СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Советский патент 2010 года по МПК F42D3/04 

Изобретение относится к взрывным работам в горной, строительной и оборонной промышленности и преимущественно предназначено для взрывной отбойки массива горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых или сооружении объектов различного назначения.

Известны различные способы направленного разрушения горных пород, включающие различную ориентацию и длину скважин с зарядом ВВ (взрывчатого вещества), схему инициирования скважин, а также различную степень инициирования заряда по длине, использование различного типа оболочек или прорезание в шпурах дискообразных щелей (см., например, А.С. СССР №281355. Кл. МКИ Е21С 37/12, 1968,

А.С. СССР №793035. Кл. МКИ Е21С 37/12, 1979,

А.С. СССР №924497. Кл. МКИ Е21С 37/12, 1980,

А.С. СССР №1074995. Кл. МКИ Е21С 37/00, 1984.

Однако известные решения сложны со стороны организации работ, а также не обеспечивают желаемую степень дробления горных пород после проведения взрывных работ.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ направленного разрушения горных пород, включающий бурение скважин, размещение в них зарядов ВВ и инициирование зарядов, причем скважины бурят с созданием периодически изменяющегося диаметра, образуя треугольную форму в сечении стенок скважины по ее длине.

Целью изобретения является обеспечение равномерности степени дробления горных пород путем управления ударной волной в пространстве и во времени, что в свою очередь обеспечивает повышение производительности оборудования, используемого на экскавации и транспорте горных пород.

Поставленная цель достигается, тем, что в способе направленного разрушения горных пород, включающего бурение скважин с периодически изменяющимся диаметром, размещение в них заряда ВВ и инициирование зарядов, скважины бурят в форме поверхности вращения выпуклой дуги в сечении по длине скважины с радиусом, м:

и длиной хорды дуги, м: , где d - диаметр скважины, м; l_з - длина забойки, м; b - расстояние между скважинами, м; а количество наложений ударной волны определяется из выражения , где .

Под воздействием продуктов взрыва формируется ударная волна, энергия которой передается равномерно во все стороны (см. Ханукаев A.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. - М.: Недра, 1974, с.113).

Бурение скважин выполняют периодически изменяющимся диаметром в форме поверхности вращения выпуклой дуги в продольном сечении скважины.

Периодичность угла встречи ударной волны с массивом горных пород выполняется периодичностью изменения диаметра, длиной хорды выпуклой дуги вращения h, величиной расширенной части скважины с радиусом R, количеством наложений ударной волны n.

Величина хорда выпуклой дуги вращения определится из подобных треугольников AMN и ABC (см. чертеж) ,

, т.к. AF=2·AB, то

Радиус выпуклой дуги определится из треугольника ABC

Количество наложений ударной волны в пределах одной скважины (см. чертеж) зоны 1, 2, 3, 4, 5 определятся из отношения отрезков

Тангенс угла α выразим из треугольника AMN

Тогда

Величину угла β выразим через α

Из прямоугольного треугольника OKC выразим OK

Из прямоугольного треугольника PMC выразим MC

Из прямоугольного треугольника DEC выразим DE, используя равенство MC=CD

После подстановки выражения 7 и 9 в выражение 3 и упрощения получим количество наложений ударной волны

Приведенная совокупность существующих признаков в известных аналогах не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Пример 1. Рудное месторождение цветных металлов разрабатывается открытым способом. Буровзрывные работы (БВР) проводятся при ведении вскрышных и добычных работ. Средняя высота уступа составляет 10 м. Коэффициент крепости пород и руд по шкале проф. М.М. Протодьяконова составляет 10-15. Взрывные скважины проходят буровым станком типа СБШ-250 МН с диаметром долота 269 мм. В нижней части диаметр скважины составляет 336 мм.

После основного бурения скважины проходили специальными расширителями. Больший диаметр скважины составил 0,442 м, а шаг изменения диаметра 0,22 м, сетка скважин 6,5×6,5 м.

Пример 2. Разрабатываемое месторождение и технология проведения работ аналогичны в приведенном примере 1. Бурение скважин выполняют периодически меняющимся диаметром в форме выпуклой дуги в продольном сечении скважины после основного бурения.

Величина забойки составляет 3,5 м, сетка скважин 6,5×6,5. Диаметр скважины составит 0,336 м, а шаг изменения диаметра 0,38 м. Диаметр расширенной скважины 0,56 м. Количество наложений ударной волны в пределах скважины 8 раз.

Полученные показатели сведены в таблицу.

Таблица Результаты исследования известного и предлагаемого способов направленного разрушения горных пород. Показатели Прототип Предлагаемый способ Годовой объем производства горных работ, тыс. м³ 1000 1000 Производительность бурового станка, м/ч 4,62 4,56 Стоимость работы бурового станка, руб./час 23 23 Выход горной массы с 1 м скважины, м³ 48 48 Затраты на оборудование 1 м³ горных пород, руб. 0,103 0,105 Стоимость работы экскаватора, руб./ч 22 22 Часовая производительность экскаватора, м³ 170 191 Затраты на экскавацию 1 м³ горных пород руб. 0,129 0,115 Стоимость работы автосамосвала, руб./ч 21 21 Часовая производительность автосамосвала, м³ 63,4 65,9 Затраты на транспорт 1 м³ горных пород, руб. 0,331 0,318 Удельные затраты на 1 м³ горных пород, руб. 0,563 0,538 Годовой экономический эффект, тыс. руб. - 250

За счет увеличения степени дробления горной массы повышение производительности экскаватора составило 12%, а автосамосвалов - 4%. Предложенный способ направленного разрушения горных пород по сравнению с прототипом позволяет обеспечить равномерность степени дробления горных пород путем управления ударной волной в пространстве и во времени, что обеспечивает повышение производительности горнотранспортного оборудования.

Изобретение позволяет обеспечить равномерность разрушения горных пород во взрывном блоке и увеличить производительность выемочно-погрузочного оборудования и транспорта за счет бурения скважин в форме поверхности вращения выпуклой дуги в сечении по длине скважины с радиусом, м:

и длиной хорды дуги, м:

где d - диаметр скважины, м;

l_з - длина забойки, м;

b - расстояние между скважинами, м;

а количество наложений ударной волны в пределах скважины определится из выражения

где

1 ил., 1 табл.

Способ направленного разрушения горных пород, включающий бурение скважин с периодически изменяющимся диаметром, размещение в них зарядов ВВ и инициирование зарядов ВВ, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерности степени дробления горных пород путем управления ударной волной в пространстве и во времени, скважины бурят в виде полостей, образованных вращением выпуклых дуг вокруг продольной оси скважины, при этом радиус дуги составляет
, м;
а длина ее хорды , м;
где d - диаметр скважины до образования полостей, м;
l_з - длина забойки, м;
b - расстояние между осями скважин, м,
причем количество наложений ударной волны в пределах скважины определяют из выражения
,
где α - угол встречи ударной волны с направлением скважины, град.
, град.