способ производства буровзрывных работ на карьерах

Формула изобретения

Способ производства буровзрывных работ на карьерах, включающий бурение скважин первой очереди на два уступа и отбойных скважин по проектной сетке, заряжание их ВВ и взрывание, отличающийся тем, что каждую скважину первой очереди расширяют с формированием в верхней части нижнего уступа полости в виде усеченного конуса с меньшим основанием, направленным к забою скважины, затем из расширенной части скважины удаляют породный шлам, при этом высота расширенной части скважины в нижнем уступе не превышает трех ее максимальных диаметров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам производства буровзрывных работ на карьерах, и может быть использовано при разработке в обводненных породных массивах.

Известен способ производства буровзрывных работ (БВР) на карьерах, включающий бурение отбойных скважин по проектной сетке, заряжение их взрывчатыми веществами (ВВ) и взрывание /1/.

Недостатком аналога является то, что при производстве БВР в обводненных массивах отбойные скважины заполняются водой. При наличии в скважинах воды затраты на производство взрывных работ существенно возрастают в связи с необходимостью применения дорогостоящих водоустойчивых ВВ на основе тротила. В случае же применения более дешевых неводоустойчивых ВВ, например, на основе аммиачной селитры, их помещают в водонепроницаемые полиэтиленовые рукава, размещают в скважине, что в целом усложняет технологию взрывных работ и также приводит к значительным материальным затратам /2/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства БВР на карьерах, принятый за прототип, включающий бурение скважин первой очереди на два уступа и отбойных скважин по проектной сетке, заряжание их ВВ и взрывание /3/. В данном способе использование скважин первой очереди предусмотрено для предварительного осушения породного массива перед обуриванием уступа по проектной сетке.

Известный способ обладает следующими недостатками. Скважины первой очереди имеют малый диаметр и поэтому обладают низкой водопоглотительной способностью. Для повышения водоотдачи в этих скважинах на глубине второго уступа размещают заряды ВВ, сплошные или сосредоточенные, и производят взрывы, повышая тем самым трещиноватость и, соответственно, дренирующую способность породного массива. Однако в результате этой операции в окрестности взорванного заряда ВВ образуется зона дробления горных пород, превышающая диаметр скважины почти в 10 раз, что требует особого внимания маркшейдерской службы при обуривании второго уступа при последующем переходе горных работ с верхнего горизонта на нижний. В этом случае проектная отбойная скважина может случайным образом попасть в указанную зону дробления, что, во-первых, исключает нормальное механическое бурение скважины и, во-вторых, может привести к заклиниванию бурового става и созданию аварийной ситуации.

Кроме того, взрыв зарядов в скважинах первой очереди нарушает в них устойчивость ствола скважин, что затрудняет их последующее использование в качестве отбойных при массовых взрывах в породах верхнего уступа.

К недостаткам известного способа следует также отнести сложность организации осушительных мероприятий, требующих предварительное взрывание зарядов ВВ перед бурением проектных отбойных скважин. Задачей изобретения является снижение затрат на производство буровзрывных работ в обводненных породных массивах за счет снижения уровня воды в отбойных скважинах, что позволяет использовать при заряжании более дешевые типы взрывчатых веществ (при минимальном содержании в них дорогостоящего тротила). Кроме того, обеспечиваются лучшие условия буровых работ.

Это достигается тем, что в способе производства буровзрывных работ на карьерах, включающем бурение скважин первой очереди на два уступа и отбойных скважин по проектной сетке, заряжание их ВВ и взрывание, каждую скважину первой очереди расширяют с формированием в верхней части нижнего уступа полости в виде усеченного конуса с меньшим основанием, направленным к забою скважины, затем из расширенной части скважины удаляют породный шлам, при этом высота расширенной части скважины в нижнем уступе не превышает трех ее максимальных диаметров.

На чертеже показана технологическая схема для реализации предложенного способа производства БВР.

Способ осуществляют следующим образом.

В пределах подготовленного к взрывной отбойке породного блока бурят скважины 1 первой очереди в узлах проектной сетки на глубину двух уступов - верхнего 2 и нижнего 3. Затем каждую скважину 1 расширяют, например, термическим способом, с формированием в верхней части нижнего уступа 3 полости 4 в виде усеченного конуса, переходящего в котловую полость 5. При этом меньшее основание усеченного конуса направлено к забою скважины 1, а высота расширенной части скважины в нижнем уступе 3 не превышает трех ее максимальных диаметров, причем высота усеченного конуса соизмерима с диаметром котловой полости 5. В процессе термического расширения образующийся породный шлам 6 заполняет скважины 1 в нижнем уступе 3 и частично в верхнем уступе 2. После завершения процесса термического расширения скважины 1 термоинструмент опускают вниз и удаляют породный шлам из расширенных полостей 4 и 5.

Сформированная таким путем котловая полость 5 обладает высокой водопоглотительной способностью. За счет увеличенного диаметра скважин 1 и возникновения вокруг них искусственной трещиноватости, под действием термических напряжений, котловые полости 5 пересекают большее количество магистральных трещин (на чертеже не показано) в породах верхнего уступа 2, по которым вода дренируется в котловые полости 5 скважин 1. Далее эта вода через породный шлам 6 под естественным давлением столба воды фильтруется через трещиноватые породы нижнего уступа 3 в направлении к карьерному дренажному комплексу (на чертеже не показано). Значительное количество воды в скважины 1 поступает из верхнего слоя разрушенных пород 7. Этот слой пород 7 обладает весьма большим коэффициентом фильтрации и высокой водоотдачей.

После образования скважин 1 первой очереди на площади между ними и в их окрестности осуществляют бурение и термическое расширение отбойных скважин 8, расположенных также в узлах проектной сетки. Наличие скважин 1 обеспечивает непрерывный процесс осушения породного массива с формированием понижающихся в течение времени депрессионных кривых 9 и 10 уровня осушения, что позволяет в конечном итоге снизить уровень воды в отбойных скважинах 8. После заряжания ВВ всех расширенных полостей 5 и 8 производят взрывную отбойку пород верхнего уступа 2, при этом в скважинах 1 заряды ВВ размещают непосредственно на породном шламе 6, служащем основанием, удерживающим заряд. В процессе детонации ВВ в скважинах 1 первой очереди в их нижних конических полостях 4 формируется кумулятивная ударная волна, направленная к забою скважин 1. Под направленным действием расширяющихся продуктов детонации ВВ происходит мощный гидравлический удар, передающий давление через буровой шлам 6 частично насыщенный водой, в породы нижнего уступа 3 и приводящий к раскрытию и росту имеющихся магистральных трещин и, как результат, к меньшей обводненности отбойных скважин, которые в последующем бурят при разработке нижележащего горизонта в породах нижнего уступа 3 (на чертеже не показано).

При взрывной отбойке вокруг полости 4 и нижней части полости 5 каждой скважины в уступе 3 создается зона дробления, обеспечивающая проработку подошвы уступа 2. Эта зона дробления по качеству аналогична слою разрушения пород 7 и не изменяет базовых условий производства буровых работ при последующей разработке нижнего уступа 3.

Пример реализации способа.

На железорудном карьере Михайловского горно-обогатительного комбината производят взрывную отбойку железистых кварцитов с использованием дорогостоящего тротила при заряжании обводненных скважин.

В соответствии с предложенным способом после горизонтирования поверхности уступа 2, с помощью бульдозеров, осуществляют бурение скважин 1 первой очереди в узлах проектной сетки, нанесенной маркшейдерской службой карьера. При базовой сетке отбойных скважин 8х8 м скважины первой очереди размещают на расстоянии 32 м друг от друга. При трехрядной схеме обуривания уступов скважины первой очереди располагают во втором ряду. С помощью бурового станка типа СБШ-250 МН бурят скважины диаметром 243 мм на глубину двух уступов, т. е. 30 м. Затем эти скважины расширяют термическим способом с использованием станков СБТ-500. Расширение осуществляют воздушно-керосиновой огнеструйной горелкой, которую перемещают в скважине снизу вверх. Для создания полости 4 в виде усеченного конуса в каждой скважине горелку опускают на глубину 16,5 м, затем на участке длиной 0,5 м перемещают вверх со скоростью примерно 20 м/ч, а затем скорость подъема уменьшают и поднимают горелку со скоростью 15 м/ч. В этом режиме перемещения горелки формируется полость 4 в виде усеченного конуса высотой примерно 0,5 м, а диаметр котловой полости 5 составляет 450 - 500 мм. В процессе термического расширения скважин 1 буровой породный шлам 6 под собственным весом падает вниз, заполняет нижнюю часть скважин и частично расширенные полости 5. Для очистки каждой скважины горелку на маневровой скорости 20-30 м/мин опускают вниз до соприкосновения с породным шламом, который под действием аэродинамической силы выносится из скважины. В процессе очистки скважины горелку также опускают до глубины 16,5 м и выдерживают там в течение 1-2 мин, достаточных для выноса оставшегося породного шлама из полостей 4 и 5. Затем осуществляют бурение и термическое расширение отбойных скважин 8, располагаемых также в узла проектной сетки.

В процессе формирования отбойных скважин 8 происходит непрерывный процесс осушения массива с переходом депрессионной кривой из положения 9 в положение 10. Как правило, обуривание верхнего уступа 2 протяженностью 200 м происходит в течение 1-2 недель, а иногда и больше, что связано с количеством задействованной буровой техники. Этого времени достаточно для реализации поставленной задачи водопонижения и, соответственно, уменьшения уровня воды в отбойных скважинах вплоть до полного осушения верхнего уступа 2. Это в свою очередь позволит сократить расход дорогостоящего тротила, использование которого в обводненных скважинах в 5-10 раз больше, чем в осушенных.

Кроме того, при переходе горных работ с верхнего горизонта на нижний уровень воды в отбойных скважинах второго уступа 3 также понижается, что обеспечивает лучшие условия буровых работ в осушенном массиве, так как повышается стойкость шарошечных долот на 10-15%. Вследствие понижения уровня воды в отбойных скважинах также достигается экономия дорогостоящих водоустойчивых ВВ.

Вместе с этим применение простейших видов ВВ вместо тротила приводит к улучшению экологической обстановки в карьере вследствие выделения при взрывах меньшего количества ядовитых газов.

Источники информации

1. Патент США N 3696703, кл. F 42 D 1/00.

2. Патент РФ N 2133942, кл. F 42 D 1/08.

3. Гончаров С.А., Дремин А.И., Ершов Н.П., Каркашадзе Г.Г. Ресурсосберегающие процессы разрушения горных пород на карьерах. М.: Изд. МГГУ, 1994, с. 143-149.