Способ подготовки горных пород взрывом Российский патент 2020 года по МПК E21C41/26 F42D3/04 

Известен способ подготовки горных пород взрывом [1].

Недостатком способа является то, что при его применении достигается некоторое повышение использования энергии взрыва, но он практически не снижает выход негабарита, который по данным практики составляет 4-6% при неравномерном разрушении массива пород по высоте уступа. Кроме того, засыпная технология остроугольных кусков породы может привести к порезу проводов подрыва и замыканию сети.

Известен способ подготовки горных пород взрывом при применении ЦПТ в карьере [2].

Недостатком способа является то, что при применении сплошного заряда, рассчитанного на разрушение массива пород по высоте уступа, не удается достичь качественного дробления пород из-за неравномерного расхода энергии ВВ по высоте уступа, а также не учитывается влияние обводненности пород, заносов уступов зимой и обледенения скважин, что приводит к снижению энергии взрыва при дроблении пород на 20-30%.

Известен способ подготовки горных пород взрывом при использовании пропиленовых, полиэтиленовых рукавов для создания воздушных промежутков в скважине между зарядами [3].

Недостатком способа является то, что нельзя добиться качественного дробления массива пород по высоте уступа даже при применении этих средств, не учитывая закономерностей сложения структуры массива пород и его нарушенности по высоте уступа, обводненности массива, и не обосновывая необходимой энергии взрыва по высоте уступа.

Известны способы подготовки горных пород взрывом [4, 5]. Недостатком способов является то, что нерационально создается энергия взрыва по высоте уступа и наблюдается снижение энергии взрыва в условиях влияния климата: заносах уступов и обводненности пород, в результате снижается качество взрывных работ и наблюдается повышенный выход негабарита.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки горных пород взрывом [6].

Недостатком способа является то, что при делении заряда на две-три части в качестве разделяющего элемента и устройства предлагается применять дерево, пропиленоые рукава в виде «тубуса», что достаточно дорого и не обеспечивает необходимого качества взрыва при влиянии различной трещиноватости по высоте уступа и обводенности пород, заносах уступов в зимний период при неполной защите заряда от влияющих факторов и недостаточно качественном изготовлении рукавов с зарядами и воздушными промежутками. Кроме того, не обосновывается необходимая энергия для качественного дробления массива и снижения до минимума выхода негабарита при применении ЦПТ.

Целью изобретения является повышение эффективности подготовки горных пород взрывом на карьерах, а также в системах с применением ЦПТ с более полным использованием энергии взрыва и ее стабильности, несмотря на влияние на различных факторов, снижения затрат на производство БВР снижением выхода негабарита до минимума за счет равномерного распределения энергии ВВ по высоте массива уступа и снижения глубины перебура при заоткоске уступов под углами 80-85 град..

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе подготовки горных пород карьера взрывом, включающий бурение вертикальных и заоткосных скважин с применением сплошного заряда или с воздушными промежутками и образованием откоса уступа под углом 60-75 град, и выходом негабарита 4-6%, отличающийся тем, что производят бурение рабочих вертикальных или наклонных скважин по сетке в соответствии с классификацией пород по крепости, трещиноватости с недобуром на 1,2-1.5 м по сравнению с традиционными технологиями, причем заоткосные скважины бурят под углом 80-85 град, со сближением на 3-3,5 м по сравнению с рабочими скважинами для создания «гладкого отрыва», разделяют массив по высоте уступа на три зоны по естественной и техногенной трещиноватости и крепости пород, определяют величину заряда для равномерного дробления массива и помещают в скважины заряды, при этом для обеспечения равномерного дробления пород по высоте уступа применяют полиэтиленовый шланговый заряд ВВ в футляре из двух половинок, например, типа скрипичного футляра с воздушными промежутками, полиэтиленовый шланговый заряд выполняют по крайней мере из трех частей, соответствующих потребной энергии взрыва для дробления массива в нижней, средней и в верхней зонах уступа, причем донный заряд создают из мощного ВВ, например, из тротила, а средний и верхний заряды, например, - из эммульсионных ВВ, перед помещением заряда в скважину вводят в заряды инициирующие ВВ, а подрывные провода выводят на поверхность или используют не электрические системы типа «Нонель», при подготовке блока к взрыву и создания запирающих энергий по высоте уступа производят вначале взрыв нижнего заряда и с 5-10 милл. сек. замедлением средего, а затем и верхнего зарядов, взрывание скважин между рядами производят с замедлением 10-20 милл. сек

Разъяснения способа. Подготовка горных пород взрывом к экскавации на карьерах является сложным и ответственным мероприятием в условиях влияния горно - геологических и климатических факторов. Засыпной способ порошкообразного или гранулированного ВВ в скважины обеспечивает использование энергии взрыва на 50-60%, остальная энергия расходуется выделением тепла, рассеивается и работает на сжатие и выброс породного массива без требуемого дробления пород по высоте уступа.

Проблема особенно усугубляется при применении конвейерного транспорта на карьерах.

Конвейерный транспорт в системе циклично-поточной технологии применяется на многих карьерах. Однако даже при применении дробилок особенно щековых на конвейеры попадают крупные куски лещевидной формы, которые вызывают порезы ленты и порчу оборудования. Такие случаи имели место на открытых и подземных работах, а восстановление работающего оборудования требовало больших затрат.

Особенно сложное положение создается на карьерах, применяющих сплошные заряды и создающих откосы на конечном контуре взрыванием вертикальных скважин - угол откоса 60-75° и перебурах 2-3 м. По данным Московского горного института в 1960-70 гг. прошлого века доказано, что нарушение нижележащего слоя при взрыве сплошного заряда при 15-метровом уступе может достигать 3-4 м и может создаваться большое количество отдельностей больших 1,2-1,5 м и крупнее.

При угле откоса 60-75° и образовании линии наименьшего сопротивления (ЛНС) - 7-9 м и взрыве первого ряда скважин со сплошным зарядом образуется большое количество негабарита.

Даже при короткозамедленном взрывании скважин в блоке при сплошных зарядах длиной 11-13 м образуется не заполненная часть скважины высотой 5-7 м, при этих условиях верхняя часть породного слоя не дробится, а выбрасывается, создавая большой выход негабарита.

С учетом удельного выхода негабарита в нижней приоткосной зоне - 50-40%, в верхней - 30-40% и в теле уступа около 20% общий выход негабарита может быть составлять 4-6%.

Поэтому в предлагаемом способе предлагается применение рассредоточенного заряда в специальной упаковке, например, в полиэтиленовой в виде шлангообразного футляра с отсеками для размещения зарядов и воздушных промежутков и малой величины забойки (до 1 м) для обеспечения дробления верхнего слоя, а при малой величине ЛНС, меньшей в 1,5-2 раза по сравнению с традиционной технологией при крутом откосе (80-85 град.) достигается полное дробление приоткосного слоя, и в целом достигается снижение выхода негабарита до минимума (0,5-1%).

Отрицательное влияние воды учитывается заключением футляра с зарядами в полиэтиленовый рукав перед помещением его скважину. Достаточно полное использование энергии взрыва позволяет расширить сетку скважин на 1-1,5 м и повысить КПД взрыва на 10-15%.

При высоте уступа 15 м и глубине скважины 16,5-17 м, длине заряда 11,5-12 м создают два воздушных промежутка: над нижним зарядом высотой 2-2,5 м, над средним зарядом - 2-1,5 м.

Экономический эффект от применения способа на каждом карьере за счет снижения глубины скважин, расширения сетки скважин на 1-1,5 м, снижения затрат на дробление негабарита и перевозки на отвалы может достигать 0,1-0,2 милн. долл. США в год и больше в зависимости от полноты использования способа.

На чертежах рис. 1-7 приведены основные фрагменты объекты применения и основные элементы предлагаемого способа.

Фиг. 1 - 1 - скважина, 2 - сплошной заряд, 3 - боевик, 4 - провода.

Фиг. 2 - 1 - скважина, 2 - донный, средний и верхний заряды. 3 - боевики, 4 - провода подрыва, 5 - воздушные промежутки, 6 - отсек с забойкой, 7 - футляр шлангового заряда, 8 - полиэтиленовая оболочка шлангового заряда (при обводненных скважинах).

Фиг. 3 - фрагмент конструкции донного заряда 2 - заряд (мощный типа тротила), 3 -боевик, 4 провода, 7 - футляр шлангового заряда.

Фиг. 4 - Схема сборки шлангового заряда в футляре на столе (9).

2 - заряд (типа тротила), 3 - боевик, 4 - провода. 5 - воздушный промежуток. 6 - стакан с забойкой, 7 - обойма заряда, 9 - стол сборки, 10 - защелки для соединения футляра. 12, 13 - средний и верхний заряды (типа эмульсии). В - узел выведения проводов 4 (по центру или сбоку - в приливах 11).

Фиг. 5 - донный заряд в скважине. 1 - скважина, 2 - заряд, 3 - боевик, 7 - футляр заряда, 8 - оболочка заряда (полиэтилен) при воде в скважинах.

Фиг. 6 - донный 2 и средний 12 заряды с воздушным промежутком 5, 7 - футляр заряда.

Фиг. 7 - средний 12 и верхний 13 заряды и стакан с забойкой 14, 5 - воздушный промежуток.

Пример выполнения.

Предлагаемый к применению способ подготовки горных пород взрывом может быть использован на различных карьерах, как рудных, так и строительных как у нас в стране, так и за рубежом. Он может быть использован на Ковдорском карьере комплексных железных руд и на апатитовых карьерах АО «Апатит».

Для этого на базе «Союзвзрывпром» или его отделениях организуется участок, где производятся полиэтиленовые футляры (которые при сильной детонации также взрывается) или другие (типа картонных футляров) для зарядов с отделениями для зарядов и воздушных промежутков и отделения для забойки. В карьер доставляется готовый к применению шланговый заряд в виде футляра из двух половинок почти заводского изготовления, построенный в соответствии с параметрами уступов и расчитанными параметрами зарядов и воздушных промежутков. Перед применением вставляются боевики и заряд вставляется, например, в полиэтиленовую оболочку для защиты от воды в скважине.

Производство таких зарядов не сложно организовать. Созданы же специальные упаковки для десятка яиц различной формы и материалов.

А здесь ставится вопрос о повышения энергии взрыва на 10-20% и равномерном дроблении породы по высоте уступов.

Для применения на участке подготавливаемого к взрыву блока производится бурение скважин 1 вертикальных или наклонных по сетке в соответствии с классификацией пород по крепости, трещиноватости 1, 11, 111 с недобуром на 1,2-1,5 м. Заоткосные скважины бурят под углом 80-85° со сближением на 3-3,5 м по сравнению с рабочими скважинами для создания «гладкого» отрыва.

Разделяют массив по высоте на зоны по естественной и техногенной трещиноватости и крепости пород, определяется величина заряда по дроблению массива. Для обеспечения равномерного дробления пород по высоте откоса применяют шланговый заряд 2 в футляре 7 из двух половинок с отсеками - воздушными промежутками 5. Воздушные промежутки создают с помощью приспособления в виде отсеков с дном толщиной, достаточной для удержания ВВ (заряда) в вертикальном или наклонном положении и для создания требуемой высоты воздушного промежутка применяют материал типа полиэтилена или картона с приливами 11 для пропуска проводов 4.

Величина заряда по высоте уступа определяется дифференцированной: в средней зоне менее нарушенной величина заряда в 1,3-1,5 раза больше, чем величина заряда верхнего участка, а величина заряда нижней ненарушенной зоны в 3-4 раза больше верхнего заряда и в нижнюю зону помещается мощное ВВ 2, например, тротила. Для экранизации энергии взрыва применяют забойку 6 высотой 0,8-1 м в виде стакана с приливами для пропуска проводов 4 с заполненными щебенистым материалом 14 для снижения трудоемкости работ.

При подготовке блока к взрыву и создания запирающих энергий по высоте уступа и повышения качества взрыва производят вначале взрыв нижнего заряда и с 5-10 милл. сек. замедлениями среднего, а затем и верхнего зарядов. Взрывание скважин между рядами производят с замедлением 10-20 милл. сек.

На рис. - фиг. 2 приведена конструкция зарядов ВВ с воздушными промежутками, выполненными в виде шлангообразного устройства в виде футляра с отеками для зарядов и воздушных промежутков.

Исследованиями, выполненными в последнее время обосновано, что повышения коэффициента полезного действия (КПД) взрыва можно достичь применением более мощного ВВ. Одним из путей достижения повышения качества взрыва мог бы быть замена порошкообразного, и иногда и грануллированного ВВ на твердое ВВ с распределением инициирующего ВВ по возможности по высоте заряда, что может многократно повысить энергию взрывающегося ВВ.

При этом такой заряд может изготовляться и помещаться в шлангообразный футляр, например, из полиэтилена или картона с включением воздушных промежутков в виде «пустых тубусов» с приливами для вывода проводов для взрывания.

Дальнейшим направлением совершенствования буро - взрывных работ на карьерах является применение таких твердотопливных зарядов с воздушными промежутками, изготавливаемых вблизи карьера на специализированных участках.

Эффект от применения способа только на снижении перебура скважин на 1 м при стоимости 1 м скважин около 600 руб. и количестве скважин в блоке - 100, числе блоков - 100 около 0,1-0,2 млн. долл. США в год.

Учитывая потерю производительности экскаваторов при экскавации из-за отбора негабаритов и их дополнительного взрывания, а также относительного снижения ВВ за счет рационального взрывания пород массива и увеличения сетки скважин на 1 м общий эффект может составить до 0,3-0,4 млн. долл. США в год.

Источники информации:

1. Добровольский А.И. Короткая каменно-засыпная забойка взрывных скважин, Уголь, N2, 2015.

2. RU 2362114 С2, 20.07.2009;

3. RU 150394 U1, 20.02.2015;

4. UA 6480 А, 29.12.1994;

5. RU 2421617 С1, 20.06.2011;

6. (56)RU 2016100704 А, 20.07.2017.

Изобретение относится к способу подготовки горных пород взрывом. Техническим результатом является повышение эффективности подготовки горных пород взрывом на карьерах, а также в системах с применением ЦПТ с более полным использованием энергии взрыва и ее стабильности. Способ включает бурение вертикальных и заоткосных скважин с применением сплошного заряда или с воздушными промежутками и образованием откоса уступа под углом 60-75 град., и выходом негабарита 4-6%. Производят бурение рабочих вертикальных или наклонных скважин по сетке в соответствии с классификацией пород по крепости, трещиноватости с недобуром на 1,2-1,5 м по сравнению с традиционными технологиями, причем заоткосные скважины бурят под углом 80-85 град., со сближением на 3-3,5 м по сравнению с рабочими скважинами для создания «гладкого отрыва», разделяют массив по высоте уступа на три зоны по естественной и техногенной трещиноватости и крепости пород, определяют величину заряда для равномерного дробления массива и помещают в скважины заряды, при этом для обеспечения равномерного дробления пород по высоте уступа применяют полиэтиленовый шланговый заряд ВВ в футляре из двух половинок, например, типа скрипичного футляра с воздушными промежутками, полиэтиленовый шланговый заряд выполняют по крайней мере из трех частей, соответствующих потребной энергии взрыва для дробления массива в нижней, средней и в верхней зонах уступа, причем донный заряд создают из мощного ВВ, например из тротила, а средний и верхний заряды - из эммульсионных ВВ, перед помещением заряда в скважину вводят в заряды инициирующие ВВ, а подрывные провода выводят на поверхность или используют не электрические системы типа «Нонель», при подготовке блока к взрыву и создании запирающих энергий по высоте уступа производят вначале взрыв нижнего заряда и с 5-10 милл. сек. замедлением среднего, а затем и верхнего зарядов, взрывание скважин между рядами производят с замедлением 10-20 милл. сек. 7 ил.

Способ подготовки горных пород карьера взрывом, включающий бурение вертикальных и заоткосных скважин с применением сплошного заряда или с воздушными промежутками и образованием откоса уступа под углом 60-75 град., и выходом негабарита 4-6%, отличающийся тем, что производят бурение рабочих вертикальных или наклонных скважин по сетке в соответствии с классификацией пород по крепости, трещиноватости с недобуром на 1,2-1,5 м по сравнению с традиционными технологиями, причем заоткосные скважины бурят под углом 80-85 град., со сближением на 3-3,5 м по сравнению с рабочими скважинами для создания «гладкого отрыва», разделяют массив по высоте уступа на три зоны по естественной и техногенной трещиноватости и крепости пород, определяют величину заряда для равномерного дробления массива и помещают в скважины заряды, при этом для обеспечения равномерного дробления пород по высоте уступа применяют полиэтиленовый шланговый заряд ВВ в футляре из двух половинок, например, типа скрипичного футляра с воздушными промежутками, полиэтиленовый шланговый заряд выполняют по крайней мере из трех частей, соответствующих потребной энергии взрыва для дробления массива в нижней, средней и в верхней зонах уступа, причем донный заряд создают из мощного ВВ, например из тротила, а средний и верхний заряды - из эммульсионных ВВ, перед помещением заряда в скважину вводят в заряды инициирующие ВВ, а подрывные провода выводят на поверхность или используют не электрические системы типа «Нонель», при подготовке блока к взрыву и создании запирающих энергий по высоте уступа производят вначале взрыв нижнего заряда и с 5-10 милл. сек. замедлением среднего, а затем и верхнего зарядов, взрывание скважин между рядами производят с замедлением 10-20 милл. сек.