Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ НА ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТКАХ РАЗНОПРОЧНЫХ СЛОИСТЫХ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем.

Известен способ взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с верхним и нижним более прочными слоями горных пород и средним менее прочным слоем, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ) с рассредоточением частей зарядов породным инертным промежутком, высота которого более высоты менее прочного слоя породы, забойку скважин и инициирование зарядов [1].

Однако этот способ не может быть использован при взрывании массивов, состоящих только из двух слоев породы (нижнего менее прочного и верхнего более прочного слоя), оба из которых требуют взрывного рыхления.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем и верхним более прочным слоем, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) с размещением в нижней части скважины заряда менее мощного ВВ, рассредоточением нижней и верхней частей зарядов породным инертным промежутком и размещением в верхней части скважины более мощного ВВ, забойку скважин и инициирование зарядов [2].

Указанный способ предназначен именно для взрывания массивов, состоящих из нижнего менее прочного слоя горных пород и верхнего более прочного слоя, требующих взрывного рыхления. Однако вследствие расположения крепкого слоя в верхней части уступа, размещения в нем более мощного ВВ и приближения верхней части заряда из данного ВВ к поверхности уступа происходит увеличение расхода энергии взрыва на бесполезные формы механической работы (разброс кусков породы и усиление ударно воздушной волны) и потерь энергии в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу.

Это снижает эффективность использования энергии взрыва на рыхление горного массива и коэффициент полезного действия (КПД) взрыва. Поэтому имеют место повышенные выход негабарита, средний размер куска взорванной горной массы, удельный расход ВВ и объем буровых работ, что снижает технико-экономические показатели взрывных работ.

Задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем.

Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем и верхним более прочным слоем, включающем бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) с размещением в нижней части скважин заряда менее мощного ВВ, с рассредоточением нижней и верхней частей зарядов породным инертным промежутком и размещением в верхней части скважин более мощного ВВ, забойку скважин и инициирование зарядов, согласно изобретению в процессе заряжания менее мощное ВВ в нижней части скважин размещают до уровня почвы более прочного слоя породы, инертный промежуток выполняют с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин, а инициирование зарядов осуществляют с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части.

В указанную в формуле изобретения совокупность признаков включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.

Известно, что при взрываний разнопрочных массивов горных пород применение комбинированных зарядов ВВ, т.е. состоящих из ВВ разной мощности с размещением по глубине взрывных скважин в более крепких породах более мощного ВВ, имеющего большую скорость детонации, чем в менее прочных породах, позволяет повысить эффективность взрывного рыхления и увеличить радиус зоны регулируемого дробления более крепких слоев массива. Также известно, что применение рассредоточенных зарядов увеличивает время действия взрыва на разрушаемый массив и эффективность его рыхления. Поэтому использование указанных факторов является наиболее рациональным и при взрываний на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным и верхним более прочным слоем.

Размещение в процессе заряжания скважин менее мощного ВВ в нижней части скважин до уровня почвы более прочного слоя позволяет расположить породный инертный промежуток полностью в более крепком слое и исключить переход энергии взрыва верхней части заряда в нижний менее прочный слой с образованием камуфлетной полости в слабой породе.

Выполнение инертного промежутка породным с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин является достаточным для исключения передачи детонации от взрыва верхней части заряда ВВ к его нижней части. Такая укороченная длина инертного промежутка позволяет осуществить инициирование зарядов с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части с одновременным увеличением длины забойки (удаления верхней части заряда от поверхности уступа).

При таком осуществлении способа происходит изменение механизма передачи энергии взрыва в массив. Опережающее взрывание верхнего более прочного слоя с одновременным увеличением длины забойки верхней части заряда обеспечивает максимальную зону разрушения поверхностной части уступа и повышение качества забойки при взрываний нижней части заряда. При этом газообразные продукты детонации нижней части заряда раскрывают начальные трещины, образовавшиеся в верхнем более прочном слое от взрыва верхней части заряда. Все это снижает расход энергии на бесполезные формы механической работы в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу, повышает эффективность использования энергии взрыва на рыхление массива горных пород и КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ.

Таким образом, совокупность всех признаков формулы изобретения действительно обеспечивает достижение указанного технического результата и решает задачу изобретения.

На чертеже схематически представлена конструкция скважинного заряда для осуществления предложенного способа.

Заряды размещают в нисходящих, как правило, вертикальных скважинах 1 и выполняют комбинированными и рассредоточенными. Каждый заряд состоит из нижней 2 части, расположенной в нижнем 3 менее прочном слое породы взрываемого массива до уровня почвы 4 верхнего 5 более прочного слоя массива (кровли слоя 3), и верхней 6 части в слое 5. Нижняя 2 и верхняя 6 части заряда рассредоточены укороченным инертным породным промежутком 7, высота l_пр которого измеряется от 1,75 до 2,5 диаметров скважины d_скв. Для заряжания нижней 2 части заряда используют менее мощное ВВ, верхней 6 части - более мощное ВВ. Верхняя свободная от ВВ часть скважины заполнена забойкой 8. Инициирование зарядов осуществляются с опережающим коротко-замедленным взрыванием верхней 6 части зарядов относительно нижней 2 части с применением отдельных промежуточных детонаторов 9 и 10 и одной из неэлектрических систем инициирования (на чертеже показаны только ударно-волновые трубки 11 и 12 такой системы).

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций.

На взрываемом блоке принимают базовую сетку скважин, которую определяют по известным методикам и результатам взрывания на основании данных геолого-маркшейдерской службы предприятия из условия эффективного дробления сплошной конструкцией заряда нижнего 3 менее прочного слоя пород массива.

По базовой сетке бурят нисходящие, как правило, вертикальные скважины 1 и по воздействию бурового инструмента на забой и визуально по выходу продуктов разрушения при бурении (бурового шлама) уточняют представленные геолого-маркшейдерской службой отметки почвы 4 более прочного верхнего слоя 5 пород (кровли нижнего 3 менее прочного слоя).

Затем осуществляют заряжание скважин комбинированными рассредоточенными зарядами ВВ.

Вначале скважины заполняют менее мощным ВВ, принятым на предприятии для взрывания аналогичных менее прочных пород. Нижнюю 2 часть заряда размещают в скважинах до уровня почвы 4 более прочного верхнего 5 слоя пород.

После этого в скважинах размещают укороченный породный инертный промежуток 7 (продукты разрушения при бурении, отходы обогащения или другой инертный породный материал) на высоту от 1,75 до 2,5 диаметров скважины d_скв, т.е. промежуток 7 полностью расположен в более прочном слое и исключает переход энергии взрыва верхней 6 части заряда в нижний менее прочный слой с образованием камуфлетной полости в слабой породе. Высота l_пр промежутка должна быть минимально допустимой, но больше расстояния передачи детонации от взрыва одной части заряда к другой и определяется типом ВВ, диаметром заряда и свойствами взрываемых пород и материала промежутка. Меньшие значения l_пр соответствуют меньшим диаметрам скважин d_скв, а большие - большим d_скв. Более точные значения l_пр могут быть получены путем опытных взрывов. Одновременно это увеличивает длину l_заб забойки, повышает ее качество и позволяет осуществлять разновременное инициирование частей заряда.

Далее в скважины размещают верхнюю 8 часть заряда из более мощного ВВ. Это ВВ выбирают известным образом из условия равенства радиусов зон регулируемого дробления в нижнем менее прочном слое породы и в верхнем более прочном. Также известным образом определяют и высоту верхней части заряда.

Забойку верхней незаряженной части скважин осуществляют тем же забоечным материалом 8, который используют для породного инертного промежутка 7. Длина l_заб 8 увеличивается, что повысит эффективность взрывания, и будет равна высоте верхнего 5 более прочного слоя породы за вычетом l_пр и l_заб.

Для инициирования зарядов используют одну из неэлектрических систем инициирования (НСИ), например «Exel» или «Primadet». Для монтажа внутрискважинной взрывной сети в процессе размещения в скважине нижней 2 части заряда в скважину опускают промежуточный детонатор 10 из одной или двух шашек ВВ с детонатором короткозамедленного взрывания НСИ и ударно-волновой трубкой 12 с выходом ее на поверхность уступа, а в процессе размещения в верхней 6 части заряда - промежуточный детонатор 9, также с детонатором НСИ и ударно-волновой трубкой 11. Поверхностную взрывную сеть также монтируют с использованием ударно-волновых трубок и специальных поверхностных соединительных блоков НСИ с размеченными интервалами замедления. Это позволяет осуществить инициирование зарядов в любой требуемой последовательности с заданными интервалами замедления как между взрывами самих зарядов, так и отдельных частей зарядов.

После окончания монтажа поверхностной взрывной сети производят инициирование зарядов по принятой на предприятии схеме взрывания с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней 6 части зарядов относительно их нижней 2 части. Время замедления Δt между взрывами частей зарядов определяют как разность времени t_н замедления инициирования нижней 2 части заряда и временем t_в замедления инициирования верхней 6 части заряда. Времена t_н и t_в могут быть заданы как непосредственно детонаторами НСИ, установленными в промежуточных детонаторах, так и с использованием детонаторов в поверхностных соединительных блоках. Время замедления Δt должно быть достаточным для того, чтобы прямая взрывная волна напряжений сжатия могла пройти через зону дробления и через эту же зону успела бы вернуться обратно волна разряжения-растяжения, производящая основное разрушение породы вблизи свободной поверхности уступа. При этом дополнительно должно быть учтено время на развитие трещин и перемещение (отрыв) породы более крепкого слоя.

Такое осуществление способа приводит к изменению механизма передачи энергии взрыва в массив. Опережающее взрывание верхнего более прочного слоя пород и увеличение длины забойки верхней части заряда обеспечивает увеличение зоны разрушения поверхностной части уступа и повышение качества забойки при взрывании нижней части заряда. Газообразные продукты детонации нижней части заряда раскрывают начальные трещины, образовавшиеся в верхнем более прочном слое от взрыва верхней части заряда. Это снижает расход энергии на бесполезные формы механической работы и потери энергии взрыва в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу, повышает эффективность использования энергии взрыва на рыхление массива горных пород и КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ вследствие расширения сетки скважин.

Примеры осуществления способа.

Производим опытное взрывание для дробления вскрышных пород месторождения Джерой-Сардара на карьере Ташкура Навоийского горнометаллургического комбината. Взрываемые блоки представлены разнопрочным слоистым массивом горных пород с горизонтальным залеганием двух выдержанных по мощности слоев: нижнего менее прочного слоя породы мощностью 5,5 м (плотная глина известковистая, загипсованная с коэффициентом f=2 по шкале М.М. Протодъяконова, требующая взрывного рыхления) и верхнего более прочного слоя мощностью 4,5 м (гравелиты f=5).

Во всех случаях бурили без перебура вертикальные скважины глубиной l_скв - 10 м. Нижнюю часть скважин заряжали Игданитом на высоту - 5,5 м, т.е. до уровня почвы верхнего более прочного слоя. Высоту l_пр породного промежутка из продуктов разрушения при бурении изменяли в зависимости от d_скв диаметра скважин. Верхнюю часть скважины заряжали Нобеланом 2080 - более мощным ВВ с существенно более высокой скоростью детонации и плотностью заряжания. Длину забойки принимали равной 0,2 l_скв или 2 м, что больше, чем при взрывании в соответствии с прототипом [2]. Инициирование зарядов осуществляли с использованием НСИ «Primadet». При этом осуществляли опережающее короткозамедленное взрывание зарядов верхней части относительно их нижней части. Время замедления Δt между инициированием частей зарядов составляло 17 мс.

Пример 1.

С учетом разбуривания диаметр скважины составлял 220 мм. Высота l_пр породного промежутка составляла 2 диаметра скважины d_скв или 0,44 м, и длина забойки l_заб - 9,1 d_скв, длина верхней части заряда - 2,06 м. Сетка скважин составляла 6,8×6,8 м (при использовании по прототипу 6×6 м).

Пример 2.

С учетом разбуривания диаметр скважин составлял 170 мм. Высота l_пр породного промежутка составляла 1,75 диаметра скважины d_скв или 0,3 м, высота забойки l_заб - 11,8 d_скв, длина верхней части заряда - 2,2 м. Сетка скважин составляла 5,9×5,9 м (при использовании по прототипу 5×5 м).

Пример 3.

С учетом разбуривания диаметр скважины составлял 250 мм. Высота породного инертного промежутка составляла 2,5 диаметра скважин d_скв или 0,62 м, длина забойки l_заб - 8 d_скв (2 м), длина заряда - 1,88 м. Сетка скважин составляла 8×8 м (при использовании по прототипу 7×7 м).

В процессе испытаний достигнуто снижение выхода негабарита на 10-12%,среднего размера куска с 0,9 до 0,6 м, удельного расхода ВВ на 20% и объема буровых работ на 30% за счет указанного расширения сетки скважин. Это свидетельствует о более полном использовании энергии взрыва, снижении потерь на бесполезные формы работы взрыва и повышении КПД взрыва.

Источники информации

1. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 1. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. - М.: Издательство «Горная книга», 2007. С. 419-420, рис. 9.10, б).

2. Бибик И.П., Рахманов Р.А., Ивановский Д.С. Повышение эффективности взрывного рыхления разнопрочных массивов при разработке Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов // Горный журнал. Специальный выпуск. Цветные металлы. - 2008. - №8. - С. 48-52, рис. 4, III, в (прототип).