СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ВЗРЫВОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ БЕРМЫ УСТУПА В КАРЬЕРЕ Российский патент 1994 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых в условиях скальных и полускальных пород, а также в гидротехническом строительстве.

Известен способ защиты законтурного массива от сейсмического действия взрывов предварительно пройденной экранирующей щелью (Галустьян Э.Л. и др. Обеспечение устойчивости откосов в глубоком карьере. Горный журнал, 1983, N 7, с. 50-54). Вдоль наклонной поверхности откоса нерабочего уступа на всю его высоту проходят экранирующую щель, после чего отрабатывают приконтурную заходку. Недостаток способа - малая мощность экранирующего слоя, который образуется в результате сбойки между двумя скважинными зарядами контурного ряда. В лучшем случае она равна 0,5 диаметра скважины, т.е. составляет максимально 0,1-0,15 м. Положительный эффект - отделение извлекаемой породы из законтурного массива и формирование ровной поверхности откоса. Сейсмическое действие взрыва такая щель снижает не более чем на 20%.

Известны также способы отработки уступов на карьере, включающие формирование буферной зоны перед фронтом распространения взрывной волны с целью защиты законтурного массива от сейсмического действия взрыва [1]. Последние ряды скважин бурят с обратным (относительно откоса отстраиваемого уступа) наклоном и взрывают в них заряды ВВ до отработки последней заходки. Угол наклона скважин к горизонту α =130^о - β, где β - угол откоса уступа.

Недостатки способа:
так как откос уступа не "отрезан" от массива, первый ряд скважин разрушит верхнюю бровку оформляемого уступа;
отсутствие обнаженной поверхности для взрывов в последующих рядах скважин затруднит работу зарядов ВВ, отрыв произойдет хаотично и откос не будет оформлен согласно проекту;
величину угла α определяют без учета механических свойств горных пород.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки приконтурной полосы с проходкой экранирующей щели в верхней части объединяемого нерабочего уступа. В способе предусматривается частичное экранирование массива в верхней части уступа и отработка нижней его части по традиционной технологии [2].

Недостатки способа:
глубину щели принимают ориентировочно, вне зависимости от высоты зоны, подлежащей защите от взрывов;
малая мощность экрана, не обеспечивающая необходимой сейсмической защиты законтурного массива.

Цель изобретения - повысить эффективность защиты от взрыва верхней части уступа при обеспечении оптимального угла откоса уступа.

Для осуществления этой цели наклон щели в верхней части уступа устанавливают из условия:
α ₁≅ α _пл , (1) где α₁ - угол наклона щели, град.;
α_пл - проектный угол откоса уступа с плоским профилем, град.; глубину ее определяют из выражения;
l_min = , где l_min - минимально необходимая глубина отрезной щели, м;
а - ширина предохранительной бермы, м;
ρ - угол естественного откоса дробленых пород, град., после формирования щели формируют буферную зону путем взрывания части скважин рыхления, причем глубину этих скважин соизмеряют с глубиной щели на отрабатываемом горизонте, ориентируют их под углом, обратным углу откоса уступа, который определяют из выражения
μ = 90^о - ϕ , (2) где μ - оптимальный угол наклона между осями щели и буферной скважины, м;
ϕ - угол внутреннего трения пород, слагающих уступ, град., а отбойку пород ведут в направлении восстания откоса уступа.

Автору не известны способы защиты от взрывов предохранительных берм, в которых минимально необходимую глубину экранирующей щели устанавливают в зависимости от максимально возможной сработки верхней бровки уступа в результате осыпеобразования; угол наклона скважин буферной зоны принимают с учетом закономерностей геомеханики, согласно которым наиболее благоприятные условия разрушения пород реализуются между двумя поверхностями, составляющими по В.В. Соколовскому два семейства.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение защищаемого участка борта с предохранительной бермой шириной а; на фиг.2 - план участка со схемой размещения щели и скважин буферной зоны.

До отработки приконтурной заходки 1 бурят контурный ряд скважин, взрывают в них заряды ВВ и проходят экранно-отрезную щель 3. Эта щель необходима для оконтуривания и защиты верхней части 4 нерабочего уступа с предохранительной бермой 5. При определении минимально необходимой глубины щели 3 исходят из следующего. Верхняя часть уступа имеет две обнаженные поверхности 5 и 7, поэтому породы наиболее восприимчивы к дробящему и сейсмическому действию взрывов. При полном разрушении и выветривании пород призмы 4 берма 5 полностью срабатывается. Оставшаяся за контуром 6 порода располагается под углом естественного откоса ρ. Следовательно, деформации не распространяется ниже поверхности 6. Что касается нижней части уступа 8, то она находится в благоприятных условиях (обнажена только со стороны откоса), поэтому не требует усиленной защиты.

Таким образом, минимально необходимая глубина щели обусловливается:
шириной предохранительной бермы а;
величиной угла ρ естественного откоса дробленых пород;
величиной угла α ₁ наклона щели и определяется из равенства (1).

Одновременно с бурением скважин для проходки щели 3 бурят наклонные скважины 2 буферной зоны. Взрывы в скважинах 2 производят при наличии щели 3, так как последняя служит экраном для законтурного массива и является дополнительной поверхностью обнажения. Следует подчеркнуть, что при расположении скважин 2 под углом μ (2) достигается максимальный эффект от работы зарядов ВВ:
заряд не испытывает зажима со стороны боковых пород;
подрезаемый с двух сторон блок легко разрушается малым зарядом;
сейсмовзрывные волны обтекают поверхность откоса 7, не проникая в законтурный массив.

Придание щели угла наклона α ₁, угол α _пл, принятый проектом в результате расчетов, не вызовет уменьшения общего угла откоса уступа, если нижнюю его часть заоткосить под вертикальным углом экранно-отрезной щелью 9. Это допустимо, так как нижняя часть уступа, как отмечалось выше, устойчива, что подтверждается практикой. Положительный эффект - одновременно с повышением устойчивости уступа сокращается объем вскрышных пород, заключенных между плоским и выпуклым профилями уступа. Отработку заходки и заоткоску нижней части уступа осуществляют по авт.св. N 752001. В тех случаях, когда α₁= α _пл, нижнюю часть откоса уступа 10 оформляют, например, разноглубокими наклонными или вертикальными скважинами.

Скважины буферной зоны бурят порядно, на расстоянии 5-6 м в ряду и между рядами (в зависимости от диаметра скважин расстояния корректируют). Вначале взрывают заряды в скважинах 11-го ряда, затем, с заземлениеми 70-100 мс, - 12-го ряда.

П р и м е р. В условиях Ковдорского карьера, борта которого сложены эффузивными породами с углом естественного откоса 38^о и внутреннего трения 36^о, определить минимально необходимую глубину щели при высоте нерабочих сдвоенных уступов 24 м и проектном угле откоса 60^о. Заоткоску уступов осуществляют буровым станком СБШ-250 МН. Ширина бермы 10 м.

В верхней части сдваиваемого уступа проходят щель глубиной
l_min = = 17 м.

После формирования щели тем же буровым станком бурят и взрывают скважины буферной зоны. Угол наклона скважин определяют исходя из величины угла μ:
μ = 90 - 36 = 54^о.

Угол наклона скважин к горизонту при μ=54^о составляет около 60^о. Буферную зону формируют взрывами в двух рядах наклонных скважин с расстоянием между ними 5 м и глубиной, соизмеримой с глубиной щели. Взрывание ведут порядно, с отбойкой пород в направлении восстания откоса уступа.

Преимущества предлагаемого способа в сравнении с известным следующие:
обоснована минимально необходимая глубина экранно-отрезной щели. При рекомендованной глубине щель полностью защищает верхнюю часть уступа, подверженную процессам осыпеобразования;
наличие буферной зоны, мощность которой может составить 10 м и более, обеспечивает надежную защиту законтурного массива, в том числе и верхнюю бровку уступа, от сейсмического воздействия взрывов;
при необходимости уменьшить проектный угол откоса уступа в верхней части (которая часто недостаточно устойчива из-за наличия перебуров в скважинах, пробуренных с отметки надбермового горизонта) путем придания уступу двугранного профиля можно уменьшение угла в верхней части уступа компенсировать увеличением его в нижней части, которая более устойчива.

Способ ориентирован на нерабочие уступы с минимальной шириной предохранительных берм.

Изобретение может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Бурят контурные скважины для предварительного щелеобразования при заоткоске нерабочих уступов и формируют буферную зону с целью защиты верхней части уступа от сейсмического действия взрывов. Глубину щели устанавливают из условия полной защиты потенциальной зоны разрушения бермы при максимально возможной ее сработке в результате осыпеобразования по математической зависимости. Буферные скважины глубиной, соизмеримой с глубиной щели, располагают по отношению к откосу уступа под углом, обеспечивающим максимальное дробление пород буферной зоны при одновременном обтекании сейсмическими волнами этой поверхности. 2 ил.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ВЗРЫВОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ БЕРМЫ УСТУПА В КАРЬЕРЕ, включающий бурение контурных скважин и скважин рыхления, заряжание их и порядное взрывание, отбойку пород, формирование наклонной щели в верхней части уступа, отработку горной породы горизонта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от взрывов верхней части уступа при обеспечении оптимального угла откоса уступа, наклон щели в верхней части уступа устанавливают из условия
α₁ ≅ α_пл ,
где α - угол наклона щели, град.;
α_пл - проектный угол откоса уступа с плоским профилем, град.,
глубину ее определяют из выражения
l_min = ,
где l_min - минимально необходимая глубина отрезной щели, м;
a - ширина предохранительной бермы, м;
ρ - угол естественного откоса дробленых пород, град.,
после формирования щели формируют буферную зону путем взрывания части скважин рыхления, причем глубину этих скважин соизмеряют с глубиной щели на отрабатываемом горизонте, ориентируют их под углом, обратным углу откоса уступа, который определяют из выражения
μ = 90^o - ϕ ,
где μ - оптимальный угол между осями щели и буферной скважины, град.;
ϕ - угол внутреннего трения пород уступа, град., а отбойку пород ведут в направлении восстания откоса уступа.