СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ВРУБОВОЙ ПОЛОСТИ Российский патент 2009 года по МПК F42D3/04 E21D9/00 

Изобретение относится к горной промышленности и железнодорожному строительству, в частности при буровзрывной проходке горизонтальных, слабонаклонных горных выработок и железнодорожных тоннелей.

Наиболее близким техническим решением является способ образования врубовой полости, включающий бурение центральной опережающей наклонной вниз скважины, под определенным углом и периферийных шпуров вокруг нее, заполнение центральной скважины водой, заряжание периферийных шпуров зарядами дробления, а в центральной скважине, в ее перебуре размещение заряда выброса на расстоянии от забоя скважины и взрывание сначала зарядов дробления, затем заряда выброса [1]. Однако (как показал опыт проходки горных выработок на рудниках ОАО ППГХО с использованием этого способа) на величину коэффициента использования шпура (КИШ) существенное влияние оказывает масса заряда выброса в опережающей скважине. Причем масса заряда взрывчатых веществ (ВВ) зависит от длины врубовых шпуров (длины врубовой полости), диаметра скважины, физико-технических свойств горной массы во врубовой полости. Заниженной массы заряда ВВ недостаточно для выброса раздробленной и «запрессованный» во врубовой полости породы. Взрыв заряда выброса с завышенной массой ВВ приводит к интенсивному нарушению массива вокруг опережающей скважины, что затрудняет забуривание врубовых шпуров последующего цикла вокруг нее.

Предложен способ образования врубовой полости, включающий бурение центральной опережающей наклонной вниз скважины, под определенным углом и периферийных шпуров вокруг нее, заполнение центральной скважины водой, заряжание периферийных шпуров зарядами дробления, а в центральной скважине в ее перебуре размещение заряда выброса на расстоянии от забоя скважины и взрывание сначала зарядов дробления, затем заряда выброса, отличающийся тем, что массу заряда выброса определяют с учетом диаметра скважины, длины врубовых шпуров, физико-технических свойств горной массы во врубовой полости, величины горного давления и скорости детонации ВВ заряда выброса из выражения

где π=3,14,

l_ш - длина врубовых шпуров, м,

d_e - средний размер куска горной массы во врубовой полости, м,

Ф - показатель деформируемости горной массы во врубовой полости,

µ - коэффициент трения между кусками горной массы,

Р - величина горного давления в массиве в районе врубовой полости, Па,

d₃ - диаметр опережающей скважины, м,

D - скорость детонации взрывчатого вещества в опережающей скважине, м/с,

ν - коэффициент Пуассона горной массы во врубовой полости.

Предлагаемый способ позволяет создать качественную врубовую полость и увеличить КИШ при проходке выработок и тоннелей за счет определения необходимой массы заряда выброса в опережающей скважине. Массу заряда выброса определяют с учетом диаметра скважины, длины врубовых шпуров, физико-технических свойств горной массы во врубовой полости, величины горного давления и скорости детонации ВВ заряда выброса. Это позволяет повысить уровень безопасности и эффективность буровзрывных работ.

Сущность способа заключается в следующем. Заниженной массы заряда ВВ, очевидно, недостаточно для выброса раздробленной и «запрессованной» во врубовой полости породы. Завышенная масса заряда выброса приводит к интенсивному нарушению массива вокруг опережающей скважины, что затрудняет последующее забуривание врубовых шпуров вокруг нее.

Массу заряда ВВ, необходимую для выброса взорванной горной массы из врубовой полости, можно определить, исходя из первого закона Ньютона в напряжениях. Сжимающее напряжение, возникающее в горной массе врубовой полости на расстоянии, равном длине врубовых шпуров, должно быть равно сумме сил трения, создаваемых горным давлением и боковым распором горной массы. Математический вывод см. в приложении.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Длину врубовых шпуров l_ш и диаметр скважины d₃ определяют фактическими замерами или по паспорту буровзрывных работ. Средний размер куска во врубовой полости d_e - по результатам опытных взрывов только комплекта врубовых шпуров с замером грансостава. Показатель деформируемости Ф определяют в зависимости от коэффициента разрыхления горной массы во врубовой полости по формуле (см. [2] приложения)

где К_p - коэффициент рыхления горной массы во врубовой полости.

Величина K_p определяется опытным путем. Величины µ и ν определяют по известным методикам. Величина горного давления геофизическими методами или по известной формуле

где ρ - средняя объемная масса вышележащего горного массива, кг/м³, g - ускорение свободного падения, м/с², H - глубина расположения выработки, м. Скорость детонации ВВ D определяют по справочной литературе.

Подставляя численные значения параметров в математическую формулу (1), получим величину Q₃. Далее бурят опережающую скважину, вокруг нее врубовые, отбойные и оконтуривающие шпуры. Заряжают все шпуры и устанавливают заряд выброса заданной массы в скважину, заполненную водой на расстоянии от забоя скважины. Заряды взрывают в следующей последовательности: сначала заряды во врубовых шпурах, затем заряд выброса, вспомогательные, отбойные и оконтуривающие заряды.

Пример. На руднике «Глубокий» ОАО ППГХО в трудновзрываемых гранитах проводят горную выработку с бурением центральной опережающей наклонной вниз скважины, под углом 3-5° и периферийных шпуров вокруг нее. Заполняют центральную скважину водой, заряжают периферийные шпуры зарядами дробления, а центральную скважину заряжают в ее перебуре - зарядом выброса на расстоянии от забоя скважины и взрывают сначала заряды дробления, затем заряд выброса. Масса заряда выброса составляла 2,5 кг (аммонит 6ЖВ в патронах диаметром 32 мм) или 3,0 кг (аммонит 6ЖВ в патроне диаметром 90 мм).

В целом было проведено 5 циклов взрывания, однако КИШ составил 0,6-0,7. Расчет по формуле (1) производился следующим образом. Длина врубовых шпуров по паспорту БВР l_ш=1,8 м, диаметр скважины d₃=0,105 м. Средний размер куска определяли путем рассева взорванной горной массы из врубовой полости через сита и расчета d_e по известной методике, d_e=0,025 м. Величина К_p определялась путем опускания горной массы из врубовой полости в цилиндрическую емкость, придавливания горной массы грузом и определения коэффициента разрыхления путем сопоставления объемной массы цельного куска гранита и разрушенной горной массы из вруба. K_p=1,2±0,01. Величина µ=0,5. Величина ν=0,5 (согласно исследований К.В.Руппенейта «Деформируемость массивов трещиноватых горных пород». - М.: Недра. - 1975. - 220 с.)

Величина горного давления в районе врубовой полости при глубине расположения выработки H=500 м и ρ=2,5·10³ кг/м³, g=9,8 м/с² определено по формуле (3) и равно Р=1,22·10⁷ Па. Величина D=4,2·l0³ м/c.

Расчеты по формуле (1) показывают, что необходимая масса заряда выброса составляет 4.5 кг. Последующие опытные работы с взрыванием заряда выброса массой 4.5 кг показали, что КИШ увеличился до 0,75-0,9.

Таким образом, определение необходимой массы заряда ВВ для выброса горной массы из врубовой полости обеспечило повышение эффективности проходки горно-капитальных выработок на руднике «Глубокий». Кроме того, взрывание заряда выброса в воде создает гидроударную волну, что в удароопасном массиве снижает степень его удароопасности в районе вновь образованного забоя.

Источники информации

1. Патент №1515880 РФ на изобретение. Приоритет изобретения 12.10.1987 г. Автор Тюпин В.Н.

Приложение

Аналитический расчет массы заряда взрывчатых веществ, необходимой для выброса горной массы из врубовой полости.

Качественная очистка врубовой полости от горной массы взрывом заряда ВВ (заряда выброса) в опережающей слабонаклонной скважине, заполненной водой, обеспечивает увеличение КИШ, эффективность и безопасность буровзрывных работ при проходке выработок. Необходимо определить массу заряда в скважине, достаточную для очистки врубовой полости. Заниженной массы заряда ВВ, очевидно, недостаточно для выброса раздробленной и «запрессованной» во врубовой полости породы. Завышенная масса ВВ приводит к интенсивному нарушению массива вокруг опережающей скважины, что затрудняет последующее забуривание врубовых шпуров вокруг нее.

Массу заряда ВВ, необходимую для выброса взорванной горной массы из врубовой полости, можно определить, исходя из первого закона Ньютона в напряжениях. Сжимающее напряжение σ_в(r), возникающее в горной массе врубовой полости на расстоянии r (r=l_ш, где l_ш - длина врубовых шпуров), должно быть равно или превышать сумму сил трения, создаваемых горным давлением (σ_г) и боковым распором горной массы (σ_бр), то есть

Согласно [1] для сферического заряда ВВ

где ρ_в, D, d₃ - соответственно плотность заряжания, скорость детонации ВВ, диаметр заряда ВВ, l_ш - длина шпура, d_е, Ф - соответственно средний размер куска взорванной массы во врубе, показатель деформируемости горной массы, π=3,14.

Согласно [2]

где µ, ν - соответственно коэффициент трения между кусками горной массы во врубе, коэффициент Пуассона горной массы, Р - величина горного давления на контуре врубовой полости.

Подставляя (2) и (3) в (1), получим

Умножив правую и левую часть (4) на , получим формулу для определения массы заряда ВВ, необходимой для выброса горной массы из врубовой полости

Библиографический список

1. Тюпин В.Н. Геометризация зоны дробления трещиноватого массива параллельно оси взрывного заряда. // Известия ВУЗов. Горный журнал. - 1985, №1, с.41-45.

2. Тюпин В.Н. Повышение эффективности геотехнологии с использованием энергии взрыва при деформировании трещиноватых напряженных массивов горных пород. // Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. - Москва: ВНИПИ промтехнологии. - 2002. - С.102, 104.

Изобретение относится к горной промышленности и железнодорожному строительству, в частности при буровзрывной проходке горизонтальных, слабонаклонных горных выработок и железнодорожных тоннелей. Способ образования врубовой полости включает бурение опережающей слабонаклонной скважины и заполнение ее водой. Затем бурят врубовые, вспомогательные и оконтуривающие шпуры. Шпуры и скважину заряжают зарядами взрывчатых веществ. Массу заряда выброса в скважине определяют математически в зависимости от ее диаметра, длины врубовых шпуров, физико-технических свойств горной массы во врубовой полости, величины горного давления и скорости детонации ВВ. Изобретение позволяет обеспечить образование качественной врубовой полости и увеличить КИШ при проходке выработок и тоннелей. Взрывание заряда выброса в воде создает гидроударную волну, что в удароопасном массиве снижает степень его удароопасности в районе вновь образованного забоя.

Способ образования врубовой полости, включающий бурение центральной опережающей наклонной вниз скважины, под определенным углом и периферийных шпуров вокруг нее, заполнение центральной скважины водой, заряжание периферийных шпуров зарядами дробления, а в центральной скважине в ее перебуре размещение заряда выброса на расстоянии от забоя скважины и взрывание сначала зарядов дробления, затем заряда выброса, отличающийся тем, что массу заряда выброса определяют с учетом диаметра скважины, длины врубовых шпуров, физико-технических свойств горной массы во врубовой полости, величины горного давления и скорости детонации ВВ заряда выброса из выражения
,
где π=3,14,
l _ш - длина врубовых шпуров, м;
d _e - средний размер куска горной массы во врубовой полости, м;
Ф - показатель деформируемости горной массы во врубовой полости;
µ - коэффициент трения между кусками горной массы;
P - величина горного давления в массиве в районе врубовой полости, Па;
d ₃ - диаметр опережающей скважины, м;
D - скорость детонации взрывчатого вещества в опережающей скважине, м/с;
ν - коэффициент Пуассона горной массы во врубовой полости.