СПОСОБ ОТБОЙКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В ПОДЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2004 года по МПК E21C41/16 F42D3/04 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом при этажном и подэтажном обрушении блоков полезного ископаемого.

Известен способ отбойки полезных ископаемых при выемке целиков (см. а.с. № 870718), включающий бурение в целике рядов скважин, параллельных двум поверхностям обнажения и ориентированных от одного фланга целика, примыкающего к массиву горных пород, к другому, размещение в скважинах зарядов ВВ и последовательное разрушение целика взрыванием зарядов ВВ на параллельные поверхности обнажения.

Недостатком указанного способа является то, что при большой высоте этажа отбиваемого блока при современном буровом оборудовании имеет место отклонение вертикальных скважин в ряду от заданного направления. При этом вертикальные скважины одного ряда на глубине пересекаются со скважинами другого ряда и при их взрывании снижается надежность и нарушается требуемая очередность взрывания зарядов ВВ, что может привести к некачественному дроблению полезного ископаемого.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ отбойки полезных ископаемых в подземных условиях (см. Ефремовцев Н.С., Машуков В.И., Кононов, Покровский Б.В., Санько А.Т., Захарюта Г.В., Бабко И.П. Совершенствование технологии буровзрывных работ с учетом геолого-структурных особенностей массива. - Горный журнал, № 5, 1981, с.42-42), включающий обуривание блока между зажимающей средой и компенсационной камерой параллельными рядами встречно направленных нисходящих и восходящих скважин с недобуром в центральной части блока по вертикали, заряжание их зарядами ВВ и порядное взрывание.

Недостатком указанного способа являются высокие затраты на буро-взрывные работы (большой объем бурения скважин и расход ВВ на отбойку) из-за нерационального использования энергии взрыва донных частей зарядов ВВ в нисходящих и восходящих скважинах, так как при их одновременном взрывании массив недобура сильно переизмельчается. При этом имеют место значительные сейсмические и динамические нагрузки на выработки днища блока, что ведет к их преждевременному разрушению и потерям руды в блоке.

Единый технический результат предлагаемого изобретения - снижение затрат на буровзрывные работы и снижение сейсмического и динамического воздействия на выработки днища блока за счет рационального использования энергии взрыва торцевых частей зарядов ВВ в нисходящих и восходящих скважинах и осуществления поэтапной отбойки по высоте блока.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем обуривание блока между зажимающей средой и компенсационной камерой параллельными рядами встречно направленных нисходящих и восходящих скважин с недобуром в центральной части блока в вертикальной плоскости, заряжание их зарядами ВВ и порядное взрывание, восходящие и нисходящие скважины в центральной части блока в вертикальной плоскости бурят с недобуром, равным л.н.с. донных частей зарядов ВВ нисходящих скважин, а восходящие скважины в каждом последующем ряду от первых со стороны зажимающей среды и компенсационной камеры рядов бурят длиной, уменьшающейся на величину l, определяемую по формуле:

l=W_p·tq(α-90°),

где l - величина уменьшения длины восходящих скважин, м;

Wp - л.н.с. зарядов ВВ ряда, мм;

α - угол створа взрывной воронки в вертикальной плоскости, град.,

при этом заряды ВВ в восходящих скважинах в каждом ряду взрывают с опережением по отношению к зарядам ВВ в смежных нисходящих рядах скважин; кроме того, нисходящие скважины заряжают комбинированными зарядами ВВ с размещением в донных частях скважин зарядов ВВ направленного действия.

При формировании недобура по техническому решению, указанному в прототипе, величина недобура составляет 1 м, и при одновременном взрывании восходящих и нисходящих скважин ряда массив недобура переизмельчается, вплоть до того, что в нем возникают пластические деформации. Это указывает на нерациональное использование энергии взрыва торцевых частей скважин.

Бурение восходящих и нисходящих скважин в центральной части блока в вертикальной плоскости с недобуром, равным л.н.с. донных частей зарядов ВВ нисходящих скважин W_т, осуществляется для эффективного взрывания нисходящих скважин (их донных частей) и качественного дробления полезного ископаемого в области недобура.

Экспериментальными исследованиями установлено, что величина W_т имеет большую величину, чем величина недобуров в техническом решении по прототипу. За счет увеличения величины W_т (недобура) снижаются затраты на буровзрывные работы (объем бурения, ВВ).

Бурение восходящих скважин в каждом последующем ряду от первых со стороны занимающей среды и компенсационной камеры рядов короче на величину l=W_p·tq(α-90°), где W_p - л.н.с. зарядов ВВ ряда, м; α - угол створа взрывной воронки восходящих скважин, град.; производят для повышения эффективности взрыва зарядов ВВ в восходящих скважинах с формированием воронки нормального дробления в вертикальной плоскости ≈135°. Величина l определяется из тригонометрических зависимостей.

При взрывании зарядов ВВ в восходящих скважинах в каждом ряду с опережением по отношению к зарядам ВВ в смежных нисходящих рядах скважин формируется дополнительная плоскость обнажения под углом α, подготавливающая эффективное дробление участков недобура взрывом зарядов ВВ в нисходящих скважинах (их донных частей).

При этом поэтапная отбойка по высоте блока призвана снизить сейсмическое и динамическое воздействие на выработки днища блока, т.к. количество ВВ, взрываемого в одной ступени замедления, по сравнению с прототипом снижается почти в два раза, что снижает интенсивность сейсмических волн. Аналогично снижаются и динамические воздействия из-за снижения объемов отбиваемой руды в одной ступени замедления. Причем отбойка верхней части блока происходит на рудную подушку из отбитой руды предыдущими ступенями замедления.

При заряжании нисходящих скважин комбинированными зарядами ВВ с размещением в донных частях скважин зарядов ВВ направленного действия обеспечивается надежность проработки донной части зарядов ВВ нисходящих скважин по линии л.н.с. W_т, а также возможность увеличения значения величины W_т.

Предлагаемый способ отбойки полезных ископаемых в подземных условиях с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение результата, заключающегося в снижении затрат на буровзрывные работы, и снижение сейсмического и динамического воздействия на выработки днища блока за счет рационального использования энергии взрыва торцевых частей зарядов ВВ в нисходящих и восходящих скважинах и осуществления поэтапной отбойки по высоте блока и обладает существенной новизной.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вертикальный разрез блока по простиранию рудного тела, а на фиг.2 - горизонтальный разрез по блоку на уровне верхнего бурового горизонта. На фиг.3 показана, в качестве примера, конструкция комбинированных зарядов ВВ нисходящих скважин.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Заранее известными способами определяют величину л.н.с. донных частей зарядов ВВ (W_т) в нисходящих скважинах 2 первого ряда со стороны зажимающей среды (3С)3 и в нисходящих скважинах 4 со стороны компенсационной камеры (КК)5. Определение величины W_т необходимо для формирования недобуров в центральной части блока 1 по вертикали. Величину W_т определяют либо расчетным способом, либо экспериментальными взрывами (см. Э.О.Миндели. Разрушение горных пород. - М., 1974, с.318, рис. 150; Дубынин Н.Г., Труфакин Н.Е. Исследование разрушения руды взрывом. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1970, с. 19).

До стадии проектирования блока определяют (расчетом, экспериментально) величину угла створа взрывной воронки α при взрыве зарядов ВВ в восходящих скважинах 6, 7 в вертикальной плоскости, в первых рядах со стороны 3С3 и КК5. Однако исследования показывают, что воронка заряда ВВ нормального дробления в вертикальной плоскости составляет 135° (см. У.Лангефорс, Б.Кильстрем. Современная техника взрывной отбойки горных пород. - М.: Недра, 1968, с. 16, рис. 5а).

После определения величины W_т и α приступают к обуриванию блока, причем первый ряд встречно направленных нисходящих 2 и восходящих 7 скважин со стороны 3С3 и первый ряд встречно направленных нисходящих 4 и восходящих 6 со стороны КК4 бурят одинаковой длины с заранее определенной величиной недобура W_т (величина л.н.с. донных частей зарядов ВВ в нисходящих скважинах). В каждом последующем ряду от первого со стороны 3С3 и КК5 до центрального ряда восходящие скважины 9 бурят длиной, уменьшающейся на величину l=W_p·sin(α-90°), где W_p - л.н.с. зарядов ВВ ряда; α - угол створа взрывной воронки восходящих скважин 6, 7 первых рядов со стороны 3С и КК в вертикальной плоскости, перпендикулярной линии расположения зарядов ВВ в рядах. Это соотношение определяют из геометрической схемы на фиг.1 из условия полного раскрытия створа взрывной воронки в вертикальной плоскости при взрыве зарядов ВВ в последующих до центрального ряда восходящих скважин 9 и тригонометрических зависимостей. Нисходящие скважины при условии постоянной величины недобура W_т в каждых последующих рядах до центрального 10 бурят соответственно на величину l=W_p·sin(α-90°) глубже. При этом участки недобуров в вертикальной плоскости формируются V-образной формы. После завершения обуривания блока производят зарядку скважин взрывчатым веществом 11, причем нисходящие скважины 2, 4, 10 заряжают комбинированными зарядами ВВ с размещением в донных частях скважин зарядов ВВ направленного действия 12 (см. фиг.3).

В качестве примера использования зарядов ВВ направленного действия в донной части скважины возможно применение кумулятивных зарядов по патенту № 2103642, RU.

После заряжания скважин ВВ осуществляют монтирование электровзрывной сети таким образом, чтобы в процессе массового взрыва с применением короткозамедленного взрывания заряды ВВ в восходящих скважинах 6, 7, 9 в каждом ряду взрывались с опережением по отношению к зарядам ВВ в смежных нисходящих рядах скважин 2, 4, 10.

Например, в первую очередь взрывают заряды ВВ в восходящих скважинах 6 первого ряда со стороны КК5 и заряды ВВ в восходящих скважинах 7 первого ряда со стороны 3С-3. При этом образуются взрывные воронки 8 в вертикальной плоскости с углом створа α=135°. Во вторую очередь взрывают заряды ВВ в первых рядах нисходящих скважин 2 и 4 со стороны КК5 и 3С3. Заряды ВВ 2 работают на 3С3 по л.н.с. ряда W_т, а также своей донной (торцевой) частью по л.н.с. W_т на нижележащую плоскость обнажения под углом α, сформировавшуюся от предыдущего взрыва зарядов ВВ 7. А заряды ВВ 4 работают (дробят массив полезного ископаемого) на КК5 по л.н.с. ряда W_p и своей донной частью по л.н.с. W_т на нижележащую плоскость обнажения 8, полученную от предыдущего взрыва зарядов ВВ 6. В третью очередь взрывают заряды ВВ центрального восходящего ряда 9, который работает по л.н.с. ряда W_p, на две противоположные поверхности, полученные от взрыва зарядов ВВ 6 и 7. В четвертую, последнюю очередь, взрывают заряды ВВ центрального нисходящего ряда 10, которые работают по л.н.с. W_p на две противоположные поверхности обнажения, полученные от взрыва зарядов 2, 4, а донные части зарядов ВВ 10 работают по л.н.с. W_т на V-образный целик, оставшийся после взрыва зарядов ВВ 2, 4, 6, 7, 9.

В данном примере показана своего рода уступная отбойка блока, где нижний уступ взрывают с опережением по отношению к верхнему уступу.

В различных горно-геологических и горнотехнических условиях способ возможно осуществить и по другой очередности взрывания. В первую очередь взрывают заряды ВВ 6, 7; во вторую - заряды ВВ 9, в третью - 2, 4 и в последнюю очередь взрывают заряды ВВ 10. При данной очередности взрывания достигается тождественный единый технический результат предлагаемого изобретения, а очередность взрывания не противоречит предлагаемой формуле изобретения.

Отбойку блока возможно производить как зарядами ВВ одиночных скважин различного диаметра, так и пучковыми зарядами ВВ параллельно-сближенных скважин.

Предлагаемый способ отбойки полезных ископаемых в подземных условиях прошел апробацию на шахте Шерегешского рудника при отбойке блока № 5 участка “Болотный” горизонта +255 м. При этом отбойку осуществляли пучками параллельно-сближенных скважин со следующими параметрами: W_т=4 м, W_p=5 м, α=135°, l=5·tg (135°-90°)=5 м. При соблюдении очередности взрывания, указанной в описании, достигнуто качественное дробление полезного ископаемого с минимальным сейсмическим и динамическим воздействием на выработки днища блока. Использование предлагаемого способа позволило снизить объем буровых работ на 8%, сократить расход ВВ до 10%.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом при этажном и подэтажном обрушении блоков полезного ископаемого. Единый технический результат изобретения - снижение затрат на буровзрывные работы и снижение сейсмического и динамического воздействия на выработки днища блока за счет рационального использования энергии взрыва торцевых частей зарядов ВВ в нисходящих и восходящих скважинах и осуществления поэтапной отбойки по высоте блока. Способ отбойки полезных ископаемых в подземных условиях включает обуривание блока между зажимающей средой и компенсационной камерой параллельными рядами встречно направленных нисходящих и восходящих скважин с недобуром в центральной части блока в вертикальной плоскости, заряжание их зарядами ВВ и порядное взрывание. Новым в способе является то, что восходящие и нисходящие скважины в центральной части блока в вертикальной плоскости бурят с недобуром W_т, равным л.н.с. донных частей зарядов ВВ нисходящих скважин, а восходящие скважины в каждом последующем ряду от первых со стороны зажимающей среды и компенсационной камеры рядов бурят длиной, уменьшающейся на величину l, определяемую по формуле: l=W_p·tg(α-90°), где l - величина уменьшения длины восходящих скважин, м; W_p л.н.с. - зарядов ВВ ряда, м; α - угол створа взрывной воронки в вертикальной плоскости, град.; при этом заряды ВВ в восходящих скважинах в каждом ряду взрывают с опережением по отношению к зарядам ВВ в смежных нисходящих рядах скважин, а нисходящие скважины заряжают комбинированными зарядами ВВ с размещением в донных частях скважин зарядов ВВ направленного действия. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ отбойки полезных ископаемых в подземных условиях, включающий обуривание блока между зажимающей средой и компенсационной камерой параллельными рядами встречно направленных нисходящих и восходящих в вертикальной плоскости скважин, заряжание их зарядами ВВ и порядное взрывание, отличающийся тем, что восходящие и нисходящие скважины в центральной части блока в вертикальной плоскости бурят с недобуром, равным л.н.с. донных частей зарядов ВВ нисходящих скважин, а восходящие скважины, в каждом последующем ряду от первых, со стороны зажимающей среды и компенсационной камеры, рядов, бурят длиной, уменьшающейся на величину l, определяемую по формуле

l=W_p·tg(α-90°),

где l - величина уменьшения длины восходящих скважин, м;

W_p - л.н.с. зарядов ВВ ряда, м;

α - угол створа взрывной воронки в вертикальной плоскости, град,

при этом заряды ВВ в восходящих скважинах в каждом ряду взрывают с опережением по отношению к зарядам ВВ в смежных нисходящих рядах скважин.