Способ ведения взрывных работ

 

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Изобретение позволит снизить затраты на БВР счет предварительного ослабления прочностных свойств горного массива путем направленного многократного знакопеременного взрывного воздействия. Способ ведения взрывных работ включает предварительное ослабление массива горных пород путем бурения дополнительных взрывных скважин, заряжания их взрывчатыми веществами и короткозамедленного взрывания с определенным замедлением. Новым в способе является разделение массива на отдельные взрывные блоки, обуривание и взрывание сначала нечетных, а затем четных блоков, при этом группы скважинных зарядов нечетных блоков взрывают поперечными рядами, начиная с середины каждого блока, в момент прохождения максимума амплитуды волны напряжений от взрыва предыдущей группы зарядов. Это усиливает амплитуду импульса напряжений по ходу его движения и одновременно формирует плоский фронт волны напряжений в обратном направлении, что вызывает знакопеременные нагрузки на массив четных блоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Известно, что от динамического воздействия крупных массовых взрывов в массиве горных пород образуется зона остаточных деформаций шириной до 100 м [1].

Наряду с отрицательным воздействием эта зона имеет и положительное влияние: снижается сопротивление бурению и взрывному разрушению, это особенно заметно в зоне первого ряда скважин. Этот эффект стараются использовать для снижения затрат на буровзрывные работы (БВР).

Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ ведения взрывных работ с предварительным ослаблением массива горных пород, которые реализуют посредством бурения взрывных скважин глубиной, равной высоте двух уступов, по сетке 35х35 - 40х40 м и взрыванием зарядов в них с определенным замедлением по отношению к взрыву в верхних частях скважин. Положительный эффект предварительного ослабления массива пород нижележащего уступа при последующем его обуривании и взрывании достигается за счет расширения сетки скважин и сокращения расхода шарошечных долот, что позволяет снизить себестоимость 1 м³ горной массы по БВР на 5-10% [2].

Недостатками этого способа, принятого за прототип заявляемого способа, является однократность взрывного воздействия на массив нижележащего уступа и возможность использования результатов ослабления только через определенное время, необходимое на отработку верхнего уступа.

Цель изобретения - снижение затрат на БВР за счет предварительного ослабления прочностных свойств горного массива путем направленного многократного знакопеременного взрывного воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ведения взрывных работ, включающем предварительное ослабление массива горных пород путем бурения дополнительных взрывных скважин, заряжания их взрывчатыми веществами и короткозамедленного взрывания с определенным замедлением, согласно изобретению фронт работ уступа ориентируют субпараллельно главной оси анизотропии массива, разделяют его на отдельные взрывные блоки, обуривают и взрывают сначала нечетные, а затем четные блоки, при этом группы скважинных зарядов нечетных блоков взрывают поперечными рядами, начиная с середины каждого блока, первой взрывают с нулевой степенью замедления группу зарядов на центральном нечетном блоке, последующие группы зарядов нечетных блоков взрывают с интервалом замедления, равным t_i = l_(i,i-1)/C_pi, c (1) где l_(i,i-1) - расстояние между i-й и предыдущей группой зарядов, м; C_pi - скорость распространения продольной волны между i-й и i-1-й группами зарядов в момент инициирования i-й группы зарядов, м/с.

Поставленная цель достигается также тем, что длину четных блоков определяют по формуле L = (0,5-0,8)·K_п·α(Q¹₁^/3+Q¹₂^/3) (2) где K_п - коэффициент свойств горных пород, м/кг^1/3; α - коэффициент условий взрывания; Q₁, Q₂ - массы зарядов взрывчатого вещества во взрываемых в нечетных блоках группах зарядов, кг^1/3.

Рассчитанная по выражению (1) величина замедления позволяет взрывать следующую группу зарядов в соседнем нечетном блоке в момент прохождения максимума амплитуды волны напряжений от взрыва предыдущей группы зарядов и тем самым усиливать ее действие, а последовательное взрывание групп зарядов на различных нечетных блоках вызывает знакопеременные нагрузки в нечетных блоках и усиливает тем самым эффект ослабления массива. А расчет длины четных блоков по формуле (2) позволяет ослаблять массив горных пород по всей длине этих блоков.

Сопоставительным анализом с прототипом установлено отличие заявляемого способа, заключающееся в наличии многократного знакопеременного взрывного воздействия на массив горных пород. Таким образом, предлагаемый способ ведения взрывных работ соответствует критерию изобретения "новизна". При изучении других решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, выявлены не были, и поэтому они обеспечивают ему соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже дан план рабочей зоны добычного уступа на период готовности нечетных блоков к взрыванию.

Предлагаемый способ ведения взрывных работ осуществляют следующим образом.

Рабочую зону уступа, линия фронта А-А которого ориентирована субпараллельно главной оси анизотропии массива горных пород, разделяют на блоки, например 1-5. При этом длину нечетных блоков (1, 3, 5) принимают минимально возможной по параметрам выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, поскольку БВР в этих блоках ведут в сравнительно ненарушенном массиве. Для упрощения чертежа длина нечетных блоков на нем определена тремя рядами скважин. Длину четырех блоков определяют по условию эффективного предварительного ослабления сейсмическим воздействием взрывных волн по формуле (3):
L = (0,5-0,8)·K_п·α(Q¹₁^/3+Q¹₂^/3), (3)
где
K_п = 5-8 м/кг^1/3 - коэффициент свойств горных пород (меньшее значение для ненарушенных плотных пород);
α = 1-2 - коэффициент условий взрывания для зарядов рыхления (большее значение в обводненных породах);
Q₁, Q₂ - масса заряда взрывчатых веществ встречно взрываемых групп зарядов нечетных блоков, примыкающих к флангам четного блока (на чертеже группы III-III блока 3 и группы IV-IV блоков 1 и 5, примыкающие соответственно к блокам 2 и 4).

При такой длине четных блоков обеспечивается четкое формирование зоны остаточных деформаций в виде микро- и макротрещин цикличным воздействием волн напряжений от соседних нечетных блоков.

Затем проводят бурение и зарядку скважин по нечетным блокам (1, 3, 5), оставляя необученными четные блоки (2, 4), и проводят взрывание групп зарядов поперечными рядами, начиная с середины каждого блока в следующем порядке. Группу зарядов центрального блока 3 первой очереди I-I взрывают с нулевым замедлением. При этом формируется плоская волна напряжений, которая проходит с постепенным ослаблением через четные блоки 2 и 4 к нечетным блокам 1 и 3. Группы зарядов второй очередности взрывания II-II взрывают в момент прохождения максимума амплитуды этой волны. Это усиливает амплитуду импульса напряжений от зарядов группы I-I по ходу его движения и одновременно формирует плоский фронт волны напряжений в обратном направлении, т.е. в сторону зарядов очередности I-I, что вызывает знакопеременные нагрузки на массив четных блоков.

Интервал замедления для взрыва зарядов второй и последующей очередности рассчитывают по формуле (1). Принципиально важно при этом иметь в виду то обстоятельство, что каждый раз в расчет закладывают величину скорости продольной волны на момент взрывания групп зарядов данной очередности - она постоянно снижается за счет увеличения раскрытия микро- и макротрещин. Эту величину или принимают в результате экспериментальных замеров после взрыва зарядов каждой очереди на специальных блоках для каждого типа пород карьера, или получают математическим моделированием на ПЭВМ.

После взрывания нечетных блоков обуривают по расширенной сетке и взрывают обычным способом.

Таким образом, заявляемый способ ведения взрывных работ позволяет достичь поставленной цели - снижения затрат на БВР за счет предварительного ослабления прочностных свойств горного массива путем направленного многократного знакопеременного взрывного воздействия.

Источники информации
1. Абрамов Н.Л. и др. Влияние направления взрывной отбойки на величину остаточных деформаций массива горных пород. - Горный журнал, 1985, N 9, с. 43-44.

2. Никандров В.И. и др. Буровзрывные работы на карьере. - Горный журнал, 1986, N 2, с. 20-21 (прототип).

3. Единые правила безопасности при взрывных работах. - М.: НПО ОВТ, 1992, с. 181-184.

Формула изобретения

1. Способ ведения взрывных работ, включающий предварительное ослабление массива горных пород путем бурения дополнительных взрывных скважин, заряжания их взрывчатыми веществами и короткозамедленного взрывания с определенными замедлением, отличающийся тем, что фронт работ уступа ориентируют субпараллельно главной оси анизотропии массива, разделяют его на отдельные взрывные блоки, обуривают и взрывают сначала нечетные, а затем четные блоки, при этом группы скважинных зарядов нечетных блоков взрывают поперечными рядами, начиная с середины каждого блока, первой взрывают с нулевой степенью замедления группу зарядов на центральном нечетном блоке, последующие группы зарядов нечетных блоков взрывают с интервалом замедления t_i, равным, c:
t₁ = l_{(i,i - 1)} / C_pi,
где l_{(i,i - 1)} - расстояние между i-й и предыдущей группами зарядов, м;
C_pi - скорость распространения продольной волны между i-й и (i - 1)-й группами зарядов в момент инициирования i-й группы зарядов, м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину четных блоков L определяют по формуле
L = (0,5-0,8)˙K_п˙α(Q¹₁^/3+ Q¹₂^/3),
где K_п - коэффициент свойств горных пород, м/кг^1/3;
α - коэффициент условий взрывания;
Q₁, Q₂ - массы зарядов взрывчатого вещества во взрываемых в нечетных блоках группах зарядов, кг^1/3.

РИСУНКИ

Рисунок 1