СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ СТЕПЕНИ ДРОБЛЕНИЯ ТРЕЩИНОВАТОГО ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ГРУППОВОМ ВЗРЫВАНИИ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ Российский патент 2004 года по МПК F42D3/04 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам массовой взрывной отбойки руд и пород подземным способом, подготовки блоков к подземному выщелачиванию, и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким техническим решением является способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива взрывом на карьерах, включающий бурение групп взрывных скважин на расстоянии между ними, определяемом из выражения в зависимости от диаметра заряда, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости и размера кондиционного куска (см. Справочник взрывника/Под ред. Б.Н.Кутузова. - М.: Недра, 1988, с.271-273).

Однако данный способ не применим в подземных условиях, т.к. не учитывает величину горного давления, которое существенно влияет на расчетное расстояние между скважинами, а следовательно, на качество дробления. Кроме того, в расчетной формуле по определению расстояния между скважинами не учтен эффект трения в виде коэффициента трения, что также существенно влияет на результаты дробления трещиноватого массива взрывом. Помимо этого расчеты по формуле (8.32) “Справочника взрывника”, с.273, при υ∂=10³ м/с, ρ=0,9 т/м³, d_з=0,25 м, ν=0,25, σ_p=10⁷ Па, d_К=0,7 м, δ=10^-2 м, d_о=l,0 м дают а=1,0017 м, хотя реальное расстояние между скважинами при диаметре заряда 250 мм составляет 6-7 м. То есть, приведенная зависимость не верна.

Предложен способ получения заданной степени дробления трещиноватого массива горных пород при групповом взрываний скважинных зарядов ВВ, который включает бурение групп взрывных скважин на расстоянии между ними, определенном из соотношения в зависимости от диаметра заряда, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости, размера кондиционного куска, их заряжание и короткозамедленное взрывание, отличающийся тем, что с учетом трения и горного давления расстояние между скважинами или концами скважин в группе определяют из выражения

а расстояние между группами скважин из соотношения

где

R_p - радиус зоны регулируемого дробления, в пределах которой размер крупных кусков не превышает кондиционного, м;

D - скорость детонации ВВ, м/с;

ρ_B - плотность заряжания, кг/м³;

d_з - диаметр заряда ВВ, м;

с - скорость продольной волны в отдельности массива горных пород, м/с;

ν - коэффициент Пуассона отдельности;

σ_p - предел прочности на разрыв отдельности. Па;

μ - коэффициент трения между отдельностями в массиве;

Ф - показатель трещиноватости массива;

d_e - размер отдельности массива, м;

Р - величина горного давления в месте взрывания, Па;

d_к - размер кондиционного куска, м;

К_n⊥ - коэффициент усиления взрыва перпендикулярно плоскости группы одновременно взрываемых зарядов ВВ;

n* - предельное число зарядов ВВ, при котором наблюдается их взаимодействие;

π=3,14.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить заданную степень дробления трещиноватого массива взрывом за счет определения расстояния между взрываемыми скважинами в группе и расстояния между группами последовательно взрываемых скважин с учетом эффектов трения между отдельностями массива и горного давления, а также бурения и взрывания скважин в соответствии с определенными параметрами их расположения.

Сущность способа заключается в следующем. Действие взрыва в трещиноватом горном массиве подразделяется на две фазы: волновую и квазистатическое давление продуктов детонации (ПД). Волна напряжения распространяется со скоростью 2000-5000 м/с и имеет малую длительность фазы сжатия 0,05-0,7 мс, поэтому при величине раскрытия естественных трещин 2-8 мм волны напряжений полностью теряют свою энергию на трещинах - известный факт. Это характерно для открытых горных работ, где величина раскрытия трещин составляет 5-20 мм. На подземных горных работах раскрытие трещин составляет 0,1-5,0 мм, т.е. и здесь волны напряжений теряют часть своей энергии на ближайшей трещине. С учетом того, что блочность массива, например, на рудниках ОАО ППГХО, составляет в основном 0,1-0,4 м, т.е. число трещин, встречающихся на пути распространения волн напряжений в пределах радиуса зоны радиального трещинообразования равно 3 и более, можно сказать, что естественная трещиноватость полностью локализует энергию волны напряжений вблизи заряда ВВ. И определяющим механизмом дробления (радиального трещннообразования) отдельностей массива, в пределах (5-15)d_з является квазистатнческое давление продуктов детонации, что обеспечивает соударение отдельностей.

Иными словами, под действием квазистатического давления продуктов детонации в массиве распространяется волна деформаций со скоростью 10-100 м/с, представляющая собой последовательное перемещение раздробленных и не раздробленных отдельностей в радиальном направлении от заряда ВВ. Перемещение отдельностей сопровождается деформированием массива между гранями отдельностей, упругим деформированием отдельностей массива и трением за счет горного давления по граням отдельностей при их смещении друг относительно друга.

Основываясь на указанном механизме действия взрыва определены аналитические формулы расчета радиальных и тангенциальных напряжений в массиве, величина зоны радиального трещинообразования и радиуса зоны регулируемого дробления R_p. Далее определено расстояние между скважинами в группе с учетом взаимодействия соседних зарядов ВВ и расстояние между группами взрываемых скважин.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Вначале определяют величину а и W через R_p, подставляя туда численные значения параметров. Физико-механические свойства массива σ_p с, ν, ρ, (обычно определяют на стадии геологоразведочных работ по известным методикам. Величину d_к -задают исходя из требуемой степени дробления массива. Значения величин К_n⊥, Ф, μ, n* взаимосвязаны с размером естественной отдельности d_е их определяют из таблицы

Число взаимодействующих зарядов в группе (n*) определяют через коэффициент трения n*=μ^-i+1.

Коэффициент усиления действия взрыва перепендикулярно плоскости ряда (или веера) скважин равен

Детонационные характеристики ВВ (D, ρ_B) и диаметр заряда ВВ (d_з) определяют используя справочную литературу. Величину горного давления в районе подготовки массива определяют либо геофизическими методами, либо по известной формуле P=ρgH (где g -ускорение свободного падения, м/с²; Н -глубина от поверхности земли, м).

Далее бурят скважины, заряжают их зарядами ВВ. Монтируют сеть ДШ или электровзрывную сеть н проводят короткозамедленное взрывание зарядов ВВ группами.

Пример. 1. Для эффективного извлечения металла с использованием подземного выщелачивания необходимо получение заданной степени дробления трещиноватого горного массива с максимальным размером куска 0,2 м и выходом фракции +200 мм не более 10%. Массив в районе блока 4д-715 представлен рудными трахидацитами с d_e=0,05-0,25 м (0,15 м в среднем). Физико-механические свойства трахидацитов с=4-10³ м/с, ν=0,29, σ_р=10⁷ Па, ρ_B=2,5·10³ кг/м³. Взрывание производят граммонитом 79/21, d_з=0,11 м, D=4·10³ м/с, ρ_В=10³ кг/ м³. Величина горного давления на глубине 400 м равна Р=9,8·10⁶ Па. Численные значения величин 0,25 м, μ=0,3, Ф=10, n*=4,3, К_n⊥=2,2.

Подставляя численные значения в математические зависимости (1-3) получим а=3,3 W,=3,0 м. В соответствии с указанными параметрами бурили, заряжали и взрывали короткозамедленно рудный массив бл. 4д-715. После отбойки осуществляли подвыпуск рудной массы из камеры-магазина. В результате замеров грансостава линейным методом установлено, что выход фракции +200 мм составил 2,5%, средневзвешенный размер куска 6,5 см.

2. При определении параметров БВР на карьере в формуле (3) величина горного давления Р=0. Для получения щебеночного материала с размером куска не более 200 мм на гранитном карьере “Камень-2” ОАО ППГХО были рассчитаны параметры БВР в

соответствии с формулами (1-3) при d_е=1,0 м, c=4,5·10³ м/с, ρ=2,6·10³ кг/м³, ν=0,23, σ_р=1,1·10⁷ Па. ВВ аммонит 6ЖВ-90 с D=4,2·10³ м/с, ρ_В=0,8·10³ кг/м³, d_з=0,125 м, d_К=0,2 м, Ф=6, μ=0,6, n*=2,7, К_n⊥=1,5.

Расчетами установлено, что а=2,7 м, W=1,7 м.

Взрывная отбойка гранитного массива на карьере “Камень-2” при проведении опытных массовых взрывов с указанными параметрами (всего отбито 32 тыс.м³ горной массы) и замерами грансостава линейным методом показала, что в среднем выход фракции +200 мм составил 3-5%, что в пределах требований нормативных документов, средний размер куска 6-8 см.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения заданной степени дробления и параметров БВР для отбойки рудной массы доказало его эффективность и достоверность.

Использование: горная промышленность, подземная и открытая геотехнологии, взрывная отбойка трещиноватых горных пород для получения заданной степени дробления. Сущность изобретения: в трещиноватом горном массиве бурят, заряжают и короткозамедленно взрывают скважины. Расстояние между скважинами в группе и между группами скважин определяют в зависимости от их диаметра, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости, размера кондиционного куска, величины горного давления и коэффициента трения. Технический результат: расположение скважин в группе на определенном расстоянии и определение необходимого расстояния между группами скважин обеспечивает получение заданной степени дробления трещиноватого массива горных пород, что обеспечивает повышение производительности горных работ. 1 табл.

Способ получения заданной степени дробления трещиноватого горного массива при групповом взрывании скважинных зарядов ВВ, включающий бурение групп взрывных скважин на расстоянии между ними, определенном из соотношения в зависимости от диаметра заряда, детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств массива, параметров его трещиноватости, размера кондиционного куска, их заряжание и короткозамедленное взрывание, отличающийся тем, что с учетом эффекта трения и горного давления расстояние между скважинами или концами скважин в группе определяют из выражения

а расстояние между группами скважин из соотношения

где

R_p - радиус зоны регулируемого дробления, в пределах которой размер крупных кусков не превышает кондиционного, м;

D - скорость детонации ВВ, м/с;

ρ_в - плотность заряжания, кг/м³;

d_З - диаметр заряда ВВ, м;

с - скорость продольной волны в отдельности массива горных пород, м/с;

ν - коэффициент Пуассона отдельности;

σ_p - предел прочности на разрыв отдельности, Па;

μ - коэффициент трения между отдельностями в массиве;

Ф - показатель трещиноватости массива;

d_e - размер отдельности массива, м;

Р - величина горного давления в месте взрывания, Па;

d_k - размер кондиционного куска, м;

К_n⊥ - коэффициент усиления взрыва перпендикулярно плоскости группы одновременно взрываемых зарядов ВВ;

n* - предельное число зарядов ВВ, при котором наблюдается их взаимодействие;

π=3,14.