gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2023-12-187gscience-763Research ArticleMINERAL RESOURCES EXPLOITATIONРАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХTheoretical aspects of block stone blasting methodТеоретические аспекты технологии взрывной отбойки блочного камняhttps://orcid.org/0000-0002-7155-2000КовалевскийВ. Н.KovalevskyV. N.

Владимир Николаевич Ковалевский – кандидат технических наук, доцент кафедры взрывного дела

Scopus ID 57194598687, ResearcherID AAD-5379-2019

г. Санкт-Петербург

Vladimir N. Kovalevskiy – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Explosive Engineering

Scopus ID 57194598687, ResearcherID AAD-5379-2019

Saint Petersburg

Kovalevskiy_VN@pers.spmi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5968-8290МысинА. В.MysinA. V.

Алексей Владимирович Мысин – кандидат технических наук, ст. преподаватель кафедры геоэкологии

Scopus ID 57196262504

г. Санкт-Петербург

Alexey V. Mysin – Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer at the Department of Geoecology

Scopus ID 57196262504

Saint Petersburg

Mysin_AV@pers.spmi.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4247-6499СушковаВ. И.SushkovaV. I.

Вероника Ивановна Сушкова – аспирант кафедры взрывного дела

Scopus ID 58121433200

г. Санкт-Петербург

Veronica I. Sushkova – PhD-Student at the Department of Explosive Engineering

Scopus ID 58121433200

Saint Petersburg

s235054@stud.spmi.ruСанкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины IIРоссияEmpress Catherine II Saint Petersburg Mining UniversityRussian Federation20240108202492Online First97104Copyright © Kovalevsky V.N., Mysin A.V., Sushkova V.I., 20232023Ковалевский В.Н., Мысин А.В., Сушкова В.И.Kovalevsky V.N., Mysin A.V., Sushkova V.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/763

Block stone excavation is a key aspect of the building materials industry, important for providing construction with durable materials and when giving aesthetic solutions to various structures and design elements. However, when excavating stone (using drilling and blasting), it is necessary to maintain its integrity for further processing and use. The conditions required for applying the method of blasting separation (split off) of stone blocks from hard rock mass were considered, which is important for improving the quality of blasted stone blocks. The rational parameters of stone block blasting with Granilen elastic tubular charges (Granilen ETCs) are presented. An approach to the preliminary assessment of stone block fracturing zone under various explosive loading regimes was determined. The relationship between the consumption of explosives and fracturing of stone blocks at possible blasthole spacing was considered. The mechanism of creating an extended rupture plane in a rock mass was studied. The decisive role of stress waves in the formation of an extended main rupture along the line of blasthole charges was established. It was shown that it is possible to localize the zone of induced fracturing by regulating the conditions for the interaction of stress waves. The results of numerical modeling of stress fields at blasting a single charge and a two-charge Granilen ETC system are presented, which made it possible to assess zones of induced fracturing and the conditionsfor the formation of a main rupture. Blasting effectiveness increases significantly due to the orientation of the expected stone block separation line parallel to the plane of the best rupture, taking into account the anisotropy of the physical and mechanical properties of granites. The study confirms the feasibility of increasing the yield of commodity blocks when selecting rational blasting parameters.

Добыча блочного камня является ключевым аспектом индустрии строительных материалов, важным для обеспечения строительства прочными материалами и при придании эстетических решений различным конструкциям и элементам дизайна. Однако при добыче камня (производстве буровзрывных работ) необходимо сохранить его целостность для последующей обработки и использования. В рамках исследования были рассмотрены условия, необходимые для применения технологии взрывной отбойки блочного камня из скальных горных пород, что актуально для повышения качества отбиваемых камнеблоков. Приведены рациональные параметры взрывной отбойки камнеблоков зарядами эластичными трубчатыми (ЗЭТ) «Гранилен». Определен подход к предварительной оценке зоны нарушенности блочного камня при различных режимах взрывного нагружения. Рассмотрена взаимосвязь между расходом взрывчатых веществ (ВВ) и нарушенностью камнеблоков при возможных расстояниях между шпурами. Исследован механизм создания протяженной плоскости разрыва в массиве горных пород. Установлена определяющая роль волн напряжений при формировании протяженной магистральной трещины по линии шпуровых зарядов. Показана возможность локализации зоны наведенной трещиноватости за счет регулирования условий взаимодействия волн напряжений. Приведены результаты численного моделирования полей напряжений при взрыве одиночных и системы из двух зарядов ЗЭТ «Гранилен», что позволило оценить зоны наведенной трещиноватости и условий формирования магистральной трещины отрыва. Эффективность взрывной отбойки значительно возрастает за счет ориентации линии предполагаемого отрыва монолита параллельно плоскости наилучшего раскола, учитывая при этом анизотропию физико-механических свойств гранитов. Исследование подтверждает возможности повышения выхода товарных блоков при подборе рациональных параметров взрывной отбойки.

блочный массивпараметры буровзрывных работнаправленный расходконструкция зарядаимпульс взрывадавление продукта взрываэпюры напряженийдинамический предел прочностишероховатостьнаведенная трещиноватостьblock rock massdrilling and blasting parametersdirected flowcharge designblast pulseblast product pressurestress diagramsdynamic strength limitroughnessinduced fracturingReferencesCareddu N. Dimension stones in the circular economy world. Resources Policy. 2019;60:243–245. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2019.01.012Careddu N. Dimension stones in the circular economy world. Resources Policy. 2019;60:243–245. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2019.01.012Paramonov G. P., Kovalevskyi V. N., Mysin A. V. Determination of the conditions of an effective functioning of elongated cumulative charges in processing the marble stone. Key Engineering Materials. 2020;836:19–24. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.836.19Paramonov G. P., Kovalevskyi V. N., Mysin A. V. Determination of the conditions of an effective functioning of elongated cumulative charges in processing the marble stone. Key Engineering Materials. 2020;836:19–24. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.836.19Боровиков В. А., Ванягин И. Ф. К расчету параметров волн напряжений при взрыве удлиненного заряда в горных породах. Взрывное дело. 1976;(76/38):74–85.Borovikov V. A., Vanyagin I. F. About calculation of parameters of stress waves when blasting an elongated charge in rocks. Vzryvnoe Delo. 1976;(76/38):74–85. (In Russ.)Ишейский В. А., Рядинский Д. Э., Магомедов Г. С. Повышение качества дробления горных пород взрывом за счет учета структурных особенностей взрываемого массива. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9–1):79–95. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_79Skublov S. G., Petrov D. A., Galankina O. L. et al. Th-rich zircon from a pegmatite vein hosted in the Wiborg Rapakivi Granite Massif. Geosciences. 2023;13(12):362. https://doi.org/10.3390/geosciences13120362Ковалев А. В. Направления совершенствования взрывной технологии добычи блочного камня в массиве с интенсивной трещиноватостью. Горные науки и технологии. 2018;(1):23–34. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2018-1-23-34Isheisky V. A., Ryadinskii D. E., Magomedov G. S. Increasing the quality of fragmentation of blasting rock mass ased on accounting for structural features of massif in the blast design. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9–1):79–95. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_79Pal Roy P. Emerging trends in drilling and blasting technology: concerns and commitments. Arabian Journal of Geosciences. 2021;14:652. https://doi.org/10.1007/s12517-021-06949-zKovalev A. V. Ways of improving blasting methods of dimensional stone quarrying in intensively fractured rock mass. Mining Science and Technology (Russia). 2018;(1):23–34. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2018-1-23-34Sanchidrián J. A., García-Bermudez P., Jimeno C. L. Optimization of granite splitting by blasting using notched holes. International Journal for Blasting and Fragmentation. 2000;4(1):1–11. https://doi.org/10.1080/13855140009408059Pal Roy P. Emerging trends in drilling and blasting technology: concerns and commitments. Arabian Journal of Geosciences. 2021;14:652. https://doi.org/10.1007/s12517-021-06949-zГосподариков А. П., Ревин И. Е., Морозов К. В. Композитная модель анализа данных сейсмического мониторинга при ведении горных работ на примере Кукисвумчоррского месторождения АО «Апатит». Записки Горного института. 2023;262:571–580. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.9Sanchidrián J. A., García-Bermudez P., Jimeno C. L. Optimization of granite splitting by blasting using notched holes. International Journal for Blasting and Fragmentation. 2000;4(1):1–11. https://doi.org/10.1080/13855140009408059Барон Л. И., Турчанинов H. A., Ключников A. B. Нарушенность пород при контурном взрывании. Л.: Наука; 1975. 339 с.Gospodarikov A. P., Revin I. E., Morozov K. V. Composite model of seismic monitoring data analysis during mining operations on the example of the Kukisvumchorrskoye deposit of AO Apatit. Journal of Mining Institute. 2023;262:571–580. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.9Боровиков В. А., Ванягин И. Ф. Техника и технология взрывных работ. Л.: Изд-во ЛГИ; 1985. 92 с.Барон Л. И., Турчанинов H. A., Ключников A. B. Нарушенность пород при контурном взрывании. Л.: Наука; 1975. 339 с.Зырянов И. В., Бондаренко И. Ф., Ковалевич С. В., Ким С. И. Влияние взрыва скважинного заряда с радиальным зазором на качество разрушения алмазоносной руды. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5–2):58–71. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_58Боровиков В. А., Ванягин И. Ф. Техника и технология взрывных работ. Л.: Изд-во ЛГИ; 1985. 92 с.Маринин М. А., Евграфов М. В., Должиков В. В. Производство взрывных работ на заданный гранулометрический состав руды в рамках концепции «mine-to-mill»: современное состояние и перспективы. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021;332(7):65–74. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/7/3264Зырянов И. В., Бондаренко И. Ф., Ковалевич С. В., Ким С. И. Влияние взрыва скважинного заряда с радиальным зазором на качество разрушения алмазоносной руды. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5–2):58–71. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_58Saadati M., Forquin P., Weddfelt K. et al. On the mechanical behavior of granite material with particular emphasis on the influence from pre-existing cracks and defects. Journal of Testing and Evaluation. 2018;46:33–45. https://doi.org/10.1520/JTE20160072Маринин М. А., Евграфов М. В., Должиков В. В. Производство взрывных работ на заданный гранулометрический состав руды в рамках концепции «mine-to-mill»: современное состояние и перспективы. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021;332(7):65–74. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/7/3264Zhang Z. X., Chi L. Y., Qiao Y. Fracture initiation, gas ejection, and strain waves measured on specimen surfaces in model rock blasting. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021;54:647–663. https://doi.org/10.1007/s00603-020-02300-2Saadati M., Forquin P., Weddfelt K. et al. On the mechanical behavior of granite material with particular emphasis on the influence from pre-existing cracks and defects. Journal of Testing and Evaluation. 2018;46:33–45. https://doi.org/10.1520/JTE20160072Borowski G., Smirnov Yu., Ivanov A., Danilov A. Effectiveness of carboxymethyl cellulose solutions for dust suppression in the mining industry. International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2020;42(8):2345–2356. https://doi.org/10.1080/19392699.2020.1841177Zhang Z. X., Chi L. Y., Qiao Y. Fracture initiation, gas ejection, and strain waves measured on specimen surfaces in model rock blasting. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021;54:647–663. https://doi.org/10.1007/s00603-020-02300-2Cardu M., Saltarin S., Todaro C., Deangeli C. Precision rock excavation: beyond controlled blasting and line drilling. Mining. 2021;1(2):192–210. https://doi.org/10.3390/mining1020013Borowski G., Smirnov Yu., Ivanov A., Danilov A. Effectiveness of carboxymethyl cellulose solutions for dust suppression in the mining industry. International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2020;42(8):2345–2356. https://doi.org/10.1080/19392699.2020.1841177Лещинский А. В., Шевкун Е. Б., Лысак Ю. А. Управление дроблением железных руд взрывом – путь повышения эффективности обогатительного передела. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019;(4):41–52. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-04-0-41-52Cardu M., Saltarin S., Todaro C., Deangeli C. Precision rock excavation: beyond controlled blasting and line drilling. Mining. 2021;1(2):192–210. https://doi.org/10.3390/mining1020013Дарбинян Т. П., Цымбалов А. А., Зубов В. П., Колганов А. В. Влияние трещиноватости горного массива на разубоживание медно-никелевых вкрапленных руд при добыче их на руднике «Октябрьский». Горный журнал. 2023;(6):19–26. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.06.03Leschinsky A. V., Shevkun E. B., Lysak Yu. A. Control of iron ore fragmentation by blasting-way of improvement of processing efficiency. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019;(4):41–52. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-04-0-41-52Молдован Д. В., Чернобай В. И., Ястребова К. Н. Влияние композитного материала в конструкции забойки на ее работоспособность. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9–1):110–121. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_110Darbinyan T. P., Tsymbalov A. A., Zubov V. P., Kolganov A. V. Impact of rock mass jointing on dilution of disseminated copper–nickel ore in Oktyabrsky Mine. Gornyi Zhurnal. 2023;(6):19–26. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.06.03Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Буслова М. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния блочного горного массива рудных месторождений при отработке системами разработки с обрушением. Записки Горного института. 2023;262:619–627. URL: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15942Moldovan D. V., Chernobay V. I., Yastrebova K. N. The influence of composite material in the stemming design on its operability. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9–1):110–121. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_110Раджаоалисон Х., Злотковски А., Рамболаманана Г. Определение механических свойств песчаника неразрушающим методом. Записки Горного института. 2020;241:113–117. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.1.113Protosenya A. G., Belyakov N. A., Bouslova M. A. Modelling of the stress-strain state of block rock mass of ore deposits during development by caving mining systems. Journal of Mining Institute. 2023;262:619–627. URL: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15942Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев: Наукова думка; 1991. 411 с.Rajaoalison H., Zlotkowski A., Rambolamanana G. Mechanical properties of sandstone using non-destructive method. Journal of Mining Institute. 2020;241:113–117. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.1.113Бычков Г. В., Кокунина Л. В., Казаков С. В. Буровзрывной способ добычи монолитов и блоков природного камня. Горный журнал. 2008;(1):45–49.Panasyuk V. В. Limit equilibrium of brittle bodies with fractures. Kyiv: Naukova Dumka; 1991. 411 p. (In Russ.)Blair D. P. Dynamic response of mine pit walls. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018;106:14–19. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.04.002Bychkov G. V., Kokunina L. V., Kazakov S. V. Drilling and blasting method of mining of monoliths and natural stone blocks. Gornyi Zhurnal. 2008;(1):45–49. (In Russ.)Зубов В. П., Ли Юньпэн. Слоевая система разработки мощных пологих угольных пластов на шахтах Китая: проблемные вопросы, направления совершенствования. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(7):37–51. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_7_0_37Blair D. P. Dynamic response of mine pit walls. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018;106:14–19. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.04.002Конгар-Сюрюн Ч. Б., Ковальский Е. Р. Твердеющие закладочные смеси на калийных рудниках: перспективные материалы, регулирующие напряжённо-деформированное состояние массива. Геология и геофизика Юга России. 2023;13(4):177-187. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.34.99.014Zubov V. P., Li Yunpeng. Slicing mining of thick gently dipping coal in China: Problems and improvement. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(7):37–51. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_7_0_37Ефремов Э. И., Кравцов B. C., Мячина H. H. и др. Основы теории и методы взрывного дробления горных пород. Киев: Наукова думка; 1979. 224 с.Kongar-Syuryun Ch. B., Kovalski E. R. Hardening backfill at potash mines: promising materials regulating stress-strain behavior of rock mass. Geology and Geophysics of Russian South. 2023;13(4):177-187. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.34.99.014Аленичев И. А., Рахманов Р. А. Исследование эмпирических закономерностей сброса горной массы взрывом на свободную поверхность уступа карьера. Записки Горного института. 2021;249:334–341. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.3.2Efremov E. I., Kravtsov V. S., Myachina N. N. et al. Fundamentals of the theory and methods of explosive crushing of rocks. Kyiv: Naukova Dumka; 1979. 224 p. (In Russ.)Elkarmoty M., Colla C., Gabrielli E. et al. A combination of GPR survey and laboratory rock tests for evaluating an ornamental stone deposit in a quarry bench. Procedia Engineering. 2017;191:999–1007. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.272Alenichev I. A., Rakhmanov R. A. Empirical regularities investigation of rock mass discharge by explosion on the free surface of a pit bench. Journal of Mining Institute. 2021;249:334–341. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.3.2Нефедов М. А. Направленное разрушение горных пород взрывом. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета; 1991. 188 с.Elkarmoty M., Colla C., Gabrielli E. et al. A combination of GPR survey and laboratory rock tests for evaluating an ornamental stone deposit in a quarry bench. Procedia Engineering. 2017;191:999–1007. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.272Мешков А. А., Афанасьев П. И. Физические основы взрывного разрушения горных пород. Монография. М.: Горная книга; 2021. 124 с.Nefedov M. A. Directed destruction of rocks by explosion. St. Petersburg: St. Petersburg University Publ. House; 1991. 188 p.Чертков В. Я. Теоретическая оценка повышенной микротрещиноватости при взрывной отбойке блочного камня. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1983;(1):36–43.Meshkov A. A., Afanasyev P. I. Physical foundations of explosive destruction of rocks. Monograph. Moscow: Gornaya Kniga; 2021. 124 p.Chertkov V. Ya. Theoretical evaluation of increased microfracturing at block stone blasting. Fiziko- Tekhnicheskie Problemy Pererabotki Poleznykh Iskopaemykh. 1983;(1):36–43 (In Russ.)Chertkov V. Ya. Theoretical evaluation of increased microfracturing at block stone blasting. Fiziko- Tekhnicheskie Problemy Pererabotki Poleznykh Iskopaemykh. 1983;(1):36–43 (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.