Повышение безопасности работ путем уменьшения заколов в кровле и боках горных выработок

На правах рукописи

КАДЫРБЕРГЕНОВ ЖАИК КЕНЖЕБУЛАТОВИЧ

Повышение безопасности работ путем уменьшения заколов

в кровле и боках горных выработок

05.26.01 – Охрана труда

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы, 2007

Работа выполнена в Алматинском институте энергетики и связи

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Хакимжанов Т.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Долгов П.В.

кандидат технических наук, профессор Касенов К.М.

Ведущая организация: ДГП «Казахский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности» (КазНИИ БГП) г.Караганды

Защита состоится 23 февраля 2007г. в 1600 на заседании объединенного диссертационного совета ОД 14.61.31 при Алматинском институте энергетики и связи по адресу: 050013, г.Алматы, ул. Байтурсынова, 126. Корпус А, ауд318.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского института энергетики и связи.

Автореферат разослан «_»_2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Г.П. Данилина ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования. В соответствии со стратегией развития «Казахстан – 2030» одним из долгосрочных приоритетов является обеспечение здоровья граждан Казахстана, безопасности и охраны труда. По статистическим данным в 2003 году в организациях промышленности, строительства, транспорта и связи, здравоохранения и науки во вредных и опасных условиях труда работало 1286800 человек. В неблагоприятных условиях труда, не отвечающих установленным допустимым нормам в этих видах деятельности работал почти каждый пятый (19,8%) от общего числа занятых. На мероприятия охраны труда и выплаты льгот и компенсаций за работу во вредных и опасных условиях труда в 2003 году было затрачено 12538,8 млн. тенге, что на 11,4% больше, чем в предыдущем году. Несчастные случаи на производстве и профессиональные заболевания наносят огромный материальный вред и уносят человеческие жизни. Динамика производственного травматизма показывает, что за 2001 – 2003 годы на производстве ежегодно допускается свыше трех тысяч несчастных случаев, на достаточно высоком уровне сохраняется количество пострадавших со смертельным исходом. В условиях реформирования экономики и подъема производства, серьезную озабоченность вызывает состояние безопасности и охраны труда.

Правительством Республики Казахстан утверждена Программа обеспечения безопасности и охраны труда РК на 2005 – 2007 годы. В результате реализации программы обеспечения безопасности и охраны труда к концу 2007 года ожидается снизить уровень производственного травматизма и профессиональных заболеваний на 2 – 3%. В программу наряду с другими направлениями входит и направление по научному обеспечению безопасности и охраны труда.

Одной из причин травматизма на горнодобывающих предприятиях при подземной разработке рудных месторождений является обрушение горной массы с кровли и боков выработок, что обусловлено понижением горизонтов выемки полезных ископаемых, высоким горным давлением, трещиноватостью массива, применением взрывных работ при очистной выемке и проведении выработок. В связи с этим работа, посвященная вопросу снижения травматизма путем уменьшения заколообразования в кровле и боках выработок является актуальной.

Диссертация является частью работ по программе фундаментальных исследований Ф.0260 темы 01.26.Н «Научное обоснование способов повышения безопасности на горнорудных предприятиях и разработка методов оценки уровня риска» (№ госрег. 0103РК 00060) 2003-2005г.г. и темы по госбюджету «Исследование и разработка мер по улучшению условий труда и повышение безопасности в промышленности» выполненной в 2006г.

Целью диссертации является создание условий для повышения безопасности при ведении горных работ на основе разработки способов снижения сейсмического действия промышленных взрывов, обеспечивающих устойчивость кровли и боков очистных, подготовительных и нарезных выработок в их контуре после взрывных работ.

Идея работы заключается в том, что снижение трещиноватости в кровле и боках выработок достигается применением рассредоточенных зарядов с воздушными промежутками при ведении взрывных работ в забоях горных выработок.

Задачи исследования:

1 Изучить состояние безопасности на рудниках при подземной разработке рудных месторождений.

2 Произвести выбор систем разработки на основе сравнения уровней их безопасности.

3 Провести исследования по установлению изменения уровня травматизма от производственной мощности и от времени эксплуатации рудника.

4 Исследовать на объемных моделях влияние конструкции и величины удлиненного заряда на образование радиальных трещин.

5 Провести опытно-промышленные испытания различных конструкций зарядов для определения их влияния на заколообразования в производственных условиях.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 При камерной системе разработки уровень травматизма, определяемый коэффициентом частоты несчастных случаев изменяется скачкообразно в зависимости от производственной мощности рудника и времени эксплуатации, но имеет общую тенденцию к увеличению.

2 Выбор систем разработки производится наряду с технико экономическими показателями и по показателям безопасности их применения на основе использования нормы вектора отклонений, который учитывает коэффициенты частоты, тяжести и опасности несчастных случаев, что позволяет установить более безопасную систему разработки.

3 Применение рассредоточенных зарядов при ведении взрывных работ в забое образует меньшее количество закольных трещин в кровле и боках выработок, чем при применении сплошных зарядов. Меньшее количество закольных трещин повышает устойчивость выработок и безопасность работ.

Научная новизна:

1 Получена экспоненциальная зависимость коэффициента частоты несчастных случаев от времени на Тишинском руднике и квадратичная зависимость коэффициента частоты несчастных случаев от времени на Алтайском руднике.

2 Предложен критерий для выбора систем разработки в виде нормы вектора отклонений, учитывающий уровень безопасности сравниваемых систем разработки на основе коэффициентов частоты, тяжести и опасности несчастных случаев.

3 Установлены прямая зависимость распространения длины радиальных трещин в массиве оргстекла от величины заряда ВВ и прямая зависимость количества закольных трещин в кровле и боках выработок от удельного расхода ВВ.

Методы исследования. Использованы методы математической статистики для обработки экспериментальных и опытных данных по изменению уровня травматизма на рудниках в зависимости от времени и производственной мощности, а также для определения влияния конструкции заряда и количества ВВ при взрывных работах на образование трещин в забое. Применено структурно-генетическое моделирование возникновения несчастных случаев и выбор системы разработки по норме вектора минимальной опасности.

Достоверность научных положений обоснованы соответствием результатов исследований на объемных моделях с данными опытных исследований в производственных условиях, применением методов математической статистики и теории вероятности.

Научное значение работы заключается в теоретическом обосновании использования критериев по норме вектора уровня безопасности для выбора безопасной системы разработки, в установлении изменения уровня травматизма во времени на рудниках, в научном обосновании применимости рассредоточенных зарядов для снижения заколообразования в забое выработки.

Практическое значение работы заключается в применении предлагаемых критериев, оценивающих уровень безопасности, при выборе оптимальной системы разработки на стадии проектирования;

в разработке технологии взрывной отбойки с применением рассредоточенных зарядов при проведении подготовительно-нарезных и очистных выработок, позволяющей снизить трещиноватость в породах законтурного массива после взрывных работ и повысить устойчивость кровли и боков выработок путем уменьшения заколообразования;

в апробации результатов исследований проведенных на полиметаллическом руднике Шалкия.

Личный вклад автора в науку 1 Обоснование применения критериев, оценивающих уровень безопасности при выборе оптимальной системы разработки по норме вектора оптимизации.

2 Установление зависимостей динамики годовой добычи руды с изменением уровня травматизма на различных рудниках.

3 Исследование и испытание конструкции рассредоточенных колонковых зарядов с использованием полиэтиленовых ампул с самозакрывающимися клапанами в качестве рассредоточения.

4 Установление зависимости образования количества закольных трещин законтурного массива от удельного расхода ВВ.

5 Разработка методики и техники проведения экспериментальных исследований распространения трещин при взрывании удлиненных микрозарядов на объемных моделях из оргстекла.

6 Установление зависимости распространения длины радиальных трещин в массиве оргстекла от величины заряда ВВ.

Реализация работы. Реализация основных результатов диссертации осуществлена путем проведения опытно-промышленных испытаний на руднике Шалкия, которые подтвердили теоретические исследования. Получен акт «Проведения опытно-промышленных взрывов». Результаты работы используются в учебном процессе КазНТУ им. Сатпаева по специальности «Горное дело» при выполнении практических занятий по темам: «Выбор системы разработки подземным способом по критериям безопасности» и «Способ уменьшения заколообразования при проходке горных выработок».

Результаты исследований можно рекомендовать для использования на горнодобывающих предприятиях, а также для применения в учебном процессе в вузах по горным специальностям.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 4-х конференциях:

1 «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях» – 3-я Международная научно-техническая конференция. – Алматы:

АИЭС, 2002.

2 «Горные науки Республики Казахстан – итоги и перспективы» – 1-я Международная научно-практическая конференция. – Алматы: РИО ВАК РК, 2004. – Вып. 2.

3 «Проблемы развития энергетики и телекоммуникаций в свете Стратегии индустриально-инновационного развития Казахстана» – Сб. тезисов науч. прак. конференции. – Алматы: АИЭС, - 2005.

4 «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках» – ХVI Международная научная школа им. академика С.А. Христиановича. – Симферополь: Таврический национальный университет, 2006.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано статьи в изданиях, рекомендованных Комитетом, в том числе одна статья опубликована в России.

Структура и объем диссертации определена целью и задачами исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, содержит 109 страниц компьютерного текста, включает в себя 14 таблиц и 8 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведен анализ состояния уровня травматизма на горнодобывающих предприятиях при выполнении различных производственных процессов и выявлены проблемы безопасного ведения работ в подземных условиях на современном этапе производства.

Большой вклад в исследования по проблеме вопросов безопасности труда, производственного травматизма в горнодобывающей промышленности, разработки способов и средств его предупреждения внесли коллективы институтов ИГД им. А.А. Скочинского, ИГД им. Д.А. Кунаева, ИГД СО РАН, ИПКОН РАН, МГГУ, КазНТУ им. К.И. Сатпаева, КазНИИБГП и другие.

Исследования по охране труда и технике безопасности отражены в работах Хейфица С.Я., Балтайтиса В.Я., Ушакова К.З., Калединой Н.О., КиринаБ.Ф., Хакимжанова Т.Е., Дюсебаева М.К., Ермекова Т.М., Азубаева К.И., Тулебаева К.К., Оглова В.В. и других.

Способами применения и воздействия взрыва на породы законтурного массива различных методов ведения взрывных работ занимались Кутузов Б.Н., Ерофеев И.Е., Ханукаев А.Н., Суханов А.Ф., Барон Л.И., Филиппов В.К., Бейсебаев А.М., Долгов А.С., Ракишев Б.Р., Кучерявый Ф.И., Раскилдинов Б.У., Юсупов Х.А., Галимулдин А.Т., Панченко Д.Ф. и другие.

Обзор научно-технической литературы показывает, что уровень травматизма на горнодобывающих предприятиях Казахстана, России остается достаточно высоким. Производственный травматизм в очистных забоях имеет место при применении всех систем разработки и при выполнении всех производственных процессов. В литературе акцентируется внимание на высокую травмоопасность в результате обрушения горной массы с кровли и бортов выработок. Отмечено, что с увеличением глубины ведения горных работ повышается риск травматизма.

Для основных показателей чрезвычайных ситуаций (ЧС) и происшествий по областям Республики Казахстан были рассмотрены три области, в которых большую часть занимает горнодобывающее производство. Анализ показал, что количество случаев чрезвычайных ситуаций либо растет, либо меняется скачкообразно, но в целом наблюдается тенденция к увеличению. Число пострадавших при чрезвычайных ситуациях во многих регионах снижается, за исключением Карагандинской области. Число погибших при чрезвычайных ситуациях в среднем держится на одном уровне.

Реализация структурно-генетической модели наглядно выявила причинно-обусловленные события, ведущие к несчастному случаю, в конкретном производственном процессе.

Анализ основных производственных процессов подземной добычи руды Лениногорского ГОКа за период 1987 – 2000 годы позволил выделить четыре основных источника риска возникновения травматизма. К ним относятся следующие процессы: 1) погрузка горной массы, 2) доставка руды самоходным оборудованием, 3) бурение скважин или шпуров, 4) их заряжание и взрывание.

Для определения изменения уровня производственного травматизма на Тишинском и Алтайском рудниках проведен анализ несчастных случаев и данных по изменению количества добычи руды за 1987 – 2000 гг.

На Алтайском руднике при камерной системе разработки с обрушением или с закладкой очистного пространства в процессе выпуска руды наблюдается высокая вероятность обрушения кровли и бортов по разным причинам. К ним относятся большая площадь обнажения горных пород и, в связи с этим, увеличение горного давления в своде камеры. Сложность своевременного обнаружения заколов из-за плохой видимости кровли и боков камеры (размеры камер – ширина 8-10м, высота 15-50м) не позволяют предупредить нахождения людей в опасной зоне. По причинам отсутствия в настоящее время соответствующей техники невозможно производить оборку заколов в камере. К тому же правилами технической эксплуатации запрещено нахождение людей в открытом очистном пространстве.

Математическая обработка данных по ежегодному изменению добычи руды на рудниках позволили получить эмпирические зависимости для Тишинского рудника:

Аг = - 6,23Т2 + 23,88Т + 2099,6 (1) и для Алтайского рудника Аг = 9,33Т2 - 198,75Т + 3171,8 (2) где Аг – годовая производственная мощность, тыс. т.;

Т – исследуемый срок работы рудника, лет. Т 14.

Полученные зависимости 1 и 2 показывают, что за исследуемый период наблюдается уменьшение показателей добычи руды на Тишинском и Алтайском рудниках. С 1987 г. по 2000 г. добыча руды снизилась на Тишинском руднике с 2200 тыс. т. до 1200 тыс. т. в год, на Алтайском руднике снизилась с 3030 тыс. т. до 1980 тыс. т. в год. На основании отчетных данных Тишинского и Алтайского рудников по производственному травматизму определены численные значения коэффициентов частоты несчастных случаев за каждый год для рассматриваемых рудников. Полученные значения использованы для математической обработки данных производственного травматизма. В результате получены зависимости коэффициентов частоты несчастных случаев для Тишинского рудника в виде:

Кч = 5,1е-0,036Т (3) и для Алтайского рудника в виде:

Кч = - 0,18Т2 + 1,94Т + 10,4 (4) где Кч – коэффициент частоты несчастных случаев.

Из зависимостей 3 и 4 следует, что на Тишинском руднике с 1987 по 2000годы наблюдается общая тенденция снижения уровня травматизма, а на Алтайском руднике – рост уровня травматизма до 1992года при камерной системе разработки, затем его снижение до 2000года объясняется тем, что наряду с камерной стали применять слоевую систему разработки. Характер изменения травматизма объясняется тем, что на Тишинском руднике в большей степени применяется слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства. При этой системе разработки можно своевременно предотвратить обрушение горной массы в виде заколов, так как высота очистного пространства не велика – до 3 – 4-х метров и видимость достаточная, чтобы обнаружить заколы.

Полученные зависимости ежегодного изменения производственной мощности каждого рудника и ежегодного изменения коэффициентов частоты несчастного случая позволили установить связь динамики годовой добычи руды с изменением уровня травматизма на каждом руднике путем построения графической зависимости между коэффициентом частоты несчастного случая и годовой производственной мощностью (рисунки 1, 2).

Кч Аг 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Рисунок 1 – Графическая зависимость между коэффициентом частоты несчастного случая и годовой производственной мощностью Тишинского рудника Аг, тыс.т 1900 2400 2900 Рисунок 2 – Графическая зависимость между коэффициентом частоты несчастного случая и годовой производственной мощностью Алтайского рудника Из установленной связи динамики годовой добычи руды с ежегодным изменением уровня травматизма на Тишинском и Алтайском рудниках следует, что снижение производственной мощности рудника приводит соответственно к уменьшению коэффициента частоты несчастных случаев.

Увеличение коэффициента частоты несчастных случаев связано с увеличением нормы выработки и уменьшением нормы времени на выполнение основных производственных операций работниками, с частичным и полным выходом из строя основного и вспомогательного оборудования, с авральным способом выполнения производственных заданий предприятия в конце отчетного периода (месяц, квартал, год) и т.д. Уменьшение коэффициента частоты несчастных случаев связано с наступлением стабильности работы предприятия, с повышением опыта и квалификации работников, с увеличением вложения средств для создания безопасных условий труда и стимулирования работников при работе без травм и без нарушения правил безопасности, с переходом к применению более безопасной, слоевой системы разработки.

С целью выбора более безопасной системы разработки использован метод минимизации уровня травматизма. Сущность этого метода заключается в том, что предлагается производить сравнение систем разработки не только по технико-экономическим показателям, но и по критериям травмоопасности, используя метод оптимизации по норме вектора. Этот метод применяется, когда оценка степени важности критериев не представляется возможной, то есть все они считаются равноценными. На оценку уровня безопасности систем разработки оказывают влияние такие опасные факторы как обрушение пород с кровли и бортов выработок, нахождение рабочих в очистном пространстве, применение ручного оборудования, отравление работников газами – продуктами взрыва ВВ. Для иллюстрации применения метода в качестве критерия, оценивающего уровень безопасности систем разработки, использованы три коэффициента: частоты травматизма (К 1 ), тяжести травматизма (К 2 ), опасности (К 3 ).

Для каждого коэффициента (критерия) определяются их значения К ij.

Далее определяются оптимальные значения К i jo, вычисляются относительные отклонения по зависимости:

K i j K i jo = (5) ij K i jo Нормы векторов вычисляются по формуле:

Rj = 12j + 22 j + 32j (6) Затем определяется наименьшее значение нормы векторов Rj.

На основании опыта работы действующих подземных рудников в аналогичных условиях приняты для сравнения две системы разработки:

этажно-камерная с закладкой выработанного пространства и слоевая с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой.

Составляется таблица численных значений показателей травматизма (коэффициент частоты, коэффициент тяжести, коэффициент опасности) для каждой системы разработки, которые соответствуют данным действующих рудников.

Таблица 1 – Показатели травматизма Показатели Системы разработки Этажно-камерная Слоевая Коэффициент частоты(К1) 60 Коэффициент тяжести (К2) 40 Коэффициент опасности (К3) 2400 По данным таблицы 1 и формулы 5 составляется матрица относительных отклонений и оптимизации по норме вектора, которая сведена в таблице 2.

Таблица 2 – Матрица относительных отклонений Системы разработки Относительное отклонение этажно-камерная слоевая 1j 0,76 0, 2j 0,74 0, 3j 2,06 0, Rj 2,32 0, По данным таблицы 2 и формулы 6 определяется норма вектора отклонения. Из таблицы 2 вытекает, что минимизация отклонений по критерию травматизма соответствует слоевой системе разработки с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой. Таким образом, путем применения способа оптимизации по норме вектора выбрана слоевая система разработки.

Увязывая причинные факторы с травматизмом на основных производственных процессах подземной добычи руды, можно отметить, что травматизм на процессах погрузки есть следствие организационных факторов.

В процессе погрузки при камерной системе разработки происходит 55% (таблица 3) несчастных случаев. Это связано с тем, что рабочие находятся в опасной рабочей зоне, то есть там, где имеются заколообразования. Процессы доставки ПДМ и бурения практически полностью зависят от технических факторов. Травматизм на процессах взрывания связан с квалификационными, внешними и отчасти личностными факторами.

Учитывая взаимосвязь причин возникновения несчастных случаев с процессами подземной добычи руды, можно снизить травматизм путем замены отдельных, опасных производственных процессов менее опасными процессами, без нарушения технологии очистной выемки руды. Так, например, с целью снижения травматизма от обрушения заколов с кровли и бортов выработок можно воспользоваться применением рассредоточенных зарядов при проведении подготовительно-нарезных выработок.

Таблица 3 – Распределение несчастных случаев по производственным процессам и причинным факторам Травматизм на основных процент Причинные факторы процент производственных травматизма процессах Процесс погрузки 55% Организационные 39,8 % Процесс доставки ПДМ 16% Технические 22,2% Процесс бурения 20% Квалификационные 11,6% Процесс взрывания 9% Внешние 11% Личностные 8,2% Всего: 100% Всего: 100% Ведение подземных горных работ, как правило, невозможно без проходки подготовительных и нарезных выработок буровзрывным способом с применением мелкошпуровой отбойки, а некоторые очистные работы полностью сопровождаются бурением и взрыванием шпуров. При проведении выработок применяются следующие способы взрывания: сплошными колонковыми зарядами, рассредоточенными колонковыми зарядами, контурное и комбинированное взрывание.

Взрывание с применением сплошной конструкции зарядов при проходке выработок и очистной выемке увеличивает перебор пород законтурного массива, достигающий 30 – 40 процентов, в результате чего повышается заколообразование.

Применение рассредоточенных зарядов с воздушными промежутками позволят увеличить полезную работу взрыва в 1,3 – 1,5 раза по сравнению со сплошными зарядами за счет интерференции волн напряжения, снижения пикового давления и увеличения общего времени импульса взрыва, благодаря многократному воздействию волн на среду. Действие взрыва в ограниченном объеме, каковым является шпур, пробуренный в массиве, сопровождается усилением взаимодействия ударных волн и газовых потоков при инициировании зарядов.

В соответствии с законом критической энергоемкости реализация действия взрыва делится на зоны активного дробления горных пород взрывом, регулируемого разрушения горных пород взрывом, нерегулируемого разрушения горных пород взрывом (зона закольных трещин).

С целью установления влияния количества ВВ с применением рассредоточенных зарядов на заколообразование были проведены экспериментальные взрывы в 2002 году на руднике Шалкия в блоке № 3,4.

Методика эксперимента заключается в заряжании шпуров проходческого забоя способом рассредоточения колонковых зарядов. В качестве элементов создания воздушных полостей рекомендованы полиэтиленовые ампулы с самозакрывающимися клапанами. При рассредоточенных зарядах наблюдается выравнивание контура очистного забоя, снижение количества закольных трещин в среднем на 30%.

Обработка данных, полученных опытно-промышленными испытаниями (таблица 4), позволила получить зависимость образования заколов от удельного расхода ВВ, откуда следует вывод, что с уменьшением величины заряда в оконтуривающих шпурах снижается длина закольных трещин, а, следовательно, и количество заколов (рисунок 3).

В результате поочередного взрывания обеих частей рассредоточенного заряда за счет передачи детонации через воздушный промежуток увеличивается время воздействия взрыва на породы законтурного массива, снижается величина пикового давления взрывной волны, а следовательно резко снижается сейсмическое воздействие взрыва на кровлю и борта проходимых выработок, уменьшая при этом количество трещин в породах законтурного массива и увеличивая устойчивость непосредственной кровли и бортов выработок. Все это, в свою очередь, снижает количество заколов в выработках, время на их ликвидацию и риск травматизма от обрушения заколов.

Таблица 4 – Показатели результатов опытных испытаний буровзрывных работ Номер Сечение Глубина Диаметр Количество Объем Удельный серии забоя, шпура шпура, отбойки, расход ВВ, м2 м3 кг/ м взрыва м мм Шпуров, ВВ, Закольных шт. кг трещин, м/м 1 12 2,2 42 30 45 0,52 26,2 1, 2 12 2,2 42 30 45 0,51 26,0 1, 3 12 2,2 42 30 45 0,53 26,0 1, 4 12 2,2 42 30 37,5 0,36 23,8 1, 5 12 2,2 42 30 37,5 0,36 23,9 1, 6 12 2,2 42 30 37,5 0,34 24,0 1, 7 12 2,2 42 30 30 0,31 20,1 1, 8 12 2,2 42 30 30 0,29 21,2 1, 9 12 2,2 42 30 30 0,32 20,8 1, 0, единицу площади, м/м закольных трещин на Суммарная длина 0, 0, 0, 0, 0, 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1, Уде льный расход ВВ, кг/м Рисунок 3 – Зависимость образования заколов от удельного расхода ВВ Полученная графическая зависимость описывается эмпирической формулой Lзак= 0,18qвв2 – 0,14 qвв+ 0,2 (7) где: Lзак – количество закольных трещин на единицу площади выработки, м/м2;

q – удельный расход ВВ, кг/м3.

Для определения линейных величин трещин, образованных в результате взрыва, при применении различных конструкций зарядов была поставлена задача провести микровзрывы на объемных моделях с целью сравнения количественных значений глубин распространения микротрещин. Опыты показали, что при изменении конструкции зарядов меняется характер разрушения, то есть ориентировка взрывных трещин, их глубина проникновения от оси симметрии заряда и относительная густота в различных областях взрываемого массива, характеризующих механизм разрушения и ориентировочно степень дробления. Так, при взрывании сплошных зарядов наблюдается густая сеть радиальных трещин, расходящаяся на большое расстояние от оси заряда, которая образует усеченный конус, имеющий большую площадь основания. При взрывании рассредоточенных зарядов количество трещин с увеличением прослойки заметно уменьшается. Поэтому глубина проникновения трещин от оси симметрии заряда и их относительная густота уменьшает контур объема усеченного конуса разрушения. Причем глубина проникновения трещин по оси симметрии заряда во всех случаях остается неизменной, что свидетельствует о постоянстве коэффициента использования шпура.

На основании экспериментальных данных, приведенных в таблице получена эмпирическая формула (8), изменения глубины распространения трещин в зависимости от величины микрозаряда.

Lтр= – 0,29qзар2 + 11,09 qзар – 68,02 (8) где Lтр – радиус распространения трещин от оси микрозаряда, мм;

qзар – величина заряда ВВ, мм.

В результате математической обработки данных, приведенных в таблице 5 и эмпирической формулы (8), получено, что изменение величины удлиненного заряда прямо пропорционально изменению глубины распространения трещин в массиве. Возникновение трещин после взрыва являются источником образования заколов, следовательно, суммарная длина трещин на площади обнажения массива, которые образуют заколы, изменяется прямо пропорционально изменению величины заряда. Сопоставляя результаты, полученные опытно-промышленными и лабораторными испытаниями можно заметить, что в обоих случаях с увеличением величины заряда ВВ – увеличивается длина распространения трещин в массивах.

Таблица 5 – Результаты проведения лабораторных испытаний воздействия взрыва удлиненных микрозарядов на объемных моделях из оргстекла Первая серия – Вторая серия – Третья серия – Диаметр сплошные рассредоточенные заряды с 3 рассредоточенные заряды шпура, заряды мм прослойкой с 6 мм прослойкой мм Глубин Средняя Глубина Глубина Средняя Глубина Глубина Средняя а глубина заряда заряда от глубина заряда заряда глубина заряда, трещин, от дна прослойки, трещин, от дна от про- трещин, мм мм шпура, мм мм шпура, слойки, мм мм мм мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 16 35,5 7 6 27,4 5 5 14,5 0, 2 16 36,0 7 6 27,3 5 5 13,6 0, 3 16 37,0 7 6 27,5 5 5 12,9 0, 4 16 33,3 7 6 28,1 5 5 14,7 0, 5 16 34,0 7 6 28,0 5 5 14,4 0, 6 16 33,2 7 6 27,2 5 5 13,5 0, 7 16 35,1 7 6 26,1 5 5 13,8 0, 8 16 36,2 7 6 27,3 5 5 14,6 0, 9 16 34,1 7 6 28,1 5 5 14,0 0, 10 16 35,0 7 6 26,4 5 5 13,6 0, 11 16 36,3 7 6 27,0 5 5 13,5 0, 12 16 38,0 7 6 27,1 5 5 13,6 0, 13 16 37,2 7 6 27,0 5 5 14,7 0, 14 16 34,5 7 6 28,2 5 5 14,3 0, 15 16 35,4 7 6 26,5 5 5 13,8 0, Таким образом, производственными и лабораторными испытаниями установлено, что применение в оконтуривающих шпурах рассредоточенных зарядов с промежутками позволяет значительно уменьшить глубину трещин после взрывных работ по сравнению со сплошными зарядами, что соответственно уменьшает количество заколов в призабойном пространстве.

Уменьшение заколов предотвращает внезапное обрушение пород кровли и бортов выработки, снижает уровень травматизма при проведении горных выработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации содержатся новые научно обоснованные результаты, использование которых обеспечивает решение важной прикладной проблемы направленной на повышение безопасности работ путем уменьшения заколов в кровле и боках горных выработок при ведении подготовительно-нарезных и очистных работ для подземных горнодобывающих предприятий с различными горно-геологическими и горнотехническими условиями.

Основные научные и практические результаты сводятся к следующему.

1 Дан анализ литературных источников по исследованию производственного травматизма на горнодобывающих предприятиях Казахстана, России и других государств. Показано, что особенно высокая травмоопасность наблюдается в результате обрушения горной массы с кровли и боков горных выработок. Отмечено, что с увеличением глубины ведения горных работ повышается риск травматизма.

2 На основании структурно-генетической модели возникновения несчастного случая и анализа причин возникновения травматизма на Алтайском и Тишинском рудниках установлено, что большой процент травматизма происходит в результате обрушения кровли и боков выработки после ведения взрывных работ.

3 Установлено, что для разных горно-геологических и горнотехнических условий Алтайского, Тишинского, Орловского и Шалкиинского месторождений наблюдается тенденция снижения устойчивости горных пород с увеличением глубины отработки.

4 Установлены зависимости изменения коэффициента частоты травматизма с годовой производственной мощностью за 14-ти летний период для Тишинского и Алтайского рудников.

5 С целью выбора безопасной технологии отработки блоков предложен метод выбора системы разработки полезных ископаемых по минимизации уровня травматизма и произведен выбор безопасной системы разработки с использованием известного метода нормы вектора оптимальности.

6 На Орловском руднике применялась камерная система разработки как наиболее экономичная. Практика применения этой системы разработки привела к частым обрушениям кровли и бортов камеры, к снижению безопасности и повышению травматизма. Использованием метода нормы вектора оптимальности на основе минимизации уровня травматизма произведена оценка камерной и слоевой систем разработки. Расчеты показали, что по минимизации уровня травматизма более безопасной является слоевая система разработки.

7 Проведены исследования влияния взрывов при различных конструкциях колонковых зарядов на образование закольных трещин в производственных условиях и влияние микровзрывов на образование микротрещин в объемных моделях из оргстекла.

8 Получены зависимости влияния удельного расхода ВВ на количество закольных трещин в единице площади выработки, а также зависимость величины заряда на радиус распространения трещин.

9 На основании лабораторных экспериментов и опытно-промышленных испытаний установлено, что применение рассредоточенных конструкций колонковых зарядов обеспечивает при меньшем расходе ВВ меньшее количество образования закольных трещин. Уменьшение заколообразования в кровле и боках выработок снижает возможность обрушения заколов и, как следствие, уменьшается риск травмирования рабочих не снижая технико экономических показателей.

10 Предложенные рассредоточенные удлиненные колонковые заряды реализованы на руднике Шалкия с целью создания условий для снижения травматизма от обрушения заколов. Прошли опытно-промышленные испытания и приняты к использованию.

Оценка полноты решения поставленных задач. Задачи исследования решены полностью, поставленная цель работы достигнута, результаты исследований доведены до опытно-промышленных испытаний и приняты к внедрению.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Предлагается выбор оптимальной системы разработки на стадии проектирования производить на основе использования метода нормы вектора оптимальности путем минимизации уровня травматизма. Рекомендуется технология взрывной отбойки с применением рассредоточенных зарядов при проведении горных выработок, позволяющая уменьшить заколообразования. Впервые предлагается выбор системы разработки производить путем сравнения уровней травматизма. Впервые предлагается применение конструкций рассредоточенных колонковых зарядов с использованием полиэтиленовых ампул с целью уменьшения трещиноватости после взрывных работ.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Наряду с социальным эффектом, заключающимся в повышении безопасности работ в забое предложенные конструкции зарядов позволяют уменьшить удельный расход ВВ на 9 – 18%, что позволит получить годовую экономию по руднику за счет экономии расхода ВВ при рассредоточении зарядов одной или двумя полиэтиленовыми ампулами соответственно в размере от 2457600,00 до 4300800,00 тенге/год.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Выбор систем разработки полезных ископаемых по минимизации уровня травматизма // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: Тр. 3-й Межд. Научн.-техн. конф. – Алматы: АИЭС, 2002. – С.

438-440.

Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Причины возникновения травматизма и изменение его уровня на подземных рудниках // Научно техническое обеспечение горного производства: Тр. института горного дела им. Д.А. Кунаева Т.66. – Алматы, 2003. – С. 257-261.

Кадырбергенов Ж.К., Хакимжанов Т.Е. Причинно-следственная связь возникновения производственного травматизма // Энергетика радиотехника, электроника и связь: Сб. науч. тр. Алматинского института энергетики и связи. /Под ред. А.З. Айтмагамбетова. – Алматы, АИЭС, –2003. – С.60-63.

Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Статистический анализ производственного травматизма при подземной разработке полиметаллических руд // Горный журнал Казахстана, №5. – Алматы, 2003. – С.30 31.

Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Повышение безопасности в выработках путем уменьшения закольных трещин в кровле // Горные науки Республики Казахстан – итоги и перспективы: Мат-лы 1-ой Междунар. науч –прак. конференции. – Алматы: РИО ВАК РК, –2004. – Вып.2. – С.151-153.

Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Влияние конструкции зарядов на образование заколов при проведении горных выработок // Научн. технич. и производственный журнал Маркшейдерский вестник. – М.:

Гипроцветмет, –2005. – С. 52-54.

Хакимжанов Т.Е., Кадырбергенов Ж.К. Исследование распространения трещин при взрывании удлиненных микрозарядов на объемных моделях // Новости науки Казахстана. – Алматы: Каз.гос.ИНТИ, –2005. – Вып.3.

– С.27-31.

Кадырбергенов Ж.К. Лабораторные испытания воздействия микровзрывов на образование трещин // Проблемы развития энергетики и телекоммуникаций в свете Стратегии индустриально-инновационного развития Казахстана: Сб. тезисов науч.-прак. конференции. – Алматы:

АИЭС, - 2005. – С.65.

Хакимжанов Т.Е., Тулебаев К.К., Кадырбергенов Ж.К. Уменьшение заколообразования в кровле горных выработок после взрывных работ // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Мат-лы ХVI Междунар. научн. школы им. Академика С.А. Христиановича. – Симферополь: Таврический национальный университет, 2006. – С. 269 272.

КАДЫРБЕРГЕНОВ ЖАИК КЕНЖЕБУЛАТОВИЧ Повышение безопасности работ путем уменьшения заколов в кровле и боках горных выработок Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 17.01.2007г.

Печать ризографическая. Формат 60х84 1/ Бумага офсетная №1. Объем 1,4 п.л Тираж 100 экз. Заказ № Копировально-множительное бюро Алматинского института энергетики и связи 050013 Алматы, ул. Байтурсынова,