СПОСОБ ОКОНТУРИВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ЦЕЛИКОВ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКЕ ГОРНОГО МАССИВА Российский патент 2013 года по МПК F42D1/00 F42D3/04 

Изобретение относится к горной и горно-химической промышленности и может быть использовано для оконтуривания горного массива, при строительстве подземных горных выработок (подземных резервуаров) и целиков при взрывном разрушении отбиваемых горных пород.

Известен способ оконтуривания горных выработок, когда по контуру строящихся горных выработок обуривают контурные шпуры (Б.Н.Кутузов, А.П.Андриевский. Новая теория и новые технологии разрушения горных пород удлиненными зарядами взрывчатых веществ. - Новосибирск: Наука, 2002. - 39-46 с.).

Недостатками способа являются: нарушение взрывом законтурного пространства, неровность создаваемого контура, обрушение законтурного массива, снижение его прочностных характеристик и водопроницаемости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контурного взрывания (Л.И.Барон, А.В.Ключников. Контурное взрывание при проходке выработок. - Л.: Наука, 1976. - 13 п.л.).

Недостатками способа являются: большой объем буровых работ, сложность формирования рассредоточенных зарядов, отсутствие четких параметров по расположению шпуров на контуре строящейся горной выработки и формированию рассредоточенных зарядов в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий производства взрывных работ.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ для конкретных горно-геологических и горно-технических условий производства горных работ, повышение качества оконтуривания горного массива, исключение возможности нарушения законтурного пространства и повышение устойчивости законтурного пространства, четкое определение параметров БВР для конкретных горно-геологических и горно-технических условий.

С этой целью в известном способе, включающем бурение оконтуривающих и компенсационных шпуров по контуру отбиваемого массива, размещение в оконтуривающих шпурах зарядов ВВ и их взрывание, бурение оконтуривающих шпуров осуществляется таким образом, что расстояние между шпурами должно быть равным r_Р (не более этой величины), а расстояние между контурными шпурами и контуром охраняемого массива на расстоянии r_СМ (не более этой величины), компенсационные шпуры бурят параллельно оконтуривающим таким образом, что они должны располагаться на контакте зоны смятия - массив (внутри этого контура) под углом 60° в сторону охраняемого массива.

Способ поясняется чертежом, где показана схема расположения оконтуривающих шпуров (3) и компенсационных шпуров (4) под углом 60° к охраняемому контуру (1) на контакте зона смятия - массив (2).

Способ осуществляется следующим образом. По контуру охраняемого массива бурят оконтуривающие шпуры таким образом, что расстояния между шпурами, равные r_Р (не более этой величины), а расстояние между контуром и обуренными оконтуривающими шпурами равно r_СМ (не более этой величины); под углом 60° в сторону охраняемого массива бурят два компенсационных шпура параллельно оконтуривающим таким образом, что они располагаются на расстоянии r (внутри этой зоны) на контакте зона смятия - массив; производят зарядку оконтуривающих шпуров их взрывание (см. фиг.1).

Величины r_Р, r_СМ и r определяются следующим образом:

где d - диаметр шпуров, см;

ρ - плотность ВВ в заряженном шпуре, кг/м³;

Д - скорость детонации применяемого ВВ, м/с;

σ - предел прочности пород на сжатие, Па;

τ - предел прочности пород на срез, Па;

К_С - коэффициент структурного ослабления, д.ед.

Существо и пример конкретного выполнения способа заключается в следующем. Определяются горно-геологические и горно-технические условия производства горных работ; пример 1: необходимо произвести оконтуривание массива в породах с пределом прочности пород на сжатие - 100 МПа; предел прочности пород на срез - 30 МПа; массив монолитный К_С=1; диаметр шпуров - 4 см; плотность заряжания - 900 кг/м³; ВВ аммонал (скорость детонации 4,5 км/с).

1) Определяем радиус образующейся при взрыве зоны смятия (согласно формуле 2)

r_СМ=0,35×4×900^0,5×4500×100000000^-0,5=18,9 см≈19 см.

2) Определяем радиус образующейся при взрыве зоны трещин (согласно формуле 1)

r_Р=0,21×4×900^0.75×4500^1,5×(10⁸)^-0,25×(10×10⁷)^-0,5=76,07 см≈76 см.

3) Определяем радиус, на котором бурят компенсационные шпуры (согласно формуле 3)

r=19-4=15 см.

Пример 2: необходимо произвести оконтуривание массива в породах с пределом прочности пород на сжатие - 120 МПа; предел прочности пород на срез - 40 МПа; массив монолитный К_С=0,7; диаметр шпуров - 5 см; плотность заряжания - 1200 кг/м³; ВВ гранулит АС-8 (скорость детонации 4 км/с).

1) Определяем радиус образующейся при взрыве зоны смятия (согласно формуле 2)

r_СМ=0,35×5×1200^0,5×4000×120000000^-0,5=22,14 см≈22 см.

2) Определяем радиус образующейся при взрыве зоны трещин (согласно формуле 1)

r_Р=0,21×5×1200^0,75×4000^1,5×(120⁶)^-0,25×(4×10⁷)^-0,5×0,7=57,27 см≈57 см.

3) Определяем радиус, на котором бурят компенсационные шпуры (согласно формуле 3)

r=22-5=17 см.

Имея все необходимые данные, приступаем к обуриванию контурных и компенсационных шпуров, заряжанию контурных шпуров и их взрыванию с таким условием, что расстояние между оконтуривающими шпурами по контуру охраняемого массива равно 76 см по примеру 1 (57 см по примеру 2), а расстояние от контура равно 19 см по примеру 1, 22 см по примеру 2 (до этих шпуров); компенсационные шпуры располагаем параллельно оконтуривающим на расстоянии 15 см по примеру 1, 17 см по примеру 2 (внутри контура зона смятия - массив) под углом обрушающейся воронки взрыва 60° сторону.

Таким образом, предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: позволяет исключить возможность нарушения законтурного массива; снизить объем буровых работ; получить оптимально число шпуров (скважин) по контуру охраняемого массива для конкретных горно-геологических и горно-технических условий; получить четкое оконтуривание охраняемого массива.

Способ используется для оконтуривания горных выработок (резервуаров) и целиков при взрывном разрушении отбиваемого горного массива. Способ включает бурение оконтуривающих и параллельно им компенсационных шпуров в строго определенном порядке. Расстояние между оконтуривающими шпурами по периметру охраняемого массива должно быть равным r_p (не более этой величины). Расстояние между оконтуривающими шпурами и контуром охраняемого массива должно быть равным r_СМ (не более этой величины). Расстояние между оконтуривающими и компенсационными шпурами должно быть равным r (не более этой величины). Компенсационные шпуры располагаются со стороны охраняемого контура под углом, образованным между осью оконтуривающих шпуров и осями компенсационных, равным 60°. Величины r_p, r_СМ и r определяются в зависимости от прочностных характеристик массива и мощности используемого ВВ. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность этих видов работ за счет оптимального распределения шпуров или скважин по контуру охраняемого массива для конкретных горно-геологических и горно-технических условий. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оконтуривания горных выработок и целиков при взрывной отбойке горного массива, включающий бурение оконтуривающих и параллельно им компенсационных шпуров по контуру отбиваемого массива, размещение в оконтуривающих шпурах или скважинах зарядов ВВ и их взрывание, отличающийся тем, что расстояние между оконтуривающими шпурами по контуру определяется из выражения:
r_p=0,21·d·ρ^0,75·Д^1,5·σ^-0,25·τ^-0,5·К_С,
где d - диаметр шпуров, см;
ρ - плотность ВВ в заряженном шпуре, кг/м³;
Д - скорость детонации применяемого ВВ, м/с;
σ - предел прочности пород на сжатие, Па;
τ - предел прочности пород на срез, Па;
К_С - коэффициент структурного ослабления, д.ед.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оконтуривающие шпуры бурят с отступлением от охраняемого контура на расстоянии, равном радиусу зоны смятия, размер которого определяется из выражения:
r_СМ=0,21·d·ρ^0,5·Д·σ^-0,5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что параллельно оконтуривающим шпурам бурят два компенсирующих шпура под углом 60°, образованным между осью оконтуривающего шпура и осями компенсационных шпуров, в сторону охраняемого контура на расстоянии, определяемом из выражения:
r=r_СМ-d.