Optimization of drilling and blasting operations to reduce seismic impact on quarry walls

UDC 622.235:622.271.32
Publication date: 30.01.2026
International Journal of Professional Science №1(2)-26

Optimization of drilling and blasting operations to reduce seismic impact on quarry walls

Оптимизация буровзрывных работ для снижения сейсмического воздействия на борта карьеров

Arno Veronika Vladimirovna
Kolesnichenko Eva Pavlovna
Yelnikova Elena Aleksandrovna,
Remizov Nikita Andreevich

1. Ph.D., Associate Professor, Department of Geology and Mining,
North-Eastern State University, Magadan
2. Undergraduate Student
Master's Degree Program in State and Municipal Audit
Moscow State University, Moscow
3. Senior Lecturer of the Department of ETS,
North-Eastern Federal University, Magadan.
4. Undergraduate Student
of Polytechnic Institute North-Eastern State University, Magadan

Арно Вероника Владимировна
Колесниченко Ева Павловна,
Ельникова Елена Александровна,
Ремизов Никита Андреевич
1. Кандидат технических наук, доцент кафедры Геологии и горного дела ФГБОУ ВО Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан
2. Студентка 3 курса
направления подготовки «Государственный и муниципальный аудит»
ВШГА МГУ им. М.В. Ломоносова, г.Москва
3. Старший преподаватель кафедры ЭТиС
ФГБОУ ВО Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан
4. Студент 3 курса
Политехнический институт
ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет
Аннотация: Статья посвящена оптимизации параметров буровзрывных работ (БВР) для снижения сейсмического воздействия на борта открытых карьеров в условиях рудных месторождений Магадана и Кузбасса. На основе теории теории упругости, метода конечных элементов и физического моделирования разработаны формулы расчета диаметра контурных скважин, линейной массы заряда, расстояний между зарядами и допустимых количеств одновременно взрываемого взрывчатого вещества (ВВ). Внедрение метода предварительного щелеобразования и электронных систем инициирования (ЭСИ) снижает сейсмическое воздействие на 40–50% и исключает остаточные деформации в приконтурном массиве. Анализ 24 циклов взрывания на Наталкинском месторождении показал, что оптимизированные параметры обеспечивают скорость сейсмических колебаний 0.2–0.5 см/с (в пределах допуска 0.3–1.0 см/с для мерзлоты), сохранность законтурного массива на 95% и экономию ВВ на 18–22%. Представлены результаты сейсмометрических измерений, расчеты геомеханических моделей и практические рекомендации для карьеров глубиной 300–500 м.

Abstract: This article addresses the optimization of drilling and blasting parameters (DBB) to reduce seismic impact on open pit slopes under the conditions of ore deposits in Magadan and Kuzbass regions. Based on elasticity theory, finite element method, and physical modeling, formulas have been developed for calculating contour borehole diameter, linear charge mass, spacing between charges, and permissible quantities of simultaneously detonated explosive material (EM). Implementation of the pre-splitless method and electronic detonation systems (EDS) reduces seismic impact by 40–50% and eliminates residual deformations in the near-contour massif. Analysis of 24 blasting cycles at the Natalkinskoe deposit demonstrated that optimized parameters provide seismic vibration velocities of 0.2–0.5 cm/s (within the permissible range of 0.3–1.0 cm/s for permafrost conditions), preserve the rock integrity at 95%, and achieve explosive savings of 18–22%. Seismic measurement results, geomechanical model calculations, and practical recommendations for pits with depths of 300–500 m are presented.
Ключевые слова: буровзрывные работы, сейсмическое воздействие, контурное взрывание, щелеобразование, сейсмический мониторинг, оптимизация параметров взрыва, устойчивость бортов, карьеры, мерзлота, электронные системы инициирования.

Keywords: drilling and blasting operations, seismic impact, contour blasting, pre-splitting, seismic monitoring, blast parameter optimization, pit slope stability, open-pit mining, permafrost, electronic detonation systems.

Введение. Актуальность и проблема — современные открытые карьеры достигают глубины 300–500 м, требуя применения крупномасштабного взрывания с массовыми зарядами до 1000 тонн в одном цикле. При таких объемах вибрационное воздействие взрыва становится критическим фактором для устойчивости бортов, особенно в приконтурных зонах (в пределах 10–50 м от окончательного контура). Борта карьеров в условиях многолетней мерзлоты (Магадан, Якутия) характеризуются сложной структурой с ослабленными контактами слоев, где сейсмические колебания ускоряют деградацию льда, цементирующего блоки, и провоцируют обрушения объемом 100–1000 м³.

Традиционные подходы (взрывание с фиксированными параметрами по всему месторождению) приводят к избыточному воздействию на близкие к контуру участки и недостаточному дроблению в центре блока. Результат: потеря прочности законтурного массива, образование трещин на глубину 4–18 м, остаточные деформации 20–100 мм, риск локальных обрушений. На рудниках Магаданской области зафиксировано 5–8 случаев обрушений бортов в год, связанных с неоптимальными параметрами БВР [1-3].

Состояние проблемы и существующие решения — зарубежный опыт (Australasia, Канада, Швеция) демонстрирует успешное применение контурного взрывания с предварительным щелеобразованием, электронных систем инициирования (ЭСИ) и сейсмического мониторинга в реальном времени. ЭСИ позволяет снизить сейсмическое воздействие на 50% за счет точного контроля интервалов замедления (±1 мс) между зарядами. Однако адаптация этих методов к условиям мерзлоты и российским нормативным документам требует собственных исследований [3, 5-7].

Российская нормативная база (ГОСТ, РД, инструкции) предусматривает общие положения по безопасности взрывов, но не содержит специализированных рекомендаций по оптимизации параметров БВР в приконтурных зонах глубоких карьеров. РД 07-604-03 (2003) не регламентирует допустимые скорости сейсмических колебаний для мерзлотных районов, что создает неопределенность при проектировании взрывов [7-9].

Цель: разработать научно обоснованную методику оптимизации параметров буровзрывных работ для снижения сейсмического воздействия на борта карьеров, обеспечивающую сохранность приконтурного массива при минимизации затрат на ВВ и времени цикла взрывания.

Материалы и методы

Объекты исследования

Основные объекты: — Наталкинское месторождение (Магадан, 62.5°N, 159.5°E): золоторудный карьер, глубина 320 м, борта сложены гранитоидами и рассланцованными фильлитами, углы откосов 60–75°, мерзлота мощность 300+ м. — Кузбасс (Берязово): угольный разрез, глубина 70 м, борта глинистые и суглинистые, климат умеренный. — Месторождение Кокпатас (Узбекистан): магнетит-апатитовые руды, глубина 400+ м, углы откосов до 70° (данные для валидации методик).

Периоды наблюдений: 2022–2025 гг., 24 цикла взрывания на Наталке, каждый цикл 25–30 дней.

Методология расчета параметров БВР

Теория упругих волн и сейсмического действия взрыва [7-8]

 

Читать далее… 

References

1. Рахманов Р. А., Лоеб Д., Косухин Н. И. Оценка смещений рудных контуров после взрыва с применением BММ-системы // Записки Горного института. 2020. Т. 245. С. 547–553. DOI: 10.31897/PMI.2020.5.
2. Хохлов С. В., Козырев С. А., Кузёмкин А. Н. и др. Анализ влияния параметров буровзрывных работ на устойчивость охраняемых объектов и месторождений // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 45–56.
3. Афанасьев П. И., Кузёмкин А. Н., Лосева М. А. Сейсмическое действие взрыва в условиях многолетней мерзлоты // Записки Горного института. 2024. Т. 266. С. 231–245. EDN RUUFNM. DOI: 10.31897/PMI.2024.25.
4. Козырев С. А., Мусин М. М., Плаксин Ю. В. Инженерная методика оперативной оценки сейсмовзрывного воздействия на законтурный массив при производстве взрывных работ в карьере // Записки Горного института. 2024. Т. 268. С. 102–115.
5. Шипов И. Е., Власенко О. Ю., Сафарян О. О. Результаты исследования влияния технологических факторов на сейсмическое воздействие взрывных работ // Записки Горного института. 2024. Т. 269. № 1. С. 45–60. DOI: 10.31897/PMI.2024.67.
6. Заиров Ш. Ш., Уринов Ш. Р., Номдоров Р. У. Формирование устойчивости бортов при ведении взрывных работ на карьерах Кызылкумского региона // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 3. С. 235–252. DOI: 10.17073/2500-0632-2020-3-235-252.
7. Зырянов И. В., Харитонов А. М., Мусин М. М. Снижение сейсмического воздействия при контурном взрывании скальных пород // Горные науки и технологии. 2021. Т. 6. № 2. С. 125–138. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-2-125-138.
8. Джушева Е. Б., Хасанов Р. Р., Петров В. Ю. Методология расчета параметров контурных скважин для минимизации вибраций // Горные науки и технологии. 2022. Т. 7. № 4. С. 198–210. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-4-198-210.
9. Мустафин А. Г., Смоляков М. И., Кравцов О. А. Оптимизация буровзрывных работ вблизи предельного контура карьера // Маркшейдерия и недропользование. 2022. № 3. С. 32–41. DOI: 10.56195/20793332_2022_3_32.
10. Кольцов П. А., Сафарян О. О. Анализ остаточных деформаций приконтурного массива при традиционном и оптимизированном взрывании // Маркшейдерия и недропользование. 2023. № 5. С. 12–20. DOI: 10.56195/20793332_2023_5_12.
11. Волков Н. А., Рахманин В. Г., Петров А. С. Применение электронных систем инициирования для снижения сейсмического воздействия на борта // Маркшейдерия и недропользование. 2024. № 2. С. 24–35. DOI: 10.56195/20793332_2024_2_24.
12. Сафарян О. О., Мусин М. М., Козырев С. А. Допустимые скорости сейсмических колебаний для мерзлотных районов: методология определения // Маркшейдерия и недропользование. 2024. № 5. С. 18–28. DOI: 10.56195/20793332_2024_5_18.
13. Шипов И. Е. Результаты исследования влияния технологических факторов на сейсмическое воздействие взрывных работ // Горная промышленность. 2024. № 3. С. 45–58.
14. Кузёмкин А. Н., Афанасьев П. И. Оценка сейсмовзрывного воздействия на приконтурный массив по амплитудно-частотным характеристикам // Горная промышленность. 2024. № 5. С. 127–133.
15. Некрасов А. В., Басов А. А. Анализ зависимостей смещения горной массы и рудных тел при производстве массовых взрывов // Горная промышленность. 2025. № 1. С. 80–99.
16. Жариков С. Н., Коптева А. И. Изучение промышленной сейсмики для уточнения методики оценки влияния взрывов на устойчивость охраняемых объектов // Горная промышленность. 2025. № 2. С. 108–125.