Способ взрывной отбойки и дробления горных пород на карьерах

 

Сущность изобретения:-для разрушения уступа бурят ряды вертикальных скважин с перебуром известными .станками шарошечного бурения, определяют расчетный диаметр заряда по формуле Ор.зар. 0,25()1/3 Нуст., где Ор.зар. - расчетный диаметр заряда, м; qH - табличный удельный расход нормального выброса, кг/м3; рнасыпная плотность В В, кг/м3; Нуст. - высота уступа, м. Заряд размещают в вертикальной скважине диаметром, равным расчетному диаметру заряда, или в пучке скважин, с суммарной площадью, равной расчетному диаметру заряда. Количество скважин, одновременно взрываемых в пучр2 ке, определяют из соотношения N -Р,скв--, dcKB. где N- количество скважин в пучке; dp.CKB. - расчетный диаметр вертикальной скважины . 5 ил., б табл. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 С 37/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5033355/03 (22) 20.03,92 (46) 07,04.93, Бюл. М 13 (72) В,Я.Шварцер, Н.В.Тэраненко, С.В.Шевченко, Н.К.Гардзш, Б,И,Дубсон, Н.А.Гончаренко, Н.А.Шаповал, А.А.Чепарский, Н.А.Касьяненко и С.А;Кушко (73) В.Я,Шварцер (56) Авторское свидетельство СССР

М 1301031, кл. Е 21 С 37/00, 1983.

Друкованный М.Ф. и др. Буровзрывные работы на карьерах, — М.: Недра, 1990.

С,258-259. (54) СПОСОБ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ И

ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НА КАРЬЕРАХ (57) Сущность изобретения: для разрушения уступа бурят ряды вертикальных скважин с перебуром известными. станками

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для отбойки и дробления горных пород взрывом на карьерах.

Цель изобретения — уменьшение затрат на буровзрывные работы и выбросов бурового шлама и ядовитых газов в атмосферу за счет повышения КПД взрыва на дробление путем обеспечения равномерного дробления пород в воронках нормального выброса нэ горизонтальной и боковой поверхностях отбиваемой зарядом участка уступа.

Известно, что максимальный объем, а значит и минимальный удельный расход ВВ на дробление обеспечивается помещением заряда на такую глубину, при которой показатель взрыва равен единице, На графике 1

5U 1808089 А3 шарошечного бурения, определяют расчетный диаметр заряда по формуле Dp.»p. =

=0 25() Нуст., гДе Рр.зар. — Расчетный

Чн 1/3 диаметр заряда, м; qH — табличный удельный расход нормального выброса, кг/м;

p — насыпная плотность ВВ, кг/м, Нуст.—

3. высота уступа, м, Заряд размещают в вертикальной скважине диаметром, равным расчетному диаметру заряда, или в пучке скважин. с суммарной площадью, равной расчетному диаметру заряда. Количество скважин, одновременно взрываемых в пучD2,„, яе, определяют ие соотношения N = — + — - -, оскв. гдв N —; dp.ñêâ,— расчетный диаметр вертикальной скважины. 5 ил., 6 табл, (фиг,3) показано влияние показателя взрыва на эффективность разрушения массива сосредоточенными зарядами, построенном по данным натурных взрывов зарядов у нас и за рубежом.

Таким образом, анализ фактических данных приводит к выводу, что независимо от типа пород максимальный обьем дробления соответствует показателю взрыва, близкому к величине п = 1, т,е. заряд фиксированного веса Q необходимо помещать на такой глубине W, чтобы в результате взрыва образовалась воронка нормального выброса.

Известные способы взрывания не позволяют получить воронку нормального выброса на горизонтальную и боковую

1808089

Dp.зар. = 0,25 () Нуст.

С1н 1/3

Диаметр заряда, обеспечивающий дробление породы нормального выброса, определяется по известной формуле Борескова о (1) Озар. = (1нМ/ (0,4 + 0,6л ), з з где Qaap. — сосредоточенный заряд, кг, ц — табличный удельный расход нормального выброса, кг/м;

n — показатель действия взрыва, т.е, отношение радиуса воронки к глубине заложения заряда;

W — глубина заложения заряда, м.

Экспериментально установлено, что удлиненный заряд (длиной 30-35 диаметров заряда) создает воронку нормального выброса независимо от ориентации его по отношению к поверхности, если глубина заложения центра заряда равна глубине заложения сосредоточенного заряда, Для определения длины заряда, который создает воронку нормального выброса независимо ат ориентации его по отношению к поверхповерхности уступа. Расположение скважин и зарядов на соответственно предлагаемых расстояниях и высотах позволяет оптимизировать объемы бурения, а также получить показатель действия взрыва, близкий к единице, Все это позволяет уменьшить затраты на буровзрывные работы и выбросы бурового шлама и ядовитых газов ,в атмосферу, обеспечивает равномерное дробление отбиваемого уступа, Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ приобрел новые свойства, а отличительные признаки являются существенными.

На фиг.1 изображена схема расположения скважин на вертикальном разрезе уступа (по прототипу); на фиг.2 — схема расположения скважин нэ горизонтальной поверхности уступа (по прототипу); на фиг,3 — график влияния показателя взрыва на эффективность разрушения массива сосредоточенными зарядами; на фиг,4 — общий вид уступа с расположением рядов вертикальных скважин по предлагаемому способу взрывной отбойки и дробления горных пород на карьерах; на фиг,5 — разрез по А-А на фиг.4.

Способ осуществляют следующим образом. Для разрушения уступа 1 (фиг.4) бурят ряды вертикальных скважин 2 известными станками шарошечного бурения

СБШ-250 MH. Диаметр заряда определяется по формуле ности, были изготовлены песчано-цементные модели, где высота заряда при постоянной высоте забойки изменялась от 17 до 40 диаметров расчетного заряда, после взрыва зарядов дробления на моделях определялся радиус воронки разрушения и методом ситового анализа определяли гранулометрический состав взорванной массы.

Результаты опытов представлены в

10 табл,1 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа), 30 2

Чье Ж Ор .вар зар р 4р (2) где Чзар — объем заряда, дм; з. р — насыпная плотность ВВ, кгlм . з

Подставив в эту формулу полученное экспериментально значение длины заряда в среднем 32 диаметра, получим: з

40 С„32 3,14D,aa — 250з . (3) Подставив значение Qaap, и = 1 и W = 0,8 Нуст. в формулу (1), получим:

D р.зар..= 0,02 Н уст з Чн з (4) или

Dp.зар. = 0,25 (-) Нуст.

Чн 1/З (5) где Dp.зар. — расчетный диаметр заряда, обеспечивающий воронку нормального выброса как на горизонтальную, так и на боковую поверхности уступа, м;

q> —. расчетный табличный удельный расход ВВ нормального выброса для данной породы, кг/м; р — насыпная плотность ВВ, кг/м; з, Ну„— высота уступа, м.

На основании полученных результатов было определено, что длина заряда, кото15 рый создает воронку нормального выброса независимо от ориентации его по отношению к поверхности, должен быть равен

30-35 диаметрам заряда при длине заряда, меньший 30 d, показатель действия взрыва

20 n = 1,1, однако выход фракции+50 составляет 56%, т.е. дробление неравномерное, при длине заряда 30-35 d показатель действия взрыва п = 0,88, а выход фракции+50 составил 34%; при длине заряда более 40 d пока25 затель действия взрыва и = 0,64, а выход фракции +50 составил 51 .

Известно, что вес цилиндрического сосредоточенного заряда равен

1808089

2 2 скв. D .скв.

С скв. бскв г

30

40

Предположим, что мы располагаем для бурения станками CBlLI-250 МН, которые бурят скважины диаметром 0,25 м. В таком случае заряд расчетного диаметра необходимо разместить в пучке скважин, имеющих зкривалентное суммарное сечение со скважиной диаметром, равным расчетному диаметру заряда, Количество скважин в пучке определяем,из вышеуказанного условия:

Nd скв =D р.скв. = D р.зар., г откуда центр удлиненного заряда ВВ разме щают на расстояниях от горизонтальной и.боковой поверхности уступа, равных 0,6-0,8 высоты уступа. Для определения оптимальнбго расстояния центра удлиненного заряда ВВ к горизонтальной и боковой пОверхностям уступа были изготовлены песчано-цементные модели уступа, причем в моделях расстояние до боковой и горизонтэдьной поверхностей изменялось соответственно 0,5 Нуст, 0,6 Нуст, 0,8 Нуст, 0,9 Нуст.

После взрыва зарядов дробления на модели определяли радиус воронки выброса и методом ситового анализа определяли грану,лометрический состав взорванной массы, Результаты опытов представлены в табл.2 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа), На основании полученных результатов было определено, что центр удлиненного заряда ВВ размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа равным 0,6-0,8 высоты уступа при расстояниях меньших, чем 0,6 Нуст. показатель действия взрыва и равен 0,5, а выход наиболее крупной фракции+50 составил 52%, т.е, .поставленная в изобретении цель недостигэется. При расстояниях 0,6-0,8 высоты уступа показатель действия взрыва и наибольший и равен 0,86; 0,88 соответственно, а выход наиболее крупной фракции

+50 наименьший — 42 и 44 соответственно.

При расстояниях больше чем 0,8 Нуст показатель действия взрыва п = 0,48, а выход 50 класса+50 составил 68%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается.

Линию сопротивления по подошве уступа первого ряда скважин 3 формируют на расстоянии, равном высоте уступа. Для оп- 55 ределения необходимого расстояния по подошве уступа первого ряда скважин были изготовлены песчано-цементные модели, причем ЛСПП 1 ряда изменялось от 0,9 до

1,1 Нуст, После взрыва зарядов дробления модели определялся методом ситового анализа гранулометрический состав взорванной массы и радиус воронки дробления.

Результаты опытов представлены в табл.3 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа), На основании полученных данных было определено, что линия сопротивления по подошве уступа первого ряда (ЛСПП) формируется на расстоянии, равном высоте уступа, при расстояниях меньших, чем высота уступа, показатель действия взрыва n = 0,75, а выход фракций разных классов неравномерный, так выход класса+50 составил 53%, т.е, поставленная в изобретении цель не достигается, При расстояниях, равных высоте уступа, показатель действия взрыва

n = 0,88, а выход классов разных фракций равномерный. При расстояниях больших высоты уступа показатель действия взрыва п=0,5, а выход фракций различных классов неравномерный, для класса+50 составило 64%, то есть поставленная в изобрете ии цель не достигается.

Заряды в ряду размещают на расстоянии С; равном высоте уступа. Для определения расстояний между зарядами в ряду были изготовлены песчано-цементные модели, в которых РМС изменялось от 0,9 до

1,1 Нуст. После взрыва зарядов дробления на модели определяли радиус воронки дробления методом ситового анализа гранулометрический состав взорванной массы, Результаты опытов представлены в табл.4 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов было определено, что заряды в ряду необходимо размещать на расстоянии, равном Bblсоте уступа, при расстояниях меньших, чем высота уступа, показатель действия взрыва и = 0,66, а выход классов разных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составляет 56%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается. При расстояниях, равных высоте уступа, п = 0,88, а выход классов разных фракций равномерный, причем выход класса +50 составил 37%, при расстояниях больших, чем высотэ уступа, и = 0,68. дробление пород неравномерное, поскольку выход классов разных фракций неравномерный, а выход класса +50 составил 63%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается, Ряды располагают друг от друга на расстоянии d, равном 0,65-0;75 высоты уступа, Для определения оптимального расстояния между рядами скважин были изготовлены песчано-цементные модели с расстояниями между рядами от 0,6 до 0,8 Hyr T. После

1808089

35

55 г р.с е.

2 оскв. взрыва зарядов дробления на модели определялся радиус воронки дробления и диаметр среднего куска. Результаты опытов представлены в табл.5 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов было определено, что ряды необходимо располагать друг от друга на расстоянии 0,650,75 Нуст„при расстояниях меньших чем 0,65 Нуст. показатель действия взрыва

n = 0,67, а выход классов разных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составил 55%. т.е. цель изобретения не достигается. При расстояниях 0,65-0,75 Нуст и = 0,9; 0.93 соответственно, а выход классов различных фракций равномерный, причем выход класса +50 составляет 31%, при расстояниях более 0,75 Нуст, показатель действия взрыва n = 0,7, а выход классов различных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составляет 52%, т.е, цель изобретения не достигается.

Перебур скважины формируют глубиной I. равной 0,2 высоты уступа. Для определения глубины перебура были изготовлены песчано-цементные модели с глубиной перебура 0,1 Нуст 0,2 Нуст; 0,3 Нуст.

После взрыва зарядов дробления на модели определялась величина завышения подошвы уступа. Результаты опытов представлены в табл.6 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов было определено, что перебур необходимо формировать глубиной 0,2 Нуст. При глубине перебура меньше 0,2 .Нуст не прорабатывается подошва уступа, поставленная в изобретении цель не достигается. При глубине перебура 0,2 Нуст. завышения подошвы нет.

При глубине перебура более 0,2 Нуст. завышения подошвы нет, однако увеличиваются затраты на буровзрывные работы.

Высоту заряда над линией подошвы уступа принимают равной 20-25 расчетным диаметрам скважины, исключая перебур (см.табл,1}, Таким образом, при взрыве скважинных зарядов ВВ, центры которых расположены от горизонтальной и боковой поверхностей на расстояниях 0,6-0,8 высоты уступа, линия сопротивления по подошве уступа первого ряда равна высоте уступа, расстояние между скважинными зарядами в ряду составляет 0,65-0,75 высоты уступа, а ряды скважин расположены друг от друга на расстоянии, равном высоте уступа, при этом заряд сформирован таким образом, что над линией подошвы уступа расположен заряд высотой 20-25 расчетных диаметров, а перебур скважины составляет 0,2 высоты уступа с расчетным диаметром, определенным по предложенной формуле, в зарядной камере мгновенно возникает большое давление и продукты взрыва, действуя на стенки камеры, взрывают в массиве нестационарную. волну напряжений, распространяющуюся со скоростью, определяемой физико-механическими свойствами среды, Если предположить, что разрушенИе трещинами или хотя бы распределение скоростей в массиве создается под действием прямой волны напряжений до ее выхода на поверхность и в дальнейшем сохраняется, то можно считать, что объем воронок и их параметры образуются зарядом независимо на каждой поверхности, Общий объем отбитой породы равен сумме объемов воронок на каждой плоскости и является максимальным. Значит, при наличии двух свободных поверхностей заряд может отбить вдвое больший объем породы.

„Пример, На НКГОКе, где высота уступа 15 м, породы железистые, кварциты крепостью 16 баллов, IX категории взрываемости по ЕНиР, насыпная плотность ВВ

900 кг/м (21, По табл. 6 определяем, что удельный расход нормального выброса составляет цн = 1,5 кг/м в соответствии с з крепостью породы, Определяем расчетный диаметр заряда 2 по формуле

Ор,зар. = 0,25 () Нуст., цн 1/э где цн -— - 1,5 кг/м; з.

p — насыпная плотность ВВ, равная 900 кг/м;

Нуст высота уступа, равная 15 м.

Dp.çàð. = 0,25 15 = 0,45 м.

1,5 з

Рудник располагает станками СВ LU-250

МН, которые бурят скважины диаметром

250 мм. B таком случае заряд расчетного диаметра необходимо разместить в пучке скважин, имеющих суммарную площадь сечения со скважиной диаметром, равным расчетному диаметру заряда.

Количество скважин в пучке определяется из соотношения где N — количество скважин в пучке:

1808089

10 и= =г.

Ьпер. = 0,2 х 15 = 3 M.

Dp.cKe. — расчетный диаметр скважины, равный 0,45 м;

d«e. — диаметр скважинн, равный 0,250 м.

Центр удлиненного заряда BB размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа, равных

0,6-0,8 Hycr, меньшее значение соответствует более высокой крепости, Следовательно, 0,6 х 15 = 9 м. Линия сопротивления по подошве уступа первого ряда формируют на расстоянии, равном высоте уступа, следовательно, ЛСПП равно 1аНуст=1х15=15м.

Расстояние между рядами скважин располагают на расстоянии, равном 0,65-0,75

Нуст, большее значение соответствует меньшей крепости пород:

РМР = 0,65 х Нуст. = 0,65 х 15 = 9,75 м

Расстояние между зарядами в ряду размещают на расстоянии, равном высоте уступа:

PMC = 1 X Нуст. = 1 Х 15 = 15 M

Заряд каждой скважины формируют высотой, равной 20-25 расчетным диаметрам заряда над линией подошвы уступа, большее значение соответствует меньшей крепости пород:

Ф саар. = 20 х Ор аар. = 20 х 0 45 = 9 M

Перебур формируют глубиной 0,2 Нуст..

Высоту заряда над линией подошвы уступа принимают равной 20-25 расчетным,диаметрам скважины 20 х 0,44 = 8,8 м.

После бурения скважин их заряжают штатными зарядами ВВ 3. B заряд 3 помещают боевик, который соединяют взрывной цепью одним из известных способов. В верхней части заряда помещают забойку, высоту которой принимают паспортной, для этих пород НКГОКа она равна 6 м.

После коммутации зарядов ВВ произвели их взрывание, Оценка качества дробления, проведенная фотопланиметрическим способом, показала, что соотношение между классами крупности сохраняется равномерным. Это говорит о том, что показатель действия взрыва на горизонтальную и боковую поверхности близок к единице.

Анализ параметров экспериментальных

45 взрывов показывает, что за счет повышения

КПД взрыва увеличены расстояния между скважинными зарядами ВВ, при этом сохранено достигнутое качество дробления. (Паспортные параметры 6ВР для данной категории горных пород: сетки скважин 6 мх 6 м, вес заряда 400 кг). Общий объем буровых работ уменьшился на 267ь, а обьем необходимого количества BB — на 25 . По результатам замера количества пыли и вредных газов (в состав которых входят окись углерода, сероводород, пары ртути, окислы азота), проведенных ВНИИБТГ, на экспериментальных блоках уменьшен выброс бурового шлама в атмосферу на 24,5 ( и на 26,7% снижено содержание вредных газов по сравнению с обычным взрывным дроблением горных пород.

Таким образом, результаты экспериментальных взрывов в промышленных условиях показывают, что поставленная в заявляемом изобретении цель достигнута, Формула изобретения

Способ взрывной отбойки и дробления горных пород на карьерах, включающий бурение рядов вертикальных скважин, формирование в них удлиненных зарядов ВВ и взрывание, от л и ч а ю шийся тем, что центр удлиненного заряда BB размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа, равных 0,6-0,8 высоты уступа, линию сопротивления по подошве уступа первого ряда скважин формируют на расстоянии, равном высоте уступа, заряды в ряду размещают на расстоянии, равном высоте уступа, а ряды располагасют друг от друга на расстоянии, равном

0,65-0,75 высоты уступа, при этом заряд каждой скважины формируют над линией подошвы уступа высотой, равной 20-25 расчетным диаметрам заряда, а перебур скважины формируют глубиной 0,2 высоты уступа, причем расчетный диаметр заряда определяют по формуле

0р.зар. = 0,25() Нуст. а. /3 где Dp.sap, — расчетный диаметр заряда, м; о — табличный удельный расход нормального выброса, кг/;

p — насыпная плотность ВВ, кг/м; з.

Нуст. — высота уступа, м; а заряд размещают в вертикальной скважине диаметром, равным расчетному диаметру заряда, или в пучке скважин с суммарной площадью, равной расчетному диаметру заряда, при этом количество скважин, одновременно взрываемых в пучке, определяют из соотношения

1808089

12 г

Ор.скв. г оскв.

Таблица 1

Таблица 2

Продрлжение табл. 2 где N — количество скважин в пучке;

Dp.ñêâ. — расчетный диаметр вертикальной скважины для размещения заряда, равный расчетному диаметру заряда, м; букв. -диаметр вертикальной скважины, 5 обуриваемой имеющимся буровым инструментом, м.

180 В089

Таблица 3

ЛССП 1 ряда. см

Показа- heep . см тель действия взрыва бпер., см бзьб., СМ

Нт,т. см

-3 +3-50 +50

Скважина диаметром 0.03

Двв скважины, диаметром 0.015

Таблица 4

Таблица 5

6/0,4

6/0,4

6/0.4

3/0,2

3/0,2

3/0.2

13.5/0.9

15,0/1.0

10,5/1.1

Диаметр заряда. см

0,4/0,03

0,4/0.03

0,4/0,03

Радиус воронки дробления. см

4/0,6

5/0,7

6/0,4

0.75

0.88

0,5

12/0,8

12/0.8

12/0,8

23

Выход классов,7.

26

36

27

3l

53

38

39

1808089

Таблица 6

1808089

1808089

Составитель В. Шварцер

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Король

Редактор Т. Федотов

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 1398 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудавственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5