СПОСОБ МОНТАЖА ВЗРЫВНОЙ СЕТИ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ТРУДНОВЗРЫВАЕМЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2000 года по МПК F42D1/04 F42D3/04 

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к способам взрывания, и может быть использовано для дробления горных пород при добыче полезных ископаемых, строительстве - проведении траншей, котлованов.

Существуют горные массивы, которые сложены из крупных блоков, окаймленных со всех сторон трещинами с большим коэффициентом расчлененности - так называемая "сухая каменная кладка", когда трещины полностью или почти полностью вычленяют блоки в массиве. Коэффициент расчлененности является отношением площади трещин, вычленяющих блок, к площади боковой поверхности граней блока.

К "сухой каменной кладке" относятся породы с величиной коэффициента расчлененности 0,7...1,0. Трещины отделяют блоки друг от друга; объем трещин может быть заполнен воздухом, водой, льдом, песком, глиной и другими горными породами. Такие породы наиболее трудны для разрушения взрывом и относятся к трудновзрываемым породам.

Общеизвестны способы дробления трудновзрываемых пород (см., например, "Справочник взрывника". Москва, Недра, 1988 г., стр. 261), включающие многорядное бурение скважин, зарядку взрывчатым веществом, установку боевиков, монтаж взрывной сети детонирующим шнуром, короткозамедленное взрывание треугольной, трапециевидной, порядной, диагональной и др. схемами.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное дробление горных пород. При короткозамедленном взрывании трещины массива не позволяют реализовать совместное взрывание соседних зарядов.

Известен способ рыхления горных пород (см., например, а.с. 1783270 F 42 D 1/00), включающий бурение рядов скважин, параллельных бровке уступа по прямоугольной сетке, заряжание их зарядами BB и короткозамедленное взрывание, начиная со скважины ближнего к бровке уступа ряда, причем скважины в рядах разделяют на группы из двух скважин и взрывают сначала в первом ряду группу через одну, затем с замедлением
T > (3-5)B, мс,
где T - время замедления, миллисекунд (мс);
B - расстояние между скважинами, м,
одновременно взрывают оставшиеся группы скважин первого ряда и находящиеся за ним группы скважин второго ряда, затем с тем же замедлением взрывают оставшиеся скважинные заряды.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное дробление трудновзрываемых горных пород.

Образующиеся при взрыве ударные волны и волны напряжений гасятся близлежащими к зарядам трещинами, что не позволяет получать эффективного дробления.

Наиболее близким по технической сущности является способ взрывной отбойки полезных ископаемых (см., например, N 1113655 F 42 D 3/00), включающий многорядное бурение пучков параллельно сближенных скважин направленного и равностороннего действия, заряжания их взрывчатым веществом и короткозамедленное взрывание, причем заряды взрывчатого вещества направленного и равностороннего действия чередуют в ряду. При этом заряды равностороннего действия каждой последующей ступени замедления в ряду располагают в точке пересечения линий расположения зарядов с биссектрисой угла, образованного боковой поверхностью воронки дробления зарядов направленного действия и плоскостью обнажений, полученной в процессе взрыва, а взрывание их в ряду производят с замедлением по отношению к зарядам направленного действия.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное дробление трудновзрываемых горных пород.

При взрыве с замедлением трещины в массиве горных пород не позволяют реализовать совместное действие соседних зарядов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего повышение степени дробления трудновзрываемых горных пород.

Поставленная задача решается следующим образом.

Способ, включающий бурение скважин по многорядной сетке, заряжание скважин взрывчатым веществом и установку боевиков, монтаж взрывной сети детонирующим шнуром, детонирование капсюлем-детонатором, а для решения поставленной задачи при монтаже взрывной сети боевики скважинных зарядов подсоединены детонирующим шнуром в группы по четыре штуки с источником детонации от одного центрального узла детонирующих шнуров группы, а центральные узлы детонирующих шнуров групп подсоединены попарно детонирующим шнуром в подгруппы и к середине детонирующего шнура между подгруппами размещают капсюль-детонатор таким образом, чтобы общая длина отрезков детонирующего шнура каждого боевика до капсюля-детонатора была одинаковой между всеми в комплекте с допускаемой погрешностью не более 50 мм. Кроме того, взрывную сеть подгруппы подсоединяют через замедлители к магистральному детонирующему шнуру с капсюлем-детонатором.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются:
- боевики зарядов при монтаже взрывной сети детонирующим шнуром соединяют в группы с источником детонации от одного центрального узла детонирующих шнуров группы.

Данное техническое решение обеспечивает строгое одновременное взрывание зарядов в группе.

В крупноблочных породах не участвуют в разрушении волны напряжений, так как они отражаются от трещин первых двух-трех блоков (по А.Ханукаеву трещина шириной > 2 мм полностью отражает волны напряжений). Этим и объясняется малая эффективность короткозамедленного взрывания. При короткозамедленном взрывании переизмельчаются блоки, примыкающие к заряду за счет неоднократного прохождения волн напряжений и не разрушаются наиболее удаленные блоки, находящиеся посредине между зарядами. Фактически разрушение крупноблочных массивов с большим коэффициентом расчлененности происходит за счет соударения блоков. При короткозамедленном взрывании трещины массива не позволяют реализовать совместное действие соседних зарядов. Одновременное взрывание позволяет реализовывать встречность и одновременность соударений и реализовать совместное действие соседних зарядов в частях массива, находящихся посредине между скважинами, в результате чего существенно улучшается дробление породы.

Наибольший эффект разрушения наблюдается, когда скважины расположены равномерно по прямоугольной сетке. В этом варианте наиболее удаленные части массива находятся в центре прямоугольника и на эту часть массива воздействуют одновременно заряды с четырех сторон, что и приводит к хорошему дроблению. Были проведены опыты на открытых горных работах в трудновзрываемых породах, которые подтвердили вышеуказанное;
- центральные узлы детонирующего шнура групп соединяют попарно детонирующим шнуром в подгруппы и к середине подключают капсюль-детонатор таким образом, чтобы общая длина отрезков детонирующего шнура каждого боевика до капсюля-детонатора были одинаковы между собой с допускаемой погрешностью < 50 мм. Данное техническое решение позволяет взрывать одновременно четыре группы, что уменьшает расход средств взрывания и повышает качество дробления. Для взрывания массива может быть использовано несколько таких комплектов, соединенных попарно между собой. При этом необходимо соблюдать, чтобы общая длина отрезков детонирующего шнура каждого боевика до капсюля-детонатора была бы одинаковой с допускаемой погрешностью < 50 мм. Это обеспечивает строгое одновременное взрывание всего заряженного массива горных пород. Проведенными экспериментами установлено, что разница в длинах отрезков менее 50 мм не оказывает существенного влияния (при скорости детонации детонирующего шнура 7000 м/с), а при разнице 200 - 500 мм приводит к нестабильности качества дробления. При монтаже взрывной сети можно достигнуть точности измерения 50 мм без каких-либо затруднений;
- взрывную сеть подгруппы соединяют через замедлитель к магистральному детонирующему шнуру с капсюлем-детонатором.

Данное техническое решение позволяет вести взрывные работы при ограничении массы одновременно взрываемого заряда по сейсмоэффекту. При этом заряды в группах взрываются одновременно и достигается эффект дробления трудновзрываемых горных пород.

Сущность предлагаемого технического решения.

Строгое одновременное взрывание всего комплекта скважин в массиве, что обеспечивает дробление блочной структуры массива за счет соударения. Применение замедлителей между группами одновременно взрываемых зарядов снижает сейсмический эффект.

Пример выполнения монтажа взрывной сети по предлагаемому способу показан на фиг. 1, 2 и 3, где на фиг. 1 показана принципиальная схема монтажа взрывной сети с одновременным взрыванием комплекта зарядов от одного капсюль-детонатора; фиг. 2 - то же с дублированием от соседних групп; фиг. 3 - тоже с применением короткозамедленого взрывания подгрупп при ограничении предельного заряда по сейсмоэффекту.

Массив из трудновзрываемых горных пород разбуривают скважинами по многорядной сетке. Диаметр скважин, расстояние между ними, их глубину и величину заряда определяют опытным или расчетным путем. При монтаже взрывной сети из четырех близлежащих скважин по прямоугольной сетке (опытами установлено, что это наиболее рациональная схема объединения близлежащих зарядов) образуют группу 1 зарядов 2 с боевиками 3 (фиг. 1). Боевики 3 попарно соединяют между собой детонирующим шнуром 4. Середины детонирующих шнуров соединяют между собой, образуя узел 5 из детонирующих шнуров, являющийся источником детонации для каждой группы 1 зарядов. Причем длина детонирующих шнуров 4 от узла 5 до боевика 3 для всех зарядов строго одинакова и определяется инструментально.

Узлы 5 детонирующих шнуров соседних групп попарно соединяют между собой детонирующими шнурами 6, образуя подгруппу зарядов из восьми штук. К середине детонирующего шнура 8 присоединяют вторую подгруппу зарядов детонирующих шнуров 7, также состоящую из восьми зарядов, и узлы присоединения будут являться источниками детонационной волны для обеих подгрупп.

В середине детонирующего шнура 7 между подгруппами могут присоединять капсюль-детонатор, если количество одновременно взрываемых зарядов менее шестнадцати штук. Если количество зарядов более, например (как показано на фиг. 1), чем шестьдесят четыре, производят монтаж взрывной сети для всех групп аналогичным образом. Взрывание всего комплекта зарядов производят одним капсюль-детонатором 10. Условием успешного ведения взрывных работ, как показали промышленные эксперименты, является то, чтобы длины всех соединяющих отрезков детонирующих шнуров от капсюль-детонатора 10 до каждого боевика 3 в комплекте были равны между собой и допускаемая погрешность в длинах не превышала 50 мм.

Для повышения стабильности группы могут соединяться между собой как показано на принципиальной схеме (фиг. 2). Кроме того, узлы 5 групп могут соединяться в подгруппах дополнительным детонирующим шнуром (дополнительный детонирующий шнур не показан).

При ведении взрывных работ при ограничениях предельного заряда по сейсмоэффекту подгруппы могут присоединяться к капсюль-детонатору 10 магистральным детонирующим шнуром 11 через замедлители 12 (фиг. 3).

Пример выполнения способа монтажа взрывной сети для дробления трудновзрываемых горных пород. При детонации капсюль-детонатора 10 взрывной импульс по детонирующему шнуру передается на боевик 3. По условию монтажа взрывной сети сумма всех отрезков взрывной сети от капсюль-детонатора 10 до боевика 3 в любой из групп 1 одинакова. Одновременно взрываются все заряды в группе. Одновременно происходит выход ударной волны сжатия в горную породу и начало распора зарядной скважины с образованием радиальных трещин вокруг скважины. Скважины и наполненные газом трещины образуют так называемую эквивалентную полость (для цилиндрических - скважинных зарядов ее радиус равен 6 - 12 радиусам скважины); происходит перемещение пород в сторону дневной поверхности.

Ударные волны действуют на расстоянии 5...8 радиусов заряда, после чего перерождаются в упругие волны напряжения. Часть упругих волн напряжений отражается естественной трещиноватостью, а часть волн при своем движении встречается в центре. При этом происходит встреча от взрывов четырех зарядов. Напряжения в горной породе центральной части при встрече волн от взрыва четырех зарядов приумножаются, что ведет к образованию трещин. Одновременно идет процесс встречного перемещения горных пород от четырех зарядов. Для блочных пород, когда часть энергии ударных волн отражается трещинами, основное разрушение, как показывают эксперименты, происходит за счет соударения блоков горных пород. Равномерное расположение скважинных зарядов и одновременный их взрыв обеспечивает соударение блочных горных пород и их дробление.

Для уменьшения сейсмического воздействия комплект скважинных зарядов при монтаже взрывной сети разделяют на серию взрывов с замедлениями (фиг. 3). При этом одновременно последовательно взрываются несколько групп, что позволяет растянуть взрыв по времени и уменьшить сейсмичность. Процесс взрыва зарядов в группе происходит аналогичным образом, описанным выше.

Способ относится к взрывным работам, а именно к способам взрывания, и может быть использован для дробления горных пород при добыче полезных ископаемых, строительстве, проведении траншей и котлованов. Способ, включающий бурение скважин по многорядной сетке, заряжание скважин взрывчатым веществом, установку боевиков, монтаж взрывной сети детонирующим шнуром, детонирование капсюлем-детонатором. Отличие заключается в том, что при монтаже взрывной сети боевики скважинных зарядов соединяют детонирующим шнуром в группы по четыре штуки с детонированием от одного центрального узла, образованного детонирующими шнурами группы, а центральные узлы групп соединяют попарно детонирующим шнуром в подгруппы, к середине детонирующего шнура между подгруппами подключают капсюль-детонатор, причем сеть монтируют так, чтобы общая длина отрезков детонирующего шнура каждого боевика до капсюля-детонатора была одинаковой с допускаемой погрешностью не более 50 мм. Кроме того, взрывную сеть подгруппы могут подсоединять через замедлитель к магистральному детонирующему шнуру с капсюлем-детонатором. Способ обеспечивает повышение степени дробления трудновзрываемых горных пород, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ монтажа взрывной сети для дробления трудновзрываемых горных пород, включающий бурение скважин по многорядной сетке, заряжание скважин взрывчатым веществом и установку боевиков, формирование взрывной сети детонирующим шнуром, детонирование капсюля-детонатора, отличающийся тем, что при монтаже взрывной сети боевики скважинных зарядов подсоединяют детонирующим шнуром в группы по четыре штуки с детонированием от одного центрального узла, образованного детонирующими шнурами группы, а центральные узлы групп подсоединяют попарно детонирующим шнуром в подгруппы, в середине детонирующего шнура между подгруппами размещают капсюль-детонатор так, чтобы общая длина отрезков детонирующего шнура каждого боевика до капсюля-детонатора равнялась между собой и с допускаемой погрешностью не более 50 мм. 2. Способ монтажа взрывной сети для дробления трудновзрываемых горных пород по п.1, отличающийся тем, что взрывную сеть подгруппы подгруппы подсоединяют через замедлитель к магистральному детонирующему шнуру с капсюлем-детонатором.