозволяє знизити витрати ВР на 1 м виробки в порівнянні з тротиловміщуючими ВР у 1,66 рази, а об'єм буріння – в 1,15 рази.

8. Встановлена доцільність штучного зменшення фронту робіт по простяганню покладу за рахунок залишення запобіжних ціликів, що дозволяє розділити загальну зону зрушення порід висячого боку на окремі локальні зони істотно менших розмірів. При цьому обвалення порід відбувається в межах склепіння природної рівноваги і не досягає денної поверхні.

9. На основі проведених досліджень встановлено, що коефіцієнт розпушення породи після ущільнення складає К_рк= 1,1-1,2. При цьому вибухове ущільнення обрушених порід забезпечує створення штучного цілику.

10. Уперше встановлено взаємозв'язок між показником дії вибуху і початковою швидкістю зсуву підірваної гірської маси V₀=11,75n-2,06, що дозволяє визначити параметри БВР з урахуванням величини переміщення порід, які ущільнюються вибухом, оптимальну товщину шару, що підривається, залежно від кінцевого коефіцієнту розпушування, і забезпечує оптимальні результати при проектуванні вибухів по створенню штучних запобіжних ціликів.

11. Результати випробувань і впровадження методики керування параметрами буровибухових робіт і обвалення порід на шахтах Криворізького басейну свідчать про їх високу ефективність.

Очікуваний економічний ефект від впровадження результатів досліджень 3767,58 тис. грн.

Основні положення і результати дисертації опубліковані
в наступних роботах:

1. Швагер Н.Ю. Инструктивно-методические указания по выбору параметров буровзрывных работ (БВР) при подземной добыче руд. Часть 1. выбор параметров БВР при проведении выработок: монография / Ю.П. Капленко, В.А. Колосов, Н.Ю. Швагер. - Кривой Рог: Минерал, 2007. – 193 с.- ISBN 966-7103-99-4.

2. Швагер Н.Ю. Методика определения основных энергетических характеристик взрывчатых веществ / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 68. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 1999. - С.39-43.

3. Швагер Н.Ю. Разработка технологической линии приготовления БПВВС типа «Гидродин» / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 70. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2000. - С.43-47.

4. Швагер Н.Ю. Результаты предварительных испытаний разработанных составов бестротиловых простейших взрывчатых смесей / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 72. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2000. - С.43-47.

5. Швагер Н.Ю. Оборудование для изготовления простейших взрывчатых смесей / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 73. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2000. - С.58-62.

6. Швагер Н.Ю. Регулирование энергетических характеристик взрывчатых веществ / Н.Ю. Швагер // Наукові праці ДТУ. Вып. 23. - Донецьк: Изд-во ДТУ, 2001. - С. 98-101.

7. Швагер Н.Ю. Экспериментальная проверка эффективности предварительного оконтуривания / И.Ф.Ярембаш, В.А.Колосов, Н.Ю.Швагер // Геотехнологии на рубеже ХХI века. – Том 1. - ДУНПГО. - 2001.-С.4-8.

8. Швагер Н.Ю. Исследование эффективности экранирования взрывных волн / Н.Ю.Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 76. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2001. - С.32-37.

9. Швагер Н.Ю. Исследование эффективности разрушения среды при взрыве зарядов на обнаженную поверхность различной формы / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 81. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2002.- С.56-60.

10. Швагер Н.Ю. Підвищення безпеки при приготуванні найпростіших вибухових сумішей / Н.Ю. Швагер // Охорона праці на підприємствах гірничо-металургійного комплексу. Вип.4. - Кривий Ріг: НДІБПГ, 2002. - С.32-37.

11. Швагер Н.Ю. Разработка и испытание простейших взрывчатых смесей горячего приготовления / Н.Ю. Швагер // Известия Донецкого горного института. №1.- Донецк: ДГУ, 2003 -. С. 8-10.

12. Швагер Н.Ю. Влияние внешних условий на характер разрушения среды взрывом / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 83.-Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2003. - С.64-68.

13. Швагер Н.Ю. Физические процессы в среде, находящейся в неравновесном состоянии / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 84. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2003. - С.56-61.

14. Швагер Н.Ю. Исследование влияния времени существования обнажения на его устойчивость / Н.Ю. Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 85. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2004. - С.167-170.

15. Швагер Н.Ю. Улучшение взрывных характеристик смесевых взрывчатых веществ за счет повышения степени их гомогенности / Н.Ю.Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 87. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2004. - С.42-45.

16. Швагер Н.Ю. Выбор параметров буровзрывных работ при образовании врубовой полости / В.А.Колосов, Т.А.Комисаренко, Н.Ю.Швагер // Известия Донецкого горного института. №1.- Донецк: ДГУ, 2006. - С. 62-67.

17. Швагер Н.Ю. Выбор параметров и места расположения одиночного колонкового заряда при образовании врубовой полости / Н.Ю. Швагер // Вісник Криворізького технічного університету: збірник наукових праць. Вип 14. - Кривий Ріг: КТУ, 2006. - С. 200-204.

18. Швагер Н.Ю. Определение предельной величины ЛНС одиночного колонкового заряда с учетом торцевого зажима / Н.Ю. Швагер // Вісник Криворізького технічного університету: збірник наукових праць. Вип 15. - Кривий Ріг: КТУ, 2006. - С. 33-37.

19. Швагер Н.Ю. Изменение прочностных и упругих характеристик сыпучего материала под давлением / Ю.П.Капленко, Н.Ю.Швагер // Научное обеспечение развития горнорудных предприятий на современном этапе. - Кривой Рог: ГП «НИГРИ», 2006. - С. 184-193.

20. Швагер Н.Ю. Підвищення безпеки робіт при виготовленні і транспортуванні простих вибухових речовин / Н.Ю. Швагер //Охорона праці на підприємствах гірничо-металургійного комплексу. Вип. 8. - Кривий Ріг: НДІБПГ, 2007. - С.29-34.

21. Швагер Н.Ю. Влияние показателя действия взрыва и коэффициента зажима на качество дробления / Н.Ю. Швагер // Науковий вісник НГУ. №8. - Дніпропетровськ: НГУ, 2007. - С. 28-31.

22. Швагер Н.Ю. Теоретические исследования закономерностей уплотнения зажимающего материала / Н.Ю. Швагер // Вісник Криворізького технічного університету: збірник наукових праць. Вип. 19. - Кривий Ріг: КТУ,2007. - С. 23-26.

23. Швагер Н.Ю. Анализ способов ликвидации подземных пустот / Н.Ю.Швагер // Разработка рудных месторождений. Вып. 92. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2008. - С.73-77.

24. Швагер Н.Ю. Выбор способа уменьшения пустотности обрушенных пород / Н.Ю. Швагер // Вісник Криворізького технічного університету: збірник наукових праць. Вип. 20. - Кривий Ріг: КТУ, 2008. - С. 33-37.

25. Швагер Н.Ю. Исследование состояния пород, окружающих образованную полость / Ю.П. Капленко, Н.Ю. Швагер // Вісник Криворізького технічного університету: збірник наукових праць. Вип. 21. - Кривий Ріг: КТУ, 2008. - С. 27-31.

26. Швагер Н.Ю. Исследование напряженного состояния среды при нагружении пуансоном клиновидной формы / Н.Ю.Швагер // Матеріали міжнар. конф. „Форум гірників – 2002”.- Дніпропетровськ: РВК НГУ, 2003. №15, Т.2. - С. 137-141.

27. Швагер Н.Ю. Исследование влияния глубины горных работ на эффективность взрыва скважинных зарядов / В.А.Колосов, Н.Ю.Швагер // Матеріали міжнар. конф. „Форум гірників – 2003”.- Дніпропетровськ: РВК НГУ, 2003. - №17, Т.1. - С. 19-21.

28. Швагер Н.Ю. Исследование характера разрушения среды при продавливании пуансоном клиновидной формы / Н.Ю.Швагер // Материалы научн. – техн. конф. «Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна».- Разработка рудных месторождений. Вып. 82. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2003. - С. 41-45.

29. Швагер Н.Ю. Исследование закономерностей дробления горных пород взрывом / Ю.П. Капленко, Н.Ю. Швагер // Матеріали міжнар. конф. «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості - 2007».- Разработка рудных месторождений. Вып. 91. - Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2007. - С. 41-44.

30. ПА №2526 Україна. Свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір / Н.Ю. Швагер (Україна); заявл. 07.12.1999; опубл. 17.12.1999. - 13с.

31. Пат. 23581 Україна. Вибуховий склад / Ю.П. Капленко, Н.Ю. Швагер (Україна); заявл. 02.09.1997; опубл. 16.09.2002. Бюл. № 9. – 1 с.

32. Патент 31849 А Україна. Вибухова композиція і спосіб її одержання / Ю.П. Капленко, Н.Ю. Швагер (Україна); заявл. 05.11.1998; опубл. 15.12.2000. Бюл. № 7. – 6 с.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві: [1, 7, 16, 27 ] – теоретичне обґрунтування параметрів буровибухових робіт; [19, 25, 29] - проведення лабораторних досліджень їх обробка та аналіз; [31, 32] - розробка концепції вибухового складу.