Methodological basis for adaptation of the drilling and blasting parameters to changing mining and geological conditions when mining complex-structured deposits

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-89-97

Читать на русскоя языкеV.L. Yakovlev, S.N. Zharikov, A.S. Regotunov, V.A. Kutuev
Institute of Mining of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation
Russian Mining Industry №6 / 2024 p. 89-97

Abstract: The article addresses the issues of improving the design and implementation of process blasts of complex-structured rock masses in open-pit mining of solid minerals. The stages of adaptation are presented for the drilling and blasting technology in the new mining conditions in open pits of the Ural region, Siberia, Karelia and Kazakhstan. Systematization of the main factors that define the conditions for changing the drilling and blasting parameters is shown based on the data on in-situ physical and mechanical characteristics of rocks. The article shows transient processes in the classified form, which are used as the basis for the development of fundamental methodological principles for adapting the equipment and technology of drilling and blasting operations to the variable conditions of mining complex-structural deposits of solid minerals. A methodological approach is based on the established specific experimental data: the heterogeneity of the rock mass in terms of fracturing according to the roller-bit drilling data; the relationship between the detonation rate of emulsion explosives and the density and diameter of the explosive charge in its different ranges, the influence of the degree of attenuation of seismic blasting oscillations on the rate of displacement of the protected sections of the open pit walls at different directions of the explosive charge priming.

Keywords: adaptation of drilling and blasting operations, mineral development, disintegration of rocks, transient processes, zoning by indicators of rock strength properties, geometrization of the open pit field by fracturing, seismic impact of blasts

Acknowledgments: The research was performed within the framework of the State Contract No.075-00412-22 PR, Topic 1 (2022-2024): Methodological Basis for a Strategy of Integrated Development of Solid Mineral Reserves along with the Evolution of Mining Systems (FUWE-2022-0005), reg. No. 1021062010531-8-1.5.1, as well as with the use of additional funds from business contracts.

For citation: Yakovlev V.L., Zharikov S.N., Regotunov A.S., Kutuev V.A. Methodological basis for adaptation of the drilling and blasting parameters to changing mining and geological conditions when mining complex-structured deposits. Russian Mining Industry. 2024;(6):89–97. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-89-97

Article info

Received: 04.10.2024

Revised: 25.11.2024

Accepted: 02.12.2024

Information about the authors

Viktor L. Yakovlev – Dr. Sci. (Eng.), Advisor of the Russian Academy of Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Professor, Chief Research Associate, Institute of Mining of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0001-5860-9626; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Sergey N. Zharikov – Cand. Sci. (Eng.), Head of Laboratory, Leading Research Associate, Institute of Mining of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-0322-9973; е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Andrey S. Regotunov – Cand. Sci. (Eng.), Senior Research Associate, Institute of Mining of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-5503-9397; е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Vyacheslav A. Kutuev – Research Associate, Institute of Mining of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-8423-0246; е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

References

1. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 1. Разрушение горных пород взрывом. 3-е изд. М.: Горная книга; 2018. 476 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/8263 (дата обращения: 02.10.2024).

2. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е., Мельников Н.Н., Алешин Б.Г., Анистратов Ю.И. и др. Справочник. Открытые горные работы. М.: Горное бюро; 1994. 590 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/1747 (дата обращения: 02.10.2024).

3. Друкованый М.Ф., Кукиб Б.Н., Куц В.С. Буровзрывные работы на карьерах. М.: Недра; 1990. 367 с.

4. Парамонов Г.П., Федосеев А.В., Гапонов Ю.С. Оценка влияния трещиноватости массива на его разрушение при производстве взрывных работ. Записки горного института. 2013;204:294–296. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5593 (дата обращения: 02.10.2024). Paramonov G.P., Fedoseev A.V., Gaponov Y.S. Assessment of cracked area to its destruction in the production of blasting. Journal of Mining Institute. 2013;204:294–296. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5593 (accessed: 02.10.2024).

5. Менчжулин М.Г., Федосеев А.В. Определение размеров зон взрывного разрушения для трещиноватых горных пород с различными заполнителями трещин на примере Михайловского ГОКа. Записки горного института. 2012;195:120– 123. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/6116 (дата обращения: 02.10.2024). Menchzhulin M.G., Fedoseev A.V. Amount of explosive destruction zones for cracked rocks with different crack filler for example Mikhailovsky GOK. Journal of Mining Institute. 2012;195:120–123. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/6116 (accessed: 02.10.2024).

6. 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;(91):79–95. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_79 Isheisky V.A., Ryadinskii D.E., Magomedov G.S. Increasing the quality of fragmentation of blasting rock mass based on accounting for structural features of massif in the blast design. Mining Information and Analytical Bulletin. 2023;(9-1):79–95. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_79

7. Bakhtavar E., Abdollahisharif J., Mohammadi D. Analysis and improvement of blasting operation in porphyry, diorite dyke, and trachyte Sungun zones: In-situ investigations. International Journal of Mining and Geo-Engineering. 2022;56(1):19–24. https://doi.org/10.22059/IJMGE.2021.272288.594772

8. Aryafar A., Rahimdel M.J., Tavakkoli E. Selection of the most proper drilling and blasting pattern by using MADM methods (A case study: Sangan Iron Ore Mine, Iran). Rudarsko-geološko-naftni zbornik (Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin). 2020;35(3):97–108. https://doi.org/10.17794/rgn.2020.3.10

9. Choudhary B.S., Agrawal A., Arora R. Stemming material and Inter-row delay timing effect on blast results in limestone mines. Sadhana – Academy Proceedings in Engineering Sciences. 2021;46(1):23. https://doi.org/10.1007/s12046-020-01552-6

10. Li G., Li N., Yu C., He M. Bearing capacity behaviour of prestressed anchor cable under slope blasting excavation. Arabian Journal of Geosciences. 2021;14(9):747. https://doi.org/10.1007/s12517-021-07113-3

11. Gómez S., Sanchidrián J.A., Segarra P. Near-field vibration from blasting and rock damage prediction with a full-field solution. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020;134:104357. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104357

12. Hudaverdi T., Akyildiz O. Investigation of the site-specific character of blast vibration prediction. Environmental Earth Sciences. 2017;76:138. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6456-5

13. Zhou J., Zhang Yu., Qiu Y. State‑of‑the‑art review of machine learning and optimization algorithms applications in environmental effects of blasting. Artificial Intelligence Review. 2024;57:5. https://doi.org/10.1007/s10462-023-10636-8

14. Реготунов А.С. Методический подход к оценке и выбору технических решений при адаптации буровых работ к изменяющимся условиям на карьерах. Проблемы недропользования. 2023;(4):89–103. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2023.04.089 Regotunov, A.S. A methodical approach to evaluating and selecting technical solutions for adapting drilling operations to changing conditions in quarries. Problems of Subsoil Use. 2023;(4):89–103. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2023.04.089

15. Громадский А.С., Горбачов Ю.Г., Громадский В.А. Эффективность гашения динамических нагрузок методом минимизации жесткости амортизатора между буровым ставом и станком шарошечного бурения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(7):158–161. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2015/07/158_161. pdf (дата обращения: 02.10.2024). Gromadskiy А.S., Gorbachev Yu.G., Gromadskiy V.А. Efficiency of quenching of dynamic loads damping efficiency by methods of damper stiffness minimization between the drilling rod and rotary drilling rig. Mining Information and Analytical Bulletin. 2015;(7):158–161. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2015/07/158_161.pdf (accessed: 02.10.2024).

16. Опарин В.Н., Тимонин В.В., Карпов В.Н., Смоляницкий Б.Н. О применении энергетического критерия объемного разрушения горных пород при совершенствовании технологии ударно-вращательного бурения скважин. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017;(6):81–104. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20170609 Oparin V.N., Timonin V.V., Karpov V.N., Smolyanitsky B.N. Energy-based volumetric rock destruction criterion in the rotary – percussion drilling technology improvement. Journal of Mining Science. 2017;53(6):1043–1064. https://doi.org/10.1134/S1062739117063114

17. Wu H., Gong M. Carriage positioning method of drill rig based on mutual constraints of dual booms. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2019;44(2):647–654. https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2018.0238

18. Реготунов А.С., Жариков С.Н., Сухов Р.И., Кутуев В.А. Оценка современного состояния буровзрывных работ и необходимость осуществления переходных процессов на некоторых крупных горных предприятиях Урала и Сибири. Проблемы недропользования. 2021;(2):52–62. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2021.02.052 Regotunov A.S., Zharikov S.N., Suhov R.I., Kutuev V.A. Assessment of the current state of drilling and blasting operations and the need for transition processes at some large mining enterprises in the Urals and Siberia. Problems of Subsoil Use. 2021;(2):52–62. (In Russ.) https://doi.org/10.25635/2313-1586.2021.02.052

19. Яковлев В.Л., Корнилков С.В., Соколов И.В. Инновационный базис стратегии комплексного освоения ресурсов минерального сырья. Екатеринбург: ИГД УрО РАН; 2018. 360 с.

20. Яковлев В.Л. Исследование переходных процессов – новое направление в развитии методологии комплексного освоения георесурсов. Екатеринбург: УрО РАН; 2019. 284 с. Режим доступа: https://igduran.ru/files/eshop/elibrary/2019-pereh-process.pdf (дата обращения: 02.10.2024).

21. Жариков С.Н., Кутуев В.А. Выбор параметров взрывной отбойки в приконтурной зоне карьера. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2022;(6):80–88. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20220609 Zharikov S.N., Kutuev V.A. Designing blast pattern for pitwall rock mass. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2022;(6):80–88. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/FTPRPI20220609

22. Букринский В.А., Викторова Е.В., Киселевский Е.В., Кузьмин Ю.О., Навитний А.М., Орлов Г.В. и др. Маркшейдерия. М.: Изд-во МГГУ; 2003. 419 с.

23. Яковлев А.В., Шимкив Е.С. Исследование влияния основных систем трещин в массиве Северного карьера ОАО «ЕВРАЗ КГОК» на качество дробления взорванной горной массы. Проблемы недропользования. 2015;(3):19–25. Режим доступа: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/111 (дата обращения: 02.10.2024). Yakovlev A.V., Shimkiv E.S. Studying the main cracks systems influence in rock mass of the “EVRAZ KGOK” northern open pit on the quality of blasted rock mass crushing. Problems of Subsoil Use. 2015;(3):19–25. (In Russ.) Available at: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/111 (accessed: 02.10.2024).

24. Яковлев А.В., Панжин А.А., Рождественский В.Н., Пьянзин С.Р., Кочнев К.А. Оценка степени трещиноватости локальных скальных массивов, подлежащих взрывной отбойке. Маркшейдерия и недропользование. 2012;(5):22–29. Yakovlev A.V., Panzhin A.A., Rozhdestvensky V.N., Pyanzin S.R., Kochnev K.A. Assessment of the degree of jointing of the blastable local rock masses. Mine Surveying and Subsurface Use. 2012;(5):22–29. (In Russ.)

25. Сухов Р.И., Реготунов А.С., Гращенко Д.А. Развитие метода получения информации о состоянии массива горных пород в процессе бурения технологических скважин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019;(S37):446– 454. Sukhov R.I., Regotunov A.S., Grashchenko D.A. Development of a method for obtaining information on the rock mass state during production boreholes drilling. Mining Information and Analytical Bulletin. 2019;(S37):446–454. (In Russ.)

26. Бондаренко И.Ф., Жариков С.Н., Зырянов И.В., Шеменёв В.Г. Буровзрывные работы на кимберлитовых карьерах Якутии. Екатеринбург: ИГД УрО РАН; 2017. 172 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/bookfiles/geoknigaburovzryvnye-raboty-na-kimberlitovyh-karerah-yakutii.pdf (дата обращения: 02.10.2024).

27. Садовский М.А. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва. М.: Наука; 2004. 440 с. Режим доступа:https://www.geokniga.org/books/21916 (дата обращения: 02.10.2024).

28. Садовский М.А. Простейшие приемы определения сейсмической опасности массовых взрывов. М.; Ленинград: Изд. и 1-я тип. Изд-ва Акад. наук СССР; 1946. 29 с.

29. Zhang T., Huang J., Li X., Liu T., Bian X., Luo Y. Characteristics of the elevation amplification effect of vibration velocity in rock surrounding underground cavities under different stress conditions. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2023;165:107704. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2022.107704

30. Haghnejad A., Ahangari K., Moarefvand P., Goshtasbi K. Numerical investigation of the impact of rock mass properties on propagation of ground vibration. Natural Hazards. 2019;96:587–606. https://doi.org/10.1007/s11069-018-3559-6

31. Меньшиков П.В., Таранжин С.С., Флягин А.С. Исследование сейсмического воздействия на здания и сооружения города Сатки при ведении взрывных работ на Карагайском карьере в стесненных условиях. Горный информационноаналитический бюллетень. 2020;(3-1):383–398. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-31-0-383-398 Menshikov P.V., Taranzhin S.S., Flyagin A.S. Research of seismic influence on buildings and structures of Satka town while exploding explosive works on the Karagayskiy career in constrained conditions. Mining Information and Analytical Bulletin. 2020;(3-1):383–398. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-31-0-383-398

32. Кутуев В.А., Жариков С.Н. Оценка сейсмического воздействия взрывных работ на охраняемые объекты на примере Томинского месторождения. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2024;(3):266–279. Kutuev V.A., Zharikov S.N. Assessment of the seismic impact of blasting on protected objects on the example of the Tominsky field. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o Zemle. 2024;(3):266–279. (In Russ.)

33. Кутуев В.А., Васильева Л.А., Жариков С.Н. Об устойчивости бортов карьера Джетыгаринского месторождения при ведении взрывных работ в приконтурной зоне. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(7-1):25–36. Kutuev V.A., Vasilyeva L.A., Zharikov S.N. On the stability of the sides of the Dzhetygarinsky field quarry during blasting operations in the contiguous zone. Mining Information and Analytical Bulletin. 2024;(7-1):25–36. (In Russ.)

34. Орленко Л.П. (ред.). Физика взрыва: в 2 т. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Физматлит; 2004. 823 с. 35. Баранов Е.Г., Ведин А.Т., Бондаренко И.Ф. Малоплотные взрывчатые вещества для открытых горных работ. М.: Недра; 1993. 107 с.