СПОСОБ БУРОВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ НА УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРАХ Российский патент 2008 года по МПК E21C41/28 F42D3/04 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых открытым способом для полноценного и оперативного геолого-информационного обеспечения буровзрывных работ при подготовке горной массы к последующей экскавации, транспортировке и отвалообразованию.

Известен способ проведения буровзрывных работ (БВР) на угольных карьерах (см., например, «Буровзрывные работы на угольных разрезах» / Под ред. Н.Я.Репина. - М.: Недра, 1987 г., стр.254), при котором геологическое обеспечение для проектирования БВР включает использование эмпирических данных о структурно-прочностных свойствах, представленных в виде классификации, а также геологоразведочных данных, в частности геологической колонки и описания в буровом журнале по разведочной скважине, ближайшей к подготавливаемому участку. Предложенная классификация не отражает свойства пород всех месторождений, разрабатываемых открытым способом и включающих различные угли - от бурых и землистых разностей до антрацитов. Использование экстраполированных данных по разведочной скважине не может отражать конкретные геологические условия на взрываемом блоке, т.к. сеть разведки составляет многие сотни метров. Кроме того, определение физико-механических свойств при разведке ведется только по отдельным скважинам. Например, количество таких скважин по нормативам составляет 2-4 на всем карьерном поле относительно простого строения.

Аналогичный подход к обеспечению БВР геологической информацией с использованием результатов разведки и обобщенных эмпирических данных предлагается в работах специалистов КузПИ и НИИОГР (см. Паначев И.А. и др. «Особенности открытой добычи и переработки угля сложноструктурных месторождений Кузбасса», Кемерово, Кузбассвузиздат, 1997 г., стр.220; Репин Н.Я. «Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов» - М.: Недра, 1978 г., стр.256; Бирюков А.В. и др. «Статистические модели в процессах горного производства», Кемерово, Кузбассвузиздат, 1996 г., стр.228).

Известен также способ проведения БВР согласно «Методическому руководству по выбору схем ведения взрывных работ на угольных разрезах с учетом физико-механических свойств и использования средств механизации», утвержденному МУП СССР 19.05.1980, Челябинск, 1981 г., при котором геологическое обеспечение проектирования БВР (удельного расхода взрывчатого вещества (ВВ), диаметра скважин и других параметров) ведется с использованием табличных данных о блочности и физико-механических свойствах, сведенных в классификационные группы литотипов пород. Классификация составлена по материалам разведки посредством обобщения первичных геологических документов, к которым относятся геологические журналы скважин (см. стр.17 указанного руководства).

Известные способы подготовки БВР с использованием геологической информации, полученной косвенным путем по усредненным и экстраполированным данным разведки, не обеспечивают необходимого качества буровзрывной подготовки горной массы на конкретном участке уступа. Кроме того, известными способами не учитываются такие геологические факторы, влияющие на взрывное дробление, как геологическое строение массива конкретного блока.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ открытой разработки массива горных пород по авт. свидетельству СССР №1598515, Е21С 41/30, опубл. 27.05.2000 г., включающий буровзрывную подготовку горной массы путем бурения скважин в приконтурных и целиковых блоках, заряжения скважин ВВ с последующей отбойкой их взрыванием и отработку взорванных пород уступами. При этом для улучшения качества взрывоподготовки уступов, как и в предыдущих способах, используют геологическую информацию, получаемую при разведке и обобщении эмпирических данных, и на ее основе определяют азимуты падения и простирания слоистости пород в массиве, отбойку производят по падению слоистости пород в блоках, а отработку уступов ведут вдоль простирания слоистости пород с направлением фронта развития горных работ, противоположным падению слоистости пород.

Однако учет азимута и простирания слоистости пород при проектировании БВР целесообразен только в частных случаях, когда слоистость является главенствующим геологическим фактором анизотропии свойств породного массива с четко выраженными поверхностями слоистости и напластования, например на сланцевых месторождениях. Для угольных месторождений этот способ подготовки БВР оказывается малоэффективным, т.к. не учитывает всего комплекса различных геологических факторов, в частности трещиноватости, соотношения густоты трещин разноориентированных систем, физико-механических свойств вмещающих пород, геологического строения конкретного взрываемого блока и т.п., что в конечном счете приводит к ухудшению качества получаемой взрыванием горной массы из-за неоднородности размеров ее кусков и усложняет ее дальнейшую экскавацию и транспортировку.

Изобретение решает задачу повышения эффективности буровзрывной подготовки горной массы на угольных карьерах путем улучшения ее качества по кусковатости и степени дробления, что обеспечивает повышение производительности работ при экскавации и транспортировке горной массы.

Получаемый при использовании изобретения технический результат достигается тем, что в способе буровзрывной подготовки горных пород перед их экскавацией, включающем проектирование БВР на основе геологической информации, бурение скважин в приконтурных и целиковых блоках, заряжение скважин ВВ с последующей отбойкой их взрыванием и отработку взорванных пород уступами, согласно изобретению для получения геологической информации непосредственно для каждого взрываемого блока на видимом обнажении откоса проводят замеры элементов залегания слагающих пород, определяют литотипы этих пород и по отобранным образцам устанавливают их физико-механические свойства, на основе этих данных строят бортовую зарисовку и геологический разрез блока, затем по обнажениям откоса проводят массовые замеры угловых и линейных параметров трещиноватости пород и частоты трещин, по результатам измерений строят решетку основных систем трещин по отношению к откосу уступа, по совокупности полученной геологической информации рассчитывают технологические параметры БВР и проектируют сетку буровзрывных скважин.

При этом геологическую информацию об элементах залегания горных пород получают с помощью непосредственных инструментальных измерений или путем проведения крупномасштабной фотодокументации на видимом обнажении откоса.

Совокупность полученной геологической информации оформляют в виде Геологического приложения к паспорту БВР.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показан пример бортовой зарисовки видимого обнажения откоса; на фиг.2 - геологический разрез блока по сечению А-А; на фиг.3 - пример взаиморасположения (наложения) решетки трещиноватости одного из пластов и сетки проектируемых скважин.

Способ осуществляют следующим образом.

На угольном разрезе предварительно перед бурением скважин осуществляют проектирование буровзрывных работ на основе геологической информации. При этом геологические факторы, влияющие на эффективность взрывного дробления, определяют непосредственно для каждого взрываемого блока путем проведения комплекса геологических работ. В частности, на видимом обнажении откоса вдоль него и в забое уступа инструментальными методами проводят необходимые замеры элементов залегания слагающих пород: углы простирания и падения пластов измеряют, например, с помощью горного компаса, а мощность пластов - рулеткой или другим линейным измерительным инструментом. Для определения высотного положения пластов в экскаваторной заходке используют дальномерные инструменты и высотомеры, например, типа ВГМ конструкции ВНИМИ. Затем определяют литотипы слагающих пород и с их учетом составляют бортовую зарисовку или вертикальную проекцию видимого обнажения откоса, на которой отражается геологическое строение взрываемого блока (фиг.1). После этого с учетом указанных замеров и геологических наблюдений составляют характерный геологический разрез блока (фиг.2).

Полноценную информацию о геологическом строении блока можно получить также посредством проведения крупномасштабной фотодокументации обнажения пород в откосе. Методика геологической фотодокументации, разработанная ВНИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела (см., например, «Указания по геологической фотодокументации бортов угольных разрезов», Л., ВНИМИ, 1972 г.), состоит в съемке любительскими фотоаппаратами откоса, возле которого выставляется мерная рейка для масштабирования снимка. Обработка материалов съемки и получение масштабированного изображения, подобного показанному на фиг.1, проводится традиционным лабораторным способом и дешифрированием либо непосредственно на компьютере при съемке цифровыми камерами.

Для основных литотипов пород по отобранным образцам определяют их прочность путем стандартизированных экспрессных методов, например с помощью инденторных приборов типа переносного пробника БУ-39 (ГОСТ 24941-81). Результаты испытаний отражаются в табличном виде в геологическом приложении, как это показано в таблице 1. При необходимости по небольшим образцам определяют плотность пород, например, с помощью весов лабораторных квадратного типа (ВЛК).

Затем по обнажениям откоса и забоя проводят массовые замеры угловых и линейных параметров трещиноватости. Средние значения элементов залегания и частоты трещин (расстояния между трещинами) разных систем (например, систем I и II) заносят в таблицу, как это показано в таблице 2.

По результатам измерений угловых и линейных параметров трещиноватости (табл.2) в геологическом приложении строят схематическую решетку основных систем трещин (на фиг.3 обозначена цифрой 1), особенно для наиболее трудновзрываемых пород, а также для пород с экстремальными характеристиками. При этом на схеме отображается угловое соотношение систем трещин с откосом уступа.

После этого на основании совокупности полученной геологической информации, в том числе с учетом расположения решетки трещиноватости 1, рассчитывают технологические параметры БВР (в частности, направление отбойки, схему инициирования зарядов и др.) и проектируют сетку буровзрывных скважин (на фиг.3 обозначена цифрой 2).

По результатам описанного выше комплекса геологических работ для блока, предназначенного для взрывания, составляют Геологическое приложение к паспорту БВР как документ, в котором в лаконичной и наглядной форме отражена информация, необходимая для проектирования буровзрывных работ. Геологическое приложение представляет собой бортовую зарисовку (фиг.1), геологический разрез блока (фиг.2), схему решетки трещиноватости пластов (фиг.3), а также таблицы физико-механических свойств (табл.1) и параметров трещиноватости (табл.2), которые компактно располагают на одном листе. Этот материал передают для непосредственного использования специалистам, осуществляющим проектирование и реализацию БВР.

Полученная информация является наиболее значимой и определяющей для эффективного взрывания конкретного блока. Эти данные позволяют принимать обоснованные инженерные решения по технологии буровзрывных работ на блоке и рассчитать параметры сетки взрывных скважин, расход взрывчатого вещества (ВВ), определить расположение скважинных зарядов по высоте и в блоке, выбрать оптимальную схему инициирования и т.д.

Расчеты технологических параметров БВР ведутся по известным формулам (см. упомянутое «Методическое руководство по выбору схем ведения взрывных работ...», Челябинск, 1980; «Справочник по буровзрывным работам на карьерах», Киев, 1973 и др.). В расчетные формулы входят прочность и плотность пород, средний размер естественного блока отдельности (или среднее расстояние между трещинами), угол между главной системой трещин и откосом уступа.

При расчете параметров сетки взрывных скважин учитывают угловое сочетание основных систем трещин между собой. По пространственному положению основных систем трещин осуществляют выбор схемы (последовательность) инициирования скважинных зарядов. В соответствии с геологическим строением и пространственным положением пород в блоке выбирают оптимальное расположение зарядов ВВ в скважинах по высоте и в плане.

Преимущество предлагаемого способа заключается в использовании для проектирования и реализации буровзрывных работ объективной геологической информации, полученной непосредственно на взрываемом блоке, а не косвенных, усредненных и экстраполированных данных, что повышает обоснованность инженерных расчетов и решений по технологии БВР.

Кроме того, использование заявленного способа буровзрывной подготовки горных пород перед их экскавацией позволяет существенно повысить ее эффективность за счет улучшения качества горной массы по кусковатости и степени дробления, что в свою очередь обеспечивает повышение производительности работ при экскавации и транспортировке горной массы.

Предлагаемый способ был проверен путем проведения экспериментальных взрывов и опытно-промышленного внедрения способа на угольных карьерах Экибастуза и Южного Кузбасса. Использование способа геолого-информационного обеспечения БВР на экибастузских карьерах позволило повысить качество взорванной массы: снижен размер среднего куска на 35%, выход крупной (более 100 см) фракции снизился с 42 до 16%, повышен выход мелкой (<30 см) фракции с 18 до 34% и степени дробления с 1,17 до 1,58. В результате производительность вскрышных экскаваторов возросла на 20%. В Южном Кузбассе размер среднего куска взорванной массы был снижен на 18-48%, выход негабаритов уменьшился на 60%, степень дробления пород повысилась на 30%. Повышение качества горной массы обусловило рост производительности экскаваторов в среднем на 17-18%.

Физико-механические свойства пород
Таблица 1ИндексЛитотипПлотность, т/м³Прочность, МПаРастяжениеСжатие(1)Песчаник 4,3105(2)Алевролит 1,327(3)Песчаник(линза) 3,585(4)Алевролит 4,070Параметры трещиноватости
Таблица 2СистемыОриентировка, градРасстояние между трещинами, смПростираниеПадение (1) ПесчаникI8074110II158050Напласт.201580 (2) АлевролитI270 (90)8040II157595Напласт.201025-60 (3) Песчаник (линза)I270 (90)82120-200II157665Контакт251090

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых открытым способом с помощью буровзрывных работ для полноценного и оперативного их геолого-информационного обеспечения. Технический результат - повышение эффективности буровзрывной подготовки горной массы на угольных карьерах и повышение производительности работ при экскавации и транспортировке горной массы. Способ буровзрывной подготовки горной массы на угольных карьерах включает проектирование БВР на основе геологической информации, бурение скважин в приконтурных и целиковых блоках, заряжание скважин ВВ с последующей отбойкой их взрыванием и отработку взорванных пород уступами. Геологическую информацию получают непосредственно для каждого взрываемого блока, для чего на видимом обнажении откоса проводят замеры элементов залегания слагающих пород, определяют литотипы этих пород и по отобранным образцам устанавливают их физико-механические свойства. На основе этих данных строят бортовую зарисовку и геологический разрез блока, затем по обнажениям откоса проводят массовые замеры угловых и линейных параметров трещиноватости пород и частоты трещин. По результатам измерений строят решетку основных систем трещин по отношению к откосу уступа, по совокупности полученной геологической информации рассчитывают технологические параметры БВР и проектируют сетку буровзрывных скважин. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ буровзрывной подготовки горной массы на угольных карьерах, включающий проектирование БВР на основе геологической информации, бурение скважин в приконтурных и целиковых блоках, заряжание скважин ВВ с последующей отбойкой их взрыванием и отработку взорванных пород уступами, отличающийся тем, что геологическую информацию получают непосредственно для каждого взрываемого блока, для чего на видимом обнажении откоса проводят замеры элементов залегания слагающих пород, определяют литотипы этих пород и по отобранным образцам устанавливают их физико-механические свойства, на основе этих данных строят бортовую зарисовку и геологический разрез блока, затем по обнажениям откоса проводят массовые замеры угловых и линейных параметров трещиноватости пород и частоты трещин, по результатам измерений строят решетку основных систем трещин по отношению к откосу уступа, по совокупности полученной геологической информации рассчитывают технологические параметры БВР и проектируют сетку буровзрывных скважин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геологическую информацию об элементах залегания горных пород получают с помощью непосредственных инструментальных методов геологической съемки или путем проведения крупномасштабной фотодокументации видимого обнажения откоса.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что совокупность полученной геологической информации оформляют в виде Геологического приложения к паспорту БВР.