СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ УСТУПОВ ПОД УКРЫТИЕМ И МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F42D1/08 F42D3/04 F42D5/05 

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к разработке крепких горных пород на дневной поверхности в стесненных условиях, когда необходимо снизить разброс взрываемой горной массы - при расконсервации временно нерабочих бортов глубоких карьеров, взрываний вблизи комплексов циклично-поточной технологии, разноске бортов глубоких скальных выемок в дорожном строительстве и т.д.

Известны способы взрывания горных пород с установкой над взрываемой поверхностью специальных укрытий различных конструкций или засыпкой поверхности уступа грунтом, автомобильными шинами навалом в несколько слоев для снижения разлета кусков горной породы [1]. Основными их недостатками являются предотвращение разлета кусков только с горизонтальных площадок, в то время как значительный выброс горной массы идет с откоса взрываемого уступа.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ взрывания под укрытием в виде навала из изношенных автомобильных шин, способных пропускать газы взрыва, снижая этим ударное воздействие на укрытие. Значительная суммарная масса шин, уложенных в несколько слоев, позволяет достичь необходимой пригрузки взрываемого массива. Инерционное сопротивление массы горной породы, усиленное массой укрытия, уравновешивает силу взрывного удара [2].

Недостатком этого способа является большой разлет кусков взорванной горной массы под откос уступа, поскольку укрывают только горизонтальную поверхность, а также сложность в монтаже и, особенно, демонтаже укрытия из отдельных шин, когда отдельные шины приходится извлекать из навала горной массы.

Известен целый ряд конструкций запирающих забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев [3]. Основным их недостатком является низкая эффективность.

Известно также запирающее газодинамическое устройство, представляющее собой цилиндр из пластического материала с осевым каналом, имеющим двухконический профиль [4]. Воздействие газов взрыва на конус осевого канала с большим углом в начале устройства прижимает его к стенкам скважины, а истечение продуктов детонации через второе коническое сужение осевого канала с малым углом конусности позволяет задержать часть продуктов детонации в скважине и за счет этого увеличить зону разрушающего действия взрыва на 30-40%.

Недостатком этого устройства является задержка только части продуктов детонации в зарядной полости, а также невозможность повторного использования.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение безопасности взрывных работ за счет снижения разлета кусков горных пород и повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет запирания продуктов детонации в зарядной полости до момента полного разрушения окружающей породы механическим устройством многоразового использования.

Поставленная задача достигается тем, что в способе взрывания уступов под укрытием, включающем бурение взрывных скважин, их заряжание, забойку, укрытие взрываемого объема, взрывание горных пород и уборку укрытия, согласно изобретению забойку скважин выполняют установкой механических устройств для длительного запирания продуктов детонации и их предварительным расклиниванием в скважине.

Механические устройства для длительного запирания продуктов детонации опускают в скважину до нужного уровня и устанавливают их там, проводник инициирующего импульса помещают в выемку в конической пробке механических устройств и закрывают крышкой, после чего на откос и поверхность уступа размещают укрытие в виде мата, составленного из соединенных между собой автомобильных шин, и закрепляют его за анкеры, установленные в неглубоких скважинах, с помощью канатов или тонких цепей, при этом на подошве уступа должна оставаться часть мата размером в 1-2 шины; после этого механические устройства для длительного запирания продуктов детонации соединяют гибкой связью с укрытием, извлекают из них проводники инициирующего импульса, производят монтаж взрывной сети поверх укрытия и взрывают укрытый уступ.

Уборку укрытия после взрыва производят с помощью бульдозера за канаты или цепи, снятые с анкеров, при этом одновременно извлекаются и механические устройства для длительного запирания продуктов детонации.

Поставленная цель достигается также тем, что в механическом устройстве для длительного запирания продуктов детонации, включающем цилиндр с осевой полостью и коническим расширением, согласно изобретению конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех прорезей, в нижнее коническое расширение вставлен распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, свободно проходящей через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение,

Коническая пробка дополнительно снабжена выемкой, закрывающейся откидной крышкой, и монтажной петлей с гибкой связью.

Именно заявляемое выполнение устройства позволяет укрывать взрываемый уступ, не повреждая взрывной сети, и взрывать скважинные заряды с невылетающей забойкой, решив тем самым поставленную задачу. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

Заявляемый способ взрывания уступов под укрытием осуществляется с помощью механического устройства для длительного запирания продуктов детонации, схематично представленного на чертежах.

На фиг.1 представлен вид укрытия сбоку; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 показана конструкция механического устройства для длительного запирания продуктов детонации после монтажа его в скважине (узел Б на фиг.1); на фиг.4 - узел В на фиг.3, представляющий вариант изготовления крышки.

Взрываемый уступ 1 обуривают взрывными скважинами 2 и на удалении от блока бурят неглубокие (2-4 м) скважины, в которые устанавливают анкеры 3, используя для этого проушины 4. Анкеры могут быть изготовлены из обрезков толстостенных труб, например из бывших в употреблении буровых штанг станков шарошечного бурения. После этого производят зарядку взрывных скважин 2. Крайние от бокового откоса взрывные скважины 2 заряжают уменьшенным зарядом выпирающего действия, при котором энергия взрыва окажется достаточной для смещения породы в сторону свободной поверхности, причем это смещение охватит всю толщу породы между зарядом и поверхностью и будет сопровождаться ее дроблением с выпучиванием, без разброса [5].

После зарядки взрывных скважин 2 в них устанавливают механические устройства для забойки скважин.

Каждое устройство включает цилиндр 5, выполненный из металла или пластической массы диаметром на 4-8 мм меньше диаметра скважины, с осевой полостью 6. С обеих сторон цилиндр 5 имеет конические расширения 7 с прорезями 8. В конические расширения 7 снизу вставлен полый распорный конус 9, соединенный с толстостенной трубой 10, снабженной гайкой 11, выполненный из металла, а сверху - коническая пробка 12 с осевым каналом 13 и выемкой 14, выполненная из металла или пластической массы. На конической пробке 12 установлена монтажная петля 15 с гибкой связью 16 и откидная крышка 17 с запорным устройством 18.

На поверхности блока механические устройства для длительного запирания продуктов детонации собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют полый распорный конус 9 с толстостенной трубой 10 в нижнее коническое расширение 7 цилиндра 5, пропускают толстостенную трубу 10 через осевую полость 6 до выхода ее из цилиндра 5 и через осевой канал 13 надевают коническую пробку 12 с опущенной дужкой монтажной петли 15. Затем накручивают гайку 11, подтягивая толстостенной трубой 10 навстречу друг другу коническую пробку 12 и распорный конус 9 до соприкосновения их с коническими расширениями 7.

После сборки устройства через толстостенную трубу 10 пропускают проводник инициирующего импульса 19 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур) и с помощью монтажной петли 15 за гибкую связь 16 устройство опускают в скважину 2 до уровня, не превышающего длину вытянутой руки человека. Гайкой 11 стягивают коническую пробку 12 и распорный конус 9 до распора ими цилиндра 5 в стенки скважины с помощью конических расширений 7 и прорезей 8. После этого проводник инициирующего импульса 19 укладывают в выемку 14, закрывают крышкой 17 и запирают ее запором 18. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации готово к работе и уступ 1 готовят к взрыву. На подошве уступа 1 собирают укрытие 20 из отдельных изношенных шин 21, размер которых по диаметру подбирают, исходя из высоты уступа, чтобы перегиб мата по верхней и нижней бровкам уступа проходил по местам соединения отдельных шин. Диапазон размеров шин большегрузных автосамосвалов, например, типа БелАЗ достаточно широк - от 1,6 м у БелАЗ-540 до 3,1 м у БелАЗ-7519 [6]. Для соединения шин в них крест накрест устанавливают цепи или канаты 22, выходы которых сквозь протектор снабжены соединительными элементами 23, например крюками и серьгами. Связь соединительных элементов 23 через цепи или канаты 22 преследует две цели. Во-первых, при возникновении нагрузок в момент взрыва они передаются на цепи или канаты 22, уравновешивая деформацию шин 21. Во-вторых, вчетверо уменьшается размер куска породы, который может быть выброшен через внутреннее отверстие шины 21, достигающее 0,6 м у шин БелАЗ-540 и 1,3 м у шин БелАЗ-7519. Укрытие 20 собирают либо сразу на всю ширину укрываемого объема, либо в виде отдельных полос по длине откоса и поверхности уступа, а затем соединяют несколько полос после размещения на укрываемом объеме в единое укрытие, используя для этого вспомогательные механизмы, например автомобильные вышки.

Собранное укрытие 20 с помощью автомобильного крана размещают на уступе 1, оставляя на подошве уступа часть мата длиной в 1-2 шины. С помощью канатов или цепей 24 укрытие закрепляют за анкеры 3.

После размещения укрытия на уступе всю технику и рабочих удаляют за пределы опасной зоны и приступают к монтажу взрывной сети. Перед началом монтажа взрывной сети взрывник наклоняется, пропускает руку через отверстие в автошине, если необходимо, опускается на колено на шину, поворачивает рукой запорный элемент устройства 18, выполненный, например, в виде барашка, поднимает крышку 17, используя для этого фаску на краю крышки или отверстие в ней (на фиг.3 описания не показаны), вынимает инициирующий элемент и разматывает его в длину.

После этого монтируют взрывную сеть поверх укрытия и производят взрыв.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в десятки тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов по распорному конусу 9. За счет большой внутренней поверхности конуса величина воспринимаемого им усилия значительна, что приводит к дополнительному вдавливанию его в нижнее коническое расширение 7 и окончательному заклиниванию цилиндра 5 в скважине 2. Толстостенная труба 10 при этом свободно проходит через осевой канал 13, не нарушая положения верхней конической пробки 12, расклинившей верхнюю часть цилиндра 5 в стенки скважины 2.

Таким положение механических устройств для забойки скважин остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, устройства способствуют более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и, соответственно, повышают энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.

При поочередном взрыве зарядов рыхления основная доля энергии взрыва расходуется на дробление горных пород в уступе 1 и смещение газопроницаемого укрытия 20. Причем первым начинает смещаться часть укрытия, размещенная на откосе уступа, поскольку вспучивание породы начинается именно с откоса. За счет использования в крайних скважинах 2 зарядов выпирающего действия первый, самый сильный, удар горной массы по укрытию 20 смягчается - происходит вспучивание горной массы с подвижкой, но без разлета. Это позволяет укрытию из шин плавно деформироваться на откосе уступа за счет упругости самих шин 21, связующих элементов 22 и подтягивания вверх шин 21 с подошвы.

Вместе со вспученной горной массой укрытие создает буферный слой, демпфирующий взрыв следующих рядов скважин, аналогично взрыванию в зажиме на неубранную горную массу, и препятствующий разлету кусков сквозь зазоры в укрытии 20. Эластичность укрытия из шин за счет упругости самих шин 21 и связок 22 и 24 из канатов или цепей между ними при вспучивании взрываемой породы не позволяет отрываться отдельным кускам от общей массы, разрыхленная горная масса плотно обхватывается матом и удерживается им в компактном состоянии.

Укрытие 20, вспучиваясь на откосе, потянет за собой нижние шины 21, расположенные на подошве уступа, что обеспечит возможность смещения нижней части укрытия для демпфирования нагрузки и в то же время не позволит вылетать кускам горной массы из-под укрытия. Одновременно возникнет нагрузка и на горизонтальную часть укрытия, но ее смещению будут препятствовать анкеры 3 через канаты или цепи 24. Проушины 4 препятствуют соскальзыванию канатов или цепей 24. Поэтому укрытие начнет сползать по горной массе и за счет сил трения оказывать дополнительное сопротивление ее перемещению. При достаточно большой длине канатов или цепей 24 они при резком натяжении также амортизируют рывок на укрытие. Кроме того, каждая отдельная шина 21 укрытия 20 будет при нагрузке деформироваться в различных направлениях, также смягчая общую ударную нагрузку взрыва на укрытие. Инерционное сопротивление компактной массы породы, усиленное массой укрытия, уравновешивает силу взрывного удара.

Высота подбрасывания породы с укрытием зависит только от толщины взрываемого слоя и коэффициента разрыхления породы, поскольку от последнего зависит величина вспучивания породы после ее разрыхления. Учитывая, что коэффициент разрыхления пород при взрываний в зажиме составляет 1,05-1,1, а высота взрываемых уступов - 10-15 м, запаса длины укрытия в 1-2 шины (в зависимости от их диаметра это от 1,6 до 6 м) на подошве уступа будет достаточно, чтобы оно, вспучиваясь, не вышло за пределы взрываемой горной массы.

После взрыва укрытие с помощью канатов, снятых с анкеров, стягивают с поверхности горной массы бульдозером, одновременно извлекая и механические устройства для забойки скважин за гибкую связь 16. При затруднениях его разъединяют и по частям убирают с горной массы. Для очередного взрыва используют те же канаты или тонкие цепи, укоротив их на нужную величину. В дальнейшем скважины после удаления анкеров добуривают до проектной глубины и используют как взрывные.

После извлечения механических устройств для забойки скважин из горной массы их отсоединяют от укрытия 20, раскручивают гайку 11 и последовательно выбивают из цилиндра 5 конус 9 и пробку 12, разрезные части 7 цилиндра 5 калибруют по диаметру скважины и вновь собирают устройство для повторного использования.

Таким образом, заявляемый способ взрывания уступов под укрытием и устройство для его осуществления обеспечивает отбойку горных пород без разброса кусков под откос уступа с длительным запиранием продуктов детонации в зарядной полости, позволяя тем самым решить поставленную задачу.

Источники информации

1. Инструкция по производству взрывных работ с защитными укрытиями. М.: ЦПЭС, 1987 (прототип).

2. Руководство по укрытиям, предотвращающим или снижающим дальность разлета осколков при производстве взрывных работ в стесненных условиях. М.: ЦБТИ, 1969. 53 с. (прототип).

3. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: "Недра", 1967. - 152 с.

4. Парамонов Г.П. и др. Исследование эффективности применения газодинамических запирающих устройств в качестве забойки скважинных зарядов // Сб. «Взрывное дело» №91/48. Развитие теории и практики взрывного дела. М., 1998. С 214-221 (прототип).

5. Г.П.Демидюк. Применение энергетического принципа к расчету скважинных зарядов на карьерах. // Взрывное дело №62/19. М.: Недра. 1967. С.36-51.

6. Справочник. Открытые горные работы / К.Н.Трубецкой, М.Г.Потапов, К.Е.Винницкий и др. - М.: Горное бюро, 1994. - 590 с.

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к разработке крепких горных пород в стесненных условиях, когда необходимо исключить разброс взрываемой горной массы. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации включает цилиндр с осевой полостью и коническим расширением. Конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех прорезей. В нижнее коническое расширение вставлен распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, свободно проходящей через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение. Коническая пробка дополнительно снабжена выемкой, закрывающейся откидной крышкой, и монтажной петлей с гибкой связью. Способ взрывания уступов под укрытием, включающий бурение взрывных скважин, их заряжание, забойку, укрытие взрываемого объема, взрывание горных пород и уборку укрытия. Забойку скважин выполняют установкой механических устройств для длительного запирания продуктов детонации по п.1 и их предварительным расклиниванием в скважине. Механические устройства для длительного запирания продуктов детонации опускают в скважину до нужного уровня и устанавливают их там. Проводник инициирующего импульса помещают в выемку в конической пробке механических устройств и закрывают крышкой. После чего на откос и поверхность уступа размещают укрытие в виде мата, составленного из соединенных между собой автомобильных шин, и закрепляют его за анкеры, установленные в неглубоких скважинах, с помощью канатов или тонких цепей. При этом на подошве уступа должна оставаться часть мата размером в 1-2 шины. После этого механические устройства для длительного запирания продуктов детонации соединяют гибкой связью с укрытием, извлекают из них проводники инициирующего импульса, производят монтаж взрывной сети поверх укрытия и взрывают укрытый уступ. Уборку укрытия после взрыва производят с помощью бульдозера за канаты или цепи, снятые с анкеров, при этом одновременно извлекаются и механические устройства для полного запирания продуктов детонации. Изобретение позволяет обеспечить отбойку горных пород без разброса кусков под откос уступа с длительным запиранием продуктов детонации в зарядной полости. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации, включающее цилиндр с осевой полостью и коническим расширением, отличающееся тем, что конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех прорезей, в нижнее коническое расширение вставлен распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, свободно проходящей через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение.2. Механическое устройство по п.1, отличающееся тем, что коническая пробка дополнительно снабжена выемкой, закрывающейся откидной крышкой, и монтажной петлей с гибкой связью.3. Способ взрывания уступов под укрытием, включающий бурение взрывных скважин, их заряжание, забойку, укрытие взрываемого объема, взрывание горных пород и уборку укрытия, отличающийся тем, что забойку скважин выполняют установкой механических устройств для длительного запирания продуктов детонации по п.1 и их предварительным расклиниванием в скважине.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что механические устройства для длительного запирания продуктов детонации опускают в скважину до нужного уровня и устанавливают их там, проводник инициирующего импульса помещают в выемку в конической пробке механических устройств и закрывают крышкой, после чего на откос и поверхность уступа размещают укрытие в виде мата, составленного из соединенных между собой автомобильных шин, и закрепляют его за анкеры, установленные в неглубоких скважинах, с помощью канатов или тонких цепей, при этом на подошве уступа должна оставаться часть мата размером в 1-2 шины, после этого механические устройства для длительного запирания продуктов детонации соединяют гибкой связью с укрытием, извлекают из них проводники инициирующего импульса, производят монтаж взрывной сети поверх укрытия и взрывают укрытый уступ.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что уборку укрытия после взрыва производят с помощью бульдозера за канаты или цепи, снятые с анкеров, при этом одновременно извлекаются и механические устройства для полного запирания продуктов детонации.