способ отбойки горного массива

Формула изобретения

СПОСОБ ОТБОЙКИ ГОРНОГО МАССИВА, включающий бурение рядов шпуров с заданной базой с последующим воздействием разрушающего усилия на стенки шпуров и экскавацией разрушаемой части массива, отличающийся тем, что два соседних шпура на одной базе бурят сходящимися и с перебором на глубину не более 10-15% от длины сходящейся части, затем поочередно воздействуют разрушающим усилием на стенки шпуров по рабочей их длине в направлении кратчайшего расстояния между образующими соседних шпуров в вертикальной плоскости и во встречном направлении, параллельном плоскости забоя, между соседними шпурами в горизонтальной плоскости, а после экскавации оконтуренной трещинами и разрушенной части массива осуществляют подготовку и отбойку следующего слоя массива путем его разбуривания из стаканов шпуров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технологии отработки горного массива. Оно может быть использовано также при строительстве дорог в горах и там, где нежелательно применение буровзрывных работ по экологи- ческим причинам.

Известен способ разрушения горных пород, включающий бурение скважин и заполнение их расширяющейся при отвердении массой [1].

Недостатки этого способа - необходимость наличия двух плоскостей обнажения, низкая производительность и химическая активность невзрывчатых разрушающих веществ.

Известен способ отбойки горного массива, включающий бурение рядов шпуров с заданной базой, заряжание их взрывчатым веществом, взрывание зарядов и проветривание выработки после взрыва [2]. Этот способ принят в качестве прототипа. Способ, наряду с высокой производительностью, имеет технологические и экологические недостатки: необходимость длительного проветривания выработки от ядовитых продуктов, образующихся при взрыве в.в., сильное разрушающее воздействие взрыва на окружающий горный массив, взрывоопасность в. в. при его транспортировке - которые являются источником опасных условий труда.

Цель изобретения - обеспечение непрерывной, экологически чистой и безопасной технологии горных работ.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе отбойки горного массива, включающем бурение рядов шпуров с заданной базой с последующим воздействием разрушающего усилия на стенки шпуров и экскавацией разрушенной части массива, два соседних шпура на одной базе в каждом ряду бурят сходящимися и с перебуром на глубину не более 10-15% от длины их сходящейся части. Затем поочередно воздействуют разрушающим усилием на стенки шпуров по их рабочей длине в направлении кратчайшего расстояния между образующими соседних шпуров в вертикальной плоскости и во встречном направлении, параллельном плоскости забоя, между соседними шпурами в горизонтальной плоскости. После экскавации оконтуренной трещинами и разрушенной части массива осуществляют подготовку и отбойку следующего слоя массива путем его разбуривания из стаканов шпуров.

Бурение двух соседних шпуров на одной базе в каждом ряду сходящимися позволяет образовать в горном массиве несколько блоков заданной формы. При воздействии разрушающих усилий на стенки шпуров каждого блока в горизонтальной плоскости и направленных встречно происходит формирование горизонтальных трещин в верхней и нижней плоскостях блока. При аналогичном воздействии разрушающих усилий в вертикальной плоскости происходит формирование вертикальных трещин в боковых плоскостях блока. Формирование блоков массива сходящимися шпурами и воздействие разрушающих усилий на стенки шпуров в вышеописанных направлениях позволяют полностью оконтурить открытыми трещинами блоки внешнего слоя, что обуславливает их свободную экскавацию, и разделить горизонтальными трещинами выступы столбов блоков следующего слоя массива. Бурение аналогичных сходящихся шпуров в следующем слое массива с последующим приложением разрушающих усилий в заданных направлениях позволяет разделить горизонтальными и вертикальными открытыми трещинами углубленную в массив часть столбов этого слоя на отдельные блоки и экскавировать их. Поскольку все операции способа можно осуществлять одновременно в нескольких блоках на различных участках забоя и не требуется прерывания их на непроизводительные операции, процесс отбойки получается непрерывным и производительность данного способа может быть выше, чем у способа, взятого в качестве прототипа. Бурение последующего слоя массива из стаканов шпуров предыдущего слоя технологически облегчает и делает более точным процесс забуривания и тем оптимизирует процесс отбойки. Процессы бурения шпуров и направленного воздействия разрушающего усилия, создаваемого под действием механического инъектора, на стенки шпуров от их устья до места сбойки, являются экологически чистыми и безопасными процессами.

На фиг. 1 показана схема отбойки первого слоя горного массива; на фиг. 2 - направления действий разрушающего усилия при оконтуривании блока трещинами в горизонтальной плоскости; на фиг. 3 - то же, в вертикальной плоскости; на фиг. 4 - схема отбойки блоков второго слоя массива.

Способ осуществляется путем последовательного выполнения следующих операций.

В горном массиве 1 с одной обнаженной плоскостью производят разметку сетки шпуров, в каждом узле которой бурят сходящиеся шпуры. Боковые оконтуривающие выработку шпуры 2 бурят перпендикулярно забою, а два соседних шпура 3 на одной базе в каждом ряду бурят сходящимися и с перебуром на глубину не более 10-15% от длины сходящейся их части (фиг. 1). Порядок обуривания всей рабочей поверхности забоя определяется целесообразностью проведения одновременно операций по бурению шпуров и отбойке блоков в одном забое. После окончания бурения нескольких рядов шпуров или всех шпуров в пробуренные шпуры вводят разрушающие устройства, обеспечивающие направленное воздействие разрушающего усилия на стенки шпуров по их рабочей длине от устья до места сбойки. Вначале разрушающие устройства помещают в сходящиеся шпуры нижнего блока левого или правого столба блоков массива и ориентируют их таким образом, чтобы усилия действовали на стенки шпура во встречном направлении и параллельно плоскости забоя (фиг. 2). После этого создают посредством устройства давление на горную породу, под действием которого в межшпуровом пространстве образуется открытая горизонтальная трещина. Далее разрушающее устройство из нижнего ряда этого столба переносят в вышерасположенный ряд и аналогично вышеописанному разрушают его межшпуровое пространство. Этот процесс продолжается до образования горизонтальных трещин во всех блоках крайнего столба. Затем в той же последовательности - снизу вверх - вводят разрушающие устройства в шпуры того же столба блоков и ориентируют их таким образом, чтобы их разрушающие усилия действовали по рабочей длине шпуров в направлении кратчайшего расстояния между образующими соседних шпуров (фиг. 3). После воздействия разрушающим усилием на стенки шпуров в отрабатываемых блоках массива создаются открытые вертикальные трещины. Аналогично разрушают межшпуровое пространство другого вертикального ряда шпуров крайнего столба блоков. В результате этого первый столб блоков породы разрывается открытыми горизонтальными и вертикальными трещинами, что разделяет столб горной породы на отдельные блоки и тем позволяет осуществить их экскавацию. Аналогично оконтуривают трещинами остальные блоки внешнего слоя массива.

Для обеспечения отбойки следующего слоя массива необходимо после окончания оконтуривания открытыми трещинами блоков внешнего слоя произвести разделение на горизонтальные слои 4 (фиг. 4) обуренной части столбов следующего слоя путем приложения разрушающих усилий во встречном направлении в пространстве между парами сходящихся шпуров соседних баз.

Извлечение блоков следует производить с верхнего блока каждого столба во избежание самопроизвольного их обрушения. Таким же образом извлекаются соседние столбы блоков горной породы. После отбойки первого слоя горной породы забой имеет пилообразную форму (фиг. 4).

При подготовке к отбойке следующего слоя массива разбуривают стаканы шпуров предыдущего слоя, которые задают направления сходящимся скважинам, разделяющим следующий слой массива на блоки. Далее процесс отбойки горной массы повторяется. При наличии достаточного количества разрушающих устройств формирование вертикальных и горизонтальных трещин возможно одновременно в нескольких блоках горного массива.

В зависимости от мощности разрушающего устройства и физических свойств разрушаемой породы определяют максималь- ную величину межшпурового расстояния для данной породы, которую принимают за базу бурения между сходящимися шпурами и за расстояние между гороизонтальными рядами шпуров. Угол наклона сходящихся шпуров является функцией упругих и прочностных свойств породы и по расчетным данным оптимален в границах 20-30^о для слабых и пластичных пород и до 60-70^о для скальных упругих пород. Технологически целесообразно провести операцию трещинообразования сразу по всему забою или хотя бы на его половине (при большом числе столбов блоков в забое), чтобы машины и механизмы, осуществляющие различные технологические операции, не мешали друг другу.

После образования горизонтальных и вертикальных трещин в столбах блоков внешнего слоя производят их экскавацию Экскавацию разрушенной части массива производят с отставанием не менее чем на 3-4 столба от места образования трещин, начиная с верхнего блока крайнего столба в направлении к нижележащим блокам посредством автопогрузчика или других механизмов. После экскавации блоков внешнего слоя начинают отбойку следующего слоя разбуриванием стаканов шпуров.

Описанный способ отбойки горного массива осуществлен на Джезказганском месторождении со следующей горно-геологической характеристикой: мощность пласта 4 м, крепость пород 14-16.

Для формирования горизонтальных и вертикальных трещин в горном массиве использовано гидроразрушающее устройство типа ГРУ. База между двумя соседними шпурами в каждом горизонтальном ряду и расстояние между горизонтальными рядами в вертикальной плоскости определены по расчетным формулам ГОСТа 21153.3-85 и равны 0,7 м. Угол наклона каждого из сходящихся шпуров к забою определен экспериментально и равен 67^о. В результате этого длина сходящейся части шпура составила 0,75 м, а длина перебурка 7-10 см. По полученным данным производят разметку вертикальных и горизонтальных рядов шпуров на забое: 21 вертикальный и 7 горизонтальных рядов, т.е. по 6 блоков в каждом столбе и 20 столбов на отрабатываемом забое. Два соседних шпура на одной базе в каждом ряду бурят под углом 67^о к плоскости забоя посредством серийно выпускаемых буров с кареток с устройством для ориентирования инструмента под заданным углом к плоскости забоя. Таким образом, из каждого узла сетки бурят два сходящихся с соседними по базе шпура, а оконтуривающие шпуры в вертикальных рядах бурят перпендикулярно плоскости забоя.

Отработка каждого слоя массива производилась двумя гидроразрушающими устройствами, что позволило одновременно создавать трещины только в одной плоскости одного блока одного столба. В каждом шпуре, оконтуривающем блок одного столба, для образования вертикальных и горизонтальных трещин необходимо, чтобы разрушающие усилия, создаваемые ГРУ, были направлены встречно. Встречное направление действия сил ГРУ обеспечивается встречной ориентацией стрелок-индика- торов, находящихся в одной плоскости с клиньями гидроразрушаемого устройства, и располагаемых у устья шпуров при установке в них ГРУ. Операцию по ориентации клиньев в основных шпурах производят четырежды, в приконтурных - трижды, а в угловых - дважды, в зависимости от количества соседних шпуров.

Этот способ отбойки горной массы может быть использован при отработке подземных залежей, обеспечивая экологически чистую и безопасную технологию.

Способ наиболее эффективен в породах с коэффициентом крепости от 8 до 24 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Достигнутая в эксперименте производительность отбойки горной массы при указанной мощности составила 2 м³ на одного забойного рабочего в смену.