Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА РАЗНОПРОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД РАССРЕДОТОЧЕННЫМИ И УКОРОЧЕННЫМИ СКВАЖИННЫМИ ЗАРЯДАМИ С КУМУЛЯТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания разнопрочных массивов горных пород скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) на открытых горных работах, участки которых различаются по горно-геологической структуре либо имеют включения крепких пропластков или вечной мерзлоты.

Известен способ взрывного разрушения массива из разнопрочных горных пород, включающий бурение основных скважин на полную высоту взрываемого уступа и заряжание зарядов ВВ. Кроме основных скважин бурятся дополнительные укороченные скважины, заряды которых располагают над крепким включением, и взрываемые в дальнейшем одновременно либо с опережением от основных скважинных зарядов ВВ [Бибик И.П., Бршов В.П., Кустиков Т.П. «Технологические схемы буровзрывных работ в условиях Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов», Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2006. №4, стр. 36].

Недостатком способа является то, что при такой конструкции скважинных зарядов ВВ нельзя добиться равномерного дробления крепкого включения, расположенного в верхней части уступа в зоне неуправляемого дробления, так как основные и дополнительные укороченные скважинные заряды не обеспечивают эффективное его разрушение.

Известен способ взрывного разрушения массива из разнопрочных горных пород с применением средств инициирования («Динашок», «СИНВ» и др.), включающий бурение скважин на полную высоту взрываемого уступа и их заряжание зарядами ВВ. Одновременно с этими основными скважинными зарядами производится взрывание кумулятивных зарядов ЗКНКЗ массой 2-6 кг, располагающихся по всей поверхности взрываемого крепкого включения в центре квадратов, образованных основными скважинами [Бибик И.П., Ершов В.П., Кустиков Т.П. «Технологические схемы буровзрывных работ в условиях Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов» Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2006. №4, стр. 37].

Недостатком способа является то, что он имеет ограниченную область применения, так как предназначен для взрывания крепкого включения с мощностью 1,5-1,8 м, которое залегает в верхней части уступа и имеет обнаженную поверхность. Кроме того, применение большого количества кумулятивных зарядов на поверхности уступа ведет к увеличению действия ударно-воздушной волны, что снижает эффективность использования энергии взрыва.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ взрывного разрушения массива из разнопрочных горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах, включающий бурение вертикальных основных скважин, определение в процессе бурения контуров и отметок почвы и кровли твердого включения, бурение дополнительных укороченных скважин, располагаемых в центре четырехугольников, образованных соседними основными скважинами с их недобуриванием до почвы твердого включения на величину от 1,5 до 5 диаметров скважины. Заряжание основных скважин выполняют ВВ, принятым на данном предприятии для взрывания пород без твердых включений, а заряжание дополнительных укороченных скважин выполняют зарядами ВВ с другими свойствами, выбор которого производят по величине скорости детонации. При заряжании основной заряд ВВ располагают в менее прочных породах и твердом включении, а дополнительный заряд заряжают только в крепком включении. Далее производят забойку скважин и взрывание зарядов [Патент РФ №2400702, кл. F42D 3/04; Е21С 41/26; от 28.05.2009 г. (прототип)].

Недостатком данного способа является то, что при таком размещении основного заряда ВВ относительно твердого включения нельзя добиться его равномерного дробления из-за различия физико-механических свойств разрушаемых слоев массива и образования при их взрывании газовой полости на нижней и верхней границах пропластка. При использовании данного способа, для достижения требуемого дробления твердого включения, необходимо производить излишнее взрывное нагружение менее прочного массива, что вызывает увеличение затрат на буровзрывные работы.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии взрыва на дробление крепких включений, залегающих в менее прочных породах, при этом технический результат заключается в получении заданной степени дробления и качества подготовки разнопрочных горных пород, сокращении затрат на их дробление.

Указанная цель достигается тем, что бурят основные и дополнительные укороченные скважины, в процессе бурения определяют контур в плане, отметки почвы и кровли крепких включений, в местах пересечения диагоналей соединяющих основные скважины, в крепкие включения бурят дополнительные укороченные скважины с недобуром до подошвы залегания крепкого включения, производят монтаж внутрискважинной сети, заряжают основные и дополнительные укороченные скважины зарядами ВВ, выполняют забойку, монтаж поверхностной взрывной сети и взрывание, при этом изменяют глубину бурения дополнительных укороченных скважин, порядок заряжания и взрывания основных и дополнительных зарядов ВВ, а при инициировании зарядов ВВ в дополнительных укороченных скважинах интервал замедления между ними и расположенными вблизи верхними рассредоточенными зарядами ВВ, должен обеспечить образование в крепком включении начальных трещин, которые, образовавшись от взрыва зарядов ВВ дополнительных укороченных скважин, будут развиваться, и раскрываться от действия взрыва основных зарядов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема реализации способа разрушения массива разнопрочных горных пород.

На чертеже показаны основные скважины - 1, крепкие включения - 2, дополнительные укороченные скважины - 3, скважинная ударно-волновая трубка неэлектрической системы инициирования - 4, нижний заряд ВВ - 5, инертный промежуток - 6, верхний заряд ВВ - 7, дополнительный источник инициирования с ударно-волновой трубкой неэлектрической системы инициирования - 8, пенопластовый цилиндр - 9, конус - 10, заряд ВВ - 11, источник инициирования с ударно-волновой трубкой неэлектрической системы инициирования - 12, забойка - 13.

Способ реализуется следующим образом.

Изменяют глубину бурения дополнительных укороченных скважин - 3, порядок заряжания и взрывания основных и дополнительных зарядов ВВ, для этого глубину дополнительных укороченных скважин - 3 принимают из выражения:

где - отметка подошвы твердого включения по глубине основных скважин - 1, между которыми расположена соответствующая дополнительная укороченная скважина - 3 (м);

n - число основных скважин - 1, между которыми расположена соответствующая дополнительная укороченная скважина - 3;

d_скв - диаметр заряда ВВ в дополнительных укороченных скважинах - 3 (м);

при заряжании основные скважинные заряды рассредотачивают инертным промежутком - 6, который размещают в менее прочных породах до уровня почвы крепкого включения - 2, высоту инертного промежутка - 6 определяют из выражения:

где l_н - высота нижней части заряда - 5 (м).

При заряжании дополнительных укороченных скважин - 3, на их дно закладывают заряды с кумулятивной выемкой, которые конструируют следующим образом. В скважину опускают пенопластовый цилиндр - 9, который служит для создания фокусного расстояния. Пенопластовый цилиндр - 9 заполняет нижнее пространство скважины - 3 и при этом имеет минимальное сопротивление действию взрыва заряда ВВ - 11. Фокусное расстояние определяют по формуле:

где d - диаметр заряда ВВ, мм.

Далее опускают конус - 10 (изготовленный из пластика, дерева, металла и т.п.) с диаметром, равным диаметру скважины, и имеющий угол вершины от 90° до 30°. Угол вершины конуса выбирается (интерполируется) по скорости детонации применяемого ВВ, определяющей направление кумулятивной струи с высокой концентрацией энергии взрыва. Наибольший угол вершины соответствует маломощному ВВ, имеющему скорость детонации 2-2,6 км/с (например, Игданиты), а наименьший угол вершины соответствует высокомощным типам ВВ с скоростью детонации 6,5-7 км/с (например, тротил). Высоту конуса определяют по формуле:

где α - угол вершины конуса.

Закладывают заряд ВВ - 11, количество которого рассчитывают по формуле:

где 0,6÷1,0 - снижающий коэффициент, принимаемый на основе опытно-промышленных результатов взрыва;q - удельный расход ВВ, кг/м³ (традиционно применяемый на предприятии);

h_кв - мощность крепких включений - 2, м.

Взрывание нижнего заряда ВВ - 5 и верхнего заряда ВВ - 7 рассредоточенных инертным промежутком - 6 производят разновременно с опережающим короткозамедленным инициированием верхнего заряда - 7, взрывание заряда ВВ - 11 в дополнительных укороченных скважинах - 3 производят с короткозамедленным опережением от расположенных вблизи верхних зарядов - 7. Номиналы замедлений при разновременном инициировании зарядов принимаются на основе известных методик и уточняются опытно-промышленным взрыванием. Например, время замедления, при котором наиболее полно используется эффект короткозамедленного взрывания, может быть определено по формуле [Рахманов Р.А. «Разработка и обоснование параметров конструкции скважинного заряда для дробления разнопрочного горного массива», Рациональное освоение недр. - Москва, 2013. №6, стр. 38]:

где С_к - скорость распространения продольной волны в взрываемой породе;

W - расстояние от центра взрыва до границы зоны дробления заряда ВВ.

Размещение и взрывание зарядов ВВ в основных - 1 и дополнительных укороченных скважинах - 3 в пределах крепкого включения - 2 снижает направленность действия взрыва в сторону вмещающих пород, имеющих меньшую сопротивляемость взрыванию, тем самым энергия взрыва этих зарядов концентрируется на дробление крепкого включения - 2. За счет взрыва заряда ВВ - 11 с кумулятивной выемкой, в нижней части дополнительной укороченной скважины - 3 достигается локальное высокомощное взрывное нагружение крепкого включения - 2, при этом формируется направленная к дну скважины кумулятивная струя с высокой концентрацией энергии взрыва. Это позволяет обеспечить эффективное разрушение зон нерегулируемого дробления в крепком включении - 2, где обычно и происходит образование негабарита.

Для применения схемы разновременного инициирования верхнего - 7 и нижнего - 5 зарядов, рассредоточенного инертным промежутком - 6, требуются специальные средства инициирования, не вызывающие детонации заряда в скважине и инициирующие только промежуточный детонатор (применяется, например, неэлектрическая система инициирования). Интервал замедления между такими зарядами должен обеспечивать опережающее разрушение крепкого включения, позволяя тем самым подготовить свободную поверхность (взорванный слой уступа) для направленного действия взрыва нижнего заряда ВВ - 5. Разрушая менее прочный массив рассредоточенным нижним зарядом ВВ - 5, за счет вылета продуктов детонации и взрывного смещения горной массы, происходит доразрушение крепкого включения - 2 и тем самым увеличивается коэффициент полезного действия взрыва. Таким образом, исключается образование газовых полостей и излишнее взрывное нагружение менее прочного массива, что повышает эффективность использования энергии взрыва.

При инициировании зарядов ВВ - 11 в дополнительных укороченных скважинах - 3, интервал замедления между ними и расположенными вблизи рассредоточенными верхними зарядами ВВ - 7 должен обеспечить образование в крепком включении - 2 начальных трещин, которые будут развиваться и раскрываться от действия взрыва основных верхнего - 7 и нижнего - 5 зарядов ВВ.

Таким образом, на подлежащем к взрыву блоке принимают базовую сетку для бурения основных скважин - 1, которую определяют на основе известных методик и результатов опытных взрывов. Бурение основных скважин - 1 производят по разнопрочному массиву горных пород на полную высоту взрываемого уступа. В процессе бурения по изменениям скорости и режимов бурения, цвета и состояния, выдаваемых на поверхность продуктов разрушения геолого-маркшейдерской службой, определяются наличие, контур в плане, отметки кровли и почвы крепких включений - 2. Внутри контура в плане крепких включений - 2 бурят дополнительные скважины - 3, которые располагают в центре четырехугольников, образованных соседними основными скважинами - 1. Глубина их бурения задается с учетом полученной информации о структуре залегания крепких включений в массиве на основе формулы (1).

После подготовки бурового блока начинают монтаж внутрискважинной сети с применением неэлектрической системы инициирования и его заряжание. Для заряжания основных скважин -1 применяют то же ВВ, которое принято на предприятии для взрывания аналогичных пород без наличия крепких включений (например, Игданит). При их заряжании, применяя скважинную ударно-волновую трубку неэлектрической системы инициирования - 4, в нижнюю часть основной скважины - 1 опускают источник инициирования и укладывают заряд ВВ - 5. При этом над нижним зарядом ВВ - 5 в менее прочный массив до уровня почвы крепкого включения засыпают инертный промежуток - 6 (например, из бурового шлама). Далее в эту же скважину опускают дополнительный источник инициирования с ударно-волновой трубкой неэлектрической системы инициирования -8 и производят заряжание верхнего заряда - 7 из того же ВВ, что и нижний заряд - 5.

Перед заряжанием дополнительных укороченных скважин - 3, на их дно опускают пенопластовый цилиндр - 9, высоту которого определяют по формуле (3). К низу основанием закладывают конус - 10 (изготовленный, например, из пластика) с диаметром, равным диаметру скважины и углом вершины (принимаем для Игданита) - 90°. Высоту конуса - 10 определяют по формуле (4). После чего с помощью зеркала и отраженного от него света производят контроль положения конуса - 10 на дне скважины - 3. Затем согласно выполненному по формуле (5) расчету, производится заряжание требуемого количества заряда ВВ - 11, опускается источник инициирования с ударно-волновой трубкой неэлектрической системы инициирования -12, при этом применяется верхнее инициирование.

После заряжания основных - 1 и дополнительных укороченных скважин - 3 выполняют забойку - 13 из того же материала, что и засыпной инертный промежуток - 6. Затем производят монтаж поверхностной сети. Схемой взрыва зарядов выполняют взрывание с замедлениями путем последовательного инициирования рассредоточенных частей нижнего - 5 и верхнего - 7 зарядов ВВ, задают короткозамедленное опережение для верхнего заряда - 7. Инициирование заряда ВВ - 11 в дополнительной укороченной скважине - 3 производят с опережением относительно зарядов - 7. Номиналы замедлений при разновременном инициировании зарядов рассчитывают по формуле (6).

Применение данного способа с учетом структурных особенностей разнопрочного массива горных пород позволяет, за счет направленного использования энергии взрыва, повысить эффективность использования энергии взрыва, произвести равномерное его дробление и получить требуемую степень дробления для различных технологических схем разработки, при этом снизить удельный расход ВВ и увеличить сетку бурения скважин, тем самым сократив затраты на их дробление.