Результат интеллектуальной деятельности: Способ формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве с использованием параллельно сближенных шпуровых и скважинных зарядов

Изобретение относится к горной и строительной отрасли и может быть использовано для формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве при взрывном разрушении горных пород удлиненными зарядами (врубовой полости, формировании опережающей крепи при строительстве горных выработок и т.п.).

Известны способы формирования врубовых полостей с использованием шпуров или скважин взрывным способом [Э.О. Миндели, В.А. Салганик, Г.А. Воротеляк и др. «Методы и средства взрывной отбойки руды». М.: Недра, 1977 г. - 312 с.].

Недостатками способов являются:

- сложность формирования врубовых полостей;

- отсутствие возможности формирования полости необходимой конфигурации;

- нестабильность работы этих врубов при изменяющихся горно-геологических и горно-технических условиях производства взрывных работ, связанных с отсутствием обоснованности их параметров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ формирования прямого щелевого вруба [Н.Г. Дубынин, В.А. Коваленко «Теоретические основы проведения горных выработок». Новосибирск, «Наука». 1982 г. - 140 с.].

Недостатками способа являются:

- необоснованно большой объем бурения и расход взрывчатых веществ;

- нестабильность работы таких типов врубов, связанных с отсутствием обоснованности их параметров для различных горно-геологических и горно-технических условий их применения;

- частая запрессовка перемятой породой незаряжаемых шпуров или скважин.

Задачей изобретения является снижение себестоимости, повышение надежности и эффективности формирования полости любой конфигурации для любых горно-геологических и горно-технических условий производства взрывных работ.

Достигается это тем, что способ формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве включает бурение по линии формируемой полости двух видов шпуров или скважин разного диаметра поочередно: первые - большего диаметра - запрессовки, вторые - меньшего диаметра - выброса, размещение в них взрывчатого вещества и взрывание. Соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют из выражения:

,

где d₁, d₂ - соответственно диаметры шпуров или скважин запрессовки и выброса, м;

σ - предел прочности пород на сжатие, МПа;

g - плотность сформированного заряда, кг/м³;

Д - скорость детонации применяемого ВВ, км/с.

Шпуры или скважины выброса размещают внутри зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, на контакте зона смятия - зона трещин, на расстоянии, определяемом из выражения:

,

где r – расстояние, внутри которого на контакте размещают шпуры или скважины выброса, м.

Шпуры или скважины выброса обуривают с перебуром, определяемым исходя из размера зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, скорости распространения продольных волн в массиве и скорости детонации применяемого взрывчатого вещества.

Шпуры или скважины выброса взрывают с замедлением по отношению к шпурам или скважинам запрессовки, определяемым исходя из размеров зоны смятия шпуров или скважин запрессовки и скорости распространения продольных волн во взрываемом массиве.

Способ поясняется чертежами (фиг. 1; фиг. 2), где показана схема расположения шпуров или скважин по линии формирования полости (1) для запрессовки (2) и выброса (3) перемятой породы; величина перебура шпуров или скважин (4); глубина формируемой полости (5); размещения патронов-боевиков (6) в формируемых зарядах; зона смятия шпуров или скважин запрессовки (7) и шпуров или скважин выброса (8).

Способ осуществляется следующим образом: в проектном контуре по линии формируемой полости бурят два вида шпуров или скважин разного диаметра таким образом, что диаметр шпуров или скважин запрессовки (d₁) должен быть больше диаметров шпуров или скважин выброса (d₂), при этом диаметры шпуров или скважин подбираются исходя из того, что шпуры или скважины выброса должны находиться внутри формируемой зоны смятия шпуров или скважин запрессовки (r), а шпуры или скважины запрессовки за пределами формируемой зоны смятия от шпуров или скважин выброса; для обеспечения необходимой глубины формируемой полости шпуры или скважины бурят с перебуром на глубину , заполняют обуренные шпуры или скважины взрывчатым веществом, причем шпуры или скважины выброса взрывают с замедлением по отношению к шпурам или скважинам запрессовки на время t.

Соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют из выражения:

где d₁ - диаметр шпуров или скважин запрессовки, м; d₂ - диаметр шпуров или скважин выброса, м; σ - предел прочности пород на сжатие, МПа; g - плотность заряжания ВВ, кг/м³; Д - скорость детонации применяемого ВВ, км/с.

Расстояние, на котором бурятся шпуры или скважины запрессовки (внутри: на контакте зона смятия - зона трещин от шпуров или скважин запрессовки), определяется по формуле 2:

,

величина перебура шпуров или скважин определяется из условия 3:

где - глубина формируемой полости, м; r - радиус зоны смятия от шпуров или скважин запрессовки, м; с - скорость распространения продольной волны в массиве, км/с.

Время замедления определяется по формуле 4:

обозначения те же.

Существо и пример конкретного выполнения способа заключается в следующем: Определяются горно-геологические и горно-технические условия, в которых формируется щель.

Пример 1: необходимо создать щель в породах с пределом прочности на сжатие - 100 МПа; скорость распространения продольной волны - 4000 м/с; диаметры имеющихся буровых коронок: 50 мм; 45 мм; 42 мм; 36 мм; ВВ - аммонал (Д=4500 м/с); плотность заряжания - g=1000 кг/м³; глубина щели () - 1 м.

1. Определяем диаметры шпуров запрессовки и выброса (принимаем диаметр шпура запрессовки d₁=45 мм), тогда (согласно 1):

принимаем ближайший из имеющихся в наличии, т.е. d₂=0,036 м.

2. Определяем расстояние, на котором необходимо бурить шпуры выброса (согласно 2)

3. Определяем величину перебура (согласно 3)

4. Определяем замедление взрывания шпуров выброса по отношению к шпурам запрессовки (согласно 4)

(при использовании для замедления детонирующего шнура (ДШ):

Д=6000 м/с;

=6⋅0,06=36 см; т.е. длина ДШ шпуров выброса должна быть длиннее на 36 см.

Пример 2: необходимо создать щель в породах с пределом прочности на сжатие - 80 МПа; скорость распространения продольной волны в массиве - 5000 м/с; диаметры имеющихся буровых коронок: 50 мм; 45 мм; 40 мм; 36 мм; применяемое ВВ - гранулит АС-8 (скорость детонации Д=3600 м/с; плотность заряжания - 1100 кг/м³; глубина щели - 1,5 м.

Принимаем диаметр шпура запрессовки - 50 мм.

1. Тогда (согласно 1), диаметр шпура выброса определится:

Принимаем, ближайший из имеющихся, диаметр шпура выброса d₂=0,040 м.

2. Определяем расстояние, на котором необходимо бурить шпуры выброса (внутри этой зоны: на контакте зона смятия - зона трещин), (согласно 2):

3. Определяем глубину перебура (согласно 3) т.е

4. Определяем время замедления (согласно 4):

(при использовании для замедления ДШ: Д=6000 м/с, т.е. 6 м=1 мс

т.е. длина детонирующего шпура (ДШ) в шпурах выброса должна быть на 28,3 см длиннее, чем в шпурах запрессовки).

Имея все необходимые данные, приступаем к оборудованию массива вдоль линии формируемой полости, заряжанию и взрыванию горного массива, шпуры различного диаметра располагают в чередующемся порядке:

пример 1: d₁=0,045 м; d₁=0,036 м;

пример 2: d₂=0,05 м; d₂=0,04 м;

на расстоянии:

пример 1: r=0,226 м;

пример 2: r=0,236 м (внутри указанных зон: на контакте зона смятия - зона трещин) на проектную глубину с перебуром:

пример 1: ;

пример 2: ;

заряд формируют с прямым инициированием и взрывают: шпуры запрессовки - мгновенно; шпуры выброса - с замедлением:

пример 1: t=0,06 мс;

пример 2: t=0,047 мс.

Таким образом, способ имеет следующие преимущества и сравнению с прототипом: позволяет снижать объем буровзрывных работ, сформировать полость в скальном массиве любой конфигурации с оптимальными параметрами для любых горно-геологических и горно-технических условий с достаточной степенью точности, определить соотношение диаметров шпуров выброса и запрессовки, определить глубину их обуривания и расстояния, на котором располагают, а также интервалы замедления взрываемых зарядов.