Способ предупреждения о динамических явлениях при промышленных взрывах

 

Использование: горная промышленность и при разработке удароопасных месторождений. Технический результат - обеспечение безопасности горных работ со снижением затрат на подготовительно-восстановительные работы за счет установления критериев оценки удароопасного состояния массива горных пород. Сущность изобретения: в способе определяют величины напряжений и сейсмической энергии динамических явлений в зоне контактов геологических структур массива горных пород, образуют в нем взрывные скважины, заряжают их зарядами взрывчатых веществ и производят взрывы. Удароопасное состояние массива горных пород после взрыва оценивают посредством энергетического коэффициента К_Е, определяемого по формуле K_Е = E_в/4,19·A·Q_з, где E_в - сейсмическая энергия взрыва, Дж, Е_в = 10^К; К - показатель энергетического класса, равный K = 2,76·lgτ+2,24, τ - длительность сейсмического события, с; А - полная удельная работа взрыва заряда взрывчатого вещества, кал/кг, Q_з - масса зарядов взрывчатых веществ, кг, после чего по величине К_Е судят о динамических явлениях в массиве. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области горной промышленности и может использоваться при разработке удароопасных месторождений.

Известны способы предупреждения динамических явлений при промышленных взрывах (см. а. с. СССР N 13700257, опубл. 21.01.87 г., N 1803585, опубл. 09.10.92 г. ; патент РФ N 2083848, опубл. 10.07.97 г.), в соответствии с которыми сдвижение тектонических блоков в горном массиве производят взрыванием зарядов взрывчатых веществ (ВВ), при этом массу зарядов ВВ выбирают в соответствии с энергией сейсмических явлений и взрывы осуществляют при подходе волны деформации.

Недостатком данных способов является создание зон повышенной концентрации напряжений при подходе волны деформации, что приводит к сейсмическим явлениями в массиве горных пород, которые определяют микросейсмическим методом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ предупреждения горных ударов (см. патент РФ N 2098635, E 21 F 5/00, опубл. 10.12.1997 г.), в соответствии с которым последовательно взрывают разнесенные в массиве заряды ВВ и определяют местоположение контактов геологических структур.

Недостатком способа является то, что не устанавливают критерии удароопасности массива горных пород при взрывании зарядов ВВ, что не обеспечивает безопасность горных работ.

В предлагаемом решении поставлена техническая задача по обеспечению безопасности горных работ со снижением затрат на подготовително-восстановительне работы за счет установления критериев оценки удароопасного состояния массива горных пород.

Техническая задача решается тем, что в способе предупреждения о динамических явлениях при промышленных взрывах, заключающемся в том, что определяют величины напряжений и сейсмическую энергию динамических явлений в зоне контактов геологических структур массива горных пород, образуют в нем взрывные скважины, заряжают их зарядами ВВ и производят взрывы, согласно изобретению, удароопасное состояние массива горных пород после взрыва оценивают посредством энергетического коэффициента K_E, определяемого по формуле где E_в - сейсмическая энергия взрыва, Дж, E_в = 10^к, K - показатель энергетического класса, равный K = 2,76·lgτ+2,24; τ - длительность сейсмического события, с; A - полная удельная работа взрыва заряда ВВ, кал/кг; Q_з - масса зарядов ВВ, кг, после чего по величине K_E судят о динамических явлениях в массиве.

Взрываемые заряды ВВ с определением сейсмической энергии взрывов позволяют оперативно определять критерий оценки удароопасности массива горных пород, что обеспечивает безопасность работ в шахте и снижение затрат на подготовительно-восстановительные работы.

Сущность изобретения поясняется примером конкретного исполнения, чертежом и таблицей.

На чертеже изображен технологический блок в шахте, реализующий способ предупреждения о динамических явлениях при промышленных взрывах, а в таблице приведены критерии удароопасности. В окрестностях технологического блока происходят динамические явления 1, включающие горные удары, микроудары, толчки и др. В технологическом блоке находится подсечное пространство 2, компенсационная камера 3 и основная панель 4. Обрушение технологического блока производит сближенными скважными зарядами 5 ВВ, вокруг блока расположен массив 6 горных пород.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Предварительно определяют величины напряжений σ₁, σ₂, σ₃ (см. чертеж) и сейсмическую энергию динамических явлений 1.

Проведенный анализ статистических данных по динамическим явлениями на Таштагольском месторождении, которому присуща высокая тектоническая активность, показал, что 70-80% горных ударов, микроударов и толчков имели связь с взрывными работами (см. Курленя М.В., Еременко А.А., Усольцев С.П. и др. Прогноз динамических явлений при производстве массовых взрывов, ФТПРПИ, 1996, N 1, с. 15-21).

Наиболее значительное влияние на массив 6 горных пород оказывали промышленные взрывы, проводимые при системе разработки этажного принудительного обрушения, по оформлению подсечного пространства 2 и компенсационных камер 3 (технологические взрывы), а также по обрушению основных панелей 4 технологических блоков (массовые взрывы). Из них в течение года производили более 20 технологических взрывов с массой сближенных скважинных зарядов 5 ВВ, равной 1,5-16 т, и 5-7 массовых взрывов с массой сближенных скважинных зарядов 5 ВВ, составляющей 100-300 т и более. После взрывов в различных районах месторождения происходили спад и нарастание сейсмической энергии динамических явлений от 10² до 2,1·10⁶ Дж и более в несколько периодов времени.

Сейсмическая энергия взрывов, рассчитанная, как и энергия динамических явлений, по сейсмограммам, полученным на сейсмостанции "Таштагол", колебалась от 2·10⁶ до 7,2·10⁸ Дж.

Отмечено что сейсмическая энергия взрывов возрастала непропорционально росту массы зарядов 5 ВВ (например, граммонита 79/21) и на увеличение или снижение энергии взрывов неоднозначно реагировал массив 6 горных пород.

Для установления влияния энергетического параметра взрыва, выражающегося через энергетический коэффициент K_E, на удароопасность массива 6 проведены экспериментальные исследования в условиях Таштагольского месторождения при производстве массовых и технологических взрывов за период с 1984 по 1997 гг. Регистрация очагов взрывов и динамических явлений, оценка нарпяженно-деформированного состояния (НДС) массива 6 осуществлялась системой непрерывного регионального контроля микросейсмическим методом, а также электрометрическим методом и с помощью глубинных реперов.

Состояние массива 6 после каждого взрыва оценивалось энергетическим коэффициентом K_E, определяемым из выражения:

где E_в - сейсмическая энергия взрыва, Дж,
E_в = 10^к
K - показатель энергетического класса, равный K = 2,76·lgτ+2,24;
где τ - длительность сейсмического события, с;
A - полная удельная работа взрыва заряда ВВ, кал/кг;
Q_з - масса зарядов ВВ, кг,
по величине K_E судили о динамических явлениях в массиве.

В результате проведенных взрывов по подготовке и обрушению технологических блоков установлено, что величина энергетического коэффициента K_E изменялась от 10^-5 до 10^-3 и более, причем с увеличением K_E возрастала динамика в шахте, т.е. величина K_E показывала, что в зажатой или разгрузочной зоне массива горных пород произведен взрыв. При значениях K_E, близких к нулю, следует считать, что НДС массива не претерпело существенных изменений. При K_E, равном от 3,5·10^-4 до 10^-3 и более, массив находился в области упругих деформаций и в шахте происходили удары горно-тектонического типа, горные удары, микроудары и толчки, вызвавшие обрушения горных пород и бетонной крепи, деформирование арочной крепи, поднятие железнодорожных путей и т.п.

Контроль за изменением НДС массива 6 для сравнения осуществлялся электропрофилированием по полевым штрекам в районе отработки технологических блоков (см. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных к горным ударам. Новокузнецк, ВостНИГРИ, ВНИМИ, 1991).

За критерий удароопасности принят электрометрический коэффициент

где g_ср - среднее значение электросопротивления, Ом·м;
g_н - электросопротивление при неудароопасном состоянии массива, Ом·м.

Критерии удароопасности горного массива приведены в таблице.

Таким образом, экспериментальные исследования показали, что энерегетический коэффициент K_E наряду с электрометрическим коэффициентом K_S характеризует НДС массива горных пород при промышленных взрывах и может являться критерием удароопасности на месторождении.

Предложенный способ предупреждения о динамических явлениях при промышленных взрывах позволяет оперативно установить критерий удароопасности массива горных пород в пределах всего месторождения и предупредить динамические явления, что обеспечивает безопасность работ в шахте, при этом снижаются затраты на подготовительно-восстановительные работы в 1,5 раза.

Формула изобретения

Способ предупреждения о динамических явлениях при промышленных взрывах, заключающийся в том, что определяют величины напряжений и сейсмическую энергию динамических явлений в зоне контактов геологических структур массива горных пород, образуют в нем взрывные скважины, заряжают их зарядами взрывчатых веществ и производят взрывы, отличающийся тем, что удароопасное состояние массива горных пород после взрыва оценивают посредством энергетического коэффициента K_E, определяемого по формуле

где E_в - сейсмическая энергия взрыва, Дж, E_в = 10^K;
K - показатель энергетического класса, равный K = 2,76·lgτ+2,24, τ - длительность сейсмического события, с;
A - полная удельная работа взрыва заряда взрывчатого вещества, кал/кг;
Q_з - масса зарядов взрывчатых веществ, кг,
после чего по величине K_E судят о динамических явлениях в массиве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2