Development of recommendations for controlling the lump size of construction rocks during blasting

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-58-63

Читать на русскоя языкеS.E. Gavrishev1, V.N. Kalmykov1, V.A. Pikalov2, N.G. Karaulov1, N.V. Ugolnikov1
1 Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation
2 Scientific and Technical Center “Geotechnology” LLC, Chelyabinsk, Russian Federation
Russian Mining Industry №1 / 2025 p. 58-63

Abstract: Deposits of construction materials are most often found in the Ural region. Therefore, the issue of developing a methodology and technological parameters of mining to obtain the required lump size of the construction rocks is the most important task of modern mining enterprises in the Southern Urals. The paper studies the distribution of the particle size distribution of the construction rocks before and after blasting, after the excavation and haulage processes using the logarithmic normal law. Analysis of the obtained data helps to establish patterns in the change of the main distribution law indicators from the physical and technological properties of rocks and their structural and textural features. The obtained dependencies make it possible to promptly adjust the drilling and blasting parameters in order to obtain the required fragmentation of rocks of varying strength and fracturing. The required degree of blast fragmentation of the construction rocks is determined by the minimum total energy consumption for the entire cycle of preparation, extraction and processing (the primary crushing stage), taking into account the maximum yield of commercial size fractions. Research has shown that for different types of construction rocks, the yield of the commercial fractions at a constant degree of crushing will depend on the hardness and fracturing of the rock masses and can vary by up to 20–30%.

Keywords: building rocks, lump size, particle size distribution of crushed stone, blocky structure, rock mass fracturing, logarithmic normal law, logarithmic dispersion, average lump size

For citation: Gavrishev S.E., Kalmykov V.N., Pikalov V.A., Karaulov N.G., Ugolnikov N.V. Development of recommendations for controlling the lump size of construction rocks during blasting. Russian Mining Industry. 2025;(1):58–63. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-58-63

Article info

Received: 27.10.2024

Revised: 09.01.2025

Accepted: 14.01.2025

Information about the authors

Sergey E. Gavrishev – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of the Development of Mineral Deposits, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0001-8594-8463

Vyacheslav N. Kalmykov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Development of Mineral Deposits, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation

Viacheslav A. Pikalov – Dr. Sci. (Eng.), Head of Department of Scientific and Technical Center “Geotechnology” LLC, Chelyabinsk, Russian Federation; https://orcid.org/0009-0003-9251-5190

Nikolay G. Karaulov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Development of Mineral Deposits, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0003-4685-5402

Nikita V. Ugolnikov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Development of Mineral Deposits, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0003-2274-2753; e-mail: ugkit@mail.ru

References

1. Егоров В.В., Волокитин А.Н., Угольников Н.В., Соколовский А.В. Обоснование параметров и технологии производства буровзрывных работ, обеспечивающих требуемую кусковатость. Горная промышленность. 2021;(3):110– 115. https:// doi.org/10.30686/1609-9192-2021-3-110-115 Egorov V.V., Volokitin A.N., Ugolnikov N.V., Sokolovsky A.V. Justification of parameters and technology of drilling and blasting operations to ensure the required lumpiness. Russian Mining Industry. 2021;(3):110–115. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-3-110-115

2. Маринин М.А., Рахманов Р.А., Аленичев И.А., Афанасьев П.И., Сушкова В.И. Изучение влияния гранулометрического состава взорванной горной массы на производительность экскаватора WK-35. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(6):111–125. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_6_0_111 Marinin M.A., Rakhmanov R.A., Alenichev I.A., Afanasyev P.I., Sushkova V.I. Effect of grain size distribution of blasted rock on WK-35 shovel performance. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(6):111–125. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_6_0_111

3. Moldovan D.V., Chernobai V.I., Kovalevskyi V.N. Solving the issue of regulating the granulometric composition of shattered rock mass depending on the quality of locking explosion products in the explosion cavity. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017;8(11):1133–1142. Available at: https://iaeme.com/Home/article_id/IJMET_08_11_116 (accessed: 11.11.2024).

4. Брухавецкая А. О. Сравнительный анализ степени фрагментации горной массы, взорванной с применением неэлектрических систем инициирования и детонирующего шнура. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(3):31–41. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_3_0_31 Brukhavetskaya A.O. Comparative analysis of rock fragmentation by blasting using nonelectric initiation systems and detonating cords. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(3):31–41. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_3_0_31

5. Ракишев Б.Р., Орынбай А.А., Ауэзова А.М., Куттыбаев А.Е. Гранулометрический состав взорванных пород при различных условиях взрывания. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019;(8):83–94. https://doi org/10.25018/0236-1493-2019-08-0-83-94 Rakishev B.R., Orynbay A.A., Auezova A.M., Kuttybaev A.E. Grain size composition of broken rocks under different conditions of blasting. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019;(8):83–94. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-08-0-83-94

6. Великанов В.С., Дремин А.В., Чернухин С.А., Ломовцева Н.В. Технологии нейронных сетей в интеллектуальном анализе данных гранулометрического состава взорванных пород. Горная промышленность. 2024;(4):90–94. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-90-94 Velikanov V.S., Dremin A.V., Chernukhin S.A., Lomovtseva N.V. Neural network technologies in mining data on particle size distribution of muck pile rocks. Russian Mining Industry. 2024;(4):90–94. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-90-94

7. Дремин А.В., Великанов В.С. Цифровые технологии для взрывных работ: интеллектуальный автономный программно-аппаратный комплекс компании «Давтех» для анализа гранулометрического состава горных пород. Горная промышленность. 2023;(6):57–62. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-57-62 Dremin A.V., Velikanov V.S. Digital technologies in blasting: DAVTECH's intelligent autonomous hardware-andsoftware suite for analyzing particle size distribution of rocks. Russian Mining Industry. 2023;(6):57–62. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-57-62

8. Rajak M.K., Pradhan G.K., Prince M.J. A. Assessment of blasting quality of an opencast mine. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2019;8(12):4396–4397. https://doi.org/10.35940/ijitee.L3912.1081219

9. Угольников Н.В., Доможиров Д.В., Тептеев Г.Н., Игнатов Н.А. Совершенствование технологии производства буровзрывных работ на Круторожинском карьере «ОКУ». В кн.: Тулупов О.Н. (ред.) Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тез. докл. 78-й междунар. науч.-техн. конф., г. Магнитогорск, 20–24 апр. 2020 г. Магнитогорск: Магнитогорск. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова; 2020. Т. 1. С. 14.

10. Ouchterlony F., Sanchidrián J.A., Moser P. Percentile fragment size predictions for blasted rock and the fragmentation – energy fan. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2017;50(4):751–779. https://doi.org/10.1007/s00603-016-1094-x

11. Zhang Z.-X., Sanchidrián J.A., Ouchterlony F., Luukkanen S. Reduction of fragment size from mining to mineral processing: A Review. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2023;56(1):747–778. https://doi.org/10.1007/s00603-022-03068-3

12. Гаврилкович Э.Г., Оника С.Г., Гец А.К., Жуков С.А. Гранулометрический состав кусков взорванной горной массы и его вероятностное распределение в условиях карьера природного камня. Горный журнал. 2022;(4):52–56. https://doi.org/10.17580/gzh.2022.04.08 Gavrilkovich E.G., Onika S.G., Gets A.K., Zhukov S.A. Fragment size distribution and its probability distribution in blasted rock mass in a natural stone quarry. Gornyi Zhurnal. 2022;(4):52–56. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2022.04.08

13. Угольников В.К., Гавришев С.Е., Угольников Н.В. Влияние трещиноватости массива горных пород на кусковатость взорванной горной массы. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006;(3):213–216. Ugolnikov V.K., Gavrishev S.E., Ugolnikov N.V. Effect of the rock mass fracturing on the lump size of rocks on the muck-pile. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2006;(3):213–216. (In Russ.)

14. Угольников Н.В., Караулов Н.Г., Симаков Д.Б., Чуприн А.П., Митрошин Н.Н. Определение выхода товарной фракции флюсовых известняков Аккермановского месторождения. В кн.: Пыхтунова С.В. (ред.) Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тез. докл. 81-й междунар. науч.-техн. конф., г. Магнитогорск, 17–21 апр. 2023 г. Магнитогорск: Магнитогорск. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова; 2023. Т. 1. С. 17.