Лаборатория № 24 "Технологических процессов при добыче полезных ископаемых"
Научные направления подразделения
- Разработка научных основ управления дробящим и сейсмическим действием взрывов в сложных горно-геологических условиях для обоснования эффективных и безопасных взрывных технологий на рудниках и карьерах Кольского полуострова и исследование влияния аэрологических факторов в атмосфере карьеров на условия ведения открытых горных работ в арктических условиях.
Лаборатория технологических процессов при добыче полезных ископаемых основана в 1996 году путем объединения лабораторий управления действием взрыва и рудничной аэрологии. На момент создания в лаборатории работало 16 человек: из них 4 доктора и 4 кандидата технических наук. За последние 15 лет по тематике лаборатории защищено 6 кандидатских диссертаций.
На сегодняшний день количество сотрудников по различным причинам несколько уменьшилось.
Исследования по данному направлению производились по программам фундаментальных исследований отделения наук о Земле РАН.
Приоритетные направления научных исследований:
В области разрушения массивов горных пород взрывом:
• Развитие теории взрыва в горной породе, механизма трещинообразования при взрыве, способов регулирования направленного действия взрыва.
• Изучение параметров сейсмических и воздушных волн с использованием полученных данных для совершенствования параметров и оптимизации взрывных работ, обеспечения их безопасности и уменьшения вредных воздействий взрывов на окружающую среду.
• Совершенствование существующих и разработка новых способов взрывного разрушения горных пород.
В области повышения эффективности и безопасности применения взрывчатых материалов:
• Внедрение новых ВВ с более безопасными и эффективными характеристиками, в том числе эмульсионных.
• Внедрение эффективных и надежных средств и систем инициирования в том числе неэлектрических и электронных систем инициирования с обоснованием фактических данных по времени срабатывания.
• Разработка новых расчетных и экспериментальных средств и методов определения взрывчатых и детонационных параметров промышленных ВВ.
Нормализация воздушной среды при ведении горных работ на рудниках и карьерах:
• Развитие научных основ расчета воздухораспределения в ВС рудника с учетом зон обрушения, естественной тяги, вентиляторов главного проветривания и имеющихся регуляторов воздушных потоков.
• исследование влияния аэрологических факторов в атмосфере карьеров на условия ведения открытых горных работ в арктических условиях и оценка параметров безопасной работы карьера.
Основные научные достижения
На основе численного моделирования взрыва в упругопластической среде в объемной постановке выявлены особенности разрушения массива горных пород системой скважинных зарядов при параллельном и веерном их расположении и обоснованы оптимальные условия их взрывания на основе учета взаимодействия полей напряжений и динамики развития зон разрушения между смежными скважинными зарядами, что позволило для открытых и подземных горных работ обосновать рациональные параметры БВР, последовательность взрывания скважин и оптимальные интервалы замедлений между скважинами и рядами скважин с целью получения необходимого качества подготовки горной массы и снижения сейсмического действия взрыва
Разработан комплексный метод оценки взрывчатых характеристик и относительной взрывной эффективности современных промышленных ВВ. Выявлены закономерности газификации эмульсионных взрывчатых веществ, предназначенных для подземных горных работ и определены оптимальные значения скорости детонации и плотности заряжания, при которых развивается наибольшее детонационное давление и обеспечиваются наилучшие характеристики взрывания, что позволяет обосновать наиболее оптимальные рецептуры смесевых и эмульсионных ВВ для отбойки горных пород различной крепости
Разработаны "Методические указания по расчету и проектированию паспортов буровзрывных работ и технология взрывных работ для системы разработки с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды", в которых приведены основные требования к буровзрывным и очистным работам; схемы подготовки горизонтов, обоснованы параметры системы разработки по условиям выпуска руды; приведен расчет параметров буровзрывных работ, оптимальной глубины скважин по условиям бурения, нарушения и потерь скважин после взрывных работ, заряжания и полноты детонации; схем обуривания и взрывания массива, что позволяет существенно снизить потери и разубоживание отбитой руды и обеспечить более качественное дробление
Выявлены закономерности распространения сейсмических волн от подземных и карьерных массовых взрывов в различных зонах действия взрыва и интенсивности их воздействия на массив горных пород, горные выработки, поверхностные здания и сооружения. Обоснованы методические положения расчета сейсмоопасных зон для поверхностных объектов и горных выработок при широком диапазоне изменения граничных условий взрывания. Произведено районирование карьера по степени сейсмической восприимчивости и разработана методика оперативной оценки сейсмовзрывного воздействия на законтурный массив при производстве взрывных работ в карьере, основанная на результатах экспериментальных наблюдений за сейсмическим действием взрывов и численного моделирования, позволяющая производить оценку ширины зон трещинообразования и заколов в тыльную часть массива, зон проявления наведенной трещиноватости и устойчивости вышележащих уступов при динамическом воздействии от массового взрыва, что позволяет оперативно на стадии проектирования подобрать параметры взрывания, обеспечивающие минимизацию сейсмического воздействия на законтурный массив
С использованием 3D компьютерного моделирования в программном комплексе ANSYS Fluent исследован характер распределения воздушных потоков на поверхности и в карьерном пространстве глубоких карьеров с учетом реального рельефа местности и масштаба карьера, что позволило выявить влияние породных отвалов и прибортовых зон карьера на формирование рециркуляционных зон, вихревых течений и степени ослабления воздушных потоков в различных зонах карьера в зависимости от скорости ветра на поверхности и разработан программный комплекс для оперативного контроля и прогноза состояния атмосферы карьеров и управления горными работами при различных метеоситуациях
Практическая реализация научных разработок
Инструкция по расчету сейсмоопасных зон при технологических взрывах на подземных рудниках АО "Апатит"
Разработана и передана КФ АО «Апатит» Инструкция по расчету сейсмоопасных зон при технологических взрывах на подземных рудниках АО "Апатит", которая приказом по АО "Апатит" введена в действие и используется при проектировании взрывных работ на подземных рудниках.
Настоящая «Инструкция» предназначена для прогноза сейсмической опасности на поверхностные здания и сооружения, а также на горные выработки при производстве массовых технологических взрывов на подземных рудниках и выбора сейсмобезопасных параметров при проектировании горных работ в зависимости от горно-геологических условий.
Методика оперативной оценки сейсмовзрывного воздействия на законтурный массив при производстве взрывных работ в карьере
Для карьера рудника «Железный» АО «Ковдорский ГОК разработана методика оперативной оценки сейсмовзрывного воздействия на законтурный массив при производстве взрывных работ в карьере, основанная на результатах экспериментальных наблюдений за сейсмическим действием взрывов и численного моделирования, позволяющая производить оценку ширины зон трещинообразования и заколов в тыльную часть массива, зон проявления наведенной трещиноватости и устойчивости вышележащих уступов при динамическом воздействии от массового взрыва, что позволяет оперативно на стадии проектирования подобрать параметры взрывания, обеспечивающие минимизацию сейсмического воздействия на законтурный массив.
Методики расчета количества воздуха и организации проветривания для подземных рудников КФ АО «Апатит», подземного рудника Оленегорского ГОКа, рудника «Олений ручей» СЗФК
Настоящие методики разработаны на основе обобщения опыта результатов научно-исследовательских работ, выполненных за последние годы, а также требований «Правил безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых от 08.12.2020 г. N 505)», "Правил безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения" от 3 декабря 2020 года N 494 и предназначены для расчета количества воздуха и организации проветривания горных выработок подземных рудников для различных условий проведения горных выработок и применяемых систем разработки при реконструкции и эксплуатации рудника. В ней даются апробированные формулы расчета потребного количества воздуха для проветривания очистных и проходческих работ с примерами расчета, а также обоснование минимальной скорости воздуха по фактору выноса пыли, нормы расхода воздуха на л.с. паспортной мощности двигателя, минимального расстояния от груди забоя проводимой выработки до конца вентиляционных труб.