СПОСОБ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ СКАЛЬНЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД И ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к буровзрывным работам и может использоваться для добычи полезных ископаемых при взрывной подготовке скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, в частности угла, на месторождениях, разрабатываемых открытым способом.

Известен способ взрывной обойки скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, включающий бурение шпуров или скважин, заряжение их взрывчатым веществом (ВВ) и взрывание (Кутузов Б.Н. Взрывные работы. М. Недра, 1980, с. 4).

Недостатком известного способа являются значительные потери полезного ископаемого при его применении вследствие переизмельчения, разброса и перемешивания со вскрышными породами, а также некачественное дробление вмещающих пород и большой расход ВВ. Кроме того, при взрывании промышленных ВВ образуется значительное количество ядовитых газов, что отрицательно сказывается на экологических факторах.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности взрывных работ и улучшение экологических условий при добыче полезных ископаемых.

Техническим результатом изобретения является улучшение детонационной способности взрывчатых смесей, сокращение их расхода и снижение уровня выделения ядовитых газов.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата возможны по крайней мере два основных варианта осуществления изобретения.

Для первого варианта в известном способе взрывной отбойки скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, включающем бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом, во взрывчатое вещество предварительно вводят угольный порошок и дополнительно вводят жидкие нефтепродукты в объеме 1-4% а угольный порошок вводят в объеме 2-20% с фракциями размером от 3˙10^-5 до 1˙10^-3 м и содержанием витринита от 75 до 99 мас.

Для второго варианта в известном способе взрывной отбойки скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, включающем бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом, во взрывчатое вещество предварительно вводят угольный порошок и дополнительно вводят жидкие нефтепродукты в объеме 1-4% а угольный порошок вводят в объеме 2-20% с фракциями размером от 3˙10^-5 до 1˙10^-3 м и содержанием витринита от 75 до 99 мас. и в объеме до 30% с фракциями размером от 1˙10^-3 до 3˙10^-3 м.

В дополнение к первому и второму основным вариантам, возможен вариант осуществления изобретения, в котором целесообразно, чтобы в качестве взрывчатого вещества использовалась аммиачная селитра.

При ведении взрывных работ известными способами в зависимости от степени сопротивления горного массива используют различные типы ВВ (граммониты, гранулиты, игданиты, водонаполненные ВВ и т.д.). При этом требуется значительный расход ВВ, что обуславливает значительный уровень выделения ядовитых газов (окислов углерода и азота) при взрывании. Кроме того, игданиты, например, обладают низкой детонационной способностью из-за расслаивания компонентов ВВ (стекание жидкого нефтепродукта), что создает предпосылки для ненадежной детонации и неполного выделения энергии при взрыве.

Введение наполнителя в ВВ или аммиачную селитру в виде угля различного фракционного и петрографического состава, особенно в больших количествах (более 50%) приводит у ухудшению детонационной способности взрывчатых смесей вплоть до выгорания зарядов при использовании простейших ВВ. Кроме того, из-за различной плотности угля и компонентов ВВ не всегда обеспечивается равномерность смешивания составляющих взрывчатую смесь веществ, что снижает эффективность взрывных работ.

Введение, в соответствии с двумя основными вариантами осуществления изобретения, в состав взрывчатого вещества наряду с угольным порошком дополнительно жидких нефтепродуктов в объеме 1-4% обеспечивает равномерность смешивания компонентов взрывчатой смеси без значительного снижения ее взрывного импульса. Применение при этом угольного порошка с фракциями размером от 3˙10^-5 до 1˙10^-3 м в объеме от 2 до 30% и содержанием витринита 75-99 мас. для введения во взрывчатое вещество, в том числе и в аммиачную селитру, позволяет увеличить взрывной импульс заряда и значительно снизить выделение ядовитых газов при взрывании.

Введение во взрывчатое вещество согласно второму основному варианту осуществления изобретения дополнительно до 30% по объему угольного порошка с фракциями размером от 1˙10^-3 до 3˙10^-3 м улучшает условия перемешивания ее компонентов, позволяет регулировать объем заряда и сокращать зону нерегулируемого дробления массива, что особенно важно при взрывании мягких пород и пород средней крепости.

Кроме того, применение угольного порошка в качестве наполнителя в указанных выше фракционных составах и объемах улучшает детонационную способность взрывчатых смесей за счет полноты детонации зарядов и способствует стабилизации таких ВВ, как игданиты.

По методике ВостНИИ (Вещества взрывчатые промышленные. Метод определения эффективности действия ВВ для скважинных зарядов обжатием свинцового цилиндра и высотой подброса груза, Кемерово, 1989) на испытательном стенде оценивалась эффективность действия взрыва смесей из штатных ВВ или селитры с угольным наполнителем различного фракционного и петрографического состава. Объем заряда во всех опытах был равен 1000 см³. Критерием эффективности действия взрыва служило обжатие свинцового цилиндра, который устанавливался под массивной наковальней, над поверхностью которой располагались испытуемые заряды указанного объема в оболочке из влажного песка. Толщина оболочки и промежуточный детонатор подбирались заранее такими, чтобы обеспечивалась полнота взрывчатого превращения заряда. Результаты проведенных испытаний представлены в табл.1.

Из табл. 1 видно, что эффективность действия взрыва взрывчатых смесей с углем, размеры частиц которого не превышают 10^-3 м, выше при содержании в нем витринита более 75% в то время как для взрывчатых смесей с содержанием угля с размерами частиц более 10^-3 м эффективность действия взрыва примерно остается одинаковой и независима от петрографического состава угля.

По вышеуказанной методике ВостНИИ на стенде оценивалась эффективность действия взрыва взрывчатых смесей в зависимости от процентного содержания в них угля с размерами частиц от 3˙10^-5 до 3˙10^-3 м. Объем заряда во всех опытах был равен 1000 см³. Результаты проведенных испытаний представлены в табл.2.

Из табл.2 видно, что при содержании в ВВ 1-2% угля эффективность взрывчатой смеси по сравнению со штатными ВВ (граммонит 79/21 30,1 мм, игданит 28 мм) практически не снижается. В то же время при содержании в граммоните 79/21 угля более 50% а в игданите и аммиачной селитре более 10-20% обжатие свинцового столбика соответствует его обжатию от промдетонатора, т.е. детонация взрывчатых смесей с большим количеством угля протекает в режиме неполного взрывчатого превращения из-за его разброса в процессе взрыва и выгорания. При этом введение 2% угля в игданит предотвращает стекание жидкой горючей добавки, т.е. стабилизирует ВВ.

Эффективность действия взрыва взрывчатых смесей, получаемых при смешивании 1 кг ВВ с углем, в зависимости от фракционного состава угля определялась также на вышеуказанном стенде ВостНИИ. Результаты испытаний представлены в табл.3.

Из табл. 3 видно, что введение угля с размерами частиц менее 10^-3 м повышает взрывной импульс заряда из чистого граммонита, а с увеличением размера частиц угля более 10^-3 м изменяет взрывной импульс в сторону его уменьшения, при этом эффективность действия взрыва взрывчатых смесей с угольным наполнителем фракционного состава 1˙10^-3 3˙10^-3 м больше эффективности смесей, содержащих уголь с размерами частиц более 3˙10^-3 м.

Отбор проб продуктов взрыва для определения ядовитых газов производился после взрыва штатных ВВ и взрывчатых смесей с угольным наполнителем во взрывной камере емкостью 90м³ в соответствии с методом определения объема и состава продуктов взрыва. (Поздняков З.Г. Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания, М. Недра, 1977. с. 188-190). Результаты проведенных испытаний представлены в табл.4.

Из табл.4 видно, что при взрывании взрывчатых смесей с углем образуется в 1,5-3 раза меньше ядовитых газов (окислов углерода и азота), чем при взрывании ВВ без угля. При этом резкое снижение ядовитых газов происходит при взрывании взрывчатых смесей, содержащих уголь с размерами частиц менее 1˙10^-3 м.

Для определения влияния жидких нефтепродуктов на бризантные свойства взрывчатых смесей с угольным наполнителем были проведены их испытания с помощью стальных колец в соответствии с методом определения бризантности пробой Гесса (Светлов Б. Я. Яременко Н.Е. Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ. М. Недра, 1973, с.133-134).

Из табл. 5 видно, что при содержании жидких нефтепродуктов выше 4% в составах взрывчатой смеси с угольным наполнителем бризантность смеси резко снижается, в то время как при содержании жидкого горючего в этих смесях на уровне 1-4% независимо от количества угля в составах заряда она остается примерно одинаковой.

В основу способа заложена зависимость взрывчатого превращения ВВ с угольным наполнителем от взрывчатых свойств угля, которые определяются его петрографическим составом и размером частиц, обуславливающих скорость и полноту его сгорания. Известно, что высокое содержание витринита в угле повышает взрывчатость его пыли, а размер частиц угля меньше 10-3 м обеспечивает попадание его при смешивании с ВВ или АС в их межгранульное пространство, что повышает плотность заряда, вследствие чего в процессе взрывания возрастает взрывной импульс взрывчатой смеси и снижается количество ядовитых газов за счет полного участия угля в детонации. В то же время уголь с размером частиц более 1˙10^-3 м является в основном инертным материалом, т.к. для его полного сгорания требуется очень много времени из-за его малой удельной поверхности. Поэтому он частично участвует во взрывчатом превращении ВВ и лишь позволяет изменять взрывной импульс смеси в сторону его уменьшения за счет снижения расхода ВВ и служит адсорбентом для снижения выхода ядовитых газов.

В связи с этим использование во взрывчатых смесях мелкого угля или его комбинации с крупным позволяет регулировать взрывной импульс заряда как в сторону его повышения, так и в сторону его уменьшения в зависимости от крепости пород при одновременном снижении уровня выделения при взрывании ядовитых газов.

Взрывную отбойку скальных вскрышных пород и полезного ископаемого производят следующим образом. По горно-геологическим условиям определяют расположение скважин или шпуров и производят бурение. Предварительно измельченный уголь заданного фракционного состава в объеме от 2 до 50% в зависимости от типа ВВ и сопротивления массива вместе с добавкой жидких нефтепродуктов в объеме 1-4% смешивают с ВВ или аммиачной селитрой на стационарных или передвижных установках. При этом для взрыва крепких пород в ВВ вводят угольный порошок с размером фракций от 3˙10^-5 до 1˙10^-3 м и в объеме от 2 до 20% в зависимости от типа ВВ и взрывчатого вещества, а при взрывании средних и слабых пород вместе с мелкодисперсным углем вводят угольный порошок с размерами частиц от 1˙10^-3 до 3˙10^-3 м до 50% по объему вместе с мелкодисперсным наполнителем, в соответствии с местом расположения и типом заряда ВВ относительно полезного ископаемого, структурно-прочностными показателями вмещающих пород и глубиной скважин. Взрывание скважин производят обычным способом.

На стенде ВостНИИ были проведены испытания взрывчатых смесей с угольным наполнителем приготовленным в соответствии с предлагаемым способом. Результаты испытаний приведены в табл.6.

Как следует из табл.6, применение изобретения позволяет обеспечить повышение эффективности взрыва при сокращении расхода ВВ и значительном снижении уровня выделения ядовитых газов. Таким образом подтверждается возможность достижения указанного выше технического результата.

Способ взрывной отбойки скальных вскрышных пород и полезного ископаемого может быть с наибольшей эффективностью применен при добыче угля на месторождениях, разрабатываемых открытым способом.

Изобретение относится к области техники, связанной с буровзрывными работами и может быть использовано для добычи полезных ископаемых при взрывной подготовке скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, в частности угля, на месторождениях, разрабатываемых открытым способом. Согласно изобретению при проведении работ по взрывной отбойке скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, включающих операции по бурению скважин, заряжению их взрывчатым веществом с предварительно введенным в него угольным порошком, во взрывчатое вещество дополнительно вводят жидкие нефтепродукты в объеме 1-4%, а угольный порошок вводят в объеме 2-20% с фракциями размером от 3·10^-5 до 1·10^-3 и содержанием витринита от 75 до 99 мас.%. В другом варианте во взрывчатую смесь дополнительно вводят в объеме до 30% угольный порошок с фракциями размером от 1·10^-3 до 3·10^-3 м. Кроме того, в качестве взрывчатого вещества возможно использование аммиачной селитры. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ взрывной отбойки скальных вкрышных пород и полезного ископаемого, включающий бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом, отличающийся тем, что во взрывчатое вещество вводят угольный порошок и вводят жидкие нефтепродукты в объеме 1-4% а угольный порошок вводят в объеме 2-20% с фракциями размером от 3·10^-5 до 1·10^-3 м. 2. Способ взрывной отбойки скальных вскрышных пород и полезного ископаемого, включающий бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом, отличающийся тем, что во взрывчатое вещество вводят угольный порошок и вводят жидкие нефтепродукты в объеме 1-4% а угольный порошок вводят в объеме 2-20% с фракциями размером от 3·10^-5 до 1·10^-3 м, в объеме до 30% с фракциями размером от 1·10^-3 до 3·10^-3 м. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что во взрывчатое вещество вводят угольный порошок с содержанием витринита от 75 до 99 мас. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого вещества используют аммиачную селитру.