СПОСОБ ВЗРЫВНОГО ДРОБЛЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F42D3/04 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разрушении скальных горных пород.

Существенного улучшения экономического состояния горно-добывающих предприятий можно достичь за счет резкого снижения затрат на буровзрывные работы и повышения качества дробления горных пород, особенно когда речь идет о скальных горных породах. Это требует разработки и внедрения технических решений, коренным образом изменяющих технологию подготовки массовых взрывов, и использования при этом соответствующих технических средств и материалов. Одной из наиболее перспективных является технология заряжания скважин с формированием зарядов взрывчатого вещества в оболочках (пленочных рукавах), предусматривающая наличие зазора между зарядом и стенкой скважины.

Известны способы взрывного дробления горных пород, в которых заряды взрывчатого вещества (ВВ) или его части располагают с определенным зазором относительно стенки скважины [1, 2].

Известен также способ взрывания горных пород с использованием скважинных зарядов, расположенных с зазором относительно стенок скважины, в котором параметры зазора определяли из условия обеспечения снижения выхода мелких фракций разрушаемой горной породы (прототип) [3].

Однако как в аналогах, так и в прототипе не решен вопрос повышения эффективности разрушающего действия заряда ВВ, или, другими словами, не решен вопрос повышения коэффициента использования энергии заряда ВВ, то есть формирования необходимой зоны дробления.

В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности разрушающего действия заряда ВВ за счет увеличения коэффициента использования энергии заряда ВВ на дробление горных пород, что приведет к увеличению радиуса зоны дробления, а следовательно, и к увеличению объема разрушенных горных пород, а также к улучшению экологических показателей взрывного производства.

Поставленная задача решена двумя вариантами выбора размеров заряда ВВ с сохранением зазора между зарядом ВВ и стенкой скважины, а именно выбором объема заряда, выбором площади поперечного сечения заряда.

Поставленная задача решается тем, что в способе взрывного дробления скальных горных пород, включающем размещение заряда взрывчатого вещества или его части с зазором относительно стенки скважины и его взрывание, заряд ВВ или его часть располагают с не менее чем одним зазором относительно стенки скважины по ее длине, при этом объем заряда составляет 0,3-0,95 объема активного участка скважины; площадь поперечного сечения заряда ВВ выбирают из условия S_з=(1,13-2,84)r_скв ², м²; где r_скв - радиус скважины.

При этом зазор между зарядом и стенкой скважины расположен внутри активного участка скважины.

Кроме того, заряд ВВ располагают со сплошным кольцевым зазором относительно стенки скважины или с примыканием к стенке скважины.

Кроме того, заряд ВВ размещают в оболочке.

Кроме того, зазор заполняют веществом, акустическая жесткость которого меньше, чем у горных пород, например водой.

На фиг. 1-8 приведены схемы расположения заряда, где 1 - скважина, 2 - заряд, 3 - зазор, 4 - активный участок скважины l (участок, на котором непрерывно расположен заряд ВВ).

На фиг. 9 приведена функциональная зависимость R/R_c = f(r_скв/r_з) для различных пород и заполнителей оболочки вокруг заряда, где R - радиус зоны дробления при взрыве заряда с зазором; R_с - радиус зоны дробления при взрыве заряда без зазора; r_cкв и r_з - радиус скважин и радиус заряда соответственно; l - алевролит, вода; 2 - алевролит, воздух; 3 - песчаник, воздух; 4 - песчаник, вода (теоретические расчеты).

На фиг. 10 приведена функциональная зависимость R/R_c = f(r_скв/r_з) при взрывах зарядов в скважинах различного состояния: 1 - сухие; 2 - обводненные (результаты практических испытаний).

Проблему повышения технического уровня буровзрывного комплекса можно решить путем увеличения коэффициента полезного использования энергии взрыва, то есть радиуса зоны дробления.

Эту проблему изобретение решает путем использования технологии формирования зарядов ВВ и их расположения в скважинах с наличием зазора между зарядом и стенкой скважины (заряды можно формировать как непосредственно в скважинах, так и в оболочках (пленочных рукавах), если БВР необходимо проводить в обводненных скважинах). При этом одним из условий увеличения коэффициента полезного использования энергии взрыва, как доказали авторы изобретения, является соблюдение определенных закономерностей, а именно: при размещении заряда взрывчатого вещества или его части с зазором относительно стенки скважины объем заряда должен составлять 0,3-0,95 объема активного участка скважины или площадь поперечного сечения скважины нужно выбирать из условия S = (1,13-2,84)r², или радиус поперечного сечения заряда необходимо выбирать таким образом, чтобы R_з равнялся (0,55-0,95)r_скв.

Кроме того, как показано на фиг. 1-8, заряды в скважине могут быть размещены с кольцевым зазором (фиг. 1), с примыканием к одной стенке скважины (фиг. 3), с несколькими различными зазорами (фиг. 5), с зазором, расположенным внутри активного участка скважины.

Теоретические исследования динамического поведения системы показали, что продукты детонации (ПД)-заполнитель зазора-горная порода, а также соотношения параметров скважины и параметров заряда опираются, как правило, на упрощенные модели взаимодействующих сред и не позволяют адекватно описывать процессы, происходящие в данной системе. Поэтому для выявления особенностей развития процесса взрыва заряда ВВ, размещенного в скважине с зазором и с соблюдением условия R_з= (0,55-0,95)r_скв, использовано численное моделирование параметров взрыва с применением современных математических методов.

В основу математической модели положено уравнение состояния упруго-вязко-пластической среды, законы сохранения массы, количества движения и энергии, определяющие поведение ПД, заполнителей зазора между зарядом и скважиной (воды или воздуха) и горной породы.

Для вычислений использован метод конечных разностей второго порядка точности по пространственной и временной координатам с искусственной вязкостью сред. При этом фронт ударной волны заменяется тонким переходным слоем, в котором значения его параметров изменяются быстро, но без разрыва. Расчет выполнен для характерных условий угольных месторождений, вскрышные породы которых отрабатываются с использованием энергии взрыва.

Графические зависимости, доказывающие повышение коэффициента полезного использования энергии взрыва (радиуса зоны дробления) при наличии зазора и при выполнении условия R_з = (0,55-0,95)r_скв, приведены на фиг. 9. Что касается повышения коэффициента полезного использования энергии взрыва при соотношении объема заряда и объема активного участка скважины, равном 0,3-0,95, а также при соотношении площади поперечного сечения заряда и радиуса скважины, равном 1,13-2,84, то путем несложных математических преобразований можно получить аналогичные графические зависимости. Анализ показывает, что наличие водного или воздушного зазора между зарядом и стенкой скважины приводит к увеличению радиуса зоны дробления на 18-23 %.

Предлагаемая технология взрывного дробления была апробирована на угольных разрезах Кузбасса (Россия), а также на железорудном карьере Полтавского ГОКа при взрываний как сухих, так и обводненных скважин с использованием зарядов, размещенных в оболочках (пленочных рукавах).

Практическое использование предлагаемого технического решения подтвердило теоретические исследования авторов предлагаемого изобретения, о чем свидетельствуют графические зависимости, приведенные на фиг. 10.

Следует отметить, что все зависимости (см. фиг. 9 и 10) характеризуются наличием нечеткого оптимума. Для более слабых пород (алевролитов) эффект увеличения размеров зоны дробления взрывом зарядов с зазором немного выше, чем для крепких пород (песчаников, кварцитов). Например, расчет плотности породы (алевролита) после взрыва при r = 41r_з показывает, что наименьшее конечное значение плотности, а следовательно, максимальная степень разрушения породы отвечает зазору при r_скв/r_з = 1,22-1,38. Это объясняет оптимальность теоретических и экспериментальных зависимостей радиуса разрушения от величин зазора, приведенных на фиг. 9 и 10.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент Украины 24117, МПК⁶ F 42 D 3/00.

2. Волобуев В.К., Шаф И.Х. Технология взрывания обводненных пород на разрезах: Обзор/ ЦНИЭИуголь. - М., 1986. - 38 с.

3. Ратушный В.М., Радченко И.С. Определение радиального воздушного зазора между стенкой скважины и зарядом при взрывоподготовке окисленных руд. // Разработка рудных месторождений. - Киев, 1987. - С. 60-63.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разрушении скальных горных пород. Основным отличием от известных способов взрывного дробления скальных горных пород является размещение заряда ВВ с не менее чем одним зазором относительно стенки скважины по ее длине, при этом объем заряда составляет 0,3-0,95 объема активного участка скважины, площадь поперечного сечения заряда ВВ выбирают из условия S_з=(1,13-2,84)r_скв ², м², радиус поперечного сечения заряда ВВ выбирают из условия R_з=(0,55-0,95)r_скв, м. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разрушающего действия заряда ВВ за счет увеличения коэффициента использования энергии заряда ВВ на дробление горных пород. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Способ взрывного дробления скальных горных пород, включающий размещение заряда взрывчатого вещества или его части с зазором относительно стенки скважины и его взрывание, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества или его часть располагают с не менее чем одним зазором относительно стенки скважины по ее длине, при этом объем заряда составляет 0,3-0,95 объема активного участка скважины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества размещают с зазором относительно стенки скважины, который расположен внутри активного участка скважины. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества располагают со сплошным кольцевым зазором относительно стенки скважины. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества располагают с примыканием к стенке скважины. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества размещают в оболочке. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зазор заполняют веществом, акустическая жесткость которого меньше, чем у горных пород, например, водой. 7. Способ взрывного дробления скальных горных пород, включающий размещение заряда взрывчатого вещества или его части с зазором относительно стенки скважины и его взрывание, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения заряда взрывчатого вещества выбирают из условия
S_з=(1,13-2,84)r², [м²],
где S_з - площадь поперечного сечения заряда, м²;
r - радиус скважины, м. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества располагают со сплошным кольцевым зазором относительно стенки скважины. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества располагают с примыканием к стенке скважины. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества размещают в оболочке. 11. Способ по п.7, отличающийся тем, что зазор заполняют веществом, акустическая жесткость которого меньше, чем у горных пород, например, водой.