способ рыхления разнопрочных горных пород

Формула изобретения

Способ рыхления разнопрочных горных пород, включающий получение информации об основных структурно-прочностных свойствах всех типов горных пород массива, детальное районирование горных пород в пределах отрабатываемого эксплуатационного горизонта или его отдельного участка, выделение эксплуатационных блоков, а в их границах - элементарных блоков, представленных однородными по крепости горными породами, формирование компьютерной программы, рыхление разнопрочных горных пород, вспомогательную экскавационную выемку и погрузку горной массы в малых объемах, отличающийся тем, что рыхление разнопрочных горных пород месторождения или массива строительных грунтов осуществляют избирательно в соответствии с их структурно-прочностными свойствами, по которым выделяют элементарные блоки, с применением наиболее эффективного способа - одного из механических, либо пневматического, либо буровзрывного или физического, реализуемых в автоматизированном технологическом режиме с помощью компьютерной программы универсального мобильного агрегата, при этом плотные и относительно некрепкие полускальные породы разрыхляют механическим способом с использованием технического устройства, оборудованного одним, двумя или тремя зубьями - по типу традиционного навесного рыхлителя, либо устройства с пластинчатыми металлическими штырями, внедряемыми в горную породу гидроцилиндрами, либо устройства для образования отверстий в массиве элементарного блока и отрыва породных элементов от массива блока их расклиниванием, относительно крепкие полускальные и скальные горные породы средней крепости разрушают с помощью энергии сжатого воздуха, крепкие полускальные и скальные горные породы элементарных блоков разрушают буровзрывным способом, причем скважины или шпуры диаметром 16-150 мм бурят вращательным, либо вращательно-ударным, либо ударно-вращательным, либо комбинированным способом, взрывают шпуры и скважины малого диаметра детонирующим шнуром или патронируемым низкобризантным взрывчатым веществом, небольшого диаметра - патронированным или непатронированным низкобризантным взрывчатым веществом, низкобризантную взрывчатую смесь инициируют лазерным импульсом, взрывание производят под локальным укрытием мобильного агрегата, небольшие включения горных пород, а также негабарит разрушают механическим ударом, при этом выемку и погрузку горной массы производят вспомогательным экскавационным устройством, а выполнение всех технологических процессов и операций, связанных с рыхлением разнопрочных горных пород, производят с использованием универсального мобильного агрегата, включающего комплекс разнообразных устройств для реализации механического способа рыхления горных пород, бурения скважин и шпуров, их заряжания и взрывания, систему лазерного инициирования зарядов, компьютерную систему, устройства для разрушения горных пород энергией сжатого воздуха и ударом, устройство для вспомогательной экскавационной выемки горной массы в небольших объемах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, гидротехническому, дорожному, сельскохозяйственному и другим отраслям строительства и может быть использовано при производстве различных работ с применением рыхления горных пород и строительных грунтов.

Широко известны традиционные способы рыхления различных горных пород: скальных, полускальных, плотных и мерзлых, слагающих отрабатываемые массивы, например массивы уступов рудных карьеров и угольных разрезов [1], [2], [3], каждый из которых осуществляется с помощью технических, либо физических, либо химико-физических средств, а главным образом - с помощью взрывчатых веществ и являются моноспособами. При этом для рыхления горных пород определенной прочности применяют соответствующий агрегат: рыхлитель на базе трактора, бульдозер-рыхлитель, буровой станок и зарядную машину и т.д. Поскольку большинство массивов горных пород и особенно месторождений твердых полезных ископаемых сложены горными породами различной прочности - с коэффициентом крепости по шкале М.М.Протодьяконова от 4-6 до 28, то это приводит к задалживанию на одном производственном объекте различных технических средств, к существенному снижению производительности труда, экологической и социальной безопасности, к повышению капитальных и эксплуатационных затрат на подготовку горных пород к выемке.

В качестве ближайшего аналога [3] принят способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых, включающий эксплуатационную разведку, выделение эксплуатационных блоков по качеству полезных ископаемых и по прочности горных пород, рыхление горных пород буровзрывным способом с использованием горизонтальных или слабонаклонных скважин диаметром от 50 до 150 мм, их заряжание ВВ и взрывание под локальным мобильным укрытием, последующую экскавационную отработку взорванных блоков. Недостатком прототипа является возможность рыхления горных пород только одним способом - буровзрывным.

Таким образом, к общим недостаткам этих способов рыхления горных пород следует отнести необходимость использования для рыхления горной породы определенной прочности соответствующего агрегата или даже совокупности агрегатов, как, например, при широко применяемом в настоящее время буровзрывном способе.

Основным результатом изобретения, включая технический, является повышение эффективности рыхления горных пород и разработки месторождений твердых полезных ископаемых в целом, а также различных строительных горных работ, связанных с необходимостью разрушения горных пород и строительных грунтов.

Данный результат достигается тем, что в универсальном способе рыхления разнопрочных горных пород, включающем получение информации об основных структурно-прочностных свойствах всех типов горных пород массива, детальное районирование горных пород в пределах отрабатываемого эксплуатационного горизонта или его отдельного участка, выделение эксплуатационных блоков, а в их границах - элементарных блоков, представленных однородными по крепости горными породами, формирование компьютерной программы, рыхление разнопрочных горных пород, вспомогательную экскавационную выемку и погрузку горной массы в малых объемах, рыхление разнопрочных горных пород месторождения или массива строительных грунтов осуществляют избирательно в соответствии с их структурно-прочностными свойствами, по которым выделяют элементарные блоки, с применением наиболее эффективного способа - одного из механических, либо пневматического, либо буровзрывного или физического, реализуемого в автоматизированном технологическом режиме с помощью компьютерной программы универсального мобильного агрегата, при этом плотные и относительно некрепкие полускальные породы разрыхляют механическим способом с использованием технического устройства, оборудованного одним, двумя или тремя зубьями - по типу традиционного навесного рыхлителя, либо устройства с пластинчатыми металлическими штырями, внедряемыми в горную породу гидроцилиндрами, либо устройства для образования отверстий в массиве элементарного блока и отрыва породных элементов от массива блока их расклиниванием, относительно крепкие полускальные и скальные горные породы средней крепости разрушают с помощью энергии сжатого воздуха, крепкие полускальные и скальные горные породы элементарных блоков разрушают буровзрывным способом, причем скважины или шпуры диаметром 16-150 мм бурят вращательным, либо вращательно-ударным, либо ударно-вращательным, либо комбинированным способом, взрывают шпуры и скважины малого диаметра детонирующим шнуром или патронируемым низкобризантным взрывчатым веществом, небольшого диаметра - патронированным или непатронированным низкобризантным взрывчатым веществом, низкобризантную взрывчатую смесь инициируют лазерным импульсом, взрывание производят под локальным укрытием мобильного агрегата, небольшие включения горных пород, а также негабарит разрушают механическим ударом, при этом выемку и погрузку горной массы производят вспомогательным экскавационным устройством, а выполнение всех технологических процессов и операций, связанных с рыхлением разнопрочных горных пород, производят с использованием универсального мобильного агрегата, включающего комплекс разнообразных устройств для реализации механического способа рыхления горных пород, бурения скважин и шпуров, их заряжания и взрывания, систему лазерного инициирования зарядов, компьютерную систему, устройства для разрушения горных пород энергией сжатого воздуха и ударом, устройство для вспомогательной экскавационной выемки горной массы в небольших объемах.

Сопоставимым анализом с прототипом установлены отличия заявляемого способа, заключающиеся в обеспечении избирательного рыхления разнотипных по качеству и разнопрочных горных пород в пределах каждого эксплуатационного блока путем использования наиболее эффективного для конкретной разности горной породы способа разрушения из числа тех нескольких, которые могут быть реализованы с применением универсального мобильного агрегата, оборудованного комплексом конструктивных устройств, позволяющих осуществлять рациональное рыхление горных пород и строительных грунтов, либо различными механическими, либо пневматическим, либо ударным, либо буровзрывным способом с помощью скважин или шпуров малого и небольшого диаметра, взрываемых под локальным укрытием, могут быть использованы и некоторые относительно простые физические способы рыхления, например гидроэлектрический.

Таким образом, заявляемый универсальный способ рыхления разнопрочных и разнокачественных горных пород соответствует условию новизны. В процессе изучения других решений в рассматриваемой области техники признаки, отличающие данное изобретение от прототипа и связанные с достижением заявленного технического результата, не были выявлены и поэтому обеспечивают ему соответствие условию изобретательского уровня.

Заявляемый способ иллюстрирует чертеж, на котором схематически изображен универсальный агрегат. На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - отрабатываемый горизонт месторождения и его участка;

2 - эксплуатационный блок, сложенный разнопрочными или разнокачественными горными породами;

3 - элементарный блок, сложенный однородной по прочности или качеству и структуре горной породой;

4 - универсальный мобильный агрегат;

5 - устройство для механического рыхления горных пород одним, двумя или тремя зубьями;

6 - устройство для механического разрушения горных пород разрывом;

7 - устройство для механического рыхления горных пород резанием или скалыванием;

8 - установка для бурения скважин и шпуров;

9 - устройство для заряжания скважин и шпуров;

10 - устройство для инициирования взрывания зарядов ВВ;

11 - локальное укрытие для осуществления взрывания горных пород;

12 - устройство для осуществления рыхления горных пород энергией сжатого воздуха;

13 - портативный компрессор;

14 - устройство для осуществления разрушения отдельностей крепких горных пород ударным способом;

15 - вспомогательное экскавационное устройство;

16 - дизель-электрическая установка.

Способ рыхления разнопрочных и разнокачественных горных пород осуществляется следующим образом.

Производят выделение в каждом отрабатываемом горизонте 1 месторождения или массива строительных горных пород эксплуатационных блоков 2, а в них - элементарных блоков 3 на основе горно-геологической информации, получаемой последовательно в несколько этапов:

на первом этапе выделяют петрологические, структурные и морфологические горнопородные образования в пределах карьерного поля или уточняют их на основе информации, полученной в процессе долицензионных геологоразведочных работ,

на втором этапе выделяют или уточняют ранее выделенные блоки в пределах петрологически однородных блоков на основе информации, полученной в процессе постлицензионных геологоразведочных работ,

на третьем этапе корректируют петрографически однородные блоки на основе дополнительной информации, установленной в процессе проектирования освоения месторождения полезного ископаемого, его отдельного участка или строительного объекта,

на четвертом этапе выделяют структурно-однородные блоки в пределах петрографически однородных блоков на основе горно-геологической информации, полученной в процессе отработки вышерасположенного горизонта или блока, и ее экстраполяции на следующий смежный блок, предусматриваемый к отработке,

на последнем этапе окончательно формируют элементарные блоки 3 или уточняют ранее выделенные на основе эксплуатационной горно-геологической информации, оперативно получаемой геологомаркшейдерской службой предприятия путем как непосредственных инструментальных замеров и количественной оценки, так и визуальной оценки, вводимой в компьютерную систему универсального рыхлительного агрегата 4.

После выделения элементарных блоков 3 для каждого из них устанавливают наиболее рациональную технологию рыхления слагающих их горных пород, включающую как сам способ, так и последовательность рыхления, используя компьютерную систему универсального агрегата 4, причем в тесной увязке со средствами и методами последующей вспомогательной или основной экскавационной выемки разрыхленных горных пород.

При этом плотные и некоторые некрепкие полускальные горные породы с f6-8 по шкале проф. М.М.Протодьяконова разрыхляют механическим способом с помощью технических устройств 5, 6, 7 универсального мобильного агрегата 4: устройства 5, снабженного зубьями по типу навесного рыхлителя, устройства 6 для отрывания горной породы расклиниванием, устройства 7, режущего или скалывающего горную породу.

Относительно крепкие полускальные и скальные горные породы с f>7-8 разрушают буровзрывным способом, обуривая элементарный блок или одновременно два-три смежных элементарных блока горизонтальными или слабонаклонными скважинами либо их сочетанием, малого или небольшого диаметра, находящегося в пределах 16-150 мм. Бурение скважин или шпуров осуществляют с помощью установки 8 мобильного агрегата 4, включающей в комплексе используемое в горной промышленности и строительной индустрии облегченное буровое оборудование вращательного, вращательно-ударного и ударно-вращательного типов, каждый из которых применяют в зависимости от крепости горных пород, устанавливаемой окончательно в процессе бурения скважин, причем скважина может быть пробурена одним, двумя или даже нескольким способами, если она проходит в горных породах, существенно отличающихся друг от друга по буримости, при этом переход с одного способа бурения на другой производится в автоматизированном режиме.

Скважины или шпуры заряжают детонирующим шнуром, либо взрывчатой смесью или патронированным взрывчатым веществом в соответствии с их диаметром, взрываемостью горных пород и необходимой степенью их дробления, с требованиями безопасности заряжания и взрывания скважин с помощью зарядного устройства 9, основанного на оборудовании зарядной машины, эксплуатируемой на рудниках.

Осуществляют короткозамедленное и рассредоточенное внутрискважинное, межскважинное и межрядное взрывание зарядов ВВ, инициируя их лазерным импульсом, передаваемым с помощью системы лазерного инициирования устройства 10, под локальным укрытием 11 мобильного агрегата 4.

Рыхление горных пород средней крепости с f=7-9, когда механический способ уже не эффективен, а буровзрывной - еще не целесообразен, осуществляют с применением энергии сжатого воздуха, реализуемой с помощью устройства 12 и портативного компрессора 13.

Разрушение включений крепких горных пород в массиве уступа и негабарита прочных горных пород осуществляют ударником с помощью устройства 14, а их последующую выемку и погрузку в средства транспорта с помощью малогабаритного вспомогательного экскавационного устройства 15 универсального агрегата 4, позволяющего выполнять черпание горной массы по прямолинейной, криволинейной и комбинированной траекториям.

Таким образом, с использованием универсального агрегата обеспечивается качественное, избирательное и управляемое рыхление разнопрочных и разнокачественных горных пород с сохранением их первоначального положения в массиве, что обеспечивает осуществление высокопроизводительной, высококачественной и глубоко дифференцированной выемки горной массы.

Заявленный способ рыхления разнопрочных горных пород обеспечивает снижение капитальных и эксплутационных затрат, повышение эффективности рыхления горных пород и разработки месторождений твердых полезных ископаемых в целом, а также различных строительных работ.

Обеспечение универсального агрегата 4 энергией осуществляют с помощью дизель-электрической установки 16 универсального агрегата 4, которая может работать как автономно, так и от любой энергетической сети.

Способ может применяться при открытой разработке рудных, нерудных, угольных и россыпных месторождений, а также месторождений строительных горных пород и камнецветного сырья, и в частности, при разработке золоторудных месторождений Тас-Юрях, Хаканжинское и Юрьевское, угольных месторождений - Ургальское, Татауровское, Апсатское, которые характеризуются значительной перемежаемостью и включениями разнопрочных горных пород, требующих предварительного рыхления.

Источники информации

1. Открытые горные работы. Справочник. М.: Горное дело, 1994.

2. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1978, 543 с.

3. Патент РФ RU №2039253, Е 21 С 37/00.

4. Патент РФ RU №2181834, Е 21 С 41/00.

5. Разрушение энергией сжатого воздуха высокого давления. М.: Изд-ние ИГД им. А.А.Скочинского.