Methodological issues of a comprehensive assessment of the crushing and man-induced effects of blasting operations in open-pit mining
V.S. Fedotenko, N.N. Efremovtsev, A.V. Kharchenko
Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation
Russian Mining Industry №6 / 2024 p. 60-67
Abstract: Current conditions of mining mineral deposits are characterized with raising requirements towards the environmental consequences of production, as well as increasing volumes of works near settlements, increasing unit capacity of the mining equipment and the volumes of simultaneously blasted rock mass. In this connection the importance of research into the development of energy-efficient technologies of the rock crushing processes and the search for safe methods of their intensification with the minimal harmful effects of large-scale blasting is increasing. The article presents specific methodical features of complex assessment of crushing and man-induced effects of blasting operations in conditions of a test ground and on those of an open pit wall, as well as methodical aspects of calculating the energy spent on seismic action of the blast and air shock wave. The results are provided of systematizing the methods to control the blast seismic action. The results of a comparative assessment of the dust and gas cloud density and its height change in time are discussed with reference to the application of different granulated commercial explosives. A methodological approach is shown to the integrated assessment of the crushing and man-induced effects of blasting operations in open-pit mining.
Keywords: drilling and blasting, open-pit mining, man-induced effects of blast crushing, seismic blast effects, particle size distribution of rock mass, dust and gas cloud, nitrogen oxides
Acknowledgments: The research was performed with financial support from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of Activity No.1 of the Integrated Scientific and Technical Programme of the Full Innovation Cycle, approved by Order No. 1144-р of the Government of the Russian Federation as of May 11, 2022, and Agreement No. 07515-2022-1185 as of September 28, 2022, on providing grants from the federal budget in the form of subsidies in accordance with Item 4 of Article 78.1 of the Budget Code of the Russian Federation.
For citation: Fedotenko V.S., Efremovtsev N.N., Kharchenko A.V. Methodological issues of a comprehensive assessment of the crushing and man-induced effects of blasting operations in open-pit mining. Russian Mining Industry. 2024;(6):60–67. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-60-67
Article info
Received: 07.10.2024
Revised: 18.11.2024
Accepted: 26.11.2024
Information about the authors
Victor S. Fedotenko – Dr. Sci. (Eng.), Deputy Director for Research, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of the Russian Academy of Sciences; Moscow, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-2082-6040; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Nikita N. Efremovtsev – Cand. Sci. (Eng.), Full-Fledged Member of the Academy of Mining Sciences, Senior Research Associate at Department No. 5 of Geomechanics and Rock Disintegration, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of the Russian Academy of Sciences; Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Anna V. Kharchenko – Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher Scientist, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0003-3036-6663; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
References
1. Адушкин В.В., Спивак А.А., Соловьев С.П., Перник П.М., Кишкина С.Б. Геоэкологические последствия массовых химических взрывов на карьерах. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2000;(6):554– 563. Adushkin V.V., Spivak A.A., Soloviev S.P., Pernik P.M., Kishkina S.B. Geo-ecological consequences of large-scale chemical blasts in open-pit mines. Geoekologiya. Inzheneraya Geologiya, Gidrogeologiya,Geokriologiya. 2000;(6):554–563. (In Russ.)
2. Матва С.В., Кокин С.В., Литвин Ю.И., Протасов С.И., Корнев Г.Н., Федотенко В.С. Совершенствование способов буровзрывной подготовки пород на предприятиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». Уголь. 2015;(12):24–32. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2015-12-24-31 Matva S.V., Kokin S.V., Litvin Yu.I., Protasov S.I., Kornev G.N., Fedotenko V.S. Improvement of blast-hole drilling methods for rock mass preparation at the enterprises of “UK Kuzbassrazrezugol” OISC. Ugol’. 2015;(12):24–32. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2015-12-24-31
3. Викторов С.Д., Казаков Н.Н., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессом разрушения горных пород взрывом. Горный журнал. 1995;(7):46–47. Viktorov S.D., Kazakov N.N., Zakalinsky V.M. Analysis of methods to control the rock destruction process caused by blasting. Gornyi Zhurnal. 1995;(7):46–47 (In Russ.)
4. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.: Недра; 1976. 271 с.
5. Цейллин Я.И., Смолий И.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. М.: Недра; 1981. 192 с.
6. Совмен В.К., Кутузов Б.Н., Марьясов А.Л., Эквист Б.В., Токаренко А.В. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. М.: Изд-во «Горная книга»; 2012, 228 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/15703 (дата обращения: 04.10.2024).
7. Викторов С.Д., Закалинский В.М. Основы технологии разрушения высоких уступов крупномасштабными взрывами. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008;(5):196–199. Viktorov S.D., Zakalinsky V.M. Fundamentals of technology to break high benches by large-scale blasting. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2008;(5):196–199. (In Russ.)
8. Трубецкой К.Н. Технологии управления горными работами в карьерах: перспективы развития. Горный журнал. 2013;(7):4–6. Trubetskoy K.N. Technologies to control mining operations in open pits: prospects for development. Gornyi Zhurnal. 2013;(7):4–6. (In Russ.)
9. Рыльникова М.В., Владимиров Д.Я., Пыталев И.А., Попова Т.М. Роботизированные геотехнологии как путь повышения эффективности и экологизации освоения недр. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017;(1):92–101. Ryl'nikova M.V., Vladimirov D.Y., Pytalev I.A., Popova T.M. Robotic geotechnologies as way of improving efficiency and ecologization of mineral resource management. Journal of Mining Science. 2017;53(1):84–91. https://doi.org/10.1134/S1062739117011884
10. Ефремовцев Н.Н. Особенности формирования множественных микро- и нанодисперсных систем гранулитов ЕФ и водоустойчивых эмульсионных ПВВ на их основе. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012;(S414):17–22. Efremovtsev N.N. Features of formation of the multiple micro- and nano-dispersed systems granulites EPH and water resistant emulsion of industrial explosives on their basis. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2012;(S4-14):17–22. (In Russ.)
11. Трубецкой К.Н., Викторов С.Д., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Физико-технические основы и новые технологии разрушения высоких уступов крупномасштабными взрывами. Записки Горного института. 2007;171:13–22. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/7656 (дата обращения: 04.10.2024). Trubetskoi K.N., Viktorov S.D., Zakalinskii V.M., Rubtsov S.K. Physical-technical bases and new technologies of high ledge destruction by large-scale explosions. Journal of Mining Institute. 2007;171:13–22. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/7656 (accessed: 04.10.2024).
12. Жариков И.Ф., Шендеров А.И. Высокоуступная технология вскрышных работ с применением драглайнов. Взрывное дело. 2020;(128-85):91–104. Zharikov I.F., Shenderov A.I. High-ranking technology of the works with dragline. Explosion Technology. 2020;(128-85):91– 104. (In Russ.)
13. Ковалев В.А., Федотенко В.С. Технологические аспекты перехода разрезов Кузбасса на ведение вскрышных работ высокими уступами. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015;(5):5–14. Kovalev V.A., Fedotenko V.S. Technological aspects of transition to high bench stripping in Kuzbass. Journal of Mining Science. 2015;51(5):865–872. https://doi.org/10.1134/S1062739115050015
14. Ефремовцев Н.Н., Ефремовцев П.Н. Сейсмические и экологические факторы оптимизации управления кинетикой выделения энергии детонационными системами для обеспечения безопасного ведения взрывных работ. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012;(S4-14):11–16. Efremovtsev N.N., Efremovtsev P.N. Seismic and ecological factors of optimization management the kinetics an energy detonation systems to ensure safe conducting explosive works. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2012;(S414):11–16. (In Russ.)
15. Гриб Г.В., Позынич А.Ю., Гриб Н.Н., Петров Е.Е. Зависимость сейсмического действия взрыва в массиве горных пород от технологических условий ведения буровзрывных работ. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012;14(1-8):2112–2117. Режим доступа: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/ izvestia/2012/2012_1_2112_2117.pdf (дата обращения: 04.10.2024). Grib G.V., Pazynich A.Y., Grib N.N., Petrov E.E. Dependence of the seismic exploosive action in the rock massives on the technological conditions of drilling and blasting operations. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012;14(1-8):2112–2117. (In Russ.) Available at: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/ izvestia/2012/2012_1_2112_2117.pdf (accessed: 04.10.2024).
16. Fakhimi A., Lanari M. DEM-SPH simulation of rock blasting. Computers and Geotechnics. 2014;55:158–164. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2013.08.008
17. Wang H., Wang Z., Wang J., Wang S., Wang H., Yin Y., Li F. Effect of confining pressure on damage accumulation of rock under repeated blast loading. International Journal of Impact Engineering. 2021;156:103961. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2021.103961
18. Cheng P., Li Y., Lu C., Jiang S., Xu H. Study on blasting effect optimization to promote sustainable mining under frozen conditions. Sustainability. 2022;14(24):16479. https://doi.org/10.3390/su142416479
19. Li X., Liu K., Sha Y., Yang J., Hong Z. Numerical investigation on blast-induced rock fragmentation with different stemming structures. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources. 2023;9:112. https://doi.org/10.1007/s40948-023-00654-9
20. Jiang N., Lv K., Gao Z., Jia C., Ye L., Meng S., Su Q. Experimental study on mechanical properties of single fracture-hole red sandstone. Frontiers in Earth Science. 2023;10:1083689. https://doi.org/10.3389/feart.2022.1083689
21. Захаров В.Н., Ефремовцев Н.Н., Федотенко В.С. Исследования техногенного воздействия взрывного разрушения горных пород при освоении месторождений полезных ископаемых открытым способом. Горная промышленность. 2022;(6):61–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-6-61-68 Zakharov V.N., Efremovtsev N.N., Fedotenko V.S. Research into man-made impact of rock blasting in surface mining of mineral deposits. Russian Mining Industry. 2022;(6):61–68. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-6-61-68
22. Михайлов В.А., Лобода А.И., Бересневич П.В., Борисов В.Г. Борьба с пылью в рудных карьерах. М.: Недра; 1981. 262 с.
23. Садовский М.А. Простейшие приемы определения сейсмической опасности массовых взрывов. М., Л.; 1976. 29 с.
24. Ганопольский М.И., Барон В.А., Смолий Н.И. Вредные эффекты промышленных взрывов. Ударные воздушные волны при взрывных работах. М.: Изд-во «Спутник +»; 2020. 288 с.
25. Гончаров А.И., Куликов В.И. Акустические волны при массовых взрывах в карьерах. Физика горения и взрыва. 2004;40(6):101–106. Режим доступа: https://www.sibran.ru/upload/iblock/c2c/c2c699a4b2d7c4f9ef5816e0d7bbf781.pdf (дата обращения: 04.10.2024). Goncharov A.I., Kulikov V.I. Acoustic waves in bulk blasts in opencasts. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2004;40(6):702–706. https://doi.org/10.1023/B:CESW.0000048275.15055.84
26. Меньшиков П.В. Воздействие ударной воздушной волны на здания и сооружения на земной поверхности. Взрывное дело. 2007;(97-54):77–82. Menshikov P.V. Impact of the air shock wave on buildings and structures located on the land surface. Explosion Technology. 2007;(97-54):77–82. (In Russ.)
