СПОСОБ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ ГОРНЫХ ПОРОД НА КАРЬЕРАХ Российский патент 2010 года по МПК F42D3/04 F42D1/08 

Изобретение относится к области взрывных работ в горном деле и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород скважинными зарядами взрывчатых веществ на карьерах.

Известны способы взрывной отбойки горных пород на открытых горных работах, предусматривающие бурение взрывных скважин, размещение в каждой скважине заряда взрывчатого вещества с промежуточным детонатором и средством инициирования последнего и производство взрыва (Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М., МГИ, 1992, с.396-399). Недостатком таких способов является необходимость размещения донной части зарядов взрывчатых веществ ниже отметки подошвы нижележащего уступа в участке скважины, именуемом перебуром, что приводит к дополнительному насыщению нижней части взрываемого уступа энергией взрыва и обеспечивает за счет этого качественное дробление горных пород и требуемую проработку подошвы уступа.

Известны способы взрывной отбойки горных пород на карьерах, предусматривающие бурение взрывных скважин, формирование в донной части одной или нескольких взрывных скважин газовой полости, размещение в каждой взрывной скважине над воздушной полостью заряда взрывчатого вещества с промежуточным детонатором и средствами инициирования последнего и производство взрыва (см., например, Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М., МГИ, 1992, с.448-449; Скважинные заряды взрывчатых веществ с осевой воздушной полостью/ Салганик В.А., Воротеляк Г.А., Митрофанов В.В., Филлипов. Н.Ф. Киев., Техника, 1986, с.8 - рис.6, 9-10 - прототип).

При реализации таких способов, в том числе и по прототипу, взрывные скважины бурят с перебуром, располагая дно скважины существенно ниже отметки подошвы уступа, и в перебуре формируют воздушную полость. В момент, когда детонационная волна достигает границы между нижним торцом колонки заряда и воздушной полостью, в сторону последней распространяется ударная волна со сверхзвуковой скоростью, а по продуктам детонации со скоростью звука распространяются волны разрежения в сторону устья скважины, заполненного забойкой. Ударная волна, достигнув забоя скважины, отражается от него. При этом за фронтом отраженной ударной волны резко возрастает давление продуктов взрыва, что способствует возникновению в нижней части скважины повышенного давления. За фронтом отраженной от материала забойки волны разрежения происходит снижение первоначального пикового давления продуктов взрыва на стенки скважины. Это позволяет резко сократить затраты энергии взрыва на переизмельчение среды в непосредственной близости к заряду взрывчатого вещества и рационально использовать их на разрушение более удаленной части массива в большем объеме. Повышение давления в нижней части скважины способствует улучшению проработки подошвы уступа. Происходит нормальный отрыв массива по подошве уступа.

Недостатком способа взрывной отбойки горных пород по прототипу является необходимость бурения скважин с перебуром, поскольку достигаемый максимальный импульс взрыва и при такой технологии недостаточен для полного отказа от размещения зарядов взрывчатых веществ в скважинах, пробуренных без перебура. Необходимость бурения скважин с перебуром приводит, как и в ранее известных способах взрывной отбойки, к значительным непроизводительным потерям объемов бурения, поскольку после взрыва перебуренные части скважин остаются в массиве нижележащего уступа, который впоследствии при подготовке к взрыванию обуривается с исходной отметки.

Технической задачей, направленной на устранение указанного недостатка, является формирование максимального импульса взрыва на уровне подошвы уступа, что приведет к исключению перебура при бурении скважины, то есть к сокращению объема буровых работ при неизменном выходе горной массы с блока, и за счет этого к снижению затрат на производство буровзрывных работ в целом.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе взрывной отбойки горных пород на карьерах, предусматривающем бурение взрывных скважин, формирование в донной части одной или нескольких взрывных скважин газовой полости, размещение в каждой взрывной скважине над воздушной полостью заряда взрывчатого вещества с промежуточным детонатором и средствами инициирования последнего и производство взрыва, бурение взрывных скважин ведут до отметки подошвы нижележащего уступа, а перед формированием газовой полости на дне взрывной скважины устанавливают отражатель ударных волн. При этом в качестве отражателя ударных волн можно использовать сыпучие вещества с разной плотностью, значение которой прямо пропорционально горному давлению. Для повышения эффективности действия взрыва промежуточный детонатор можно размещать над газовой полостью в активной части заряда взрывчатого вещества на расстоянии от нижнего торца указанного заряда в пределах 1-1,5 высоты газовой полости. Газовую полость можно формировать с помощью эластичных емкостей, заполненных сжатым воздухом или другим газом с максимальным неразрушающим для этих емкостей давлением или заполненных гранулированным пенополистиролом. Для обеспечения возможности управления интенсивностью разрушающего действия взрыва соотношение высоты заряда взрывчатого вещества Н_зар к высоте газовой полости Н_газ, обеспечивающие прохождение ударных волн по зарядной полости после взрыва заданное количество раз П_ув, определяют по следующей зависимости:

В заявляемом скважинном заряде, как и в известном заряде, предусматривается использование газовой полости, которая обеспечивает после завершения детонационного процесса в заряде взрывчатого вещества образование мощного потока продуктов взрыва в направлении дна скважины и одной отраженной ударной волны сжатия, образующейся при их торможении. Вместе с тем, в заявляемом скважинном заряде при распространении отраженной ударной волны сжатия по зарядной полости обеспечивается более интенсивное нагружение массива в нижней части уступа, что обусловлено наличием в этой части скважины отражателя ударных волн и за счет чего ударная волна работает несколько раз. Формирование максимального импульса взрыва на уровне подошвы уступа позволяет исключить перебур скважины, что обеспечивает снижение затрат на производство буровзрывных работ.

Установка промежуточного детонатора в строго определенном месте обуславливает новый поток ударных волн в воздушную полость, и скважинный заряд работает как генератор ударных волн в донную часть взрывной скважины.

В качестве отражателя ударных волн использованы сыпучие вещества разной плотности в зависимости от горного давления, т.е. на дне скважины, где горное давление максимальное, отражатель имеет большую плотность, например железорудные окатыши, а выше - стеклянные шарики, имеющие меньшую плотность. В предпочтительном варианте исполнения воздушная полость создана с помощью емкостей, заполненных сжатым воздухом до максимального давления, но можно также использовать емкости, заполненные гранулированным пенополистиролом.

Использование указанных средств позволяет значительно снизить затраты на формирование скважинного заряда за счет механизации их установки в скважину.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображен скважинный заряд, сформированный предлагаемым способом, где 1 - взрывная скважина; 2 - уровень подошвы уступа; 3 - уступ разрушаемой горной породы; 4 - дно взрывной скважины; 5 - отражатель ударных волн; 6 - воздушная полость; 7 - промежуточный детонатор; 8 - детонирующий шнур; 9 - заряд взрывчатого вещества; 10 - забойка.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

При производстве взрывных работ пробуривают вертикальную или наклонную взрывную скважину 1 до уровня 2 подошвы уступа 3. На дно 4 скважины 1 устанавливают отражатель ударных волн 5, опуская его с помощью веревки. Затем создают воздушную полость 6, опустив в скважину одну из указанных выше емкостей. Над воздушной полостью 6 размещают промежуточный детонатор 7 на детонирующем шнуре 8 в активной части заряда на высоте, равной 1-1,5 высоты воздушной полости 6, заполняют скважину взрывчатым веществом 9 и формируют забойку 10. После этого скважинный заряд готов к взрыву. При этом учитывают, что параметры заряда могут обеспечивать заданное количество ударных волн, например от 5 до 10.

При взрыве промежуточного детонатора в скважинном заряде возбуждается детонация. Когда детонационная волна достигает границы нижнего торца колонки заряда взрывчатого вещества 9 и воздушной полости 6, в сторону последней распространяется ударная волна со сверхзвуковой скоростью, а по продуктам детонации идут волны разрежения в сторону устья скважины, распространяющиеся со скоростью звука. Первая ударная волна, достигнув дна 4 скважины, отражается от отражателя 5 ударных волн под углом около 90°, разрушая горную породу по подошве уступа. Образованное разрежение взрывчатого вещества после взрыва промежуточного детонатора обеспечивает переориентирование второго взрывного импульса в зону разрежения, создавая дополнительные деформирующие нагрузки в торце взрывной скважины. Также работают последующие взрывные импульсы.

Промышленные испытания предлагаемого способа проводились на взрывах 1500 скважин. В сравнении с результатами взрывов, проводившихся по стандартным методам (по прототипу), анализ взорванной горной массы показал практически одинаковую степень дробления и хорошую проработку подошвы уступа. Вместе с тем, за счет снижения массы зарядов в скважинах и снижения длины взрывных скважин расход взрывчатых веществ оказался ниже примерно на 80 т, а объем бурения сокращен на 1500 погонных метров.

Изобретение относится к области взрывных работ в горном деле и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород скважинными зарядами взрывчатых веществ на карьерах. Способ взрывной отбойки предусматривает бурение взрывных скважин, формирование в донной части одной или нескольких взрывных скважин газовой полости, размещение в каждой взрывной скважине над воздушной полостью заряда взрывчатого вещества с промежуточным детонатором и средствами инициирования последнего и производство взрыва. Бурение взрывных скважин ведут до отметки подошвы нижележащего уступа, а перед формированием газовой полости на дне взрывной скважины устанавливают отражатель ударных волн. В качестве отражателя ударных волн можно использовать сыпучие вещества с разной плотностью, значение которой прямо пропорционально горному давлению. Промежуточный детонатор размещают над газовой полостью в активной части заряда взрывчатого вещества на расстоянии от нижнего торца указанного заряда в пределах 1-1,5 высоты газовой полости. Газовую полость можно формировать с помощью эластичных емкостей, заполненных сжатым воздухом или другим газом с максимальным неразрушающим для этих емкостей давлением или заполненных гранулированным пенополистиролом. Изобретение позволяет снизить затраты на производство буровзрывных работ и сократить объем буровых работ. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ взрывной отбойки горных пород на карьерах, предусматривающий бурение взрывных скважин, формирование в донной части одной или нескольких взрывных скважин газовой полости, размещение в каждой взрывной скважине над воздушной полостью заряда взрывчатого вещества с промежуточным детонатором и средствами инициирования последнего и производство взрыва, отличающийся тем, что бурение взрывных скважин ведут до отметки подошвы нижележащего уступа, а перед формированием газовой полости на дне взрывной скважины устанавливают отражатель ударных волн.

2. Способ взрывной отбойки горных пород по п.1, отличающийся тем, что в качестве отражателя ударных волн используют сыпучие вещества с разной плотностью, значение которой прямо пропорционально горному давлению.

3. Способ взрывной отбойки горных пород по п.1 или 2, отличающийся тем, что промежуточный детонатор размещают над газовой полостью в активной части заряда взрывчатого вещества на расстоянии от нижнего торца указанного заряда в пределах 1-1,5 высоты газовой полости.

4. Способ взрывной отбойки горных пород по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовую полость формируют с помощью эластичных емкостей, заполненных сжатым воздухом или другим газом с максимальным неразрушающим для этих емкостей давлением или заполненных гранулированным пенополистиролом.

5. Способ взрывной отбойки горных пород по п.1, отличающийся тем, что соотношение высоты заряда взрывчатого вещества Н_зар к высоте газовой полости
Н_газ, обеспечивающие прохождение ударных волн по зарядной полости после взрыва заданное количество раз П_ув, определяют по следующей зависимости: