Способ взрывной отбойки полезных ископаемых и вмещающих пород на открытых горных работах и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к горному делу и, в частности, к открытой добыче полезных ископаемых способами взрывной отбойки. Способ включает замену единичных скважин большого диаметра эквивалентными по общей энергии пучками параллельно-сближенных скважин малого диаметра, у которых количество заряженных скважин изменяют на единицу в направлении от дна скважин к рабочей площадке уступа с шагом ΔL_i, определяемым по формуле. В каждом пучке общую величину заряда формируют переменной по высоте с уменьшением от дна скважин к рабочей площадке уступа. Бурение скважин в пучках осуществляют с помощью устройства, содержащего самоходный транспортно-силовой модуль и один или несколько несамоходных буровых модулей, связанных гибкой гидравлической системой. Несамоходный буровой модуль оборудован двумя или более гидроперфораторами. Его корпус выполнен в виде жесткого параллелепипеда и оборудован буровой рамой. Изобретение обеспечивает сокращение расхода ВВ и повышение эффективности экскавации. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и, в частности, к открытой добыче полезных ископаемых способами взрывной отбойки. Известен способ отбойки руд и пород единичными скважинами большого диаметра /1/.

Недостатком данного способа является несоответствие характера изменения линейной концентрации энергии в зарядах характеру изменения нагрузки на заряд по высоте уступа.

Наиболее близким по технической сущности способа и достигаемому результату является способ отбойки при подземной разработке месторождений пучками параллельно-сближенных скважин /2/.

Недостатком данного способа является одинаковая длина зарядов во всех скважинах пучка, что не позволяет регулировать величину линейной концентрации энергии в пучке по всей его длине. Известно устройство для взрывной отбойки полезных ископаемых и вмещающих пород, например шарошечный буровой станок СБШ-200-32, содержащий силовой модуль и буровой модуль, установленные на самоходном шасси /1/. Недостатком данного устройства является установка модулей на едином шасси, что не позволяет бурить одновременно несколько скважин.

Наиболее близким по технической сущности устройства и достигаемому результату является устройство, содержащее буровые каретки с несколькими гидроперфораторами, силовой и буровой модули, связанные гидравлической связью, установленные на одном самоходном шасси /3/. Недостатком данного устройства является невозможность обеспечить с максимальной вероятностью параллельность скважин и отсутствие грузовой системы, используемой для установки буров на точку забуривания, а также неприспособленность для бурения нисходящих скважин глубиной более 3,5 м.

Целью изобретения является сокращение расхода ВВ и повышение эффективности экскавации за счет снижения выхода негабарита и оптимизации формы навала отбитой горной массы.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе взрывной отбойки полезных ископаемых и вмещающих пород на открытых горных работах единичные сосредоточенные заряды большого диаметра заменяют эквивалентными по общей энергии пучками параллельно-сближенных скважин малого диаметра, у которых количество заряженных скважин изменяют на единицу в направлении от дна скважин (забоя) к рабочей площадке уступа с шагом равным ΔL_i. В результате линейная концентрация энергии по длине пучка параллельно-сближенных скважин малого диаметра изменяется по тому же закону, по которому изменяется реальная нагрузка на заряд. Поэтому устраняется перерасход ВВ на отбойку горной массы, повышается качество ее дробления и возрастает компактность навала отбитой горной массы, что приводит к снижению затрат на отбойку и улучшает условия экскавации.

Способ реализуется устройством для бурения пучков параллельно-сближенных скважин на открытых горных работах, содержащим самоходный транспортно-силовой модуль, включающий источник расхода, и несамоходный буровой модуль, связанные гибкой гидравлической системой - рукавами высокого давления, при этом несамоходный буровой модуль оборудован двумя или более гидроперфораторами, а его корпус выполнен в виде жесткого параллепипеда и оборудован буровой рамой, выполненной с возможностью перемещения по противоположным сторонам верхнего и нижнего оснований параллепипеда посредством ползунов, причем вертикальные стороны этой буровой рамы выполнены раздвижными, а соединения этих сторон с ползунами выполнены шарнирными. Одним из вариантов устройства для бурения пучков параллельно-сближенных скважин является оснащение его несколькими несамоходными буровыми модулями. Для бурения параллельных скважин с одной установки устройства (без его перемещения) гидроперфораторы размещены на податчиках, которые жестко закреплены на обеих коротких (горизонтальных) сторонах буровой рамы, по которым они могут перемещаться параллельно длинным сторонам этой рамы. Кроме того, вариантом устройства является выполнение его с двумя грузовыми рамами в нижней части, в плоскости каждой из которых расположены дискретные грузовые элементы в равном количестве в каждой раме, общий вес которых равен суммарному усилию подачи гидроперфораторов, установленных в буровой раме, а грузовые элементы верхней и нижней грузовых рам располагаются перпендикулярно друг другу. Также возможно придание грузовым элементам в обеих грузовых рамах способности перемещаться в плоскости грузовой рамы вдоль двух противоположных ее сторон, при этом грузовые элементы в нижней и верхней грузовых рамах выполнены с возможностью перемещения вдоль взаимно перпендикулярных сторон этих рам. Для увеличения площади обуривания с одной установки устройства для бурения пучков параллельно-сближенных скважин все горизонтальные элементы корпуса бурового модуля и буровой рамы выполнены раздвижными.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема расположения пучков параллельно-сближенных скважин малого диаметра на уступе, на фиг.2 - схема отбойки уступа пучком параллельно-сближенных скважин малого диаметра с переменной длиной заряда, на фиг.3 - схема установки устройства на уступе, на фиг.4 - транспортно-силовой модуль, на фиг.5 - устройство для бурения пучков параллельно-сближенных скважин.

Способ реализуется следующим образом.

Выполняют расчет параметров буровзрывных работ по принятым методикам для реальных горнотехнических условий и определяют: высоту уступа Н, м; берму безопасности с, м; угол откоса борта уступа α, град.; диаметр заряда в скважине большого диаметра D₀, м; величину линии сопротивления по подошве W, м; величину перебура l_n, м; глубину взрывных скважин L, м; длину забойки l_заб, м; длину заряда L_з=L-l_заб., м.

Исходя из типа горных пород, применяемого ВВ и технических возможностей буровой системы, определяют число скважин n₀ диаметром d_i в пучке скважин, эквивалентном по энергии заряду в скважине диаметром D₀:

расстояние между скважинами в пучке а_i принимают равным сумме радиусов зон бризантного действия R_бi смежных зарядов, рассчитываемых по известным методикам

Рассчитывается также шаг изменения на единицу числа заряженных скважин ΔL_i

и длина полностью заряженной части пучка скважин, равная длине перебура l_n

L_з0=l_n=Wctgα.

Бурение скважин диаметром d_i 1 в пучках 2 осуществляют любым известным способом (фиг.1). На современном уровне развития буровой техники наиболее целесообразны буровые установки с гидроперфораторами. После обуривания отбиваемого массива необходимым по условиям дробления количеством пучков скважин производят зарядные работы с применением известных средств зарядки и типов ВВ. В каждом пучке общая величина заряда (энергии) формируется переменной по высоте с уменьшением от дна скважины к рабочей площадке уступа. Достигается это тем, что на каждом уровне, кратном величине ΔL_i, количество заряженных скважин в пучке уменьшают на единицу. На участке от дна скважин 3 до уровня 4 L_з0 заряжают все скважины пучка (n). От уровня 4 до уровня 5 (ΔL_i) заряжают (n-1) скважин в пучке; от уровня 5 до уровня 6 заряжают (n-2) скважин, от уровня 6 до уровня 7 заряжают (n-3) скважин и т.д. до уровня рабочей площадки уступа 8, где остается одна заряженная скважина. Данный способ заряжания скважин в пучках выполняется с использованием известных зарядных установок или вручную, при этом длина заряда в каждой скважине, установленная расчетом, контролируется либо прямым измерением, либо по текущему расходу ВВ.

После заряжания производят взрывание пучков с использованием известных схем взрывания, но в каждом пучке все скважины обязательно взрывают одновременно. Эффект достигают за счет изменения концентрации энергии по высоте уступа, в соответствии с реальной нагрузкой на каждое элементарное сечение заряда, позволяющее избежать перерасхода энергии и ВВ, всегда возникающего при использовании традиционных способов отбойки уступов с наклонными откосами вертикальными скважинами.

Применительно к самым распространенным типам ВВ и диаметрам скважин гарантированная экономия ВВ, за счет приведения закона распределения энергии по высоте уступа в соответствие с законом снижения нагрузки на заряд, составляет 15-20%. Кроме того, при использовании предлагаемого способа не образуется зоны "нерегулируемого дробления" в верхней части уступа, так как энергия пучка скважин изменяется пропорционально реальной ЛИС по всей высоте уступа. Это позволяет подать необходимого количества энергии в упомянутую выше зону и тем самым существенно сократить выход негабарита за счет устранения причин его появления при традиционной технологии.

При традиционных способах отбойки образующийся по высоте уступа избыток энергии приводит к увеличению разброса отбитой горной массы, уменьшению компактности ее навала и, соответственно, к снижению показателей экскавации. Ликвидация избытка энергии по высоте уступов при использовании предлагаемого способа устраняет причины этих негативных явлений и будет способствовать увеличению компактности навала отбитой горной массы и потому - повышению эффективности экскавации.

Устройство состоит из самоходного транспортно-силового модуля 9 и несамоходного бурового модуля 10, связанных гибкой гидравлической системой - гидрорукавами 11 высокого давления (фиг.3).

Самоходный транспортно-силовой модуль 9 (фиг.4) состоит из источника расхода 12 (стандартная маслостанция), смонтированного вместе с двигателем (электрическим или дизельным) необходимой мощности 13 на самоходном колесном шасси 14, приводимом в движение тем же двигателем 13. В передней части силового модуля смонтировано два выдвижных бруса 15 по обеим сторонам самоходного шасси, предназначенных для транспортировки бурового модуля. Выдвижные брусья вводятся в транспортные петли 16, закрепленные на боковых стойках несамоходного бурового модуля (фиг.5).

Несамоходный буровой модуль 10 представлен корпусом 17, выполненным в виде жесткого параллелепипеда. Внутри корпуса 17 по направляющим 18, расположенным по противоположным сторонам верхнего 19 и нижнего 20 оснований перемещается прямоугольная подвижная буровая рама 21, на верхней и нижней сторонах которой жестко закреплены податчики 22, параллельные боковым вертикальным сторонам прямоугольной подвижной буровой рамы 21, параллельно которым они могут перемещаться в плоскости рамы. Вертикальные стороны прямоугольной подвижной буровой рамы 21 могут раздвигаться по длине и шарнирно соединены с ползунами 23, передвигающимися по направляющим 18. Это позволяет при необходимости устанавливать раму наклонно относительно вертикальной оси параллелепипеда для бурения наклонных пучков скважин. Количество скважин зависит от свойств разрушаемого массива и геометрических параметров рабочих уступов, значит размер обуриваемого участка рабочей площадки, в пределах которого размещаются все скважины пучка, может изменяться в достаточно широких пределах. В этом случае минимальное количество перестановок бурового модуля будет обеспечено, если горизонтальные размеры его корпуса можно изменить в соответствии с геометрией реальных пучков. Поэтому с целью минимума числа перестановок и повышения за счет этого эффективности бурения горизонтальные элементы корпуса 17 несамоходного бурового модуля 10 и прямоугольной буровой рамы 21 делают раздвижными.

На податчиках устанавливаются стандартные гидроперфораторы 24, оборудованные разъемными буровыми ставами 25, позволяющими бурить скважины необходимой по условиям разработки глубины.

Для обеспечения производительного бурения (весовой компенсации усилия подачи гидроперфораторов на забой) в нижней части корпуса 17, выполненного в виде жесткого параллепипеда, создается противовес, состоящий из двух грузовых рам - верхней 26 и нижней 27 - и двух групп - верхней 28 и нижней 29 - весовых элементов, общая масса которых равна суммарному усилию подачи всех смонтированных на прямоугольной буровой раме 21 податчиков 22 с гидроперфораторами 24. В верхней группе грузовые элементы выполнены подвижными относительно двух противоположных горизонтальных направляющих 30 верхней грузовой рамы 26, а в нижней группе весовые элементы выполнены подвижными относительно противоположных горизонтальных направляющих 31 нижней грузовой рамы 27.

Перемещая эти грузовые элементы в плоскости своих грузовых рам во взаимно перпендикулярных направлениях и фиксируя их в необходимых для соблюдения заданного паспорта бурения положениях, можно фиксировать положение бурового инструмента 32 в период забуривания, формируя направляющие ячейки в просветах между грузовыми элементами. На корпусе крепятся транспортные петли 16. По углам нижней части корпуса 17 несамоходного бурового модуля 10 установлены винтовые опорные домкраты 33 и уровни 34, которые обеспечивают установку модуля на точке бурения в вертикальном положении.

Работает устройство следующим образом.

- Размечают местоположение скважин по расчетному паспорту.

- Самоходным транспортно-силовым модулем доставляют к месту буровых работ несамоходные буровые модули в необходимом по техническим условиям количестве и устанавливают каждый из них на точку бурения пучка скважин.

- Самоходные транспортно-силовые модули соединяют гидрорукавами высокого давления с несамоходными буровыми модулями.

- Производят бурение в отбиваемом блоке, переставляя несамоходные буровые модули с помощью самоходных транспортно-силовых модулей.

- Снимают несамоходные буровые модули с точек бурения, производят заряжание и взрывание скважин.

Источники информации

1. Справочник Открытые горные работы. - М.: Горное Бюро, 1994, 583 с. (стр.152-153, 196-203).

2. Будько А.В., Закалинский В.М., Рубцов С.К., Блинов А.А. Совершенствование скважинной отбойки. - М.: Недра, 1981, 199 с. (стр.94-96, рис.34, 35, 36) (прототип).

3. Каплунов Д.Р., Левин В.И., Болотов Б.В. и др. Развитие подземной добычи при комплексном освоении месторождений. - М.: Наука, 1992, 253 с. (стр.158-160) (прототип).

Формула изобретения

1. Способ взрывной отбойки полезных ископаемых и вмещающих пород на открытых горных работах, включающий в себя бурение пучков параллельно-сближенных скважин, которыми заменяют эквивалентные единичные заряды большого диаметра, их заряжание и одновременное взрывание, отличающийся тем, что в каждом пучке параллельно-сближенных скважин общую величину заряда формируют переменной по высоте с уменьшением от дна скважин к рабочей площадке уступа, при этом на участке от дна скважин до линии наименьшего сопротивления по подошве уступа заряжают все скважины пучка, а далее количество заряженных скважин изменяют на единицу в направлении от дна скважин к рабочей площадке уступа с шагом, определяемым по формуле

где ΔL_i - шаг изменения на единицу числа заряженных скважин в пучке, м;

L - общая длина взрывной скважины, м;

α - угол откоса рабочего уступа, град.;

с - берма безопасности на рабочей площадке уступа, м;

d_i - диаметр скважин в пучке, м;

D₀ - диаметр эквивалентного единичного заряда, м.

2. Устройство для бурения пучков параллельно-сближенных скважин на открытых горных работах, содержащее самоходный транспортно-силовой модуль, включающий источник расхода, и несамоходный буровой модуль, связанные гибкой гидравлической системой – рукавами высокого давления, отличающееся тем, что несамоходный буровой модуль оборудован двумя или более гидроперфораторами, при этом корпус несамоходного бурового модуля выполнен в виде жесткого параллелепипеда и оборудован буровой рамой, выполненной с возможностью перемещения по противоположным сторонам верхнего и нижнего оснований параллелепипеда посредством ползунов, причем вертикальные стороны этой буровой рамы выполнены раздвижными, а соединения этих сторон с ползунами выполнены шарнирными.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно имеет несколько несамоходных буровых модулей.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что гидроперфораторы размещены на податчиках, которые жестко закреплены на обеих коротких, горизонтальных, сторонах буровой рамы, по которым они могут перемещаться параллельно длинным сторонам этой рамы.

5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что буровой модуль имеет в нижней части две грузовые рамы, в плоскости каждой из которых расположены дискретные грузовые элементы в равном количестве в каждой раме, общий вес которых равен суммарному усилию подачи гидроперфораторов, установленных в буровой раме, а грузовые элементы верхней и нижней грузовых рам располагаются перпендикулярно друг другу.

6. Устройство по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что грузовым элементам в обеих грузовых рамах придают способность перемещаться в плоскости грузовой рамы вдоль двух противоположных ее сторон, при этом грузовые элементы в нижней и верхней грузовых рамах выполнены с возможностью перемещения вдоль взаимно перпендикулярных сторон этих рам.

7. Устройство по любому из пп.2-6, отличающееся тем, что все горизонтальные элементы корпуса бурового модуля и буровой рамы выполнены раздвижными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5