Способ взрывного разрушения горных пород

 

Изобретение относится к буровзрывным работам на карьерах. Цель изобретения - улучшение качества дробления горных пород путем формирования перемещения пород в сторону откоса уступа. Уступ пород разделяется на группы, прилегающие и удаленные по отношению к откосу уступа и взрывают первоначально группу удаленных зарядов, начиная с наиболее удаленных от откоса уступа с замедлением последующих по мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу прилегающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положительной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении, противоположном перемещению пород, причем замедление между смежными зарядами вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливают исходя из приведенного соотношения. В процессе взрыва зарядов по указанному способу формируется результирующая волна смещения породы, направленная в сторону откоса уступа, что повышает интенсивность дробления и разрыхления пород, снижает вероятность выброса пород в тыльную часть уступа и сейсмический эффект 7 з.п. ф-лы, 6 ил. 1 табл.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых с использованием буровзрывных работ. Известен способ дробления горных пород, включающий короткозамедленное взрывание рядов скважинных зарядов в блоке уступа с расположением в каждой паре отбойного ряда первых, а врубового втором от свободной поверхности, причем врубовые ряды зарядов предыдущей и последующих пар взрывают с интервалом времени замедления Т₃₁=3·t_п.ф., а заряды отбойного ряда по отношению к зарядам врубового ряда в каждой паре взрывают с интервалом времени замедления Т₃₂ 1,5 t_п.ф., где t_п.ф. длительность положительной фазы волны сжатия. Этот способ обладает сравнительно низким коэффициентом использования энергии взрыва, так как значительная часть энергии врубовых зарядов уходит в тыльную часть массива, не производя разрушений, а также сравнительно большие интервалы замедлений взрывания отбойных зарядов проводят к тому, что они начинают работать в условиях раскрытых естественных трещин и развитой сети трещин, связанных с разрушающим воздействием врубовых зарядов. Это приводит к снижению времени давления продуктов взрыва отбойных зарядов на массив и снижение интенсивности разрушения пород. Известен также способ взрывания пород, принятый в качестве прототипа, в котором массив со скважными зарядами разбивают на участки, соединяют заряды каждого участка детонирующим шнуром в контуры и взрывают, причем взрывание осуществляют последовательно от внешнего контура к внутренним и встречно-направленно между смежными зарядами, а первый заряд внешнего контура следующего участка взрывают после инициирования последнего заряда внутреннего контура предыдущего участка. Этот способ обеспечивает относительно низкое качество дробления пород из-за малой величины их смещения в сторону откоса уступа(сброса). Это является результатом почти мгновенной (по отношению к длительности действия газов)детонации зарядов в пределах участка и практически равномерно по всем направлениям действия газов, причем для большинства зарядов, в условиях зажима. Для указанного способа характерно низкое разрыхление пород особенно в центре и тыльной части участка в области подошвы уступа. Кроме того недостаточное смещение породы в сторону откосов уступа обуславливает большой выброс породы на верхнюю площадку уступа. Это резко ухудшает показатель работы горнотранспортного оборудования. Вследствие работы зарядов в зажиме возрастает сейсмический эффект. Целью изобретения является улучшение качества дробления горных пород путем формирования результирующего смещения пород в сторону откоса уступа. Цель достигается тем, что в известном способе взрывного разрушения горных пород, включающем бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом с разделением образовавшихся зарядов на группы прилегающих и удаленных по отношению к откосу и взрывание зарядов с замедлением, взрывание осуществляют первоначально от группы удаленных зарядов, начиная с наиболее удаленных от откоса уступа с замедлением последующих по мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу прилегающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положительной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов, с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении,противоположном перемещению пород, причем замедление между смежными зарядами вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливают исходя из соотношения где a_i расстояние до предыдущего заряда вдоль линии перемещения пород м; С_м скорость распространения продольных волн в массиве пород, м/с; t_м- время достижения максимального значения сжатия в волне, с; t_п.ф. длительность положительной фазы волны сжатия. Время замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому устанавливают исходя из соотношения где А коэффициент,характеризующий задержку начала вспучивания массива, связанную с формированием поля напряжений в призме выброса. А 1,0 + 2,0; B коэффициент, характеризующий влияние воронки выброса, B 1,0 + 1,4;
H_з расстояние от устья скважины до заряда, м;
С целью расширения возможности применения сброса для взрывания многорядных блоков расстояние от устья скважин до верхнего торца ВВ удаленных зарядов устанавливают в соответствии с зависимостью

где скорость развития взрыва по линии выброса в группах соответственно прилегающих к откосу уступа удаленных зарядов, м/с;
L, L_n, L_y ширина соответственно блока, зон расположения прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м;
t_n, t_y длительность взрывания групп соответственно прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, с;
Δt_п замедление момента начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов по отношению к моменту выхода волны сжатия, образованной удаленными зарядами, на откос уступа, с;
Δt_у- замедление момента взрыва последнего заряда группы прилегающих к откосу уступа по отношению к моменту взрыва последнего удаленного заряда, с;
I расстояние от удаленного заряда до откоса уступа, м;
С целью увеличения объема сброса пород и повышения интенсивности разрушения пород в зоне расположения удаленных зарядов бурят и заражают дополнительные скважины глубиной менее H₃, причем их взрывание после прилегающих к откосу уступа зарядов с замедлением, возрастающим по мере удаления от откоса уступа. С целью снижения сейсмического эффекта блок разделяют на участки, взрываемые последовательно с замедлением в момент времени между взрывами первого заряда из группы прилегающих к откосу уступа предыдущего участка и моментом начала образования линии отрыва по границе предыдущего участка. С целью повышения интенсивности дробления пород заряды в группах соединяют между собой в ряды или контуры по соединяющим линиям и взрывают встречно-направленно между смежными линиями, причем взрывание удаленных зарядов по внешней линии и прилегающих зарядов по ближайшей к откосу уступа линии осуществляют по встречным направлениям. Термин группа зарядов обозначает совокупность зарядов, характеризующихся местом расположения на блоке (на участке блока) относительно свободного (или вновь образованной в процессе взрыва свободной) поверхности откоса уступа и однородным характером физических процессов взаимодействия между собой. Участок-часть блока по его длине. На фиг. 1 приведена схема расположения зарядов ВВ в плане и схема взрывной сети; на фиг. 2 схема расположения зарядов в сечении АА взрываемого блока; на фиг. 3-схема взрывной сети при встречно-направленном инициировании зарядов; на фиг. 4, 5, и 6-варианты монтажа взрывной сети с разбивкой блока на участки. На чертежах штрих-пунктирной линией обозначены границы расположения прилегающей и удаленной групп зарядов. При реализации заявляемого способа бурят основные 1 и дополнительные (по необходимости) 2 скважины. В них заряжают взрывчатое вещество и соединяют образовавшиеся заряды детонирующим шнуром (ДШ). Заряды разбивают на две группы прилегающие к откосу уступа и удаленные с шириной занимаемых ими зон блока соответственно L_п и L_т. Группы зарядов соединяют между собой через пиротехнический замедлитель или отрезок детонирующего шнура 4, соответствующий расчетному времени замедления. Заряды взрывают с замедлением, обеспечивающим пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 5 и 6 соответственно в группах удаленных и прилегающих зарядов. Заряды в дополнительных скважинах взрываются с замедлениями, создаваемыми пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 7 и 8. Блок взрывается, начиная с наиболее удаленного от откоса уступа ряда зарядов с помощью капсуля детонатора КД. При необходимости повышения надежности взрыва используют дублирующие пиротехнические замедлители 9. В вариантах с разбивкой блока на участки замедление между участками осуществляется пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 10. В процессе взрыва горная порода перемещается по линии результирующего перемещения(сброса)пород. Момент начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов ограничен моментом выхода волны сжатия на откос уступа от взрыва удаленных зарядов и моментом завершения действия положительной фазы этой волны.
где Т_n момент времени начала взрыва группы зарядов прилегающих к откосу уступа, с. Т_у момент времени начала взрыва группы удаленных зарядов, с;
В этом интервале времени группа приближенных к откосу уступа зарядов взрывается в условиях смещения в сторону откоса уступа. Это объясняется тем, что скорость смещения в падающей на откос уступа по фазе совпадает с нормальными к фронту волны напряжениями. В отраженной волне скорость смещения породы по отношению к направлению распространения фронта волны меняется на противоположное. Поэтому в пределах длительности положительной фазы волны или на расстоянии вглубь массива
L_п.ф. C_mt_п.ф. (2)
От откоса уступа смещение от действия удаленных зарядов будут направлены в сторону откоса уступа. В реальных условиях взрывания скважины зарядов t_п.ф.≥10·10^-3 с, а С_m ≥1,0·10³ м/с, т.е. L_п.ф.≥ 10 м. Поэтому, по крайней мере заряды, взрываемые первыми из группы приближенных, будут срабатывать в условиях предварительного смещения породы в сторону откоса уступа со скоростью отличной от нуля. Ограничения, накладываемые на интервал времени замедления между смежными зарядами вдоль линии сброса обеспечивают увеличение скорости смещения породы в сторону откоса как при взрыве группы удаленных так и группы приближенных зарядов. Учитывая симметричность волны, образованной взрывом зарядов в условиях бесконечного массива пород, при взрыве каждого последнего заряда в сторону предыдущего распространяется соответствующая волна. Указанное замедление t_3i в группе удаленных зарядов обеспечивает сдвиг встречных волн от взрыва смежных зарядов на столько, что максимальное значение скорости от взрыва предыдущих зарядов до момента взрыва последующих проходит линию расположения последних. В результате интерференции скорости смещения породы в сторону откоса уступа возрастают. Аналогично время замедления t_3i в группе приближенных к откосу уступа зарядов обеспечивает сдвиг во времени встречных волн от взрыва смежных зарядов настолько, что максимальные значения скорости смещения от взрыва предыдущих зарядов до момента взрыва последующих проходит в тыл за линию расположения последующих. Поэтому волне, образованной взрывом последующих зарядов, противодействует остаточная часть волны со значениями скорости смещения менее максимальных. В результате интерференции волн результирующая скорости смещения будет направлена в сторону откоса уступа. Ограничение

устраняет отрицательное влияние на результирующую величину скорости смещений отрицательной фазы волны. Кроме того к моменту окончания положительной фазы волны успевает развиться сеть трещин, расширяющихся под действием продуктов взрыва. Это ухудшает режим взаимодействия зарядов ослабляя эффект суммирования волн в направлении откоса уступа. Ограничение времени замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому (t_з.п. исключает преждевременное (до окончания формирования после скоростей в направлении сброса) смещение породы в тыльную сторону блока, образующееся при формировании обнаженной поверхности в результате вспучивания и выброса породы под действием удаленных зарядов. В случае преждевременного вспучивания и выброса породы под действием тыльных зарядов в зоне влияния образующейся свободной поверхности в результате отражения от нее волн, а также остаточного давления продуктов детонации формируется поле смещений породы в сторону этой поверхности. Кроме того, преждевременное истечение продуктов детонации зарядов в атмосферу снижает в среднем по всему давление продуктов детонации в сторону откоса уступа. В конечном итоге это уменьшает объем пород, перемещаемых в сторону откоса уступа и увеличивает объем пород, перемещаемых в тыльную часть блока (выброс на верхнюю площадку уступа очередной заходки). В соответствии с физическими процессами, происходящими при формировании призмы выброса, в общем виде можно записать
t_з.п.≅t_в=t₁+t₂
где t_в- время начала вспучивания массива пород, соответствующее окончанию трещинообразования, с. t₁ время формирования поля напряжений в пределах призмы выброса, с;
t₂ время роста трещин внутри воронки выброса с;
очевидно, что

Коэффициент пропорциональности А физически учитывает структуру поля напряжения (форму, соотношение энергии падающей и отраженной волн). В предельных случаях когда отсутствуют (пренебрежительно малы) отраженные волны А 1,0, а когда основное разрушение происходит под действием отраженных волн А 2,0). С учетом, что скорость распространения трещин составляет ориентировочно 0,4 скорости распространения продольных волн
(6)
Коэффициент пропорциональности В физически учитывает форму призмы разрушения и выброса, конкретное различие во времени роста контурообразующих трещин. При одной трещине по нормали от заряда к свободной поверхности В 1,0, при образовании нормальной воронки выброса В 1,4. В итоге

С_м может быть определено с учетом коэффициента снижения скорости распространения продольных волн ((η)), обусловленного влиянием трещиноватости по формуле
C_м=ηc, (8)
где с-скорость распространения продольных волн в образце породы, м/с. η=0,3-0,9. Ограничение (7) при постоянном заглублении заряда ограничивает ширину блока. Поэтому для ее расширения целесообразно увеличить H₃. Учитывая, что на линии блока, разделяющей прилегающую и удаленную группы зарядов, заряды взрываются с замедлением, а также замедление взрыва зарядов в группе приближенных после начала смещения откоса уступа Dt_п с использованием (7) можно записать систему уравнений, характеризующих взаимосвязь интервалов времени на блоке.
где t_y-время взрывания группы удаленных зарядов, с;
t_n время взрывания группы приближенных зарядов, с;
t_c время выхода волны от взрыва первого заряда на откос уступа, с;

Обозначим

где τ_п, τ_у скорость развития взрыва по линии сброса в группах соответственно приближенных и тыльных зарядов, м/с;
С учетом обозначений и (11) из (10)

С учетом, что
L=L_y+L_n
из (12) получим

Подстановкой (14) и (8) после преобразований получим

Левая часть неравенства (15) определяет время между взрывом первого и последнего зарядов на блоке. Для произвольных тыльных зарядов, расположенных от откоса уступа на расстоянии

в итоге

Из анализа (17) следует, что H₃ возрастает линейно с увеличением ширины блока и удалением заряда от откоса уступа. При значительной величине H₃ снижается интенсивность разрушения пород в верхней части уступа и их сброс в сторону откоса уступа. Поэтому целесообразно в этой зоне расположение дополнительных зарядов, обеспечивающих дополнительное энергонасыщение массива в области H₃. Эти заряды по характеру взаимодействия волны между собой и с окружающими зарядами относятся к группе прилегающих к откосу уступа. На фиг. 4, 5 и 6 приведены характерные варианты использования изобретения с разбивкой удлиненного блока на участки, взрываемые последовательно с замедлением. Длина участка и интервалы замедлений устанавливается исходя из условия образования линии отрыва до взрыва зарядов последующего участка, прилегающей к этой линии отрыва. С учетом результирующей линии откоса уступа, образованной линией отрыва и бровкой уступа осуществляется и разбивка зарядов на группы удаленных и прилегающих. Встречно направленное взрывание смежных рядов осуществляют путем соответствующей коммутации зарядов с использованием детонирующего шнура и пиротехнических замедлителей. В этом случае замедление между различными ближайшими зарядами, расположенными на смежных линиях, будут непостоянны. Однако учитывая, что этот порядок взрывания эффективен при малых интервалах замедления, когда между смежными линиями не образуется поверхности разрыва, и идет взаимодействие полей напряжений от окружающих зарядов заметной неравномерности разрушения пород не наблюдается. Способ допускает значительное количество вариантов его конкретной реализации. Варианты схем, приведенные на фиг. 1 и 3, целесообразно использовать на блоках с небольшой (40-50 м) протяженности и шириной 35-45 м с высотой уступов 25-30 м. В конкретных вариантах приняты глубина скважин 30 м, масса заряда в последнем удаленном ряду 300 кг. Породы-известняк крупноблочный структуры с С_м 1800 м/с. В конкретных вариантах использования способа с применением схем на фиг. 4 и 5 принято H_y 15 м, вес заряда 300 кг. Породы указанный известняк. Схему на фиг. 6 целесообразно применять в породах с большими скоростями распространения волн. Длительность положительной фазы волны и времени нарастания направлений до максимального значения определены по зависимостям. Основные параметры конкретных вариантов схем взрывания с использованием изобретения приведены в таблице. Реализация способа осуществляется в обычной последовательности подготовки и проведения взрыва при короткозамедленном взрывании. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности дробления коэффициента разрыхления пород; улучшения качества проработки подошвы, снижение обратных (в тыл уступа) выбросов породы, снижение сейсмического эффекта. Это достигается благодаря улучшению режима взаимодействия зарядов ВВ, которое проявляется в следующих физических явлениях, характерных для заявляемого способа: создание преимущественного направления сброса и повышение его величины за счет успевающего суммирования волн от отдельных зарядов; предварительное нарушение массива и смыкание трещин; создание сложно напряженного состояния путем образования встречно-направленного движения породы, с изменением направления результирующего вектора смещения по времени; замыкание энергии взрыва в пределах блока путем первоочередного взрыва тыльных зарядов, а также взрывом каждой последующей секции до окончания взрыва предыдущей; увеличение общей длительности взрыва на массив за счет разбивки блока на секции и взрывание их с замедлением.

Формула изобретения

1. Способ взрывного разрушения горных пород, включающий бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом и разделение образовавшихся зарядов на группы прилегающих и удаленных по отношению к откосу уступа и взрывание зарядов, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества дробления горных пород путем формирования результирующего перемещения пород в сторону откоса уступа, взрывание начинают с наиболее удаленных от откоса уступа групп зарядов с замедлением взрывания последующих по мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу примыкающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положительной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов, с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении, противоположном перемещению пород. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время замедления между взрыванием смежных зарядов вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливается из соотношения

где a_i расстояние от предыдущего заряда вдоль линии результирующего перемещения пород, м;
С_м скорость распространения продольных волн в массиве пород, м/с;
t_м время достижения максимального значения сжатия на волне, с;
t_п.ф длительность положительной фазы волны сжатия, с. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что время замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому устанавливают исходя из соотношения

где А коэффициент, характеризующий задержку начала вспучивания массива, связанную с формированием поля напряжений в призме выброса, А 1,7 2,0;
В коэффициент, характеризующий влияние формы воронки выброса, В 1,0 - 1,4;
Н_з расстояние от устья скважины до заряда, м. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что, с целью расширения возможности применения способа для взрывания многорядных блоков, расстояние от устья скважин до верхнего торца ВВ удаленных зарядов устанавливают в соответствии с зависимостью


где скорость развития взрыва по линии сброса в группах соответственно прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м/с;
L, L_п, L_у ширина соответственно блока, зон расположения прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м;
Δt_п замедление момента начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов по отношению к моменту выхода волны сжатия, образованной удаленными зарядами, на откос уступа, с;
Δt_у замедление момента взрыва последнего заряда группы прилегающих к откосу уступа по отношению к моменту взрыва последнего удаленного заряда, с;
l расстояние от удаленного заряда до откоса уступа, м. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что, с целью увеличения объема сброса пород и повышения интенсивности разрушения пород, в зоне расположения удаленных зарядов бурят и заряжают дополнительные скважины глубиной менее Н_з, причем их взрывают после прилегающих к откосу уступа зарядов с замедлением, возрастающим по мере удаления от откоса уступа. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения сейсмического эффекта, блок разбивают по длине на участки, взрываемые последовательно с замедлением, причем взрыв зарядов каждого последующего участка начинают до окончания взрыва зарядов предыдущего участка. 7. Способ по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что заряды каждого последующего участка соединяют в ряды по линиям, параллельным линии, образованной бровкой уступа и линией отрыва горной массы от взрыва зарядов предыдущего участка. 8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности дробления пород, заряды в группах соединяют между собой в ряды или контуры по соединяющим линиям и взрывают встречно-направленно между смежными линиями, причем взрывание удаленных зарядов по внешней линии и прилегающих зарядов по ближайшей к откосу уступа линии осуществляют по встречным направлениям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Воробьев Вячеслав Михайлович

Номер и год публикации бюллетеня: 4-2004

(73) Новый патентообладатель:
Прокопенко Виктор Степанович (UA)

Договор № 17686 зарегистрирован 05.11.2003

Извещение опубликовано: 10.02.2004        

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.10.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2009        БИ: 17/2009

---