Способ формирования заряда в скважине при комбинированной открыто-подземной разработке

Изобретение относится к горному делу, в частности комбинированной открыто-подземной разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Известна полезная модель включающая помещенные в скважине две отделенные друг от друга полыми промежутками колонки взрывчатого вещества, при этом каждая из них снабжена боевиком, взрываемым с помощью детонирующего шнура и/или детонатора неэлектрической системы инициирования с пиротехническим замедлением и различными режимами очередности их срабатывания с целью [Патент на полезную модель RU №121054 U1, М. Кл. F42D 1/08, F42D 1/04,от 06.04.2012 г.].

Недостатком данного способа является распространение взрывной волны во всех направления и массового разрушения горных пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ взрывного рыхления скальных пород зарядами с воздушной подушкой, в котором повышение эффективности зарядов в условиях завышенного сопротивления действию взрыва достигается за счет применения специальной конструкции заряда ВВ с одновременно детонирующими двумя зарядами включающем бурение взрывных скважин, их заряжание с размещением в перебуре воздушной подушки и взрывание горных пород, воздушную подушку размещают ниже фактической отметки подошвы уступа, а под нею размещают дополнительный заряд ВВ [Патент на изобретение RU №2456538 C1, М. Кл. F42D 3/04, 25.02.2011 г. (прототип)].

Недостатком данного способа является факт, что при одновременном взрыве масс ВВ обоих зарядов взрывная волна формируется практически сразу, усиливаясь за счет указанного выше взаимодействия волн и газов. Таким образом, в целом, недостатком данного способа является его направленность на решение исключительно задачи традиционного получения качественного дробления горной массы в «тяжелых» условиях.

Технической задачей изобретения является ориентированная массовая взрывная отбойка с конструктивными элементами направленного действия взрыва и предохранения расположенных в шахтном пространстве целиков, а также защита горнотехнических объектов от негативных последствий распространяющейся в их сторону сейсмовзрывных волн при массовых взрывах на карьерах при комбинированной разработке угольных и рудных месторождений полезных ископаемых.

Техническая задача изобретения достигается перенаправлением части разрушающего действия взрывной волны и снижения негативных последствий и ущерба угольным и рудным месторождениям в соответствующих горнотехнических условиях.

Указанная цель достигается тем, что каждый скважинный заряд конструктивно разделен на две разновременно детонирующие части, каждая из которых представляет собой самостоятельный заряд. Один из них располагается в нижней, части скважины и взрывается первым и предназначен для достижения предварительного образования предохранительного участка подскважинной зоны разрушенной (ПЗР) горной массы. Через инертный промежуток располагают верхний заряд взрывчатого вещества, который инициируется другим детонатором во вторую очередь. Механизм действия взрыва работает таким образом, что в результате ряда действий взрывная, а далее сейсмовзрывная волна, существенно теряет свою интенсивность в направлении охраняемых шахтных объектов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображены общая схема взрывной отбойки вертикальными нисходящими скважинными зарядами на карьере, на фиг. 2 представлена конструкция заряда.

На чертежах показаны: уступ горного массива - 1, вертикальные нисходящие скважины - 2, забойка - 3, нижний заряд - 4, инертный (мелкая дробленая порода, песок и т.д.) промежуток - 5, верхний (основной) заряд - 6, подскважинная зона разрушенной (ПЗР) - 7 горной массы, образованная взрывом нижнего заряда - 4, целик - 8, взрывная волна - 9, сейсмовзрывная волна - 10, защищаемые объекты подземной разработки - 11, первый детонатор - 12, второй детонатор - 13, ударно-волновая трубка (УВТ) - 14, пульт дистанционного управления (ПДУ) - 15, электронный электродетонатор с диапазоном времени замедления - 16 не менее 0,1 мс.

Способ формирования заряда в скважине при комбинированной открыто-подземной разработке реализуется следующим образом.

На уступе - 1 бурят по расчетной сетке скважины - 2 одинаковые со штатными и формируют заряды с инертным промежутком - 5, для чего в районе перебура формируют нижний заряд - 4 размером 1,5-3 м, а в верхней его части размещают боевик - 12 инициирующего импульса на волноводе системы СИНВ - 14 (неэлектрических либо электронных систем инициирования). Над нижним зарядом - 4 создают инертный промежуток - 5 величиной 1.5-4 м. Затем в скважину помещают боевик - 13 с электронным электродетонатором с минимальным диапазоном времени замедления типа ЭДЗИ - 16 (с диапазоном времени замедления не менее 0,1 мс) на проводнике инициирующего импульса - 14 в нижней части верхнего (основного) заряда - 6, за тем формируют забойку - 3. Размеры верхнего (основного) заряда и забойки определяются исходя из размеров высоты взрываемого уступа - 1. Конкретные значения величин указанных диапазонов зависят от горно-геологических условий при комбинированной разработки месторождения. После заряжания всех скважин - 2 монтируют взрывную сеть и подключают к пульту дистанционного управления (ПДУ) - 15. После окончания процесса детонации, при взрывании обычных скважинных зарядов, взрывная волна - 9 равной интенсивности, выходя за пределы контура скважины, распространяется одинаково во все стороны. Часть взрывной волны - 9 распространяется вниз по целику - 8 в направлении шахтных объектов - 11 в виде сейсмовзрывной волны - 10.

На первом этапе взрывают нижние части скважинных зарядов (нижний заряд - 4), достигая образование подскважинной зоны разрушения (ПЗР) - 7 горной масс.

Для усиления эффекта взрыва в заданном направлении детонацию взрывов нижнего заряда - 4 направляют вниз, это достигается тем, что боевик или средство инициирования размещают в верхней его части. В результате порядного взрывания скважин вокруг каждого нижнего заряда - 4, в порядке их последовательности, образуются участки ПЗР - 7 горной массы.

Механизм действия взрыва работает таким образом, что в результате ряда действий взрывная, а далее сейсмовзрывная волна, существенно теряет свою интенсивность в направлении охраняемых шахтных объектов и характеризуется образованием искусственного препятствия на пути движения взрывной волны в сторону охраняемых объектов путем создания ряда материальных условий (например: разновременное взрывание его различных частей, взаимодействие ударных волн в заряде), приводящих к существенному снижению ее интенсивности в заданном направлении, при этом верхний заряд детонирует с замедлением.

При открытой разработке взрывы на уступах - 1 производят скважинными зарядами в две стадии. Вначале первыми детонаторами с образованием ПЗР - 7 горной массы взрывают заряды, расположенные в нижней части скважины, вес каждого из которых составляет 10-25% от общего веса заряда взрывчатого вещества. Верхние заряды, располагают через инертные промежутки - 5, при этом вес каждого из зарядов составляет основную 75-90% часть общего веса заряда взрывчатого вещества и инициируют вторыми детонаторами, взрывая во вторую очередь.

В результате в районе перебуров образуется общая зона ПЗР - 7 горной массы. Этому процессу предшествует формирование в каждом скважинном заряде другого препятствия в виде физического следствия результата столкновения фронтов ударных волн взрывов нижнего и верхнего зарядов на пути движения взрывной волны верхнего заряда вниз. В соответствии с теорией физики взрыва, столкновение двух ударных волн есть отражение этих волн друг от друга и эффекты, получающиеся при столкновении двух волн, такие же, как и в случае отражения одной из этих волн от плоскости.

Таким образом, в районе обычного перебура образуется физическое препятствие в виде ПЗР - 7 горной массы от состояния трещиноватости до полного разрушения.

В конструкции заряда боевики и порядок их действий регламентированы таким образом, что результатом разновременной детонации, равноценной подрыву верхнего заряда нижним, реализуется целевая направленность фронта взрыва от взаимодействия ударных волн и газовых потоков в сторону устья скважины, противоположной от охраняемого направления.

Прямое столкновение фронтов ударных волн обоих зарядов имеет своим следствием их взаимное ослабление, как результат эффекта отражения ударных волн друг от друга.

Таким образом, детонационная волна нижнего заряда - 4 достигает нижнего торца колонкового заряда, вслед за ней распространяются расширенные продукты детонации, вследствие чего формируется ПЗР - 7 горной массы. В следующий момент таким же образом, но в другом направлении и с замедлением происходит детонационный процесс в верхней - 6, основной части скважинного заряда, следствием взрыва которой является разрушение горного массива в направлении ЛНС (линии наименьшего сопротивления). Далее в зоне инертного промежутка - 5 ближе к нижней границе верхнего заряда происходит столкновение ударных волн взрыва обоих зарядов. Подобное взаимодействие ударных волн способствует, вместе с остальными факторами, снижению интенсивности взрывной волны в направлении охраняемых шахтных объектов - 11.