Способ взрывной отбойки и дробления горных пород на карьерах Советский патент 1993 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для отбойки и дробления горных пород взрывом на карьерах..

Цель изобретения - уменьшение затрат на буровзрывные работы и выбросов бурового шлама и ядовитых газов в атмосферу за счет повышения КПД взрыва на дробление путем обеспечения равномерного дробления пород в воронках нормального выброса н& горизонтальной и боковой поверхностях отбиваемой зарядом участка уступа.

Известно, что максимальный объем, а значит и минимальный удельный расход ВВ на дробление обеспечивается помещением заряда на такую глубину, при которой показатель взрыва равен единице, На графике 1

(фиг.З) показано влияние показателя взрыва на эффективность разрушения массива сосредоточенными зарядами, построенном по данным натурных взрывов зарядов у нас и за рубежом.

Таким образом, анализ фактических данных приводит к выводу, что независимо от типа пород максимальный обьем дробления соответствует показателю взрыва, близкому к величине п 1, т.е. заряд фиксированного веса Q необходимо помещать на такой глубине W, чтобы в результате взрыва образовалась воронка нормального выброса,

Известные способы взрывания не позволяют получить воронку нормального выброса на горизонтальную и боковую

00

о

00

s«

$0

о

СА)

Ор.зар. 0,25 (-)1/3 Нуст.,

Диаметр заряда, обеспечивающий дробление породы нормального выброса, определяется по известной формуле Боре- скова40

где Vsap - объем заряда, дм ;

р- насыпная плотность В В, кг/м3. Подставив в эту формулу полученное экспериментально значение длины заряда в среднем 32 диаметра, получим:

Озар

32-3,1403р.зарз

р.зар

(3)

Сущность изобретения:-для разрушения уступа бурят ряды вертикальных скважин с перебуром известными .станками шарошечного бурения, определяют расчетный диаметр заряда по формуле Ор.зар. 0,25()1/3 Нуст., где Ор.зар. - расчетный диаметр заряда, м; qH - табличный удельный расход нормального выброса, кг/м3; р- насыпная плотность В В, кг/м3; Нуст. - высота уступа, м. Заряд размещают в вертикальной скважине диаметром, равным расчетному диаметру заряда, или в пучке скважин, с суммарной площадью, равной расчетному диаметру заряда. Количество скважин, одновременно взрываемых в пучр2 ке, определяют из соотношения N -Р,скв--, dcKB. где N- количество скважин в пучке; dp.CKB. - расчетный диаметр вертикальной скважины. 5 ил., б табл. СО с

Озар. qnW3(0,4 + 0,6п3),

(1)

где Озар. - сосредоточенный заряд, кг;

РН - табличный удельный расход нор- мального выброса, кг/м ;

п - показатель действия взрыва, т.е. отношение радиуса воронки к глубине заложения заряда;

W - глубина заложения заряда, м.

Экспериментально установлено, что удлиненный заряд (длиной 30-35 диаметров заряда) создает воронку нормального выброса независимо от ориентации его по отношению к поверхности, если глубина заложения центра заряда равна глубине заложения сосредоточенного заряда. Для определения длины заряда, который создает воронку нормального выброса независимо от ориентации его по отношению к поверхПодставив значение Озар, п 1 и W 0,8 Нуст. в формулу (1), получим:

Рн

или

.зар.,02Н-ут Ор.зар. 0,25 (-)1/3 Нуст.

где Ор.зар. - расчетный диаметр заряда, обеспечивающий воронку нормального выброса как на горизонтальную, так и на боковую поверхности уступа, м;

Ян - расчетный табличный удельный расход В В нормального выброса для данной породы, кг/м3;

р- насыпная плотность ВВ. кг/м3:

Нуст. - высота уступа, м.

Предположим, что мы располагаем для бурения станками СВШ-250 МН, которые бурят скважины диаметром 0,25 м. В таком случае заряд расчетного диаметра необходимо разместить в пучке скважин, имеющих эквивалентное суммарное сечение со скважиной диаметром, равным расчетному диаметру заряда. Количество скважин в пучке определяем,из вышеуказанного условия:

Nd скв D р.скв. D р.зар.

откуда

( РЬ-см - 2 РР- dcKB- )d«B.

N

СКВ.

Центр удлиненного заряда ВВ размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхности уступа, равных 0,6-0,8 высоты уступа. Для определения оптималь- Hciiro расстояния центра удлиненного заряда ВВ к горизонтальной и боковой поверхностям уступа были изготовлены пёсчано-цементные модели уступа, причем в моделях расстояние до боковой и горизонтальной поверхностей изменялось соответственно 0,5 Нуст; 0,6 НуСТ; 0,8 НуСТ; 0,9 Нуст. После взрыва зарядов дробления на модели определяли радиус воронки выброса и методом ситового анализа определяли грану- ,ло|метрический состав взорванной массы. Результаты опытов представлены в табл.2 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа),

На основании полученных результатов было определено, что центр удлиненного заряда ВВ размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа равным 0,6-0,8 высоты уступа при расстояниях меньших, чем 0,6 Нуст. показатель действия взрыва п равен 0,5, а выход наиболее крупной фракции +50 составил 52%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается. При расстояниях 0,6-0,8 высоты уступа показатель действия взрыва п наибольший и равен 0,86; 0,88 соответственно, а выход наиболее крупной фракции +50 наименьший - 42 и 44 соответственно. При расстояниях больше чем 0,8 Нуст показатель действия взрыва п 0,48, а выход класса +50 составил 68%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается.

Линию сопротивления по подошве уступа первого ряда скважин 3 формируют на расстоянии, равном высоте уступа. Для определения необходимого расстояния по подошве уступа первого ряда скважин были изготовлены пёсчано-цементные модели, причем ЛСПП 1 ряда изменялось от 0,9 до 1,1 Нуст. После взрыва зарядов дробления

модели определялся методом ситового анализа гранулометрический состав взорванной массы и радиус воронки дробления. Результаты опытов представлены в табл.3 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных данных было определено, что линия сопротивления по подошве уступа первого ряда (ЛСПП) фор0 мируется на расстоянии, равном высоте уступа, при расстояниях меньших, чем высота уступа, показатель действия взрыва п 0,75, а выход фракций разных классов неравномерный, так выход класса+50 составил 53%,

5 т.е. поставленная в изобретении цель не достигается. При расстояниях, равных высоте уступа, показатель действия взрыва п 0,88, а выход классов разных фракций равномерный. При расстояниях больших

0 высоты уступа показатель действия взрыва ,5, а выход фракций различных классов не- равномерный, для класса +50 составило 64%, то есть поставленная в изобретении цель не достигается.

5 Заряды в ряду размещают на расстоянии С, равном высоте уступа. Для определения расстояний между зарядами в ряду были изготовлены пёсчано-цементные модели, в Которых РМС изменялось от 0,9 до

0 1,1 Нуст. После взрыва зарядов дробления на модели определяли радиус воронки дробления методом ситового анализа гранулометрический состав взорванной массы, Результаты опытов представлены в табл.4

5 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов бы/fo определено, что заряды в ряду необходимо размещать на расстоянии, равном вы0 соте уступа, при расстояниях меньших, чем высота уступа, показатель действия взрыва п 0,66, а выход классов разных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составляет56%, т.е. поставленная в изобре5 тении цель не достигается. При расстояниях, равных высоте уступа, п 0,88, а выход классов разных фракций равномерный, причем выход класса +50 составил 37%, при расстояниях больших, чем высот уступа,

0 п 0,68, дробление пород неравномерное, поскольку выход классов разных фракций неравномерный, а выход класса +50 составил 63%, т.е. поставленная в изобретении цель не достигается,

5 Ряды располагают друг от друга на расстоянии d, равном 0.65-&75 высоты уступа. Для определения оптимального расстояния между рядами скважин были изготовлены пёсчано-цементные модели с расстояниями между рядами от 0,6 до 0,8 Нуст. После

взрыва зарядов дробления на модели определялся радиус воронки дробления и диаметр среднего куска. Результаты опытов представлены в табл.5 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов было определено, что ряды необходимо располагать друг от друга на расстоянии 0,65- 0,75 Нуст., при расстояниях меньших чем 0,65 Нуст. показатель действия взрыва п 0,67, а выход классов разных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составил 55%, т.е. цель изобретения не до- стигается. При расстояниях 0,65-0,75 Нуст п 0,9; 0,93 соответственно, а выход классов различных фракций равномерный, при: чем выход класса +50 составляет 31%, при расстояниях более 0,75 Нуст. показатель действия взрыва п 0,7, а выход классов различных фракций неравномерный, причем выход класса +50 составляет 52%, т.е. цель изобретения не достигается.

Перебур скважины формируют глуби- ной I, равной 0,2 высоты уступа. Для определения глубины перебура были изготовлены песчано-цементные модели с глубиной перебура 0,1 Нуст; 0,2 НуСт; 0,3 Нуст. После взрыва зарядов дробления на м.одели определялась величина завышения подошвы уступа. Результаты опытов представлены в табл.6 (в знаменателе полученные значения указаны относительно высоты уступа).

На основании полученных результатов было определено, что перёбур необходимо формировать глубиной 0,2 Нуст. При глубине перебура меньше 0,2 .Нуст не прорабатывается подошва уступа, поставленная в изо- бретении цель не достигается. При глубине перебура 0,2 НуСт. завышения подошвы нет. При глубине перебура более 0,2 НуСт. завышения подошвы нет, однако увеличиваются затраты на буровзрывные работы.

Высоту заряда над линией подошвы уступа принимают равной 20-25 расчетным диаметрам скважины, исключая перёбур (см.табл.1).

Таким образом, при взрыве скважин- ных зарядов В В, центры которых расположены от горизонтальной и боковой поверхностей на расстояниях 0,6-0,8 высоты уступа, линия сопротивления по подошве уступа первого ряда равна высоте уступа, расстояние между скважинными зарядами в ряду составляет 0,65-0,75 высоты уступа, а ряды скважин расположены друг от друга на расстоянии, равном высоте уступа, при этом заряд сформирован таким образом, что над

линией подошвы уступа расположен заряд высотой 20-25 расчетных диаметров, а перёбур скважины составляет 0,2 высоты уступа с расчетным диаметром, определенным по предложенной формуле, в зарядной камере мгновенно возникает большое давление и продукты взрыва, действуя на стенки камеры, взрывают в массиве нестационарную волну напряжений, распространяющуюся со скоростью, определяемой физико-механическими свойствами среды. Если предположить, что разрушение трещинами или хотя бы распределение скоростей в массиве создается под действием прямой волны напряжений до ее выхода на поверхность и в дальнейшем сохраняется, то можно считать, что объем воронок и их параметры образуются зарядом независимо на каждой поверхности. Общий объем отбитой породы равен сумме объемов воронок на каждой плоскости и является максимальным. Значит, при наличии двух свободных поверхностей заряд может отбить вдвое больший объем породы.

„ П р и м е р. На НКГОКе, где высота уступа 15 м, породы железистые, кварциты крепостью 16 баллов, IX категории взрыва- емости по ЕНиР, насыпная плотность ВВ 900 кг/м3 2. По табл. 6 определяем, что удельный расход нормального выброса составляет О.Н 1,5 кг/м в соответствии с крепостью породы. Определяем расчетный диаметр заряда 2 по формуле

Ор.зар. 0,25 ()1/3 Нуст.,

гдедн 1,5 кг/м3;

р насыпная плотность ВВ, равная 900 кг/м3;

Нуст - высота уступа, равная 15м. 1

Ор.зар.-0,25 l-gfjjj)3 15 0,45м.

Рудник располагает станками СВШ-250 МН, которые бурят скважины диаметром 250 мм. В таком случае заряд расчетного диаметра необходимо разместить в пучке скважин, имеющих суммарную площадь сечения со скважиной диаметром, равным расчетному диаметру заряда.

Количество скважино в пучке определяется из соотношения

N

Pp.скв. &„.

где N - количество скважин в пучке:

Ор.скв. - расчетный диаметр скважины, равный 0,45 м;

иске. - диаметр скважины, равный 0,250 м.

N

/450 (ТЯГ

,, л

1 Центр удлиненного заряда В В размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа, равных 0,6-0,8 Нуст, меньшее значение соответствует более высокой крепости. Следовательно, 0,6 х 15 9 м. Линия сопротивления по подошве уступа первого ряда формируют на расстоянии, равном высоте уступа, следовательно, ЛСПП равно 1кНуст 1 х 15 15 м. Расстояние между рядами скважин располагают на расстоянии, равном 0,65-0,75 Нуст, большее значение соответствует меньшей крепости пород:

РМР 0,65 х Нуст. 0,65 х 15 9,75 м.

Расстояние между зарядами в ряду размещают на расстоянии, равном высоте уступа:

хНуст. 1 х 15 15м.

Заряд каждой скважины формируют высотой, равной 20-25 расчетным диаметрам заряда над линией подошвы уступа, большее значение соответствует меньшей крепости пород:

Ьэар. 20 х Ор.зар, 20 х 0,45 9 м. Перебур формируют глубиной 0,2 Нуст.: hnep. 0,2х 15 Зм.

Высоту заряда над линией подошвы уступа принимают равной 20-25 расчетным диаметрам скважины 20 х 0,44 8,8 м.

После бурения скважин их заряжают штатными зарядами ВВ 3. В заряд 3 помещают боевик, который соединяют взрывной цепью одним из известных способов. В верхней части заряда помещают забойку, высоту которой принимают паспортной, для этих пород НКГОКа она равна 6 м.

После коммутации зарядов ВВ произвели их взрывание. Оценка качества дробления, проведенная фотопланиметрическим способом, показала, что соотношение между классами крупности сохраняется равномерным. Это говорит о том, что показатель действия взрыва на горизонтальную и боковую поверхности близок к единице. Анализ параметров экспериментальных

взрывов показывает, что за счет повышения КПД взрыва увеличены расстояния между скважинными зарядами ВВ, при этом сохранено достигнутое качество дробления. (Паспортные параметры БВР для данной категории горных пород: сетки скважин 6 мх б м, вес заряда 400 кг). Общий объем буровых работ уменьшился на 26%, а объем необходимого количества ВВ - на 25%. По

результатам замера количества пыли и вредных газов (в состав которых входят окись углерода, сероводород, пары ртути, окислы азота), проведенных ВНИИБТГ, на экспериментальных блоках уменьшен выброс бурового шлама в атмосферу на 24,5% и на 26,7% снижено содержание вредных газов по сравнению с обычным взрывным дроблением горных пород.

Таким образом, результаты экспериментальных взрывов в промышленных условиях показывают, что поставленная в заявляемом изобретении цель достигнута. Формула изобретения

Способ взрывной отбойки и дробления горных пород на карьерах, включающий бурение рядов вертикальных скважин, формирование в них удлиненных зарядов ВВ и взрывание, Отличающийся тем, что

центр удлиненного заряда В В размещают на расстояниях от горизонтальной и боковой поверхностей уступа, равных 0,6-0,8 высоты уступа, линию сопротивления по подошве уступа первого ряда скважин

формируют на расстоянии, равном высоте уступа, заряды в ряду размещают на расстоянии, равном высоте уступа, а ряды распо- лагаЪт друг от друга на расстоянии, равном 0,65-0,75 высоты уступа, при этом заряд

каждой скважины формируют над линией подошвы уступа высотой, равной 20-25 расчетным диаметрам заряда, а перебур скважины формируют глубиной 0,2 высоты уступа, причем расчетный диаметр заряда

определяют по формуле

Ор.зар. 0,25()1/3 Нуст.,

где Ор.зар. - расчетный диаметр заряда, м;

QH - табличный удельный расход нормального выброса, кг/ ;

р- насыпная плотность ВВ, кг/м3; Нуст. - высЪта уступа, м; а заряд размещают в вертикальной скважине диаметром, равным расчетному диаметру заряда, или в пучке скважин с суммарной площадью, равной расчетному диаметру заряда, при этом количество скважин, одновременно взрываемых в пучке, определяют из соотношения

N

Рр.скв.

с&в.

где N - количество скважин в пучке;

Ор.ске. - расчетный диаметр вертикальной скважины для размещения заряда, равный расчетному диаметру заряда, м;

dcKB. -диаметр вертикальной скважины, обуриваемой имеющимся буровым инструментом, м.

Таблица 1

Таблица 2

Продрлжение табл. 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

./

-JT

Фчг.2

Таблица 6

Фш. 3

Фиг.4

Фи. 5