способ добычи блочного камня

Формула изобретения

СПОСОБ ДОБЫЧИ БЛОЧНОГО КАМНЯ, включающий отторжение блоков камня от массива при помощи невзрывчатого разрушающего средства, которым заполняют шпуры с оставлением в устье шпура свободного пространства для размещения запирающего устройства, отличающийся тем, что в состав невзрывчатого разрушающего средства включают ускоритель действия, свободное пространство в шпуре для размещения запирающего устройства устанавливают 0,10 0,15 м, а запирающее устройство выполняют в виде двух пространственных тел, каждое из которых выполнено в виде части круглого цилиндра, одно из оснований которого образовано плоскостью, расположенной к продольной оси под углом 7 9^o, причем пространственные тела устанавливают в шпуре с возможностью взаимодействия и смещения друг относительно друга по плоским наклонным поверхностям.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к способам разрушения горных пород, и может быть использовано при добыче блочного камня.

Известны способы добычи блочного камня с использованием буровзрывных работ [1] Однако они обладают существенными недостатками: большой выход некондиционного материала (до 80% ) за счет чрезмерного развития трещин и как следствие переизмельчения; а также ухудшение экологии за счет выбросов в атмосферу продуктов взрыва.

Известен способ добычи блочного камня невзрывчатым разрушающим средством НРС [2] К недостаткам использования этого способа следует отнести: низкую производительность при повышенных (более 25^оС) температурах из-за "выстреливания" НРС из скважин (шпуров), что представляет угрозу для рабочих, т.е. понижение безопасности работ; создания малых статических нагрузок в устье скважин при выдавливании НРС в сторону свободной поверхности; несрабатывание разрушающего материала при низких (отрицательных) температурах, что в целом снижает производительность отбойки блочного камня.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ разработки монолитных объектов с помощью НРС и запирающего шпуры приспособления [3] Недостатками использования способа являются: уменьшение рабочего объема шпуров из-за размещения в них шнековой направляющей, что снижает производительность работ; необходимость установки в шпурах шнековой направляющей с хвостовиком и навинчиванием на последний после заливки НРС запирающего приспособления, что повышает трудозатраты при реализации способа.

Целью изобретения является снижение трудоатрат и повышение производительности процесса добычи блочного камня за счет повышения эффективности запирания шпуров и действия НРС.

Поставленная цель достигается техническим решением, представляющим собой новый способ отторжения от массива блочного камня, с применением специального запирающего устройства, предотвращающего выброс НРС из шпура, и включения в состав НРС специального ускорителя действия.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям "существенные отличия" и "новизна".

Опыт использования невзрывчатых разрушающих средств для разрушения бетона, камня и др. показал, что затворенная водой масса в скважинах при расширении выдавливается из их устья, и в случае температур более 25^оС выстреливает из скважины. В первом случае резко уменьшаются статические усилия вблизи свободной поверхности, во втором применить НРС запрещается. Устранение этих недостатков может достигаться применением запирающих шпуры устройств. Кроме того, существенным недостатком применения НРС является большой временной промежуток его действия: от 24 до 48 ч. Уменьшить время нарастания давления в шпурах можно включением в состав НРС дополнительных химических добавок ускорителей. Например, добавление в различных процентных соотношениях природного вещества бишофита [4] позволяет снизить время действия НРС от десятка до сотен минут, что приводит к резкому увеличению производительности работ.

Анализ условий равновесия сил при максимальном давлении, создаваемом НРС (30 МПа) и сопротивлении скольжения, создаваемом трением металла о породу (усилие сцепления), показывает, что запирание скважин металлическими запирающими клиньями устраняет указанные выше недостатки и увеличивает производительность работы НРС по разрушению, а также снижаются трудозатраты при выполнении работ.

Напирающие клинья представляют собой два пространственных тела в виде цилиндров, одно из оснований которых образовано наклонной к продольной оси плоскостью. Части цилиндра соприкасаются по наклонным поверхностям и представляют собой составной цилиндр с изменяющимся диаметром при смещении составных элементов друг относительно друга по совмещающей плоскости. Из оценки условий обеспечения максимального скольжения металла о металл о сохранении наибольшего запирающего эффекта путем расчета и натурных экспериментальных исследований установлено, что наклон плоскости одного из оснований цилиндров обратно пропорционален длине клина и для длин 0,10-0,15 м (опыт разрушения прочных пород на больших глубинах показывает, что таким размерам соответствует глубина естественного отслоения породы в условиях отжима вблизи свободных поверхностей) составляет 7-9^о. Такой клин создает максимальное сопротивление выдавливанию и наибольшие распорные усилия и обеспечивает равномерное распределение статических нагрузок от действия НРС по всему объему скважины без уменьшения их вблизи устья. Кроме того, при протекании реакции гидратации смеси выделяется большое количество тепла (температура достигает 80.100^оС) с испарением влаги и образованием газов, что повышает возможность выброса вещества из скважин. Предлагаемый клин при расклинивании изменяет свое сечение от круглого до овального с созданием необходимых двух зазоров вдоль образующих по наклонной плоскости составляющих цилиндров, обеспечивающих отвод (выход) газов с предотвращением выдавливания смеси. Зазоры составляют (0,2.1,0) 10^-3 м.

Предлагаемый способ применяют следующим образом.

После бурения скважин и заполнения их невзрывчатым разрушающим средством, в состав которого включен ускоритель действия, с незаполненным на 0,10. 0,15 и устьем, в них на раствор устанавливается одна часть цилиндра наклонным основанием вверх, а на нее вторая наклонным основанием вниз. Затем с использованием металлического штыря наставки верхняя часть усеченного цилиндра забивается в скважину. Перемещаясь по наклонной плоскости нижнего цилиндра, он запирает скважину за счет создания распирающего эффекта и предотвращает перемещение вещества по cкважине. Изменение сечения клина создает условия отвода газа при схватывании вещества. Действие этих двух факторов увеличивает производительность способа, расширяет условия и область его применения. После разрушения необходимого объема среды клинья извлекаются и используются повторно.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами: обеспечение равномерности усилий по всему объему скважины и разрушения материала вблизи ее устья; предотвращение выброса вещества из скважины; отвод газов при протекании реакций гидратации; использование при повышенных температурах среды; уменьшение до 10% удельного расхода вещества; самораспирание клиньев при увеличении давления; многократное использование запирающего устройства; уменьшение времени действия НРС. Все это в комплексе приводит к снижению трудозатрат и повышению производительности работ.