Способ взрывания твердых горных пород скважинными зарядами

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ породы на контакте продукты взрыва - среда. Основное разрушение скальных горных пород происходит под действием волн напряжений,возбуждаемых в среде взрывом заряда ВВ, и самих газообразных продуктов взрыва,где взаимоувязывающим фактором физикомеханических свойств взрываемых пород и физикохимических характеристик применяемого типа ВВ является предельный радиус взрывной полости основной эффект взрыва ВВ в твердой среде. Совокупность всех признаков, указанных в формуле изобретения, действительно позволяет повысить эффективность дробления твердых горных пород за счет взаимоувязки физико-механических характеристик конкретных пород, через предельный радиус полости, на этой основе обоснованного выбора конструкций и параметров расположения зарядов ВВ во взрываемом массиве (уступе), что решает задачу изобретения и обеспечивает достижение технического результата. Этот вывод хорошо согласуется с практикой работы горных предприятий.(72) Ракишев Баян Ракишевич Ракишева Зауре Баяновна Ауэзова Алма Мухамбетжановна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРНЫХ ПОРОД СКВАЖИННЫМИ ЗАРЯДАМИ(57) Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам взрывания твердых горных пород на открытых горных работах скважинными зарядами с определением их параметров расположения в уступе. Способ включает бурение вертикальных скважин, их заряжание ВВ и взрывание. В результате взрыва ВВ в среде возникает волна сжатия, которая сжимает,раздавливает и переводит в текучее состояние слой Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам взрывания твердых горных пород на открытых горных работах скважинными зарядами с определением их параметров расположения в уступе во взаимосвязи с учетом физико-механических свойств конкретных пород и физико-химических характеристик применяемого типа взрывчатых веществ (ВВ). Ближайшим техническим решением к заявленному по совокупности существенных признаков является способ взрывания разнопрочных массивов горных пород Патент РФ 2499222,опубликовано 20.11.2013 г., 42. Способ взрывания разнопрочных массивов горных пород с твердыми включениями на открытых горных работах, включающий определение наличия твердых включений во вмещающих менее крепких породах, контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений, бурение вертикальных скважин,расширение скважин на участках пересечения ими твердых включений, заряжание скважин зарядами промышленного взрывчатого вещества (ПВВ),диаметр которых равен диаметру скважин, и взрывание зарядов ПВВ, предварительно определив пределы прочности при растяжении, коэффициенты Пуассона, модули Юнга, пористость и коэффициент всестороннего сжатия вмещающих пород и твердых включений, а диаметр 0 вкл расширяемых участков скважин принимают из соотношения где 0 вм - диаметр нерасширенных участков скважин, мм- параметр адиабаты Р 0 - давление продуктов детонации в точке Жуге, Па 2 показатель изоэнтропы продуктов детонации ПВВ прочности твердых включений и вмещающих пород при растяжении, Па Квкл и Квм - соответственно коэффициенты всестороннего сжатия твердых включений и вмещающих пород Пвкл и Пвм соответственно пористость твердых включений и вмещающих пород коэффициент, определяющий упругое расширение границы камуфлетной полости во вмещающих породах коэффициент, определяющий упругое расширение границы камуфлетной полости в твердых включенияхвкл ивм - соответственно коэффициенты Пуассона твердых включений и вмещающих пород Евкл и Евм - соответственно модуль Юнга твердых включений и вмещающих пород, Па. Указанный способ не гарантирует получение требуемого качества дробления разнопрочных массивов, так как не взаимосвязывает диаметры скважин в указанных типах пород с параметрами расположения зарядов ВВ во взрываемом массиве. Для устранения этого недостатка необходимо установить зависимость размеров зон трещинообразования от диаметра радиуса заряда. Известно, что среди различных эффектов взрыва в твердой среде особенно наглядным является образование взрывной полости. Оно интегрально включает в свой состав все элементы развития процесса взрыва. Размеры полости зависят от конкретного сочетания многочисленных влияющих факторов. Среди них основными являются физикомеханические свойства массива пород, химикофизические характеристики ВВ, то есть предел прочности пород на одноосное сжатиесж , на растяжение звука в породе с, плотность ВВ вв и скорость детонации . Задачей изобретения является повышение эффективности взрывания твердых горных пород за счет обоснованного выбора конструкций и параметров расположения зарядов ВВ во взрываемом массиве (уступе), взаимоувязывающих конкретные физико-механические свойства пород и физико-химические характеристики применяемого типа ВВ. Используя найденные значения предельного радиуса полости пр , радиусов зоны радиальных трещин 1 и зоны мелкого дробления 2, определяют линию сопротивления по подошве уступа ,расстояние между скважинами в ряду а, длину незаряженной части скважины 2, длину перебура п длину заряда в скважине и массу заряда. Схема расположения скважин определяется конкретными условиями взрывания. Указанный технический результат достигается тем, что при взрывании твердых горных пород скважинными зарядами на открытых горных работах, включающем бурение вертикальных скважин, их заряжание ВВ, взрывание зарядов ВВ,определение физико-механических свойств пород,физико-химических характеристик ВВ, скорость детонации ВВ, определение конструкций и параметров расположения зарядов ВВ в уступе,основанное на закономерностях расширения стенок взрывной полости от ее радиуса, позволяющих,используя найденные значения параметров предельного радиуса полости, радиусов зон мелкого дробления и радиальных трещин, аналитически рассчитать линию сопротивления по подошве уступа, расстояние между скважинами в ряду, длину заряда над уровнем подошвы уступа, длину незаряженной части скважины, длину перебура,длину заряда в скважине, длину воздушного промежутка и массу заряда в скважине. Способ осуществляется следующим образом. На основе сопряжения законов расширения продуктов детонации на первой и второй стадиях для скорости расширения взрывной полости (и) получено выражение где- относительный текущий радиус взрывной полости, равный /0,- текущий радиус полости 0 - радиус скважины Рн - начальное давление газообразных продуктов детонации,которое определяется по формуле н 1/8 вв 2 Здесь вв - плотность ВВ- скорость детонации ВВ. Рс - прочностная характеристика массива пород в условиях динамического нагружения определяется по формуле 1/ 4 гдесж -предел прочности породы на сжатие 0 -плотность породы с - скорость звука в породе. Уравнение (1) выражает закон изменения скорости стенок взрывной полости от ее относительного радиуса. В момент, когда взрывная полость достигает предельного положения пр , ее скорость будет равна нулю, т.е. и 0. Этому условию из (1) соответствуют два уравнения 2 пр 10 , РнРс 4 пр 0. Из них находимпр 1 (5),пр (Рн/Рс)1/4 Предельный относительный радиус полости рассчитывается по формуле (6). Значениепр предопределяет размеры зон мелкого дробления и радиальных трещин. Радиус зоны мелкого дробления (раздавливания) в монолитных породах может быть вычислен по формуле Просчитав аналитически радиусы зон мелкого дробления 2, радиальных трещин 1 несложно спроектировать параметры расположения зарядов в массиве. Исходные данные для проектирования размеров взрываемого блока массива пород длина, ширина (В), высотаупругие (плотность ,скорость звука с, коэффициент Пуассона ) и прочностные свойства пород (предел прочности на сжатиесж , предел прочности на растяжениер ),характеристики применяемого типа ВВ (плотность вв, скорость детонации , начальное давление продуктов детонации Рн). При заданном диаметре скважины о ,необходимо найти линию сопротивления по подошве уступа , расстояние между скважинами а, расстояние между рядами скважин ар, длину заряда 1 в скважине, длину заряда 3 над уровнем подошвы уступа, длину незаряженной части скважины 2, длину перебура п,длину воздушного промежутка в.п (фиг.1), массу зарядав скважине, исходя из принципа рационального размещения заряда ВВ во взрываемом массиве, предусматривающего его максимальный охват развиваемыми взрывом трещинами, представленного в виде гдедр - относительный объем активно раздробленного массива пород одной скважинойкоэффициент, учитывающий дробление пород за счет отраженных волн соударений при движении,обычно 1. Линия сопротивления по подошве уступа определяется из первого множителя уравнения (9) Расстояние между скважинами в ряду - из второго множителя уравнения (9) 1/ 4 Длина заряда над уровнем подошвы уступа - из множителя уравнения Длина незаряженной части скважины - из выражения 1/ 4 Длина перебура - из уравнения 1-2. Радиус зоны радиальных трещин - по формуле 3 Длина заряда в скважине - из соотношения 13-2,(15) где- глубина скважины. Масса заряда в скважине - из выраженияр 1,(16) где р - вместимость единицы длины скважины. Число частей зарядов в скважине - из соотношения Длина воздушного промежутка между соседними частями заряда - из соотношения в.п 2.(18) Пример осуществления способа. Взрываемый уступ высотой Н 15 м сложен вторичными кварцитами из эффузивных порфиров. Свойства пород о 2770 кг/м 3, с 5200 м/с,сж 133,р 15,2 применяемого ВВ ВВ 930 кг/м 3, 4000 м/с. Рассчитать параметры расположения зарядов в уступе при диаметре скважины 0,25 м. Начальное давление ПД по формуле (2) Рн 0,125930400021860106 Па. Прочностная характеристика пород по формуле Предельный радиус полости (6)пр (1860/648)1/4 1,30. Радиусы зон раздавливания и трещин в соответствии с (7) и (8) 3,47 м,1,3 15,2 Линия сопротивления на подошве согласно (10) 11,30,125 23,47 Расстояние между скважинами в соответствии Длина заряда над уровнем подошвы уступа согласно (12) 30,6215-1,727,6 м, примем 3 7,5 м. Длина незаряженной части скважин согласно (13) 1/ 4 27,5 м Перебура скважин в соответствии с (14) п 3,47-1,721,8 м, примем п 2 м. Длина заряда в скважине согласно (15) 17.529.5 м. Число частей зарядов в скважине согласно (17) Длина воздушного промежутка в соответствии с (18) в.п 1,72. Примем в.п 1,5 м. Масса заряда в скважине согласно (16)45(9.5)427 кг, примем 430 кг. Для обеспечения хорошего качества дробления пород можно остановится на диагональной схеме замедления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ взрывания твердых горных пород,включающий бурение вертикальных скважин, их заряжание взрывчатыми веществами(ВВ),отличающийся тем, что бурение и заряжание ВВ вертикальных скважин, выбор конструкций и параметров расположения зарядов ВВ в уступе базируют на предельном радиусе взрывной полости - основном эффекте взрыва ВВ в твердой среде, взаимоувязывающем физико-механические свойства взрываемых пород и физико-химические характеристики применяемого типа ВВ, которые определяют из уравненияпр(н/Рс)1/4,где, Рн - начальное давление газообразных продуктов детонации, определяют по формуле н 1/8 вв 2,Рс - прочностная характеристика массива пород в условиях динамического нагружения, ее определяют по формуле 1/ 4 0 с 2 Рссж,сжа радиус зоны мелкого дробления определяют по формуле 1/ 2, радиус зоны радиальных трещин определяют по формуле предложенным способом устанавливают следующие рациональные параметры расположения зарядов ВВ в уступе- линию сопротивления по подошве уступа определяют по формуле 1/ 3- расстояние между скважинами в ряду - по формуле 1/ 4- длину заряда над уровнем подошвы уступа - по формуле 30,62-2- длину незаряженной части скважины - по формуле 1/ 4- массу заряда в скважине - по формуле р 1,где,- вместимость единицы длины скважины- число частей зарядов в скважине - по формуле Нп 2 п 3- длину воздушного промежутка между соседними частями заряда - по формуле в.п 2,совокупностью приведенных формул представляют определение конструкции и рациональных параметров расположения зарядов ВВ при бурении и заряжении ВВ вертикальных скважин во взрываемом уступе.