Вплив орієнтації подовжених кумулятивних зарядів на проектування оптимальної сітки свердловин для умов Криворізького басейну

Дмитро Бровко, Володимир Кононенко, Василій Хворост*, Костянтин Гапоненко

khvorost.v.v@knu.edu.ua

Отримано 14.11.2025, Доопрацьовано 20.03.2026, Прийнято 28.04.2026, Опубліковано 29.05.2026
Анотація

Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення ефективності буровибухових робіт на залізорудних кар’єрах Криворізького басейну шляхом застосування подовжених кумулятивних зарядів, просторово адаптованих до структурних особливостей гірських порід задля оптимізації параметрів сітки свердловин. Метою роботи було встановлення закономірностей впливу просторової орієнтації подовжених кумулятивних зарядів на геометричні параметри сітки свердловин та розробка інженерних рекомендацій щодо її оптимального проектування в складних гірничо-геологічних умовах відкритого видобутку. Методи аналізу базувались на комплексному підході, що поєднує чисельне моделювання хвильової динаміки суцільних середовищ із використанням моделей поведінки матеріалів, математичне нелінійне програмування за алгоритмом узагальненого зведеного градієнта. Отримані результати доводять нелінійну залежність розмірів зон інтенсивного дроблення від кута повороту кумулятивної виїмки. Статистично підтверджено, що оптимальним є кут 45° за умови орієнтації струменя паралельно до простягання магістральних тріщин. Це дозволяє сформувати видовжену еліптичну зону руйнування та перейти від квадратних сіток до прямокутних просторових структур. Встановлено, що така конфігурація дозволяє збільшити відстань між свердловинами до 7 м і досягти коефіцієнта зближення зарядів на рівні 1,52. Водночас орієнтація заряду перпендикулярно до тріщин викликає ефект акустичного екранування енергії, що обмежує розширення сітки. Практична цінність досліджень полягає у розробці диференційованої методології просторового позиціонування вибухових зарядів у залізистих кварцитах. Впровадження запропонованих оптимізованих параметрів сітки свердловин забезпечує зниження питомих витрат на буріння на 33 % без погіршення якості дроблення. Це суттєво зменшує знос бурового інструменту, скорочує тривалість підготовчого циклу та пропорційно знижує екологічне навантаження на довкілля через зменшення обсягів пилогазових викидів

Ключові слова:
кумулятивна виїмка; руйнування залізистих кварцитів; моделювання динаміки; зближення свердловин; буровибухові роботи

Взято з Том 24, № 1, 2026

Сторінки 94–106

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Andrieiev, B., Brovko, D., Kononenko, V., Khvorost, V., & Haponenko, K. (2026). Analysis of physical processes in elongated shaped charges during rock mass destruction in iron ore quarries. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1630(1), article number 012015. doi: 10.1088/1755-1315/1630/1/012015.
  2. Bedri, K., Ould Hamou, M., Filali, M., Hadji, R., & Taib, H. (2023). Optimizing the blast fragmentation quality of discontinuous rock mass: Case study of Jebel Bouzegza Open-Cast Mine, North Algeria. Mining of Mineral Deposits, 17(4), 35-44. doi: 10.33271/mining17.04.035.
  3. Bhagat, N.K., et al. (2020). Innovative directional controlled blasting technique for excavation of unstable slopes along a busy transportation route: A case study of Konkan Railway in India. Mining, Metallurgy & Exploration, 37(3), 833-850. doi: 10.1007/s42461-020-00212-x.
  4. Gao, Q., Leng, Z., Yang, R., Wang, Y., Chen, M., Sun, P., & Luo, S. (2020). Mathematical and mechanical analysis of the effect of detonator location and its improvement in bench blasting. Advances in Civil Engineering, 2020, article number 6058086. doi: 10.1155/2020/6058086.
  5. Guo, J., Zhao, Z., Zhao, P., & Chen, J. (2024). Prediction and optimization of open-pit mine blasting based on intelligent algorithms. Applied Sciences, 14(13), article number 5609. doi: 10.3390/app14135609.
  6. Hasanudin, H., Zubaydi, A., & Aryawan, W.D. (2023). Roll dynamic coefficients approach of decay test using the generalized reduced gradient method (GRG). Journal of Applied Engineering Science, 21(2), 470-480. doi: 10.5937/jaes0-40421.
  7. Ishchenko, K.S. (2023). Study on explosion in different cross-sectional shape charge cavity in tensile stress field. Scientific Bulletin of National Mining University, 3, 32-38. doi: 10.33271/nvngu/20233/032.
  8. Li, X., Zhang, Q. B., He, L., & Zhao, J. (2017). Particle-based numerical manifold method to model dynamic fracture process in rock blasting. International Journal of Geomechanics, 17(5). doi: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000748.
  9. Liu, D., Gu, Y., Sun, F., Li, F., Chen, S., & Liu, Q. (2023). Directional splitting mechanism of rock based on shaped charge jet. Explosion and Shock Waves, 43(8), article nimber 083303. doi: 10.11883/bzycj-2022-0496.
  10. Liu, K., Zhang, Y., Hou, T., Miao, Y., Zhao, X., & Zhang, M. (2023). Directional rock blasting using shaped charges using combined charge liners with different shapes. Energy Science & Engineering, 11(11), 4381-4393. doi: 10.1002/ese3.1587.
  11. Nawaz, M.N., Ali, A.S., Jaffar, S.T.A., Jafri, T.H., On, T.-M., Abdallah, M., Karam, S., & Azab, M. (2022). Cost-based optimization of isolated footing in cohesive soils using generalized reduced gradient method. Buildings, 12(10), article number 1646. doi: 10.3390/buildings12101646.
  12. Nesmashnyi, Ye.O., Tkachenko, H.I., & Mykhailenko, M.V. (2022). Operational determination of the rock fragments fly distance during mass blasts at the Kryvbas quarries. Mining Journal, 110, 161-168. doi: 10.31721/2306-5435-2022-1-110-161-168.
  13. Pan, C., Xie, L., Li, X., Liu, K., Gao, P., & Tian, L. (2022). Numerical investigation of effect of eccentric decoupled charge structure on blasting-induced rock damage. Journal of Central South University, 29, 663-679. doi: 10.1007/s11771-022-4947-3.
  14. Sun, Z., Li, X., Wang, Y., Chen, J., & Zhang, Y. (2024). Research on directional rock blasting based on different slotted pipe materials of the combined charge structure. PLoS One, 19(3), article number e0299614. doi: 10.1038/s41598-024-57957-4.
  15. Tverda, O., Kofanova, O., Repin, M., Kofanov, O., Tkachuk, K., Guts, N., & Cabana, E. (2021). A resource efficient and environmentally safe charge structure for mining in an open-pit. Mining of Mineral Deposits,15(4), 84-91. doi: 10.33271/mining15.04.084.
  16. Wang, Y. (2017). Study of the dynamic fracture effect using slotted cartridge decoupling charge blasting. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 96, 34-46. doi: 10.1016/j.ijrmms.2017.04.015.
  17. Xu, P., Zhao, Y., & Yang, Z. (2024). Research on the crack formation mechanism of shaped charge blasting and the new dual-shaped charge blasting technology. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 32(3), 374-390. doi: 10.1080/15376494.2024.2346810.
  18. Yao, Y., Sun, Q., Zou, B., & Mu, Q. (2021). Numerical study on an innovative shaped charge approach of rock blasting and the timing sequence effect in microsecond magnitude. Rock Mechanics and Rock Engineering, 54(9), 4523-4542. doi: 10.1007/s00603-021-02516-w.
  19. Yeremenko, H., Titov, D., Henkulenko, S., Zahorskyi, D., & Strilets, O. (2022). Experimental studies on the use of new materials and variability of drilling and blasting parameters at the “Pivdennyi” quarry of “Rudomain” LLC. Mining Journal, 56(1), 22-26. doi: 10.31721/2306-5435-2022-1-110-22-27.
  20. Zhang, Q., Wang, J., Guo, S., Gong, W., Feng, L., Wang, H., Ming, C., & Ma, Z. (2021). Shaped charge hydraulic blasting: An environmental, safe, and economical method of directional roof cutting. Shock and Vibration, 2021, article number 5511081. doi: 10.1155/2021/5511081.
Brovko, D., Kononenko, V., Hvorost, V., & Haponenko, K. (2026). Influence of the orientation of elongated shaped charges on the design of an optimal borehole pattern for the Kryvyi Rih Basin. Journal of Kryvyi Rih National University, 24(1), 94-106. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2026-1-24-94-106
uk