способ заоткоски высоких уступов на контуре карьера

Формула изобретения

Способ заоткоски высоких уступов на предельном контуре карьера, включающий бурение контурных и отбойных скважин, заряжание и взрывание отбойных скважин, отгрузку горных пород, отличающийся тем, что вначале бурят скважины контурного ряда на высоту уступа на расстоянии 100-140 диаметров скважин от блоков массовых взрывов и с расстоянием между скважинами 2-3 диаметра скважин (холостые скважины), затем бурят буферные наклонные скважины на расстоянии по поверхности 10-14 диаметров скважин, а в нижней части - на расстоянии 4-5 диаметров скважин от контурного ряда скважин при расстоянии между буферными скважинами в ряду 4-6 диаметров скважин, затем бурят отбойные скважины в первом рабочем подуступе, причем вначале заряжают и взрывают буферные наклонные скважины с рассредоточенными зарядами (три заряда: верхний, средний и нижний), обеспечивающими дробление породных промежутков между наклонными и контурным рядами скважин и срез породного промежутка между контурным рядом сближенных холостых скважин, с плотностью зарядов в верхней, средней и нижней частях наклонных скважин соответственно 3-3,5, 2,5-2,8, 1-2 кг/м пог., затем заряжают и взрывают отбойные скважины короткозамедленным способом по рядам, осуществляют отгрузку пород на верхнем рабочем подуступе и на окончательном этапе выполняют операции бурения отбойных скважин, их взрывание и отгрузку горных пород из забоя второго рабочего подуступа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при заоткоске высоких уступов при отработке месторождений полезного ископаемого карьером.

Известен способ заоткоски уступов на предельном контуре карьера, в котором при подходе горных работ к зоне заоткоски на предельном контуре карьера бурится ряд сближенных скважин, в них помещается рассредоточенный заряд ВВ, достаточный для прострела породного промежутка из пород между скважинами, и взрывается с опережением рабочих скважин [1].

Недостатком способа является то, что при применении зарядов в нижней и средней частях откоса с плотностью 3-4 кг/пог. м происходит разрушение приоткосной части массива, что в последующем приводит к интенсивному осыпеобразованию уступов на карьерах. Кроме того, за счет перебура рабочих скважин нижнего подуступа и их взрывания на бермовом горизонте происходит разрушение приповерхностной части массива бермы на глубину до 4-5 м (10-20 диаметров заряда).

Известен способ заоткоски уступов, заключающийся в одновременной отработке приконтурной ленты шириной 6-7 м взрыванием скважин контурного ряда [2].

Недостатком способа является то, что при взрывании зарядов рабочих скважин в приконтурной ленте разрушение в приконтурном массиве распространяется на расстояние 100-140 диаметров заряда. При этом заоткоска уступов осуществляется уже нарушенного взрывом зарядов рабочих скважин приоткосного массива пород.

Известен способ заоткоски уступов, включающий создание на контуре карьера отрезной щели, отработку приоткосного массива до плоскости отрезной щели и последующую заоткоску уступа взрыванием зарядов в укороченных скважинах [3].

Недостатком способа является то, что при этом формируется выпуклый профиль уступа, и при создании бермы в основании нижнего сдваиваемого подуступа угол откоса сдваиваемого уступа снижается. Кроме того, предложенный способ заоткоски уступов не может быть осуществлен при постановке в предельное положение в высоких уступов с крутыми углами путем сдваивания рабочих уступов.

Известен способ заоткоски высоких уступов, заключающийся в том, что на расстоянии, равном 14 диаметров скважин от предельного контура карьера, создается экранирующая щель на высоту двух подуступов, затем следует отработка двух подуступов [4]. После ее завершения в плоскости отстраиваемого высокого уступа на предельном контуре бурят ряд контурных скважин на всю высоту уступа глубиной 45 м. После взрывания зарядов в контурных скважинах плотностью 4-8 кг/пог. м для верхних двух подуступов и плотностью 1-2 кг/пог. м для нижнего уступа происходит обрушение предохранительного целика и на последнем этапе осуществляется доработка нижнего подуступа до экранирующей щели.

Недостатком способа является то, что дважды создается отрезная щель, применяемое количество ВВ в верхней части отрезной щели не гарантирует от разрушения и трещинообразования в законтурном массиве уступов. Разрушается также поверхностный слой бермы, это приведет со временем к осыпанию и в некоторых случаях к оползанию части откоса. Кроме того, трудно соблюсти параллельность скважин на всей 45-метровой высоте высокого уступа из-за перебура рабочих скважин выше расположенного уступа.

Предложенный способ заоткоски уступов не может быть осуществлен при постановке в предельное положение высоких уступов с крутыми углами путем сдваивания рабочих уступов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ заоткоски уступов, предусматривающий бурение скважин щели на близком расстоянии друг от друга без размещения в них ВВ, а отрезная щель создается при взрывании отбойных скважин в приконтурной зоне (“гладкое взрывание”) [5] (прототип).

Недостатком способа является то, что при взрыве ВВ в отбойных скважинах приконтурной ленты шириной 9-12 м создается не только щель, но и нарушается законтурный массив и особенно приповерхностный слой уступа. Кроме того, поверхностный слой площадки уступа (бермы) уже нарушен взрывом ВВ в рабочих скважинах, пройденных с перебуром.

Предложенный способ заоткоски уступов не может быть осуществлен при постановке в предельное положение высоких уступов с крутыми углами путем сдваивания рабочих уступов.

Целью настоящего изобретения является повышение устойчивости высоких уступов за счет снижения нарушений приконтурного массива и трещинообразования и уменьшения осыпеобразования и оползания уступов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе заоткоски уступов, включающем бурение контурных и отбойных скважин, их заряжание и взрывание, отгрузку горных пород, бурят вначале скважины контурного ряда с расстоянием 2-3 диаметров скважин между скважинами на всю высоту высокого уступа и на расстоянии 100-140 диаметров заряда от блоков массовых взрывов в карьере, исключающем нарушения в законтурном массиве, затем бурят буферный ряд сближенных наклонных скважин, служащих для создания буферной “подушки” скважины в каждом рабочем подуступе или на всю высоту уступа, заряжают и взрывают буферные и отбойные скважины, производят отгрузку горных пород. Причем вначале заряжают и взрывают буферные скважины для создания буферной подушки, затем скважины отбойные короткозамедленным способом, при этом буферные скважины заряжают рассредоточенными зарядами, величина которых в верхней части рассчитана на дробление породы в промежутке между контурными и буферными скважинами, а в средней и нижней частях заряд рассчитан на срез породного промежутка между скважинами контурного ряда и образование ровной и гладкой поверхности плоскости отстраиваемого уступа без разрушения зарядами ВВ и влияния зарядов отбойных скважин, и после их взрывания производят отгрузку горных пород вначале верхнего рабочего подуступа, затем нижележащего рабочего подуступа.

На фиг. 1-3 показана общая схема двух рабочих подустопов и элементы технологии работ. На фиг. 1 показаны заоткашиваемый уступ 1, два рабочих подуступа 2, 3 с контурными 4, буферными 5 скважинами. На фиг. 2 рассредоточенный заряд в наклонных скважинах: в верхней части 6, средней части 7, нижней части 8 в комплексе с холостыми контурными скважинами 4. На фиг. 3 показано сформированная буферная зона 9 при соответствующих параметрах и отбойные скважины 10 в верхнем рабочем подуступе 2.

Созданная поверхность откоса уступа без нарушений выполнена на расстоянии 100-140 диаметров зарядов ВВ от массовых взрывов в карьере и защищена от действия взрывов отбойных скважин, взрываемых вслед за буферными скважинами короткозамедленным способом, буферной подушкой, не имеет микро- и макроразрушений и будет устойчива от осыпаний и оползаний откоса уступа.

Буферные скважины бурят с наклоном, достаточным для создания усилий среза по плоскости контурных холостых скважин.

Верхнюю часть буферных скважин заряжают зарядами, обеспечивающими при взрыве дробление породного промежутка до контурных скважин, а в средней и нижней части заряды обеспечивают дробление и создание срезающих усилий по породным промежуткам по плоскости между контурными скважинами. Учитывая, что линия сопротивления по всей высоте наклонных скважин для этих условий взрывания изменяется от максимальной в верхней части до минимальной в нижней части скважин, а линия сопротивления по породному промежутку между контурными скважинами минимальна, заряд ВВ дробления в верхней части наклонных скважин выбирается в пределах 10-14 диаметров скважин, а нижнего по условиям дробления 4-5 диаметров скважин. Дополнительное увеличение зарядов в средней и нижних частях наклонных скважин на срез породного промежутка между контурными скважинами составляет 2-3 диаметров скважин. При линии сопротивления в верхней части наклонных скважин 3.2-3.5 м, в средней части 2-2.7 м, в нижней части 1.-2 м величина зарядов может быть максимально уменьшена. Поэтому отбойка может быть осуществлена зарядами с кольцевым зазором и плотностью заряда 4-6 кг/пог. м в верхней части наклонных скважин, 3-3.5 кг/пог. м в средней части и 1,5-2 кг/пог. м в нижней части наклонных скважин.

При такой конструкции холостых контурных скважин и наклонных буферных скважин, конструкции зарядов буферных скважин, их плотности и ширине отбиваемых слоев, а также ширине заблаговременно создаваемой щели 25-30 см до подхода горных работ на поверхности отстраиваемого уступа остаются не только следы скважин, но и исключены микро- и макроразрушения приповерхностного и законтурного массива пород, поэтому откос будет менее подвержен выветриванию и, следовательно, осыпанию и оползанию.

Пример выполнения.

Способ заоткоски высокого уступа на предельном контуре карьера поясняется схемами, показанными на фиг. 1-3, и осуществляется следующим образом. На предельном контуре карьера необходимо произвести отстройку сплошного уступа 1 высотой 30-45 м путем сдваивания и страивания 15-метровых уступов 2, 3. При подходе горных работ на верхнем рабочем подуступе 2 к предельному контуру карьера на расстоянии 25-30 м бурят ряд контурных скважин 4 глубиной 30 м с расстоянием между ними 0,4-0,5 м. Затем в 3,2-3,5 м от отстраиваемого уступа 1 бурят ряд наклонных скважин 5 для создания буфера при взрыве рабочих скважин 5 короткозамедленным способом. Расстояние между наклонными скважинами 2-3 м.

Их глубина соответствует глубине контурных скважин. В нижней части сдваиваемого уступа промежуток между контурным рядом скважин и наклонными буферными скважинами составляет 1-2 м.

После этого осуществляют зарядку и взрывание наклонных буферных скважин. Причем вес заряда ВВ в наклонных скважинах разделяют на 3 части: в верхней части помещают заряд 6 дробления с линией наименьшего сопротивления 2,7-3 м и плотностью заряжания 3-4 г/пог. м скважины, в средней части линия наименьшего сопротивления составляет 2,3-2,5 м и заряд 7 создают при плотности заряжания 2.6-2.8 кг/пог. м скважины с учетом дробления породного промежутка до контурных скважин и среза породного промежутка между контурными скважинами. В нижней части буферных скважин создают заряд 8 с линией наименьшего сопротивления 1,5-2 м при плотности заряжания 1,5-2 кг/пог. м для дробления породных промежутков между наклонными скважинами и между последними и контурным рядом холостых скважин, а также среза породного промежутка между контурными скважинами.

После создания буферной зоны 9 для защиты приповерхностного слоя откоса и законтурного массива от разрушения при производстве массовых взрывов в карьере и отработке приконтурных блоков осуществляют бурение и взрывание отбойных скважин 10 короткозамедленным способом на первом рабочем подуступе высотой вначале 15 м, а после уборки породы аналогичные операции осуществляют и на втором рабочем подуступе.

Для отработки рабочих подуступов используются типовые параметры буровзрывных работ: диаметр скважин 250 мм, глубина бурения 17,5 м, расстояние от буферного ряда наклонных скважин 3,5-4 м, расстояние между скважинами в ряду 6-7 м, расстояние между рядами скважин 6-7 м, вес заряда ВВ в скважине 480 кг. Причем первый ряд отбойных скважин перед буферными бурят с наклоном в стороны буферных скважин под углом 80° для преодоления линии наименьшего сопротивления в нижней части рабочего подуступа и наклонными скважинами.

Взрывание первого ряда отбойных скважин от последующих рядов отбойных скважин осуществляется с замедлением 20-25 мс для снижения опасного сейсмического эффекта при взрыве зарядов отбойных скважин.

Параметры БВР для буферного ряда наклонных скважин:

- диаметр скважин 190-250 мм

- глубина бурения 30,5 м

- расстояние между скважинами 2,5-3 м

а) заряд в верхней части скважин

- длина забойки 3 м

- длина заряда 8 м

- тип заряда с кольцевым зазором

- плотность заряда 3,0-3,5 кг/пог. м

- вес заряда 26 кг

б) заряд в средней части скважин

- длина заряда 8 м

- тип заряда с кольцевым зазором

- плотность заряда 2,5-2,8 кг/пог. м

- вес заряда 21,6 кг

в) заряд в нижней части скважин

- длина заряда 8 м

- тип заряда с кольцевым зазором

- плотность заряда 1,5-2,0 кг/пог. м

- вес заряда 14,6 кг

Параметры контурного ряда скважин

- диаметр скважин 190-250 мм

- расстояние между скважинами 0,3-0,5 м

После взрыва буферных наклонных скважин и образования буфера для образованного сдвоенного высокого откоса приступают к отработке верхнего рабочего уступа бурением и взрыванием отбойных скважин. После уборки породы аналогичные операции производят на нижнем рабочем подуступе. После завершения работ по уборке породы на нижнем подуступе образовавшийся высокий откос имеет следы скважин без микро- и макроразрушений в окрестности самих контурных скважин, за счет этого повышается устойчивость откоса.

Благодаря повышению устойчивости высоких уступов можно увеличить их угол наклона до вертикальных (90°) в мало- и среднетрещиноватых породах, а также генеральный угол отстраиваемого откоса борта карьера. Это позволит в значительной степени снизить объемы выемки вскрышных пород в карьере.

Проработки, проведенные применительно к апатитовому Ньоркпахкскому карьера, показали, что сокращение объемов вскрыши при внедрении способа по сравнению с проектом может составить около 25 млн.м³ вскрыши по висячему борту и 10-15 млн. м³ по лежачему боку залежи.

При средней себестоимости выемки 1 м³ вскрышных пород 30 руб. общий эффект от внедрения способа может составить около 1200 млн. руб.

Источники информации

1. Голицын В.В., Иванов С.В., Жуковский Я.М. Вопросы устойчивости бортов железорудных карьеров // Проектирование предприятия горно-рудной промышленности. - М.: Недра, 1976. - С. 48-59.

2. Галустьян Э.Л. Совершенствование конструкции нерабочих бортов карьеров // Горный журнал. - 1996. - N 1, 2. - С. 93-95.

3. Авт. св. СССР N 1025886 А, Е 21 С 41/00, 30.06.83, Бюл. 24.

4. Авт. св. СССР N 1670133 Al, E 21 C 41/26, 15.08.91, Бюл. 30.

5. Бротакек И., Вода И. Контурное взрывание в горном деле и строительстве.- Пер. с чеш. Под ред. проф., д.т.н. Б.Н. Кутузова. - М.: Недра, 1983, 144 с. (прототип).