способ разрушения целиков

Формула изобретения

Способ разрушения целиков, включающий бурение в целике скважин с размещением в них зарядов ВВ, проходку восстающих с размещением в них камерных зарядов ВВ, последовательное взрывание с образованием системы противолежащих ослабляющих полостей на две противоположные поверхности обнажения целика и окончательное разрушение целика взрыванием камерных зарядов ВВ, отличающийся тем, что соосно с проектными контурами ослабляющих полостей бурят дополнительные скважины, причем дополнительные скважины располагают симметрично продольной оси целика и размещают в них заряды ВВ, при этом первоначально образуют ослабляющие полости в торцах целика, затем остальные, заряды ВВ в дополнительных скважинах, расположенных в торцах целика, взрывают после образования ослабляющих полостей, а одновременное взрывание камерных зарядов ВВ и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах осуществляют в последнюю очередь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых взрывным способом для разрушения межкамерных, подзавальных целиков рудных залежей, а также этажного обрушения блоков в условиях повышенного горного давления.

Известен способ разрушения целиков (патент RU № 2046941, Е21С 37/00, F42D 3/00, 27.10.1995, бюл. № 30), в котором первыми ступенями замедления массового взрыва образуют щели зарядами ВВ, расположенными в сопряженных скважинах и последующим взрыванием камерных зарядов ВВ.

Недостатком указанного способа является неравномерное и некачественное дробление массива в створе образующихся щелей из-за низких энергетических параметров взрыва зарядов ВВ, расположенных в сопряженных скважинах, а также высокие затраты на вторичное дробление из-за негативного влияния горного давления на результаты взрыва.

Наиболее близким техническим решением является способ разрушения целиков (патент RU № 2213222, Е21С 41/22, F42D 3/04, 27.09.2003, бюл. № 27), включающий бурение в целике скважин с размещением в них зарядов ВВ, проходку восстающих с размещением в них камерных зарядов ВВ, последовательное взрывание с образованием системы противолежащих ослабляющих полостей на две противоположные поверхности обнажения целика и окончательное разрушение целика взрыванием камерных зарядов ВВ.

Недостатками этого способа являются некачественное дробление массива целика из-за негативного влияния горного давления на результаты взрыва зарядов ВВ, а также провоцирование после массового взрыва динамических проявлений горного давления (горных ударов) высоких классов энергии, что снижает безопасность ведения горных работ.

Единый технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества дробления посредством снижения энергоемкости разрушения целика за счет формирования в массиве целика полей напряжений, способствующих взрывному разрушению, а также повышение безопасности ведения горных работ за счет снижения вероятности провоцирования после массового взрыва динамических проявлений горного давления (горных ударов) высоких классов энергии.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе разрушения целиков, включающем бурение в целике скважин с размещением в них зарядов ВВ, проходку восстающих с размещением в них камерных зарядов ВВ, последовательное взрывание с образованием системы противолежащих ослабляющих полостей на две противоположные поверхности обнажения целика и окончательное разрушение целика взрыванием камерных зарядов ВВ, соосно с проектными контурами ослабляющих полостей бурят дополнительные скважины, причем дополнительные скважины располагают симметрично продольной оси целика и размещают в них заряды ВВ, при этом первоначально образуют ослабляющие полости в торцах целика, затем остальные заряды ВВ в дополнительных скважинах, расположенных в торцах целика, взрывают после образования ослабляющих полостей, а одновременное взрывание камерных зарядов ВВ и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах осуществляют в последнюю очередь.

Бурение дополнительных скважин соосно с проектными контурами ослабляющих полостей симметрично продольной оси целика и размещением в них зарядов ВВ призвано перераспределить энергию взрыва по площади целика. Так как после первоначального образования ослабляющих полостей в торцах целика за счет перераспределения максимальных сжимающих напряжений _max, действующих на Сибирских железорудных месторождениях с торцов целика, в массиве последнего формируются значительные по величине и распространению поля касательных и растягивающих полей напряжений (см. А.с. SU № 1547476 «Способ взрывного дробления целиков», Е21С 41/00, F42D 3/04 (ДСП), 06.04.1988; Квапил Р. Новые взгляды в теории горного давления и горных ударов. М.: Углетехиздат. - 1959. - С.67, рис.21). По этому для образования остальных ослабляющих полостей в сформировавшемся поле напряжений массу зарядов ВВ возможно снизить, т.к. поля касательных и растягивающих напряжений способствуют взрывному разрушению материала (Ханукаев А.Н. Динамическая прочность на разрыв при взрыве в условиях предварительно напряженного состояния породы / А.Н.Ханукаев, В.П.Беляцкий, А.А.Ионин // ФТПРПИ. - 1976. - N 2. - С.49-53). То есть бурение дополнительных скважин и размещение в них зарядов ВВ производят за счет экономии при формировании зарядов ВВ для образования ослабляющих полостей.

Заряды ВВ в дополнительных скважинах, расположенных в торцах целика, взрывают после образования ослабляющих полостей, преследуя две цели. Первая - динамическое воздействие на массив, в котором после образования всех ослабляющих полостей формируются значительные по величине и распространению поля растягивающих полей напряжений (Серяков В.М. Геомеханическое обоснование параметров скважинных зарядов при отбойке напряженного массива / В.М.Серяков, Г.Н.Волченко // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск: ИГД СО РАН. - 2003. - № 5. - С.23-29.). В результате такого воздействия в массиве, подверженном воздействию растягивающих полей растяжения, реализуется малоэнергоемкий механизм разрушения вследствие изменения типа разрушения: от одноочагового разрушения в области квазистатического нагружения к многоочаговому при импульсном растяжении. В результате этого формируется ансамбль одновременно растущих и взаимодействующих микротрещин большой концентрации, осуществляя предразрушение массива (Белендир Э.Н. Сопротивление разрушению горных пород при временах нагружения 10^-2-10^-6 с. / Э.Н.Белендир, В.Ф.Клятченко, А.И.Козарчук, и др. // ФТПРПИ. - 1991. - № 2. - С.46-49). Вторая цель - это отрезка разрушающего массива целика от вмещающих пород, что позволит значительно снизить объем выплеска сейсмической энергии во вмещающий массив после одновременного взрывания камерных зарядов ВВ и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах и вероятность провоцирования динамических проявлений горного давления высоких классов энергии, что повысит безопасность ведения горных работ (Управление удароопасностью горного массива изменением параметров взрывной отбойки при разработке железорудных месторождений Сибири. Автореф. дис. докт. техн. наук / Матвеев И.Ф. - СибПТУ. - Новокузнецк, 2004. - 34 с.).

Одновременное взрывание камерных зарядов ВВ и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах осуществляют в последнюю очередь. Взрывы зарядов ВВ в дополнительных скважинах ориентируют энергию взрывов камерных зарядов ВВ к границам целика, расположенных напротив ослабляющих полостей. Такая ориентация основана на взаимодействии одновременно взрываемых зарядов ВВ (см., например, Лангефорс У. Современная техника взрывной отбойки горных пород / Лангефорс У., Кильстрем Б. - М.: Недра. - 1968. - С.245, рис.174), что позволит гарантированно и качественно разрушить оставшийся массив целика. Таким образом, вышеописанное воздействие на массив целика различных статических и динамических полей напряжений предопределяет его предразрушение (ослабление), поэтому взрывание камерных зарядов ВВ и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах осуществляют с пониженными энергетическими характеристиками взрыва (снижение массы зарядов ВВ), а отрезка разрушающего массива целика от вмещающих пород позволит значительно снизить объем выплеска сейсмической энергии во вмещающий массив и вероятность провоцирования динамических проявлений горного давления высоких классов энергии, что повысит безопасность ведения горных работ.

Предлагаемый способ разрушения целиков с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение результата, заключающегося в повышении качества дробления посредством снижения энергоемкости разрушения целика за счет формирования в массиве целика полей напряжений, способствующих взрывному разрушению, а также повышении безопасности ведения горных работ за счет снижения вероятности провоцирования после массового взрыва динамических проявлений горного давления (горных ударов) высоких классов энергии и обладает существенной новизной.

Реализация способа разрушения целиков осуществлялась на железорудной шахте Абаканского филиала ОАО «Евразруда».

Пример осуществления предлагаемого способа разрушения целиков представляет собой частный случай при применении системы этажного принудительного обрушения.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен целик в плане, на котором в качестве примера представлена схема расположения скважинных и камерных зарядов ВВ и схема проектных контуров ослабляющих полостей. На фиг.2 изображена схема первоначального формирования ослабляющих полостей в торцах целика при короткозамедленном взрывании. На фиг.3 - схема последующего этапа формирования ослабляющих полостей на две противоположные поверхности обнажения целика. На фиг.4 - схема оконтуривания целика перед окончательным его разрушением по предлагаемому техническому решению.

Способ осуществляется следующим образом. Целик 1 обуривают рядами нисходящих скважин 2 для формирования проектных контуров ослабляющих полостей 3 на две противоположные поверхности обнажения целика компенсационную камеру 4 и породы ранее обрушенного блока 5. Известными способами определяют места расположения камерных зарядов ВВ (Викторов С.Д. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири / С.Д.Викторов, А.А.Еременко, В.М.Закалинский, И.В.Машуков. - Новосибирск: Наука. - 2005. - 212 с.). В указанных местах проходят восстающие выработки 6, например, секционным взрыванием глубоких скважин. Соосно с проектными контурами ослабляющих полостей 3 бурят дополнительные скважины 7, причем дополнительные скважины располагают симметрично продольной оси целика 1 на расстоянии расчетной линии наименьшего сопротивления по отношению к поверхностям обнажения целика 4, 5. После окончания бурения скважин 2, 7 и проходки восстающих горных выработок 6 приступают к созданию удлиненных зарядов ВВ в скважинах 2, 7 и камерных зарядов ВВ в восстающих выработках 6.

Взрывание зарядов ВВ 2, 6, 7 осуществляют короткозамедленным взрыванием в следующей последовательности. Первоначально образуют ослабляющие полости 3 в торцах целика взрывом зарядов 2, как показано на фиг.2. Затем в сформировавшемся поле касательных и растягивающих напряжений инициируют скважинные заряды ВВ 2 для формирования остальных ослабляющих полостей 3 согласно фиг.3. После образования всех ослабляющих полостей 3 взрывают заряды ВВ в дополнительных скважинах 7, расположенных в торцах целика, для дополнительного динамического воздействия на массив и отрезки разрушающего массива целика 1 от вмещающих пород, как показано на фиг.4. В последнюю очередь осуществляют одновременное взрывание камерных зарядов ВВ 6 и оставшихся зарядов ВВ в дополнительных скважинах 7.

Предлагаемое расположение зарядов ВВ в целике и очередность их взрывания обеспечивает повышение качества дробления посредством снижения энергоемкости разрушения целика за счет формирования в массиве целика полей напряжений, способствующих взрывному разрушению, а также повышение безопасности ведения горных работ за счет снижения вероятности провоцирования после массового взрыва динамических проявлений горного давления (горных ударов) высоких классов энергии.

Предлагаемый способ разрушения целиков промышленно применим в горнодобывающей промышленности при взрывном дроблении полезных ископаемых скважинными и камерными зарядами ВВ.