Способ короткозамедленного взрывания горных пород эмульсионными и гранулированными взрывчатыми веществами с использованием неэлектрических систем инициирования

(51) 42 1/00 (2010.01) 42 3/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ добыче твердых полезных ископаемых и строительного камня. Технический результат - улучшение качества разрушения и дробления массивов любой крепости,уменьшение расхода взрывчатых веществ и стоимости взрывных работ - достигается тем, что в способе короткозамедленного взрывания пород эмульсионными и гранулированными взрывчатыми веществами с использованием неэлектрических систем инициирования, при котором монтируют взрывную сеть в виде елочки из ствола,проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него ветвей, согласно изобретению,породы любой крепости взрывают с применением замедлений, интервалы которых в стволе и в ветвях определяют по формулам ств-5108 вет-370, где ств - интервал замедлений в стволе взрывной сети, мс вет - интервал замедлений в ветвях, мс- крепость породы по шкале проф. Протодьяконова.(72) Ольшанский Евгений Николаевич Тамбиев Петр Геннадьевич Бажанов Булат Баймуратович(56) Рубцов С.К., Ершов В.П., Бибик И.П.,Кустиков Т.П.,Особенности применения неэлектрических систем инициирования на карьер Мурунтау, Горный информационно-аналитический бюллетень, Взрывное дело - М. Мир горной книги, 2007, с.342-345(54) СПОСОБ КОРОТКОЗАМЕДЛЕННОГО ВЗРЫВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ЭМУЛЬСИОННЫМИ И ГРАНУЛИРОВАННЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИНИЦИИРОВАНИЯ(57) Изобретение относится к способам взрывания горных пород и может быть использовано при Изобретение относится к способам взрывания горных пород и может быть использовано при добыче твердых полезных ископаемых и строительного камня. Отбойку и дробление горного массива производят путем взрывания скважинных зарядов на одну или несколько обнаженных поверхностей. Для этого широко используют эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ) и гранулированные взрывчатые вещества (ГВВ) на основе аммиачной селитры. Данные взрывчатые вещества характеризуются низкой стоимостью и хорошими детонационными характеристиками, позволяющими применять их в любых горнотехнических условиях. Известен способ короткозамедленного взрывания крепких пород с помощью аммиачноселитренных взрывчатых веществ с использованием направленной встречной силы взрыва. Способ заключается в том, что взрывная сеть монтируется таким образом, что сначала взрываются два врубовых ряда скважин посередине поперек блока, а затем с обеих сторон от вруба взрываются ряды скважин попарно с одинаковым замедлением 10, 15 или 25 миллисекунд (мс) (предварительный патент РК 19486, кл. 42 1/00, 2008). Недостатком данного способа является низкая эффективность управления инициированием зарядов. Порядная схема взрывания скважин с помощью детонирующего шпура(ДШ) и пиротехнических реле (РП) с замедлениями 10-25 мс вызывает пиковое нагружение массива горных пород продуктами детонации. Подобное одноразовое и непродолжительное воздействие на массив ухудшает качество взрывных работ, ведет к разбросу породы и формированию развала,неудобного для экскавации, оказывает сильно сейсмическое и ударно-воздушное воздействие на близлежащие объекты, вызывая их разрушение,ведет к подбою скважинных зарядов,преждевременно отсекая инициирующий сигнал,передаваемый через ДШ и РП. Данный способ не позволяет использовать встречную силу взрыва для дополнительного дробления кусков породы во всех рядах скважин,кроме врубовых, что ведет к повышенному выходу негабаритов, увеличению расхода взрывчатых материалов и стоимости взрывных работ. Известен способ короткозамедленного взрывания с центральным расположением ряда начала детонации поверхностных детонаторов неэлектрической системы инициирования (НСИ). Для управления взрывом используют трубкиволноводы, инициируемые от ДШ и капсюлидетонаторы на 25 и 42 мс. Взрывная сеть монтируется в виде елочки из ствола,проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него вправо и влево ветвей. Каждая скважина центрального ряда инициируется последовательно друг за другом через 42 мс. С отставанием на 25 мс попарно инициируются скважины, располагающиеся рядами вправо и влево от центрального ряда. Таким образом,одновременно инициируется не более двух скважин,2 располагающихся в одном ряду вправо и влево от центрального ряда. Для гарантированного устранения подбоя скважин устанавливаются внутрискважинные замедления номиналом до 500 мс, благодаря которым детонация скважинных зарядов начинается после прохождения всех инициирующих импульсов(Рубцов С.К., Ершов В.П., Бибик И.П., Кустиков Т.П., Особенности применения неэлектрических систем инициирования на карьере Мурунтау,Горный информационно-аналитический бюллетень Взрывное дело - М. Мир горной книги, 2007, с. 342-345). Установка поверхностных замедлений,управляющих последовательностью инициирования скважинных зарядов, позволяет формировать развал, удобный для экскавации горной массы. Применение интервалов инициирования зарядов,образуемых сочетанием замедлений в 25 и 42 мс,снижает пиковую нагрузку на массив продуктами детонации и тем самым уменьшает сейсмическое и ударно-воздушное воздействие на близлежащие объекты. При взрывании пород средней крепости данный способ взрывания дает удовлетворительные результаты. Однако взрывание крепких и слабых пород указанным способом ухудшает качество дробления горной массы, увеличивает выход негабаритов, повышает расход взрывчатых веществ на вторичное дробление и стоимость взрывных работ. Разрушение пород под действием взрывных нагрузок - сложный нестационарный процесс. Выбор рационального способа взрывания осложняется особенностями структуры горных пород,обладающих различными физикотехническими свойствами, а именно прочностными,упругими и акустическими. Взрываемая среда предопределяет механизм разрушения. Поскольку скорость детонации взрывчатых веществ значительно выше скорости деформации породы, под действием динамического удара породы вблизи заряда быстро сжимаются и смещаются за фронтом волны детонации. При этом крепкие, средней крепости и слабые породы разрушаются по-разному. При использовании способа взрывания с сочетанием замедлений в 25 и 42 мс в породах средней крепости волны напряжений распространяются от зарядов со средней скоростью и накладываются друг на друга,усиливая амплитуду упругих колебаний частиц разрушаемого массива. В результате интерференции волн возникают сжимающие и растягивающие напряжения, превышающие пределы прочности породы на сжатие и разрыв, обеспечивающие появление радиальных трещин. Под действием продуктов взрыва, действующих в радиальном от заряда направлении, начинается процесс сдвижения массива в сторону открытой поверхности с разрушением массива в процессе перемещения. Дроблению массива способствуют газообразные продукты взрыва, проникающие под давлением в трещины и способствующие ускорению сдвижения массива и соударению кусков породы между собой. При использовании способа взрывания с сочетанием замедлений в 25 и 42 мс в крепких монолитных породах процесс разрушения массива и дробления кусков породы происходит значительно хуже. Благодаря высокой скорости прохождения волн напряжений в крепких монолитных породах они успевают отразиться от свободной поверхности,вернуться и затухнуть до момента взрыва следующего заряда. В результате вместо интерференции волн напряжений от последовательно взрываемых зарядов в промежутках между взрывами происходит полная релаксация напряжений с возвращением массива в исходное состояние. Вместо знакопеременных сжимающих и растягивающих нагрузок,накладывающихся друг на друга и способствующих трещинообразованию,массив подвергается одиночным воздействиям, амплитуда которых зачастую оказывается ниже пределов прочности породы на сжатие и разрыв. Результатом такой несогласованности интервалов, образуемых сочетанием замедлений в 42 и 25 мс, со скоростями волн напряжений в крепких породах становится слабое трещинообразование массива,недостаточное энергонасыщение его через радиальные трещины продуктами взрыва, невысокая скорость сдвижения в сторону открытой поверхности и, как следствие,низкая интенсивность соударения кусков породы между собой, слабая сила ударов, плохое качество дробления. Для интерференции волн напряжений,увеличения амплитуды знакопеременных нагрузок,способствующих разрушению и дроблению,интервалы замедления в крепких породах необходимо уменьшить. Однако до настоящего времени не существует способа короткозамедленного взрывания, устанавливающего рациональные интервалы замедлений для пород разной крепости. При использовании способа взрывания с сочетанием замедлений в 25 и 42 мс в слабых трещиноватых массивах процесс разрушения и дробления породы происходит еще хуже, чем в крепких монолитных породах. Слабые массивы разрушаются в основном под действием газов взрыва, так как волны напряжений плохо распространяются по слабым породам. У плоскости каждой трещины происходит скачкообразное падение напряжений волны, вследствие ее частичного отражения от трещины. За счет этого напряжения в слабом трещиноватом массиве снижаются более интенсивно, чем в крепких монолитных породах и не оказывают существенного влияния на разрушение и дробление породы. Под действием высокого давления газов взрыва в месте заряда образуется полость, а трещины от заряда распространяются через малонапряженный массив на небольшое расстояние. За пределами трещин порода разрушается в основном за счет сдвижения с ускорением в сторону свободной поверхности при наличии компенсационной щели достаточной ширины, образованной предыдущим взрывом. При недостаточной ширине щели разрушение затруднено, так как не успевшая сдвинуться на достаточную величину после предыдущего взрыва порода оказывает дополнительное сопротивление следующему взрыву. Интервал, образуемый сочетанием замедлений в 42 и 25 мс, недостаточен для сдвижения породы после взрыва, на расстояние, достаточное для образования компенсационной щели. Ее ширина должна равняться (0,030,1) линии наименьшего сопротивлении (ЛНС). Такая ширина щели,установленная опытным путем, позволяет породе после взрыва сместиться с ускорением в компенсационное пространство, образуемое щелью,разрушиться и раздробиться от механического удара о взорванную ранее породу. Для образования такой щели и улучшения качества разрушения и дробления слабого трещиноватого массива интервалы замедлений в стволе и ветвях взрывной сети необходимо увеличить. Из-за отсутствия способа взрывания,устанавливающего рациональные интервалы инициирования скважинных зарядов в зависимости от крепости взрываемых пород, замедления подбираются экспериментально опытным путем. При этом характер механических воздействий на разрушение и дробление массивов не изучается и не принимается в расчет. Это снижает качество взрывных работ, ухудшает степень взрывной проработки массивов, образует завышения по подошве уступа, увеличивает выход негабаритов,повышает расход взрывчатых веществ на вторичное дробление и стоимость взрывных работ. Задачей изобретения является создание способа взрывания,позволяющего устанавливать рациональные интервалы замедлений в зависимости от крепости горных пород. Технический результат - улучшение качества разрушения и дробления массивов любой крепости,уменьшение расхода взрывчатых веществ и стоимости взрывных работ - достигается тем, что в способе короткозамедленного взрывания пород эмульсионными и гранулированными взрывчатыми веществами с использованием неэлектрических систем инициирования, при котором монтируют взрывную сеть в виде елочки из ствола,проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него ветвей, согласно изобретению,породы любой крепости взрывают с применением замедлений, интервалы которых в стволе и в ветвях определяют по формулам ств-51 08 вет-370, где ств- интервал замедлений в стволе взрывной сети, мс вет - интервал замедлений в ветвях, мс-крепость породы по шкале проф. Протодьяконова. Предлагаемый способ взрывания позволяет,руководствуясь выведенными зависимостями,управлять разрушающими воздействиями,ориентировать их на оптимальный конечный результат - качественную проработку массива взрывом. Способ позволяет в зависимости от крепости пород перераспределять взрывную энергию, отдавая предпочтение одному или нескольким видам разрушающих воздействий нагружению массива знакопеременными волнами напряжений,интерференции волн напряжений и сложению упругих колебаний частиц разрушаемого массива,радиальному трещинообразованию под действием сжимающих и растягивающих усилий,проникновению продуктов взрыва в радиальные трещины, сдвижению массива и его ускоренному перемещению в сторону свободной поверхности,отрыву и образованию компенсационной щели достаточной ширины по линии отрыва, соударению кусков породы между собой и удару о преграду. Эффективность применения данного способа выражается в качественной проработке массива взрывом, повышении степени дробления горной массы, снижении расхода взрывчатых веществ,уменьшении стоимости взрывных работ. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема коммутации взрывной сети для взрывания слабых пород крепостью 840 по шкале проф. Протодьяконова на фиг. 2 - схема для пород средней крепости 1014 на фиг. 3 - схема для крепких пород крепостью 1416 на фиг. 4 схема для очень крепких пород крепостью 1620. Способ осуществляют следующим образом. Определяют по формулам интервалы рекомендуемых поверхностных замедлений ств и вет. Для примера крепости породделят условно на четыре группы в следующих диапазонах 810 1014 1416 1620. Определяют усредненные значения крепости пород и рассчитывают интервалы замедлений для каждой группы по предлагаемой формуле, а также выбирают соответствующие им стандартные замедления из выпускаемых промышленностью(известные). Данные расчетных (по предлагаемому изобретению) и известных интервалов представлены в таблице 1. При взрывании слабых пород крепостью 810,взрывная сеть коммутируется из сочетания замедлений 65 и 42 мс. Скважины взрываются поодиночке и попарно образуя и расширяя клин,направленный вглубь взрываемого массива. Порядок сочетания замедлений представлен схемой(фиг.1) 0(1)-42(2)-65(1)-84(2)-107(2)-126(2)-130(1)149(2)-168(2)-172(2)-191 (2)-195(1)- (В скобках указано количество одновременно взрываемых скважин). Благодаря сочетаниям замедлений в 65 и 42 мс удается взрывать соседние заряды с промежутком около 20 мс. При этом взрывная энергия обеспечивает сдвижение массива, его ускоренное смещение в сторону свободной поверхности, отрыв от массива и образование компенсационной щели достаточной ширины по линии отрыва, дробление горной массы при ударе о преграду. 4 При взрывании среднекрепких пород с коэффициентом крепости 1014 взрывная сеть коммутируется из сочетания замедлений в 33 и 42 мс по следующей схеме (фиг.2) 0(1)-33(2)-42(1)-66(2)-75(2)-84(1)-99(2)-108(2)117(2)-126(1)-132(2)-141 (2) Такое взрывание позволяет уменьшить промежуток между взрывами соседних зарядов до 9 мс и использовать для разрушения и дробления пород кроме вышеперечисленных механических воздействий напряженное состояние массива и трещинообразование под действием сжимающих и растягивающих нагрузок. При взрывании крепких пород с коэффициентом крепости 1416 взрывная сеть коммутируется из сочетания замедлений в 33 и 25 мс по схеме (фиг.3) 0(1)-25(2)-33(1)-50(2)-58(2)-66(1)-75(2)-83(2)-91(2)-99(1)-100(2)-108(2)Подобное взрывание позволяет еще больше уменьшить промежуток между взрывами соседних зарядов и добиться большего энергонасыщения массива волнами напряжений. Поскольку крепкие породы обладают высокими прочностными,упругими и акустическими свойствами, такое перераспределение взрывной энергии и энергонасыщение волнами напряжений способствует интерференции и суммированию волн напряжений, увеличению амплитуды упругих колебаний частиц разрушаемого массива, его разрушению в момент наибольшего проявления импульсов сил, создаваемых взрывами соседних зарядов. При этом высокая степень дробления пород взрывом становится формой реализации хрупкого разрушения в результате энергонасыщения массива волнами напряжений. При взрывании очень крепких пород с коэффициентом крепости 1620 сеть коммутируется из замедлений в 17 мс. Скважины взрываются группами, образующими клин, по схеме(фиг.4) 0(1)-17(3)-34(5)-51(7)-68(9)-85(11)-102(13)119(15)-136(17)-153(19)-170(21)-187(23) Взрывание очень крепких пород группами,образующими клин, через 17 мс позволяет достичь высокого качества дробления горной массы за счет вышеописанных факторов, а также за счет интенсивного соударения кусков породы между собой. Проведены сравнительные испытания штатных(известных) и предлагаемого способов взрывания на четырех карьерах с крепостью руды от 8 до 20 по шкале проф. Протодьяконова. Результаты взрывов оценивались после экскавации горной массы по количеству негабаритов, оставшихся после взрыва,предельному размеру куска, удельному расходу взрывчатых веществ. Результаты представлены в таблице 2. Сравнительные испытания показали, что предлагаемый способ взрывания с применением поверхностных замедлений, интервалы которых определяются по формулам ств-5108 и вет 370, где- крепость пород, улучшает качество разрушения и дробления массивов любой крепости. Выход негабарита уменьшается в среднем на 3 по сравнению с применением штатных способов взрывания. Удельный расход взрывчатых веществ уменьшается на (0,030,1) кг/м 3. Таблица 1 Крепость пород по шкале проф. Протодьяконова Диаметр скважин, мм Глубина скважин, м Сетка бурения,М 2 Объем взрываемого блока ВВ, кг Количество ВВ, кг Удельный расход ВВ,кг/м 3 Интервалы замедлений, мс Карьеры и способы взрывания Скальный СреднеСпаский Штатный Предлага Штатн Предлага способ емый ый емый способ способ способ 8-10 8-10 10-14 10-14 Штатн ый способ 14-16 Предлага емый способ 14-16 Предла гаемый способ 16-20 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ короткозамедленного взрывания пород эмульсионными и гранулированными взрывчатыми веществами с использованием неэлектрических систем инициирования, при котором монтируют взрывную сеть в виде елочки из ствола,проходящего по центральному ряду скважин, и отходящих от него ветвей, отличающийся тем,что породы любой крепости взрывают с применением замедлений, интервалы которых в стволе и в ветвях определяют по формуламств-5108 вет-370, гдеств - интервал замедлений в стволе взрывной сети, мсвет - интервал замедлений в ветвях, мс- крепость породы по шкале проф. Протодьяконова. Применяется при крепости горной породы 8-10 по шк. Проф. Протодьяконова Применяется при крепости горной породы 10-14 по шк. Проф. Протодьяконова Применяется при крепости горной породы 14-16 по шк. Проф. Протодьяконова Применяется при крепости горной породы 16-20 по шк. Проф. Протодьяконова