Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАОТКОСКИ УСТУПОВ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки полезных ископаемых открытым способом в скальных и полускальных горных породах при постановке высоких уступов на проектный контур.

Известны способы заоткоски уступов при доработке месторождений полезных ископаемых до проектного контура. Скважины контурного ряда заряжают гирляндами рассредоточенных зарядов. В этом случае вокруг заряда образуется зона разрушения, величина которой при контурном взрывании должна быть минимальных размеров. Для этого на практике создают радиальный зазор между патроном ВВ и стенками скважин (Кутузов В.В. Разрушение горных пород взрывом. - М.: Издательство МГУ, 1994. - С.174-177).

Недостатком известных способов является низкая эффективность заоткоски высоких уступов (45-60 м). Это обусловлено тем, что с увеличением глубины заоткоски точность бурения понижается, возникает возможность искривления скважины, а вследствие этого отмечается низкое качество взрывной проработки в нижней части откоса уступа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ постановки строенного уступа с наклонно-вертикальным профилем в предельное положение. Способ включает забуривание контурных наклонных скважин с верхнего уступа на высоту сдвоенного уступа для образования отрезной щели при формировании верхней наклонной части уступа с последующим забуриванием контурных вертикальных скважин с промежуточного уступа на ту же глубину для формирования нижней вертикальной части откоса уступа (Галустьян Э.Л. Геомеханическое сопровождение открытых горных работ - гарантия их безопасности и экономичности // Безопасность труда в промышленности. - 2001. - №7. - С.37).

Способ недостаточно эффективен. Для постановки вертикальной части откоса уступа контурные вертикальные скважины забуриваются с промежуточного уступа на расстоянии 3-4 метра от нижней бровки откоса верхнего уступа. Это увеличивает объем бурения и расход взрывчатых материалов (ВМ) на заоткоску. Например, для заоткоски участка длиной 100 метров при постановке уступа наклонно-вертикального профиля высотой 45 метров объем бурения составит 973 пог.м, а расход ВМ 3300 м (данные в таблице). Кроме того, рассредоточенное распределение зарядов по высоте вертикальных скважин в нижней части уступа, где наиболее трудные условия работы взрыва, приводит к образованию порогов и выступов на вертикальной части откоса нижнего уступа.

Целью изобретения является повышение эффективности заоткоски. Поставленная цель достигается тем, что в способе заоткоски уступов сложного профиля, включающем забуривание контурных наклонных скважин с верхнего уступа на высоту сдвоенного уступа, для образования отрезной щели при формировании верхней наклонной части уступа и контурных вертикальных скважин с промежуточного уступа на ту же глубину для формирования нижней вертикальной части уступа, заряжание и взрывание, бурение скважин контурного ряда с промежуточного уступа производят в три этапа: первоначально на первом этапе бурят часть наклонных скважин от начальной до конечной точки участка заоткоски с одним направлением наклона, на втором этапе бурят наклонные скважины контурного ряда, имеющие тот же наклон и то же расстояние между скважинами, что и на первом этапе, но во встречном направлении, на третьем этапе между упомянутыми наклонными контурными скважинами бурят вертикальные контурные скважины, заряжают наклонные скважины контурного ряда постоянным от забоя к устью скважин по величине зарядом, а в вертикальных контурных скважинах, размещенных между наклонными контурными скважинами, изменяют величину заряда последовательно от забоя к устью, при этом минимальному расстоянию между наклонными и вертикальной контурными скважинами у подошвы нижнего уступа соответствует минимальный заряд в вертикальной контурной скважине, который по мере удаления от подошвы нижнего уступа последовательно увеличивается, достигая своего максимального значения у подошвы промежуточного уступа, при максимальном расстоянии между наклонными и вертикальной контурными скважинами у подошвы нижнего уступа изменение величины заряда в вертикальной контурной скважине от забоя к устью производят в обратном порядке.

Бурение скважин контурного ряда с промежуточного уступа в три этапа позволяет значительно сократить объемы буровых работ (до 30-50%) и повысить эффективность буровзрывных работ при постановке уступов сложного профиля. Данные по сравнительному анализу известного и предлагаемого способов приведены в таблице.

Заряжание наклонных скважин контурного ряда постоянным от забоя к устью скважин по величине зарядом и изменение величины заряда в вертикальных контурных скважинах так, что минимальному расстоянию между наклонными и вертикальной контурными скважинами у подошвы нижнего уступа соответствует минимальный заряд в вертикальной контурной скважине, который по мере удаления от подошвы нижнего уступа последовательно увеличивается, достигая своего максимального значения у подошвы промежуточного уступа, а при максимальном расстоянии между наклонными и вертикальной контурными скважинами изменение величины заряда в вертикальной контурной скважине от забоя к устью в обратном порядке - позволяет увеличить концентрацию заряда на 10% в нижней вертикальной части откоса уступа. Изменение величины гирляндного заряда вертикальных скважин в зависимости от расстояния до соседних наклонных скважин дает возможность осуществлять регулирование концентрации энергии взрывного воздействия при образовании отрезной щели в нижней наиболее трудно разрушаемой части уступа. Это позволит достичь требуемого качества заоткоски уступов. При этом суммарная работа зарядов, заложенных в эти скважины, действует как плоский заряд, генерирующий в породе плоскую волну напряжений, которая, распространяясь в массиве, затухает обратно пропорционально расстоянию, а не квадрату расстояния (как при одиночном заряде) (Черниговский А.А. // Применение направленного взрыва в горном деле и строительстве. - М.: Недра, 1976. - С.319).

Способ поясняется чертежами, где

фиг.1 - предлагаемая схема заоткоски уступа сложного профиля, план;

фиг.2 - разрез по А-А фиг.1;

фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1;

фиг.4 - направление движения бурового станка при бурении наклонных скважин контурного ряда, первый этап фиг.2 разрез по А-А;

фиг.5 - направление движения бурового станка при бурении наклонных скважин контурного ряда, второй этап фиг.2 разрез по А-А;

фиг.6 - направление движения бурового станка при бурении вертикальных скважин контурного ряда, третий этап фиг.2 разрез по А-А;

фиг.7 - схема размещения зарядов в контурных скважинах.

Способ осуществляется следующим образом.

Для заоткоски уступа сложного профиля общей высотой 45 м первоначально с верхнего уступа при помощи бурового станка (например, СБШ-250) производится бурение контурных наклонных скважин 1 под углом 75°, длиной 29,5 м, расстоянием между соседними заоткосными наклонными скважинами не более 2,5-3 м. Контурные наклонные скважины, пробуренные на высоту сдвоенного уступа, предназначены для образования отрезной щели при формировании верхней наклонной части уступа. Заряжание и взрывание заоткосных наклонных контурных скважин осуществляется традиционным способом с использованием гирляндных зарядов, которые формируются связками из патронированных ВВ (аммонит №6 ЖВ) или тротиловых шашек. Инициация взрывов происходит от ЭД по детонирующему шнуру, соединяющему связки патронированных ВВ (или тротиловых шашек) в общий гирляндный заряд.

После выемки горной массы и зачистки подошвы верхнего уступа, на расстоянии четырех метров от нижней бровки уступа, забуриваются встречные наклонные скважины контурного ряда, имеющие один и тот же наклон 80° на глубину, равную сдвоенной высоте уступа, т.е. длиной 29,5 м. Расчет параметров БВР ведется в зависимости от физико-механических свойств пород и высоты уступа. При длине заоткашиваемого участка, равной 100 м, с промежуточного уступа необходимо забурить 11 наклонных скважин (6 - в одном направлении, 5 - в другом) и 10 вертикальных скважин, размещенных посередине между наклонными скважинами.

На втором этапе станок разворачивают в конечной точке и обратным ходом производят забуривание наклонных скважин контурного ряда, имеющих тот же наклон и на том же расстоянии от начальной до конечной точки участка заоткоски, но в обратном (встречном) направлении. На третьем этапе буровой станок вновь разворачивается, и мачта устанавливается вертикально для бурения контурных вертикальных скважин между наклонными скважинами.

Заряжание наклонных скважин 3 контурного ряда осуществляется постоянным по величине от забоя к устью скважин зарядом 4. Масса гирляндного заряда наклонных контурных скважин 3 находится в пределах 20 кг. Связки из патронированного аммонита или тротиловых шашек (для обводненных скважин) распределяются равномерно по длине заряда.

Заряжание вертикальных контурных скважин 2 осуществляется переменным зарядом 5, причем изменяют величину заряда последовательно от забоя к устью: минимальному расстоянию между наклонными и вертикальной контурными скважинами у подошвы нижнего уступа соответствует минимальный заряд в вертикальной контурной скважине, который по мере удаления от подошвы нижнего уступа последовательно увеличивается, достигая своего максимального значения у подошвы промежуточного уступа; при максимальном расстоянии между наклонными и вертикальной контурными скважинами у подошвы нижнего уступа величина заряда в вертикальной контурной скважине от забоя к устью изменяется в обратном порядке. Для предлагаемой технологической схемы заряд вертикальной контурной скважины условно делится на 3 части: нижний, средний и верхний по 5 метров каждый (отсчет ведется от забоя скважины). При минимальном расстоянии между вертикальной и наклонными скважинами (порядка 1,5 м между забоями скважин), заряд нижней части вертикальной контурной скважины минимальный - масса нижней части гирляндного заряда составит 6,25 кг (с удельным расходом ВВ - 1,25 кг/пог.м). Величина средней части гирляндного заряда вертикальной контурной скважины составит 12,5 кг (с удельным расходом ВВ 2,5 кг/пог.м). Для верхней части гирляндного заряда, которой соответствует максимальное расстояние до соседних наклонных скважин, заряд ВВ - составит 18,75 кг (с удельным расходом 3,75 кг/пог.м). При максимальном расстоянии между вертикальной и наклонными скважинами (7,6 м у подошвы промежуточного уступа) ему соответствует максимальная часть гирляндного заряда, формируемого в средней части скважины. Таким образом, общий гирляндный заряд вертикальной контурной скважины составит порядка 37,5 кг (при среднем удельном расходе ВВ, равном 2,5 кг/пог.м). Технология заряжания вертикальных контурных скважин повторяется по всему ряду. Взрывание производится без замедления (мгновенно).

Для доказательства технической сущности и преимуществ настоящего изобретения проведено сравнение основных параметров известного способа заоткоски уступа сложного профиля с предлагаемым способом. Исходные данные и результаты расчета сведены в таблицу.