способ взрывания горных пород с твердыми включениями

Формула изобретения

1. Способ взрывания горных пород с твердыми включениями, находящимися в верхней и средней частях уступа на открытых горных работах, включающий бурение вертикальных основных скважин, определение в процессе их бурения наличия твердых включений во вмещающих менее крепких породах, контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений по глубине основных скважин, бурение вертикальных дополнительных скважин внутри контура включений глубиной не более глубины основных скважин, заряжание основных и дополнительных скважин зарядами взрывчатого вещества (ВВ) и взрывание зарядов ВВ, отличающийся тем, что заряды ВВ в дополнительных скважинах располагают на уровне или ниже почвы твердых включений и взрывают с замедлением относительно зарядов в основных скважинах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные скважины бурят глубиной



где l_i - отметка почвы твердого включения по глубине основных скважин, между которыми расположена соответствующая дополнительная скважина, м; k - глубина дополнительной скважины от почвы твердого включения до дна, зависящая от типа ВВ, размещаемого в дополнительных скважинах, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах. Такие включения могут быть представлены прослойками крепких пород, различными линзами и другими образованиями, в том числе многолетней (вечной) мерзлоты во вмещающих менее крепких породах.

Известен способ взрывания горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах, включающий бурение вертикальных основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ [1]. При этом применяют основные скважины нормальной глубины в сочетании с дополнительными промежуточными короткими скважинами, а твердые включения представлены слоем мерзлой породы в кровле уступа (верхним сезонно-мерзлым слоем).

Однако этот способ не может быть использован при взрывании горных пород с различными твердыми включениями внутри разрушаемого массива из-за того, что такие включения имеют различные положение и мощность по площади и высоте уступа.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ взрывания горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах, включающий бурение вертикальных основных скважин, определение в процессе их бурения наличия твердых включений во вмещающих менее крепких породах, контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений по глубине основных скважин, бурение вертикальных дополнительных скважин внутри контура включений, заряжание основных и дополнительных скважин зарядами взрывчатого вещества (ВВ) с размещением зарядов ВВ в дополнительных скважинах внутри включений и взрывание зарядов ВВ [2]. Способ предназначен для взрывания пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты, но может быть распространен и на взрывание пород с другими твердыми включениями, например, кремнистых или известковистых прожилковых линз, хаотически расположенных в массиве основной породы.

Однако этим способом не достигается эффективное дробления крепких включений, так как при взрывании части зарядов в основных скважинах внутри контура включений, а также размещенных в дополнительных скважинах внутри включения, радиус регулируемого дробления в этих включениях существенно меньше, чем во вмещающих породах, что связано с высокой прочностью твердых включений. В силу этого, не происходит дробления всего объема включения, и это в конечном итоге приводит к образованию некондиционных кусков породы (негабаритов). Тем не менее при взрыве зарядов в основных скважинах происходит разупрочнение пород включения.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности дробления различных твердых включений, находящихся в верхней и средней части уступа и расположенных во вмещающих менее крепких породах.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе взрывания горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах, включающем бурение вертикальных основных скважин, определение в процессе их бурения наличия твердых включений во вмещающих менее крепких породах, контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений по глубине основных скважин, бурение вертикальных дополнительных скважин внутри контура включений, заряжание основных и дополнительных скважин зарядами взрывчатого вещества (ВВ) с размещением зарядов ВВ в дополнительных скважинах и взрывание зарядов ВВ, заряды ВВ в дополнительных скважинах располагают на уровне или ниже почвы твердых включений и взрывают с замедлением относительно зарядов в основных скважинах.

При этом взрывные газы от зарядов в дополнительных скважинах динамически воздействуют на нижнюю поверхность предварительно разпрочненного включения, стремясь вытолкнуть его вверх, как во взрывах на выброс. Менее прочные вмещающие породы, расположенные над включением, оказываются разрушенными за счет взрывов зарядов в основных скважинах, которые взрываются до взрыва зарядов в дополнительных скважинах. Поэтому массив над включением не препятствуют движению включения вверх за счет давления газов снизу. В процессе этого движения разупрочненный материал включения разрушается до достаточно мелких отдельностей. Мощность заряда для дополнительных скважин подбирают либо за счет более мощного типа ВВ (короткие дополнительные скважины), либо увеличением количества ВВ в случае выбора типа ВВ, одинакового с ВВ в основных скважинах. В последнем случае бурят более глубокие дополнительные скважины, но глубиной не более глубины основных скважин.

Дополнительные скважины бурят глубиной

где l_i - отметка почвы твердого включения по глубине основных скважин, между которыми расположена соответствующая дополнительная скважина, м; k - глубина дополнительной скважины от почвы твердого включения до дна, зависящая от типа ВВ, размещаемого в дополнительных скважинах, м.

Это означает, что дополнительные скважины бурят от почвы включения на величину k в зависимости от типа ВВ, размещаемого в дополнительных скважинах. Более мощным ВВ соответствуют меньшие значения k, менее мощным ВВ - бóльшие значения.

Таким образом, с учетом вышеуказанного совокупность всех признаков, изложенных в формуле изобретения, действительно обеспечивает достижение указанного технического результата и решает задачу изобретения.

Способ поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема взрывания в разрезе, на фиг.2 - в плане.

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций.

С учетом конкретных условий определяют по общеизвестным методикам или результатам предыдущих взрывов в аналогичных условиях параметры зарядов ВВ для основных скважин по вмещающим породам 1 без учета наличия включений. В соответствии с этими параметрами бурят основные вертикальные скважины 2.

В процессе бурения основных скважин по изменению скорости бурения, цвету и состоянию, выдаваемых на поверхность продуктов разрушения, определяют наличие твердых включений 3, их контура в плане, отметки кровли и почвы и мощность по глубине каждой скважины.

В пересечении диагонали четырехугольников, образованных соседними основными скважинами, бурят дополнительные укороченные скважины 4. Глубину дополнительных скважин определяют по соотношению (1).

Далее производят заряжание скважин 2 и 4 взрывчатыми веществами, образуя заряды 5, 6 и после чего образуют забойку 7 основных и дополнительных укороченных скважин. Заряжание основных скважин производят теми же ВВ, которые приняты на данном предприятии для взрывания аналогичных пород без наличия твердых включений.

Следует отметить, что заряды ВВ 6 в дополнительных укороченных скважинах 4 располагают на уровне или ниже почвы твердых включений 3 и взрывают с замедлением относительно зарядов 5 в основных скважинах 2. Вначале взрывают основные скважины 2, затем с замедлением дополнительные укороченные скважины 4.

Предлагаемое изобретение позволяет осуществить эффективное дробление твердых включений, предварительно разупрочненных взрывом зарядов в основных скважинах, за счет динамического воздействия взрывных газов от взрыва зарядов в дополнительных скважинах на нижнюю часть включений.

Пример осуществления способа

На карьере Навоиского горно-металлургического комбината, разрабатывающей фосфоритное месторождение, производили взрывание массива вскрышных пород, которые были представлены в основном глинистыми мергелями. Внутри массива пород залегают твердые включения известковистого мергеля, имеющего большую сопротивляемость взрыванию и большую прочность.

Высота уступа Н составляла 8.5 м. Диаметр скважин d_скв, равный диаметру заряда d_зар, составлял 250 мм. Удельный расход ВВ (игданит) для основных скважин - 0,67 кг/м³. Вместимость 1 п. м скважины - 42,1 кг. Для основных скважин приняты следующие параметры: расстояние между скважинами в ряду а - 8 м; расстояние между рядами скважин b - 8 м; форма сетки скважин - квадратная; глубина скважин l _скв - 7.5 м; длина забойки l_заб - 2,6 м; длина заряда l_зар - 4,9 м; масса заряда в скважине - 206,3 кг.

В процессе бурения на взрываемом блоке основные скважины 2 по сетке 8×8 м, установлены места расположения крепких включений 3 (фиг.1). При этом по глубине каждой скважины были определены отметки кровли и почвы включения и его мощность.

Далее на основе полученных результатов внутри контура в плане включения 3 были пробурены дополнительные укороченные скважины 4.

Глубину каждой дополнительной скважины определяли из выражения (1) с учетом мощности твердого включения 3 в зависимости от типа ВВ 6 размещаемых в дополнительных скважинах.

В процессе бурения основных скважин 2, пересекающих твердые включение 3, определили отметки почвы включения. В частности, для основных скважин, показанных на фиг.2, они составили 4.1, 3.8, 4.3, 3.7 м соответственно. При этом мощность включения 3 составила от 1,8 до 2,6 м, в среднем 2,2 м.

В дополнительной скважине размещали заряда нобелана 2080. Удельный расход для дополнительных скважин (нобелана 2080) - 0,65 кг/м ³. Длина заряда ВВ составила 1 м. При этом масса заряда в скважине 60 кг. Поскольку эмульсионные ВВ - нобелан 2080 считается более мощным ВВ, величину значению k можно считать равным 1. Это означает, что располагаемый заряд в дополнительных скважинах от дна скважины до почвы включения имеет длину 1 м.

В соответствии с (1) глубина скважина составила

.

После бурения дополнительных скважин 4 проводили заряжание всех основных скважин зарядами игданита 5 с одновременным монтажом внутрискважинных взрывных сетей и забойку верхних незаряженных частей скважин твердым сыпучим забоечным материалом. Дополнительные скважины заряжали нобеланом 2080, имеющими предварительно найденную высоту, и также одновременно осуществляли монтаж внутрискважинных взрывных сетей. Затем производили забойку верхних незаряженных частей дополнительных скважин тем же забоечным материалом.

После окончания забойки всех скважин монтировали поверхностную взрывную сеть, соединяли ее с внутрискважинными взрывными сетями и осуществляли взрывание основных скважинных зарядов ВВ, затем с замедлением 0,25 мс дополнительных скважинных зарядов ВВ.

Заряд (нобелан 2080) в дополнительной скважине находится в высокопористой среде (29%), поэтому при взрыве около заряда образуется камуфлетная полость за счет уплотнения пор, близкая к форме заряда. Верхняя граница полости находится на контакте с почвой включения, которое не уплотняется.

По оценочным расчетам площадь круга на нижней части включения, на которую действует давление взрывных газов, составляет 0,80 м² при радиусе 0,5 м. Давление p₀ в точке Жуге для нобелана 2080 - 5,4·10 ⁴ атм (5,4·10⁹ Па). Считаем, что вследствие расширения полости давление падает до 100 атм (5,4·10 ⁷ Па). Тогда на включение действует сила, равная примерно 4·10⁶ кг (43,2·10⁷ Н), которая производит разрушение всего объема предварительно разупрочненного включения.

Источники информации

1. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: МГИ, 1992, с.463.

2. Патент РФ № 2263877 по классу F42D 3/04, 2004.