Способ многорядного короткозамедленного взрывания

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих многорядное короткозамедленное взрывание (КЗВ) в массивах горных пород, в частности при взрывной подготовке породного массива к экскавации при открытой разработке полезных ископаемых и строительных материалов. Способ многорядного короткозамедленного взрывания включает бурение параллельных рядов скважин, заряжание их взрывчатым веществом с последующей забойкой, монтаж взрывной сети и ее инициирование. Поверхностные и скважинные замедлители для монтажа взрывной сети, выбираются по условию минимального количества зарядов, взрывающихся в интервалах 20 мс и минимальному коэффициенту вариации массы ВВ в этих группах на полном промежутке времени действия взрыва. Техническим результатом заявляемого способа является снижение сейсмического воздействия массового взрыва скважинных зарядов с обеспечением необходимой степени дробления массива горных пород перед экскавацией за счет рационального сочетания номиналов в комплекте поверхностных и скважинных замедлителей. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих многорядное короткозамедленное взрывание (КЗВ) в массивах горных пород, в частности при взрывной подготовке породного массива к экскавации при открытой разработке полезных ископаемых и строительных материалов.

Известен способ короткозамедленного взрывания с центральным расположением магистрального ряда детонации поверхностных устройств неэлектрической системы инициирования. Для управления взрывом используют ударно-волновые трубки с пиротехническими замедлителями. Взрывная сеть монтируется в виде «елочки» из «ствола», проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него вправо и влево «ветвей». Каждая скважина центрального ряда инициируется последовательно друг за другом через 42 мс. С отставанием на 25 мс попарно инициируются скважины, располагающиеся рядами вправо и влево от центрального ряда. Таким образом, по мнению авторов, одновременно инициируется не более двух скважин, располагающихся в одном ряду вправо и влево от центрального ряда. Для гарантированного устранения подбоя скважин устанавливаются внутрискважинные замедления номиналом до 500 мс. (Рубцов С.К., Ершов В.П., Бибик И.П., Кустиков Т.П. Особенности применения неэлектрических систем инициирования на карьере Мурунтау. Горный информационно-аналитический бюллетень «Взрывное дело» - М.: Мир горной книги», 2007. - С. 342-345). Установка поверхностных замедлений, управляющих последовательностью инициирования скважинных зарядов сочетанием замедлений в 25 и 42 мс, по мнению авторов, позволяет формировать развал, удобный для экскавации горной массы и снижает пиковую нагрузку на массив продуктами детонации и тем самым уменьшает сейсмическое и ударно-воздушное воздействие на близлежащие объекты.

Недостаток данного способа состоит в том, что при многорядном взрывании пиротехнические скважинные детонаторы с номиналом 500 мс, у которых разброс времени срабатывания составляет до 9% приводит к тому, что при указанных номиналах поверхностных замедлителей значительно большее, чем 2 скважинных заряда будут взрываться в интервале 20 мс, а следовательно сейсмическое действие взрыва будет увеличиваться.

Известен способ короткозамедленного взрывания пород эмульсионными и гранулированными взрывчатыми веществами с использованием неэлектрических систем инициирования (патент Республики Казахстан KZ (13) А4 (11) 25144(51) F42D 1/00 (2010.01) F42D 3/04, опубликованный 15.12.2011, бюл. №12) при котором монтируют взрывную сеть в виде «елочки» из «ствола», проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него «ветвей» так, что породы любой крепости взрывают с применением замедлений, интервалы которых в «стволе» и в «ветвях» определяют по формулам:

t_ств=108-5ƒ; t_вет=70-3ƒ,

где: t_ств - интервал замедлений в «стволе» взрывной сети, мс; t_вет - интервал замедлений в «ветвях», мс; ƒ - крепость породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Недостаток способа в том, что основной его целью является только качество дробления массива, без учета сейсмического воздействия. При сочетании замедлителей 65 и 42 мс, как указано в изобретении, удается взрывать соседние заряды с промежутком около 20 мс. При этом авторы не учитывают разброс времени срабатывания не только поверхностных замедлителей, но и скважинных, которые дают значительно большую погрешность в порядке взрывов скважинных зарядов.

Способ короткозамедленного взрывания в породах любой крепости должен создавать условия для рационального дробления массива с обеспечением минимального сейсмического воздействия на охраняемые объекты. Теоретически это условие достигается выбором такого сочетания номиналов поверхностных и скважинных замедлителей, которые бы обеспечивали минимальное количество зарядов, взрывающихся в интервале 20 мс. (В соответствии с п. 843 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах» считается, что взрыв нескольких зарядов ВВ в интервале 20 мс считается как заряд, взорванный одновременно, с усилением сейсмического эффекта).

Техническим результатом заявляемого способа является снижение сейсмического воздействия массового взрыва скважинных зарядов с обеспечением необходимой степени дробления массива горных пород перед экскавацией за счет рационального сочетания номиналов в комплекте поверхностных и скважинных замедлителей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе многорядного короткозамедленного взрывания, включающим определение параметров буровзрывных работ, выбор ВВ и средств инициирования (СИ), бурение параллельных рядов скважин, заряжание их взрывчатым веществом с последующей забойкой, выполняют монтаж взрывной сети и короткозамедленное взрывание, согласно изобретению комплект СИ, в который входят поверхностные и скважинные замедлители для монтажа взрывной сети, проводят на основании расчета критериев n_max и V_m при различных сочетаниях номиналов замедлений. В качестве критериев при сравнении вариантов приняты максимально возможное количество зарядов в группе, попадающих при взрыве в интервал 20 мс (n_max, шт) и коэффициент вариации массы ВВ в этих группах (V_m, %), который определяет относительный разброс случайной величины и показывает, какую долю среднего значения этой величины составляет ее средний разброс.

Этот критерий используется на том основании, что в статистике существует приближенная эмпирическая оценка события. Если показатель вариации V_m≤33%, то статистическая совокупность считается однородной.

В рассматриваемом нами случае это означает, что общая масса ВВ будет равномерно распределена по группам на всем протяжении взрыва.

Различные соотношения поверхностных и скважинных замедлений приводят к различному распределению суммарной массы скважинных зарядов по интервалам одновременности. Неравномерность их распределения влечет за собой неравномерность распределения локальных пиков скоростей смещений, что с точки зрения сейсмического воздействия массового взрыва является неблагоприятным. Очевидно, что при одинаковой глубине скважин и, соответственно, одинаковой массе заряда в скважинах коэффициент вариации массы будет равен коэффициенту вариации количества зарядов в группах.

Наиболее благоприятным с точки зрения сейсмического воздействия взрыва является случай равномерного распределения общей массы ВВ по группам. Такая ситуация возможна только при высокоточном полностью электронном инициировании, когда каждому скважинному заряду можно запрограммировать соответствующее время взрыва. Использование пиротехнических замедлений в поверхностной сети и, тем более, внутри скважин предопределяет случайный характер формирования групп. Поэтому коэффициент вариации такой случайной величины, как масса заряда в группе, будет V_m>0. Чем больше коэффициент вариации, тем больше интенсивность сейсмического воздействия взрыва.

Выбор комплекта поверхностных замедлений с рациональным сочетанием номиналов, обеспечивающих рациональную степень дробления массива, осуществляется расчетом по известной зависимости времени замедления между смежными зарядами в поперечных (дочерних) рядах (Мосинец, В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. - М.: Недра, 1976. - 271 с.)

где W - линия наименьшего сопротивления м; С - скорость продольной волны в массиве горных пород, м/с.

На основании расчета τ₂ выбирается замедлитель ближайший по номиналу из числа изделий, выпускаемых промышленностью.

На фиг. 1 показана схема монтажа поверхностной сети при КЗВ, в которой W принимается как расстояние между последовательно взрываемыми зарядами в поперечных (дочерних) рядах.

В качестве примера проведем выбор замедлителей для монтажа взрывной сети при подготовке породы с коэффициентом крепости по проф. М.М. Протодъяконову ƒ=9, с сеткой скважин а=6,5 м; b=6,5 м; W=6,5 m.

Скорость продольной волны в массиве горных пород 1800 м/с.

По формуле (1) определяем τ₂=72 мс. Выбираем из параметрического ряда ТУ Искра-П τ₂=67 мс.

Время срабатывания применяемых замедлителей подчиняется нормальному закону распределения с известными параметрами: τ₁, τ₂, τ₃ - соответственно номинальные замедления между скважинами магистрального продольного ряда, между скважинами в дочерних поперечных рядах и внутрискважинное замедление, мс; σ₁, σ₂, σ₃ - соответствующие среднеквадратические отклонения, мс. Через s₁, s₂, s₃ обозначим соответствующие случайные отклонения от номиналов, мс.

Время t_i срабатывания i-го заряда в каждой отдельной последовательности будет складываться из времени срабатывания предыдущего заряда данной последовательности t_i-1, случайного времени отклонения скважинного замедлителя s₃ от своего номинала и случайного времени срабатывания поверхностного замедлителя , где в зависимости от положения заряда в схеме соединения могут принимать значения τ₁, s₁ или τ₂, s₂. Поэтому случайное время срабатывания заряда будет определяться рекуррентной формулой

В данной записи индекс i соответствует положению рассматриваемого скважинного заряда относительно предыдущих более ранних замедлителей по пути движения инициализирующего импульса в соответствии с поверхностной схемой монтажа взрывной сети.

В общем случае любой схеме соединения зарядов можно поставить в соответствие прямоугольную таблицу, в ячейках которой будет представлено случайное время срабатывания капсюля-детонатора каждого отдельного заряда.

Результаты расчетов сравнительных показателей устройств «Искра-Т» и «Искра-С» при различных сочетаниях поверхностных замедлений представлены в таблице 1, в которой выделены (затемнены) ячейки, которые соответствуют преимущественному сочетанию поверхностных замедлений при сравнении рассматриваемых типов скважинных капсюлей-детонаторов.

В таблице 1 жирным курсивом выделены соответствующие значения коэффициента вариации, которые показывают, что при использовании скважинных устройств с электронным замедлением возможность обеспечения равномерности взрыва зарядов значительно больше, чем при использовании пиротехнических устройств. При всех вариантах сочетаний, за исключением τ₁=350, τ₂=176, устройство «Искра-Т» имеет преимущество перед устройством «Искра-С» как по количеству зарядов в максимальной группе, так и по равномерности распределения общей массы ВВ по группам. Отмеченное исключение связано с практически точным двукратным отношением поверхностных номиналов.

Из сравнения комбинации вариантов в таблице 1 видно, что при использовании в поперечных (дочерних) рядах поверхностных замедлителей Искра-П (τ₂=67 мс), в магистральном ряду наиболее предпочтительно использование τ₁=350 мс или 176 мс, где V_m имеет минимальные значения. Тогда при скважинном замедлителе Искра-Т (τ₃=1000 или 2000 мс) в течение всего времени взрыва одновременно могут взорваться от 1 до 4 зарядов, а при использовании, скважинного замедлителя Искра-С с такой же комбинацией номиналов замедлений в поверхностной сети в течение всего времени взрыва одновременно могут взорваться от 3 до 7 зарядов, т.е. почти в два раза больше и сейсмическое действие взрыва будет сильнее.

Таким образом, использование скважинных капсюлей-детонаторов с электронным замедлением практически при всех сочетаниях номиналов поверхностных пиротехнических устройств замедления обеспечивают снижение максимального количества одновременно взрываемых зарядов в группе и более равномерное распределение групп во времени. Полученная оценка максимального количества зарядов в группе и коэффициента вариации массы ВВ в группах позволяет рекомендовать выбор комбинации скважинных и поверхностных замедлений при проведении взрывных работ, в результате которых можно ожидать снижение сейсмического воздействии массового взрыва.

Пример конкретного выполнения способа.

Взрывание на разрезе «Кедровский» горного массива, разделенного на две части, проводили на горном участке №1, горизонт 79-84 в забое блок 147 в забое экскаватора Р&Н-2800 №152. Для проведения эксперимента был использован типовой блок породного массива, включающего песчаник крепостью ƒ=9 по шкале М.М. Протодьяконова. Категория пород по блочности IV. Бурение скважин, диаметр которых составлял 216 мм, проводилось буровыми станками D-50KS №77, 91. Глубина скважин составляла от 13 до 26 м. Сетка скважин квадратная с расстоянием между скважинами 6,5 м и расстоянием между рядами скважин 6,5 м. Количество продольных рядов скважин составляло от 4 до 7. Расчетное количество ВВ типа РПГИ-100 составило 208309 кг. Удельный расход ВВ в среднем составил 0,833 кг/м³, что в тротиловом эквиваленте составляет 0,667 кг/м³. Скважины глубиной от 13 до 18 м, общим количеством 157 шт. были заряжены сплошными зарядами, а в 196 скважинах глубиной от 18 до 26 м формировались рассредоточенные заряды.

Блок был условно разделен на экспериментальную контрольную части, на которых схема инициирования взрывной сети монтировалась с использованием различных замедляющих устройств «Искра».

На контрольном участке блока глубина скважин переменная и составляла от 13 до 21 м. Монтаж сети производился по расчету ООО «КРУ Взрывпром» и применяемой на разрезе технологии. Использовались поверхностные замедлители «Искра-П-200» в магистрали, «Искра-П-109» в поперечных рядах и скважинные замедлители «Искра-С-2000» в каждой части скважинного заряда.

На экспериментальном участке блока глубина скважин составляла 20-21 м. При монтаже сети рекомендовано было использовать поверхностные замедлители «Искра-П-176» в магистрали, «Искра-П-67» в поперечных рядах и в каждой части скважинного заряда скважинные детонаторы с электронным замедлением «Искра-Т-2000».

Взрыв фиксировали высокоскоростной видеокамерой Casio Exilim Pro EX-Fl со скоростью видеосъемки 600 кадров в секунду. Медленный просмотр видеосъемки позволил установить направление и характер движения развала.

При проведении взрыва на расстоянии 900 м были установлены сейсмодатчики, фиксирующие скорость колебания земной поверхности

При оценке результатов наблюдений и измерений сейсмического эффекта взрыва установлено, что на контрольной части блока в некоторых местах заряды взрывались с опережением основной части развития взрыва. Это свидетельствует о разбросе моментов срабатывания замедлителей «Искра-С-2000». Скорость колебания земной поверхности на расстоянии 900 м от взрыва составила от контрольной части взрыва 14,8 мм/с, а на экспериментальной соответственно 13,1 мм/с, что 11,5% меньше и в соответствии с заявляемым техническим решением свидетельствует о более равномерном распределении массы ВВ и меньшем количестве зарядов, взрывающейся в 20 мс интервале.

Способ многорядного короткозамедленного взрывания, включающий бурение параллельных рядов скважин, заряжание их взрывчатым веществом с последующей забойкой, монтаж взрывной сети и ее инициирование, отличающийся тем, что поверхностные и скважинные замедлители для монтажа взрывной сети выбираются по минимальному количеству зарядов, взрывающихся в интервалах 20 мс, и минимальному коэффициенту вариации массы ВВ в этих группах на полном промежутке времени действия взрыва.