СПОСОБ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ РУДЫ ОТ МАССИВА СО СЛОИСТОЙ ТЕКСТУРОЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F42D3/04 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой, например, при разработке железистых кварцитов открытым способом.

Известен способ взрывной отбойки руды на карьерах, включающий бурение параллельных рядов вертикальных скважин, заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества (ВВ) с последующей забойкой, монтаж взрывчатой сети и короткозамедленное взрывание зарядов [1].

Недостатком этого способа является то, что разупрочнение структурных связей руд осуществляется за счет повышения удельного расхода ВВ.

Известен способ взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой, включающий бурение параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества с последующей их забойкой и взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия [2]. Этот способ принят нами в качестве прототипа.

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает эффективного разупрочнения рудного массива со слоистой текстурой, поскольку при ориентации наклонной плоскости фронта взрывной волны сжатия не учитывают расположение слоев массива.

Задачей изобретения является повышение эффективности разупрочнения руды с раскрытием минеральных зерен за счет создания максимальных сдвиговых напряжений в плоскостях слоев массива при произвольном угле их падения путем ориентации наклонной плоскости фронта взрывной волны сжатия под оптимальным углом к линии простирания слоев.

По первому варианту это достигается тем, что в способе взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой, включающем бурение параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества с последующей их забойкой и взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия, при одновременном взрывании скважинных зарядов в ряду угол β определяют из соотношения:

где α - угол падения слоев;

γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью.

По второму варианту это достигается тем, что в способе взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой, включающем бурение параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества с последующей их забойкой и взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия, при поочередном взрывании скважинных зарядов в каждом ряду определяют угол β из выражения:

где α - угол падения слоев;

γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью;

Ψ - угол поворота плоскости фронта взрывной волны сжатия вокруг вертикальной оси относительно линии простирания слоев, который определяют как:

где υ_упр - скорость распространения упругой волны в массиве;

t - интервал времени между взрывами зарядов в первой и последней скважинах ряда;

L - длина данного ряда скважин, причем из двух знаков угла Ψ выбирают тот, при котором угол между линией каждого ряда скважин и линией бровки уступа более близок к 90° или равен 90°.

На фиг.1 и 2 представлены схема взаимного расположения плоскостей поверхности уступа, слоев массива, фронта волны сжатия и схема рядов скважин на уступе при одновременном взрывании зарядов в каждом ряду.

На фиг 3 и 4 даны схема взаимного расположения плоскостей поверхности уступа, слоев массива, фронта волны сжатия и схема рядов скважин на уступе при поочередном взрывании скважинных зарядов в каждом ряду.

На фиг.5 и 6 показаны схемы формирования наклонной плоскости фронта взрывной волны соответственно при одновременном и поочередном взрывании скважинных зарядов в каждом ряду.

Способ взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой имеет два варианта. Способ по первому варианту осуществляют следующим образом.

На горизонтальной поверхности уступа 1 рудного массива со слоистой текстурой определяют по геологической документации или визуально линию 2 простирания параллельно расположенных слоев 3 и угол α падения этих слоев. Затем проводят линию 4 ряда взрывных скважин 5 под углом β к линии простирания слоев, определяемым соотношением , где γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью - при одновременном взрывании скважинных зарядов в ряду (см. фиг.1 и 2). При этом остальные ряды скважин на уступе проводят параллельно данному ряду 4 (см. фиг.2). Далее производят бурение скважин и их заряжание ВВ с последующей забойкой. При этом боевик располагают в нижней части заряда, например, на уровне подошвы уступа. После монтажа взрывной сети и коммутации зарядов в каждом ряду производят их взрывание. При взрывании одного скважинного заряда формируется взрывная волна с фронтом в виде усеченного конуса 6, радиусы оснований которого увеличиваются во времени, а при взрывании ряда скважинных зарядов образуется результирующий фронт взрывной волны от этого ряда в виде плоскости 7, расположенной под углом γ к вертикали (см. фиг.5). Величина угла γ зависит от скоростей распространения упругой взрывной волны в массиве (υ_упр) и детонации ВВ в скважине (υ_дет.ВВ) и равна . В первом варианте при одновременном взрывании зарядов в каждом ряду наклонные плоскости 7 фронта взрывной волны сжатия, образуемые от каждого ряда скважин, параллельны линиям 4 рядов скважин (на фиг, 1 и 5 показана одна из этих плоскостей) и линии их пересечения с поверхностью уступа совпадают с линиями 4 взрываемых рядов. Максимального разупрочнения рудного массива со слоистой текстурой достигают путем ориентации плоскости фронта взрывной волны сжатия относительно плоскости слоев под углом 45°, при котором в плоскости слоев возникают максимальные сдвиговые напряжения. При расположении рядов скважин под углом β к линии простирания слоев согласно формуле (1) угол между плоскостями фронта волны сжатия и слоев составит 45°, а следовательно, при этом обеспечивают максимальное разупрочнение межзерновых связей в рудном массиве сдвиговыми напряжениями.

Способ по второму варианту осуществляют следующим образом.

На горизонтальной поверхности уступа 1 рудного массива со слоистой текстурой определяют по геологической документации или визуально линию 2 простирания параллельно расположенных слоев 3 и угол α падения этих слоев. Затем проводят линию 4 ряда взрывных скважин 5 под углом β к линии простирания слоев, определяемым соотношением (2) , где γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью, Ψ - угол поворота плоскости фронта взрывной волны сжатия вокруг вертикальной оси относительно линии простирания слоев (см. фиг.3). Первое слагаемое в формуле (2) представляет собой угол β' относительно линии 2 простирания, определяющий линию 8 (см. фиг.3 и 4). При этом остальные ряды скважин на уступе проводят параллельно данному ряду 4 (см. фиг.4). Далее производят бурение скважин и их заряжание ВВ с последующей забойкой. При этом боевик располагают в нижней части заряда, например, на уровне подошвы уступа. После монтажа взрывной сети и коммутации зарядов в каждом ряду производят их взрывание. При взрывании одного скважинного заряда формируется взрывная волна с фронтом в виде усеченного конуса 6, радиусы оснований которого увеличиваются во времени, а при взрывании ряда скважинных зарядов образуется результирующий фронт взрывной волны от этого ряда в виде плоскости 7, расположенной под углом γ к вертикали. Величина угла γ зависит от скоростей распространения упругой взрывной волны в массиве (υ_упр) и детонации ВВ в скважине (υ_дет.ВВ) и равна (см. фиг.6).

При поочередном взрывании скважинных зарядов в каждом ряду для максимального разупрочнения межзерновых связей в рудном массиве также необходимо ориентировать плоскость фронта взрывной волны сжатия относительно плоскостей слоев под углом 45°. В отличие от первого варианта радиус r верхнего основания конического фронта волны сжатия за время t от взрыва первой до взрыва последней скважины ряда увеличивается до величины, равной r=υ_упр·t, где υ_упр - скорость, распространения упругой взрывной волны в массиве. В результате чего имеет место поворот вокруг вертикальной оси наклонной плоскости фронта волны сжатия относительно линии простирания слоев на угол , где L - длина данного ряда скважин. Из двух знаков угла ψ выбирают тот, при котором угол ϑ между линией каждого ряда скважин и линией бровки уступа более близок или равен 90° (см. фиг.4). При расположении рядов скважин под углом β к линии простирания слоев согласно формуле (2) угол между плоскостями фронта волны сжатия и слоев составит 45°, а следовательно, при этом обеспечивают максимальное разупрочнение межзерновых связей в рудном массиве сдвиговыми напряжениями. На практике, линии 4 рядов скважин ориентируют относительно линии 9 бровки уступа. Поскольку линия 2 простирания слоев массива задается по геологической документации углом θ к линии 9 бровки уступа, то ряды 4 скважин располагают под углом ϑ к линии 9 бровки уступа, равным ϑ=180°-θ-β (см. фиг.2 и 4).

Таким образом, данный способ обеспечивает максимальное разупрочнение минеральных зерен в плоскостях слоев массива.

Примеры реализации описанного способа.

Пример 1.

На карьере Стойленского ГОКа угол падения слоев составляет 30°, скорости υ_упр и υ_дет.ВВ распространения взрывной упругой волны в массиве и детонации ВВ в скважине соответственно равны 4,9 км/с и 7 км/с (для тротила). В качестве ВВ принимаем тротил. В нижней части скважины на уровне подошвы уступа устанавливают боевик. Линия простирания слоев железистых кварцитов относительно линии бровки уступа составляет угол θ=45°.

При этом угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью равен .

При одновременном взрывании зарядов в каждом ряду угол между линией 2 простирания слоев и рядами 4 скважин определяют согласно формуле (1), . В результате этого ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-73°=52° к линии бровки уступа (см. фиг.2).

При поочередном взрывании скважин в ряду примем, что скважины в ряду соединены только детонирующим шнуром без пиротехнических замедлителей (КЗДШ). Тогда поправка на угол ψ поворота плоскости фронта взрывной волны сжатия вокруг вертикальной оси относительно линии простирания слоев определяется выражением:

где - υ_дет.ДШ - скорость распространения детонационной волны в ДШ, равная 6,5 км/с. Отсюда имеем

Принимаем знак минус для поправки ψ на неодновременность взрывания и имеем угол между линией простирания слоев и линией рядов скважин, равный:

Ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-23°=112° к линии бровки уступа (см. фиг.4). Если выбрать для поправки ψ знак плюс, то имеем β=73°+50°=123° и ϑ=180°-45°-123°=12°, т.е. угол ϑ между рядами скважин и линией бровки уступа в большей степени отличается от 90°, чем при выборе знака минус.

Пример 2.

В качестве ВВ также принимаем тротил. Угол падения слоев равен α=45°. Линия простирания слоев железистых кварцитов относительно линии бровки уступа составляет угол θ=45°. При этом угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью также равен

.

При одновременном взрывании скважин угол β между линией 2 простирания слоев и рядами 4 скважин равен:

.

Ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-65°=75° к линии бровки уступа.

При поочередном взрывании скважин в этом примере также принимаем знак минус для поправки ψ на неодновременность взрывания скважинных зарядов в ряду и угол β между линией 2 простирания слоев и рядами 4 скважин составит:

Ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-15°-=120° к линии бровки уступа. Если выбрать для поправки ψ знак плюс, то имеем β=65°+50°=115° и ϑ=180°-45°-115°=20°, т.е. угол ϑ между рядами скважин и линией бровки уступа в большей степени отличается от 90°, чем при выборе знака минус.

Пример 3.

В качестве ВВ также принимаем тротил. Угол падения слоев равен α=75° и линия их простирания составляет угол θ=45° с линией 9 бровки уступа. При этом угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью также равен

.

При одновременном взрывании угол β между линией 2 простирания слоев и рядами 4 скважин должен быть равен:

.

Ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-41°=94° к линии бровки уступа.

При поочередном взрывании скважин в этом примере принимаем знак плюс для поправки ψ на неодновременность взрывания скважин в ряду и тогда угол β между линией 2 простирания слоев и рядами 4 скважин составит:

Ряды скважин располагают под углом ϑ=180°-45°-91°=44° к линии бровки уступа. Если выбрать для поправки ψ знак минус, то имеем β=41°-50°=-9° и рассматривая дополнительный к 45° угол между линиями простирания и бровки уступа, т.е. 180°-45°=135° находим ϑ=180°-135°-9°=36°, т.е. угол ϑ между рядами скважин и линией бровки уступа в большей степени отличается от 90°, чем при выборе знака плюс.

Предложенный способ позволяет максимально использовать энергию взрыва при отбойке на карьерах для направленного разупрочнения межзерновых связей рудных массивов со слоистой текстурой при любых углах падения слоев и любой ориентации линии их простирания на поверхности уступа. Применение данного способа позволяет существенно повысить показатели последующего передела (дробления и измельчения) руды.

Источники информации

1. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом (взрывные технологии в промышленности). М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 1994, с.148, рис.4.3.

2. Патент РФ №2055303 по кл. F 42 D 3/04, Е 21 С 37/00, 41/26, 1996 (прототип).

Использование: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано, например, при разработке железистых кварцитов открытым способом. Данный способ предложен в двух вариантах. Сущность изобретения: способ взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой по первому варианту включает бурение на уступе параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, определенным соотношением: β=arccos((cos45°-sinγ·cosα)/(sinα·cosγ)), где α - угол падения слоев; γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью. Затем осуществляют заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества с последующей их забойкой и одновременным взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия. Способ взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой по второму варианту включает бурение параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, определенным соотношением: β=arccos((cos45°-sinγ·cosα)/(sinα·cosγ))±ψ, где α - угол падения слоев; γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью; ψ - угол поворота плоскости фронта взрывной волны сжатия вокруг вертикальной оси относительно линии простирания слоев, который определяют как: ψ=arcsin(υ_упр·t/L), где υ_упр - скорость распространения упругой волны в массиве; t - интервал времени между взрывами зарядов в первой и последней скважинах ряда; L - длина данного ряда скважин, причем из двух знаков угла ψ выбирают тот, при котором угол между линией каждого ряда скважин и линией бровки уступа более близок к 90° или равен 90°, затем осуществляют заряжение скважин зарядами взрывного вещества с последующей их забойкой и поочередным взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разупрочнения руды. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ взрывной отбойки руды от массива со слоистой текстурой, включающий бурение параллельных рядов вертикальных скважин под углом β к линии простирания слоев, заряжание скважин зарядами взрывчатого вещества с последующей их забойкой и взрыванием в каждом ряду с образованием наклонной взрывной волны сжатия, отличающийся тем, что при одновременном взрывании скважинных зарядов в ряду угол β определяют из соотношения

где α - угол падения слоев;

γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью.

где α - угол падения слоев;

γ - угол между плоскостью фронта взрывной волны сжатия и вертикалью;

ψ - угол поворота плоскости фронта взрывной волны сжатия вокруг вертикальной оси относительно линии простирания слоев, который определяют как

где υ_упр - скорость распространения упругой волны в массиве;

t - интервал времени между взрывами зарядов в первой и последней скважинах ряда;

L - длина данного ряда скважин,

причем из двух знаков угла ψ выбирают тот, при котором угол между линией каждого ряда скважин и линией бровки уступа более близок к 90° или равен 90°.