СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК E21C37/04 F42D3/04 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при взрывном разрушении скальных и полускальных пород на карьерах.

Известен способ дробления горных пород [1], включающий бурение в разрушаемом блоке скважин, размещение в них ВВ различной мощности, средств взрывания и забойки, монтаж взрывной сети с обеспечением короткозамедленного инициирования групп скважин и их взрыв.

Недостатком такого способа является невысокая эффективность ведения работ, так как бурение осуществляется с малой скоростью и большой энергоемкостью, а дробление крепких пород осуществляется со значительным расходом ВВ.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ дробления горных пород [2], который включает бурение в разрушаемом блоке групп скважин, размещение в них зарядов ВВ, средств взрывания и забойки, монтаж взрывной сети с обеспечением короткозамедленного инициирования групп скважин и их взрывание.

Недостатком известного способа является низкая эффективность ведения работ, так как бурение скважин осуществляется с малой скоростью и большими энергозатратами, а дробление крепких пород обеспечивается значительным расходом ВВ.

Целью изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ за счет предварительного снижения прочности пород разрушаемого блока и проведения в нем скоростного бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе дробления горных пород, включающем бурение в разрушаемом блоке групп скважин, размещение в них зарядов ВВ, средств взрывания и забойки, монтаж взрывной сети с обеспечением короткозамедленного инициирования групп скважин и их взрывание, предварительно устанавливают границу двух сопряженных блоков, параллельно этой границе в разрушаемых блоках бурят группы дополнительных скважин, размещают в них заpяды ВВ с ультракороткозамедленным инициированием, обеспечивающим дилатансионное разупрочнение пород разрушаемого блока и взрывают эти заряды.

В известных технических решениях (авт.св. N 946294, 951927, 951928, 999729, 1052021, 1034466, 1152346, 1275942, 1475301, 1538659, 1559836 и до. кл. Е 21 С 37/00) отсутствуют признаки, сходные с признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа, поэтому предложенное техническое решение обладает существенными отличиями.

При осуществлении предлагаемого способа дробления горных пород, признаки отличающие данный способ от прототипа создают предварительное снижение прочности пород разрушаемого блока, что позволяет в дальнейшем повысить скорость бурения остальных основных скважин блока, увеличить размер сетки бурения и уменьшить расход ВВ на дробление породы, снизить трудозатраты.

На фиг. 1 представлена схема размещения зарядов для предварительного снижения прочности породы блока; на фиг. 2 - схема размещения зарядов дробления разуплотненной породы блока.

Способ дробления горных пород реализует следующим образом:
предварительно устанавливают границу 1 двух сопряженных блоков, подлежащих дроблению. Параллельно этой границе 1 в сторону уступа 2, бурят группу дополнительных скважин 3, в которые размещают заряды ВВ, средства взрывания и забойку. Заряды ВВ дополнительных скважин 3 инициируют с ультракоротким замедлением, величина которого зависит от динамических характеристик породы и определяется так, чтобы взрывная волна каждого последующего заряда опаздывала на время нарастания давления в волне от предыдущего взрыва.

В результате взрыва зарядов 3 происходит разупрочнение породы блоков I и II, согласно экспериментальным данным, на 10-25%, и образование дополнительной обнаженной поверхности 4. После этого осуществляют скоростное бурение (т.к. прочность породы уменьшилась) остальных основных скважин 5 блоков I и II или скважин 5 каждого блока в отдельности. В скважины 5 размещают ВВ, формируя заряды дробления, средства взрывания и забойку. Монтируют взрывную сеть 6 с обеспечением короткозамедленного инициирования групп зарядов скважин 5. Затем осуществляют взрыв зарядов дробления.

Смысл понятия ультракороткозамедленного инициирования зарядов скважин 3 заключается в том, что интервал замедления его расположен в диапазоне меньшем, чем диапазон обычно используемого в горной промышленности короткозамедленного инициирования, обеспечиваемого различными промышленно выпускаемыми средствами замедления действия от 10 мс и более, дилатансионным разупрочнением породы называют снижение прочности породы под воздействием неравномерной пространственной нагрузки, сопровождающееся изменением межмолекулярных связей в кристаллической структуре основного минерального вещества и межзернового цемента горных пород.

Пример конкретной реализации способа выполнен для условий взрывного дробления породы на карьере N 9 Витебского СПМК треста "Союзмелиовзрывпром".

Порода карьера представлена песчаниками средней прочностью 1200 кг/см². Отработка месторождения производится уступами высотой по 15 м.

Согласно известным нормативам (см., например, Нормативный справочник по буровзрывным работам. М.: Недра, 1975) породы такой прочности относятся к II категории по М.М.Протодъяконову и к Х категории по СНиПу.

С целью повышения эффективности буровзрывных работ, т.е. реализации поставленной цели изобретения требуется так спланировать элементы способа в центральной группе скважин 3, расположенных симметрично относительно границы двух сопряженных блоков I и II, чтобы в этих блоках, подлежащих в дальнейшем обуриванию и взрыванию категория пород по буримости и взрываемости снизилась до ближайшей низшей категории, т.е. III по М.М.Протодъяконову и IX по взрываемости. Согласно упомянутому выше (см. например, "Нормативный справочник". ..) это значит, что средняя прочность породного массива сопряженных блоков I и II должна быть снижена до 1000 кг/см².

Известно (см., например, А.В.Михалюк. Торпедирование и импульсный гидроразрыв пластов. Киев: Нау. думка, 1986), что изменение прочности породы под влиянием импульсного нагружения зависит от неравномерности приложенной нагрузки. Если характеризовать прочность породы таким стандартным показателем на прочность на одноосное сжатие, то ее величина в породах, испытавших нагружение с неравномерностью ζ=σ₃/σ₁ , определяется соотношением
σ₀ = (1) где c и ϕ - сцепление и угол внутреннего трения в породе в естественном состоянии (при одноосном сжатии);
В - экспериментальный коэффициент.

Используя выражение(1), легко найти требуемое значение ζ, отвечающее заданному снижению прочности песчаника. Действительно, если для естественного состояния породы ее прочность σ_o равна
σ₀ = 1200 = , , (2) то после импульсного воздействия с неравномерностью ζ она должна составить 1000 кг/см², т.е.

= 1000 = (3)
Приняв на основании исследований, изложенных в упомянутой работе (авт. Михалюк А.В.) значение В равным 1,12 и разделив почленно (2) и (3), получим после несложных преобразований
ζ = ln = ln = -0,1625
Такая неравномерность напряженного состояния породы может быть достигнута в результате суперпозиции двух взрывных волн, смещенных по фазе на время нарастания давления (см. там же, рис. 55,б). Определим этот интервал замедления, полагая, что волновые процессы излучаются двумя соседними зарядами группы скважин 3, расположенных симметрично относительно границы двух сопряженных блоков.

Время нарастания давления во взрывной волне, получаемой скважинным зарядом, определится соотношением
t_н = a + b_нr, (4) где а_н и b_н - экспериментальные коэффициента, значения которых для пород прочностью 1200 кг/см² составят
а_н = 0,60˙10^-5 с/кг^1/2;
b_н = 0,12˙10^-3 с/м;
r - расчетное расстояние до границы блока, подлежащего разрушению.

Параметры БВР по традиционной технологии (см. прототип, он же базовый объект) на карьере N 9 Витебского СПМК треста "Союзмелиовзрывпром" были определены по известным рекомендациям (см., например, "Нормативный справочник по буpовзpывным работам". М.: Недра, 1975 г., табл. 65, с. 93) и составляли: Q = 300 кг; q = 0,52 кг/м³; α = 1,0; а = 6,2 м; d_скв = 215 мм; Н = 15 м. Где Q - масса заряда в скважине; q - удельный расход аммонита N 6 ЖВ; а - линия сопротивления по подошве; d_скв - диаметр скважины; Н - высота уступа.

Взрывание зарядов производилось поблочно, при этом в каждом блоке было расположено семь рядов скважин перпендикулярно уступу (см. фиг. 2). Исходя из этого, расчетное расстояние до границы обрабатываемого по предлагаемому способу блока равно (см. фиг. 1)
r = 6,5 х 6,9^х = 44,85 м, где 6,9^х - расстояние между скважинами в разупрочненном блоке (см. ниже).

Подставляя значение Q и r в выражение (4), найдем
t_н = 0,6 · 10^-5· + 0,12 · 10^-3· 44,85 = 5,48 · 10^-3c
Таким образом, необходимый интервал замедления взрыва зарядов скважин 3 составляет всего 5,48 мс, что значительно (почти в два раза) ниже диапазона короткозамедленного взрывания (10 мс и выше). Такой интервал замедления осуществляли мерным отрезком детонирующего шнура длиной
l_дш = t_н˙ D = 5,48˙10^-3 х 6,5˙10³ = 35,6 м где D - скорость детонации ДШ, D = 6500 м/с.

Таким образом, взрывание группы зарядов скважин 3 с замедлением 5,48 мс приводит к тому, что в блоках I и II (см. фиг. 1, 2) категория пород по СНиПу понижается до IX. Опытно-промышленная проверка предлагаемого способа на карьере N 9 подтвердила расчетные параметры способа, что позволило:
1. Расширить сетку скважин с 6,2х6,2 до 6,9х6,9 м (что соответствует рекомендациям см. , например, "Нормативный справочник по буровзрывным работам". М.: Недра, 1975), что уменьшило объем бурения при подготовке блока к взрыванию на 23,8%;
2. Увеличить скорость бурения на 22% (что соответствует рекомендациям см. , например, тот же "Нормативный справочник по БВР", данные для станков 2СБШ-2 м, диаметр скважин 215 см);
3. Снизить выход негабарита с 5% до 2%;
4. Снизить затраты по бурению и расходу ВВ на 1 м³ дробленной горной массы.

Все это способствует повышению эффективности буровзрывных работ и отвечает цели изобретения.

Использование: взрывное разрушение скальных пород на карьерах. Сущность изобретения: предварительно устанавливают границу двух сопряженных блоков, подлежащих дроблению. Параллельно этой границе в разрушаемых блоках бурят группы дополнительных скважин, размешают в них разряды взрывчатого вещества (ВВ), средства зрыывания и забойку. Данные заряды инициируют с ультракоротким замедлением. В результате происходит дилатансионное разупрочнение пород в разрушаемых блоках. Затем в разрушаемых блоках проводят скоростное бурение основных взрывных скважин и осуществляют взрывное дробление пород. 2 ил.

СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение в разрушаемом блоке групп скважин, размещение в них зарядов ВВ, средств взрывания и забойки, монтаж взрывной сети с обеспечением короткозамедленного инициирования групп скважин и их взрывание, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности буровзрывных работ за счет предварительного снижения прочности пород разрушаемого блока и проведения в нем скоростного бурения, предварительно устанавливают границу двух сопряженных блоков, параллельно этой границе в разрушаемых блоках бурят группы дополнительных скважин, размещают в них заряды ВВ с ультракороткозамедленным инициированием, размещают в них заряды ВВ с ультракороткозамедленным инициированием, обеспечивающим дилатансионное разупрочнение пород разрушаемого блока, и взрывают эти заряды.