ЗАРЯД ВВ Советский патент 2010 года по МПК F42D3/04 F42D1/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способам производства взрывных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых. Известны способы направленного разрушения горных пород, включающие бурение скважин с периодически изменяющимся диаметром, заряжание и взрывание; в смежных скважинах соседних рядов производят дополнительное инициирование зарядов со стороны внешних, относительно разрушаемого массива, стенок скважин, а также известны патроны направленного разрушения горных пород с различной формой периодичности диаметра (см. А.С. №894317 кл. МКИ F42D 3/04, 1981; А.С. №1840799 кл. МКИ E21C 37/00, 1988; А.С. №1840800 кл. МКИ E21C 37/12; 1988.

Однако в известных решениях энергия взрыва расходуется на разрушение и совсем отсутствует сброс горных пород в выработанное пространство со второго и последующих рядов взрываемого блока.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является взрывной способ ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых, включающий бурение скважин в двух зонах взрываемого блока с расположением параллельными рядами, заряжание скважин взрывчатым веществом, взрывание первых двух рядов мгновенно, а последующие ряды с коротким замедлением и последующую экскавацию взорванной горной массы в выработанное пространство (см. А.С. СССР №1205643 МКИ⁴ F42D 3/00, 1986). Для этого способа недостатком является тоже незначительный объем сброса горных пород в выработанное пространство.

Цель изобретений - увеличение объема перемещения горных пород в выработанное пространство и сокращения затрат на вскрышные работы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно взрывному способу ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых, включающему бурение скважин во взрываемом блоке с расположением их параллельными рядами, размещение в скважинах в водонепроницаемой оболочке с периодически изменяющимся диаметром взрывчатых веществ, заполнение водой, инициирование зарядов со стороны внешних, относительно разрушаемого массива, стенок скважин, взрывание зарядов взрывчатых веществ, экскавацию взорванной горной массы в выработанное пространство, причем в скважинах производят инициирование зарядов по дуге в направлении перемещения горных пород.

В устройстве для взрывного способа ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых, включающем инициатор колонкового заряда в виде детонирующего шнура в оплетке круглой формы в сечении с теном, причем инициатор выполнен в виде дуги в поперечном сечении с радиусом, равным наибольшему диаметру заряда, а длина дуги равна 0,9 меньшего диаметра заряда, и при этом оплетка выполнена с жесткими направляющими в поперечном сечении, имеющими форму дуги.

Поскольку фронт пластических деформаций перемещается вслед за фронтом детонационной волны с той же скоростью (см. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом, - М., Недра 1974, с.64), то в таких условиях зона, направленная по дуге по всей длине скважины в сторону выработанного пространства, детонационная волна превращается в зону деформационных перемещений.

Радиус дуги, равный наибольшему диаметру заряда, определен исходя из получения максимального эффекта от концентрации детонационной волны в линию, а размер длины, равный 0,9 меньшего диаметра периодически изменяющегося заряда, определен исходя из получения максимального эффекта от концентрации детонационной волны и возможностью производства таких зарядов.

При длине дуги более 0,9 меньшего диаметра заряда возникнут большие потери времени при вводе инициатора в водонепроницаемую оболочку, а вместе с этим и потеря эффекта за счет увеличения затрат. При длине дуги менее 0,9 меньшего диаметра заряда будет прямо пропорционально уменьшаться положительный эффект от предлагаемого решения.

В оплетку вставляются с выпуклой стороны жесткие направляющие в поперечном сечении, имеющие форму дуги, жесткие направляющие имеют небольшую длину, что придает инициатору гибкость по его длине, и исключает гибкость дуги под действием веса заряда при производстве заряда.

Угол наибольшей дальности выброса равен 45 град. от горизонта (см. Учебник по стрельбе наземной артиллерии. Книга первая. Военное издательство МО СССР, М. 1961, с.10). Начальную скорость перемещения горного массива определяют (см. Учебник по стрельбе… с.12) из возможной дальности полета где

v₀ - начальная скорость;

g - ускорение свободного падения, g=9,8 м/сек².

Для предлагаемого способа возможную максимальную скорость перемещения горного массива определяют между точками В и С (см фиг 1.)

где Н - высота взрываемого блока, м;

α - угол наклона скважины (откоса вскрышного уступа), град.;

Ш - свободная призабойная полоса на почве добычного уступа с учетом его заложения, м;

А - ширина заходки, м;

k - -коэффициент рыхления породы;

β - угол откоса отвала, град.;

m - высота добычного уступа, м;

γ - угол наклона пласта полезного ископаемого к горизонту, град.

Перемещение горной массы из точки В в точку С складывается из горизонтальных составляющих: заложение откоса вскрышного уступа Hctgα, свободной призабойной полосы на почве добычного уступа с учетом его заложения Ш, ширины заходки укладываемого отвала А, заложения откоса отвала (Hk-m)ctgβ.

Перемещение по вертикальной составляющей CD заменяется перемещением по горизонтальной составляющей DC₁ см. треугольник CDC₁: превышение (или уменьшение) кровли отвального уступа над вскрышным за счет рыхления породы и влияния добычного уступа (Hk-m-H)ctg45 и последнее, превышение отвального уступа за счет угла падения пласта полезного ископаемого [Hctgα+Ш+А+(Hk-m)ctgβ]tgγ·ctg45.

На чертеже схематически изображен взрывной блок с расположением скважин, с совмещением развала горных пород после взрыва,

где 1 - откос добычного уступа; 2 - откос вскрышного уступа; 3 - скважина; 4 - граница отвала после взрыва; 5 - траектория полета; 6 - заряд взрывчатого вещества; 7 - инициатор, выполненный в виде дуги в поперечном сечении; 8 - жесткие направляющие в форме дуги; 9 - линия горизонта.

Совокупность предлагаемых отличительных признаков в известных аналогах не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Пример 1. Условия разреза: Ширина первой зоны составляет 20-23 м; ширина заходки 40 м; средняя высота развала в зоне постоянного отвала 23 м; высота взрывного блока 40 м; горизонтальное положение уступа 6 м.

Первый ряд скважин первой зоны бурят от бровки уступа на расстоянии 10 м, что составляет для скважин диаметром 220 мм 46D. Второй ряд бурят на расстоянии 2,5 от первого. Третий ряд скважин первой зоны бурят на расстоянии 7,5 м от второго ряда. Во всех трех рядах первой зоны расстояние между скважинами равняется 3 м, что составляет 0,5 расстояния между скважинами во второй зоне.

Первый ряд скважин второй зоны бурят на расстоянии 6 м от последнего ряда первой зоны с расстоянием между скважинами 6 м. Остальные ряды скважин бурят по сетке 6×4 м.

Врыв блока проводят по порядной схеме взрывания, причем первый и второй ряды первой зоны взрывают мгновенно, а третий ряд - с замедлением 75 м·с по отношению к ним. Остальные ряды взрывают с одинаковым интервалом замедления, равным 25 м·с.

Угол наклона пласта полезного ископаемого к горизонту 3 град.; угол наклона скважин к горизонту 80 град.; угол наклона откоса отвала 42 град.; коэффициент рыхления 1,5.

Пример 2. Условия разреза - аналогичные примеру 1 за исключением: средняя высота развала в зоне постоянного отвала 28 м; угол наклона скважин 47 град. Диаметр узкой части заряда ВВ составил 137 мм, площадь узкой части заряда 0,0188 м² при площади сечения скважины 0,048 м². Шаг изменения меньшего диаметра составил 0,286 м. Начальная скорость перемещения горного массива 38 м/сек.

Полученные показатели сведены в таблицу.

Таблица. Результаты исследования известного и предлагаемого способов ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений. Показатели Прототип Предлагаемый способ Годовой объем производства вскрышных пород, тыс. м³ 7000 7000 Затраты на буровзрывные работы м³, руб. 0,176 0,179 Затраты на экскавацию 1 м³     горных пород, руб. 0,120 0,120 Коэффициент рыхления 1,5 1,5 Доля вскрышных пород, подлежащая переэкскавации, тыс. м³ 4305 3745 Годовые затраты, тыс. руб. 1748 1702 Годовой экономический     эффект, тыс. руб. - 46

Предложенный взрывной способ ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых по сравнению с прототипом позволяет с 38% увеличить до 46% долю горной массы, перемещаемой взрывом в выработанное пространство, и за счет этого сократить затраты на вскрышные работы.

Изобретение позволяет увеличить объем перемещаемых горных пород направленным взрывом в выработанное пространство за счет направленного инициирования зарядов по дуге в направлении перемещения горних пород. Устройство для взрывного способа ведения вскрышных работ при открытой разработке пластовых месторождений полезных ископаемых включает инициатор, выполненный в виде дуги в поперечном сечении с радиусом, равным наибольшему диаметру заряда, а длина дуги равна 0,9 величины меньшего диаметра заряда, причем оплетка выполнена с жесткими направляющими в поперечном сечении, имеющими форму дуги. 1 ил., 1 табл.

1. Заряд ВВ, включающий колонку ВВ, переменного сечения и инициатор с ДШ, отличающийся тем, что, с целью увеличения объема сброса горных пород за счет перераспределения энергии взрыва, инициатор выполнен в виде дуги в поперечном сечении с радиусом, равным наибольшему диаметру заряда, а длина дуги равна 0,9 величины меньшего диаметра заряда.

2. Заряд ВВ по п.1, отличающийся тем, что оплетка ДШ выполнена с жесткими направляющими в поперечном сечении, имеющими форму дуги.