СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЖИЛЬНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ Российский патент 2017 года по МПК E21C41/22 F42D3/04 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам добычи руды с использованием камерных систем разработки жильных рудных тел с веерной взрывной отбойкой руды.

Известен способ взрывной отбойки жильных рудных тел веером скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) (см. Мосинец В.Н., Пашков А.Д., Латышев В.А. Разрушение горных пород. - М.: Недра, 1975. - стр. 166 (рис. 86 б).

При этом способе скважины бурят до контакта руды и вмещающих пород. Однако после заряжания и взрывания таких скважин происходит разрушение пород за контуром рудного тела, в районе забоев веерных скважин. При последующем взрывании соседних вееров скважин происходит обрушение разрушенных предыдущим взрывом пустых пород и разубоживание руды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ разработки жильных рудных тел, включающий бурение скважин в рудном теле на определенном расстоянии (0,2-0,3 м) от контакта руды с вмещающими породами, размещение в скважинах зарядов ВВ и их взрывание (см. Баранов О.А. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд. - М.: Недра, 1985. - С. 66 (рис. 3.2), 68).

Однако рудный или безрудный массивы горных пород обладают различными физико-техническими свойствами, параметрами трещиноватости. В районе взрываемых скважин может быть различное горное давление. Кроме того, для отбойки руды применяют скважины различного диаметра и ВВ с различными детонационными характеристиками. Все эти параметры в комплексе влияют на радиус разрушения массива горных пород за контуром рудного тела. А последующее обрушение разрушенных пустых пород приводит к разубоживанию руды.

Техническим результатом предлагаемого способа является снижение размеров нарушения вмещающих горных пород и снижение разубоживания руды при ее отгрузке, уменьшение объемов бурения и массы ВВ.

Результат достигается тем, что способ разработки жильных рудных тел, включающий бурение вееров скважин в рудном теле на определенном расстоянии от контура рудного тела, размещение в скважинах зарядов ВВ и их взрывание, отличается тем, что, с учетом детонационных параметров ВВ, физико-технических свойств массива в рудном теле, параметров его трещиноватости и величины горного давления, минимальное расстояние от забоя крайних в веере скважин до контура рудного тела определяют из выражения

где D - скорость детонации ВВ, м/с;

ρ_B - плотность заряжания, кг/м³;

d_З - диаметр заряда ВВ, м;

π=3,14;

d_e - размер отдельности массива в рудном теле, м;

Φ - показатель трещиноватости массива в рудном теле;

σ_p - предел прочности на разрыв отдельности рудного тела, Па;

μ - коэффициент трения между отдельностями;

P - величина горного давления в месте взрывания, Па;

ν - коэффициент Пуассона отдельности в рудном теле.

Предложенный способ позволит снизить разубоживание руды при веерной взрывной отбойке жильных рудных тел за счет определения расстояния от забоя скважин до контура рудного тела с учетом детонационных характеристик ВВ, физико-технических свойств и трещиноватости рудного тела, величины горного давления в нем.

Сущность способа заключается в следующем. Действие взрыва в трещиноватом горном массиве подразделяется на две фазы: волновую и квазистатическое давление продуктов детонации (ПД). Волна напряжения распространяется со скоростью 2000-5000 м/с и имеет малую длительность фазы сжатия 0,05-0,7 мс, поэтому, при величине раскрытия естественных трещин 2-8 мм, волны напряжений полностью теряют свою энергию на трещинах - известный факт.

На подземных горных работах раскрытие трещин составляет 0,1-5,0 мм, то есть и здесь волны напряжений теряют часть своей энергии на ближайшей трещине. С учетом того что блочность массива, например, на рудниках ПАО ППГXО, составляет в основном 0,1-0,4 м, определяющим механизмом дробления (радиального трещинообразования) отдельностей массива в пределах (5-15) d_З, является квазистатическое давление продуктов детонации, что обеспечивает соударение отдельностей.

Иными словами, под действием квазистатического давления продуктов детонации в массиве распространяется волна деформаций со скоростью 10-100 м/с, представляющая собой последовательное перемещение раздробленных и нераздробленных отдельностей в радиальном направлении от заряда ВВ. Перемещение отдельностей сопровождается деформированием массива между гранями отдельностей, упругим деформированием отдельностей массива и трением по граням отдельностей при их смещении друг относительно друга.

Рассмотрим действие взрыва торцовой части скважинного заряда ВВ. Очевидно, что эта часть заряда будет воздействовать на среду как некоторый эквивалентный сферический заряд. Сферическим можно считать цилиндрический заряд с максимальным отношением его длины к диаметру, равным примерно 4, при рассмотрении процесса на границе зоны дробления. Основываясь на указанном механизме действия взрыва, на основе закона сохранения энергии, определены теоретические формулы расчета радиальных и тангенциальных напряжений в массиве, а также величина зоны радиального трещинообразования от торцовой части заряда.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Величину R_к определяют, подставляя туда численные значения параметров. Физико-механические свойства массива σ_p, ν, обычно определяют на стадии геологоразведочных работ по известным методикам. Значения величин Φ, μ взаимосвязаны с размером естественной отдельности d_e, их определяют из таблицы

Детонационные характеристики ВВ (D, ρ_B) и диаметр заряда ВВ (d₃) определяют, используя справочную литературу. Величину горного давления в районе подготовки массива определяют либо геофизическими методами, либо по известной формуле Р=ρgH (где g - ускорение свободного падения, м/с²; Н - глубина от поверхности земли, м, ρ - объемная масса горного массива, кг/м³).

Далее бурят скважины веером с расстоянием между забоем крайних в веере скважин и контуром рудного тела, равным R_к. Скважины в веере или нескольких веерах заряжают. Веера скважин короткозамедленно взрывают с помощью электровзрывной сети или сети СИНВ-Ш.

Пример. Подэтажно-камерная отработка крутопадающих рудных тел мощностью 5-8 м в бл. 4в-725 на руднике №1 ПАО ППГХО (Публичное акционерное общество Приаргунское производственное горно-химическое объединение) с бурением и взрыванием вееров скважин по обычной технологии приводит к разубоживанию руды на 40-60%. Технические экспертизы показали, что отчасти повышенное разубоживание объясняется близким расположением скважин к контуру рудного тела.

Для снижения разубоживания в очередной камере бл. 4в-725 были проведены промышленные исследования в соответствии с предлагаемым изобретением.

Массив в рудном теле представлен трахидацитами с d_e=0,05-0,25 м (0,15 м в среднем). Физико-технические свойства рудных трахидацитов σ_р=10⁷Па, ν=0,29, Φ=10, μ=0,3, ρ=2,5*10³ кг/м³. Глубина от поверхности Земли Н=420 м, тогда Р=10,3*10⁶Па. Взрывание производят граммонитом М-21:D=3,6*10³ м/с, ρ_B=1,1*10³ кг/м³, d_З=0,065 м.

Подставив численные значения в математическую формулу, получили R_к=0,61 м.

Далее, в камере 2 бл. 4в-725 бурили веера скважин. Недобур до контура рудного тела составлял 0,6±0,1 м. Затем заряжали и взрывали короткозамедленно веера скважин. Отгрузка руды и замеры содержания полезного компонента в ней показали, что разубоживание руды снизилось до 20-30%.

Таким образом, использование предложенного способа путем расположения забоев скважин в пределах рудного тела, на определенном расстоянии от контура рудного тела, позволило снизить разубоживание в среднем с 50 до 30%. Помимо этого снижается объем бурения скважин и расход ВВ. Это доказывает эффективность предложенного способа.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам добычи руды с использованием камерных систем разработки жильных рудных тел с веерной взрывной отбойкой руды. В пределах рудного тела бурят, заряжают и короткозамедленно взрывают веера скважин. Расстояние между концами (забоями) крайних в веере скважин и контуром рудного тела определяют с учетом детонационных параметров ВВ, физико-технических свойств и параметров трещиноватости рудного тела, а также величины горного давления. Техническим результатом предлагаемого способа является снижение размеров нарушения вмещающих горных пород и снижения разубоживания руды при ее отгрузке, уменьшение объемов бурения и массы ВВ. 1 табл.

Способ разработки жильных рудных тел, включающий бурение вееров скважин в рудном теле на определенном расстоянии от контура рудного тела, размещение в скважинах зарядов ВВ и их взрывание, отличающийся тем, что, с учетом детонационных параметров ВВ, физико-технических свойств массива в рудном теле, параметров его трещиноватости и величины горного давления, минимальное расстояние от забоя крайних в веере скважин до контура рудного тела определяют из выражения:

где D - скорость детонации ВВ, м/с;

ρ_В - плотность заряжания, кг/м³;

d_З - диаметр заряда ВВ, м;

π=3,14;

d_e - размер отдельности массива в рудном теле, м;

Ф - показатель трещиноватости массива в рудном теле;

σ_р - предел прочности на разрыв отдельности рудного тела, Па;

μ - коэффициент трения между отдельностями;

Р - величина горного давления в месте взрывания, Па;

ν - коэффициент Пуассона отдельности в рудном теле.