№82-3
Чисельне моделювання піщаної та пінної забивки для підвищення ефективності дроблення золотовміснихкварцитів
Н.В. Зуєвська1, https://orcid.org/0000-0002-1716-1447
В.Ю. Берездецький1,https://orcid.org/0000-0002-9364-8273
Е. Шукюрлю1 https://orcid.org/0009-0004-1007-975X
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 82:29-43
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.029
АНОТАЦІЯ
Мета. Виконати кількісну оцінку впливу матеріалу забивки на утримання енергії та ефективність дроблення порід при відкритих вибухових роботах у золотовмісних кварцитах, порівнюючи традиційний пісок та стисливий пінний матеріал забивки із застосуванням високоточних чисельних методів моделювання.
Методи. Використано комбіновану схему Ейлера–Лагранжа в ANSYS Explicit Dynamics: детонація ANFO та газоподібні продукти моделювалися в ейлерівській області; масив кварциту та забивка – у лагранжівській. Поведінку кварциту описано моделлю міцності та пошкодження RHT; пісок представлено гранулярною моделлю Друкера–Праґера з рівнянням стану для ущільнення; піну змодельоване за допомогою модуля Crushable Foam, що враховує колапс пор та об’ємне зміцнення. Для обох випадків задано ідентичну геометрію свердловини (Ø110 мм, глибина 5 м; 3,3 м заряду, 1,7 м забивки), встановлені імпедансні граничні умови та контакт з тертям. Тривалість розрахунку становила 15 мс.
Результати. Пінна забивка показала дещо нижчий піковий тиск у порожнині, ніж пісок, але забезпечила довше утримання тиску, відстрочений викид та ширші, рівномірніші поля напружень із більшою передачею імпульсу вбік. Пісок демонстрував різкіші піки, швидше падіння тиску та ранній викид, концентруючи дію переважно вздовж осі свердловини.
Оригінальність. Наукова новизна дослідження полягає в удосконаленні методології аналізу впливу матеріалу забивки на просторовий розподіл напружень з показниками дроблення. Запропонована методологія дає змогу здійснювати оцінку як матеріал забивки впливає на утримання енергії в свердловині та підвищувати ефективність дроблення порід при відкритих вибухових роботах. Встановлені залежності зміни тиску продуктів детонації свердловинного заряду з часом при різних матеріалах забивки.
Практична значимість. Результати свідчать, що пінна забивка здатна підвищити рівномірність дроблення, зменшити кількість негабариту та потенційно знизити питомі витрати вибухових речовин у твердих анізотропних кварцитах. Рекомендовано подальшу оптимізацію щільності та міцності піни, перевірку збіжності сітки й проведення натурних випробувань (датчики тиску, криві F, ситовий аналіз) для підтвердження результатів і розробки практичних рекомендацій щодо вибору матеріалів і довжини забивки.
Ключові слова: забивка, ANFO, кварцит, пінна забивка, піщана забивка, ANSYS Explicit Dynamics, Ейлер–Лагранж, модель RHT, ефективність вибуху, тиск-час, дроблення порід.
Перелік посилань
1. Shi, X., Zhang, Z., Qiu, X., & Luo, Z. (2023). Experiment study of stemming length and stemming material impact on rock fragmentation and dynamic strain. Sustainability, 15(17), 13024. https://doi.org/10.3390/su151713024
2. Baluch, K., Park, H.-J.,Kim, J.-G., Ko, Y.-H., & Kim, G.(2024). Enhancing rock blasting efficiencyin mining and tunneling: acomparative study ofshear-thickening fluid stemmingand plug device performance. Appl.Sci., 14, 5395. https://doi.org/10.3390/app14135395
3. Zhang, Z.-X.,Qiao, Y.,Chi, L., &Hou D.-F., (2021). Experimental study of rock fragmentation under different stemming conditions in model blasting, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 143,104797. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104797
4. Li, X., Liu, K., Sha, Y., Yang, J., & Hong, Z. (2023). Numerical investigation on blast-induced rock fragmentation with different stemming structures. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, 9(1). https://doi.org/10.1007/s40948-023-00654-9
5. Chi, L.Y., Zhang, Z.X., Ylitalo, R.M. Bergström, P., & HaugenS. (2025). Effects of aggregate sizes of stemming on blasting outcomes at the kevitsa mine—a case study. Mining, Metallurgy & Exploration. https://doi.org/10.1007/s42461-025-01341-x
6. Sobolevskyi, R., Zuievska, N., Korobiichuk, V., Tolkach, O., Kotenko, V. (2020). Cluster analysis of fracturing in the deposits of decorative stone for the optimization of the process of quality control of block raw material. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5, 21–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.80652
7. Moomivand, H., Soltanalinejad, S., & Karwansara, A. M. (2025). Assessment of the optimized stemming length considering rock fragmentation and escape of explosive gases using actual large-scale results. Results in Engineering, 25, 103575. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103575
8. Lanari, M., & Fakhimi, A. (2015). Numerical study of contributions of shock wave and gas penetration toward induced rock damage during blasting. Computational Particle Mechanics, 2(2), 197–208. https://doi.org/10.1007/s40571-015-0053-8
9. Baranowski, P., Mazurkiewicz, Ł., Małachowski, J., & Pytlik, M. (2020). Experimental testing and numerical simulations of blast-induced fracture of dolomite rock. Meccanica, 55(12), 2337–2352. https://doi.org/10.1007/s11012-020-01223-0
10. Gebretsadik, A., Kumar, R., Fissha, Y., Kide, Y., Okada, N., Ikeda, H., Mishra, A. K., Armaghani, D. J., Ohtomo, Y., & Kawamura, Y. (2024). Enhancing rock fragmentation assessment in mine blasting through machine learning algorithms: a practical approach. Discover Applied Sciences, 6(5). https://doi.org/10.1007/s42452-024-05888-0
11. Prasad, S., Choudhary, B. S., & Mishra, A. K. (2017). Effect of Stemming to Burden Ratio and Powder Factor on Blast Induced Rock Fragmentation– A Case Study. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 225, 012191. https://doi.org/10.1088/1757-899X/225/1/012191
дата першого надходження статті до видання – 02.07.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 03.08.2025
дата публікації (оприлюднення) – 04.09.2025
