Способ контурного взрывания

(51) 21 37/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ линии контура, с заряжанием скважин гирляндами рассредоточенных зарядов в виде патронов взрывчатых веществ,прикрепленных к детонирующему шнуру на расстоянии друг от друга,определяемом в зависимости от крепости пород, с зазором между патронами и стенками скважины, с последующим инициированием и взрыванием скважинных зарядов, согласно изобретению, в донной части скважин формируют сосредоточенный заряд из взрывчатых веществ, используемых для рыхления, которые укладывают на полное сечение скважин на высоту до 2,5 м, а остальную часть скважин заряжают гирляндой зарядов, расстояние между которыми определяют из выражения 0,16 , где- расстояние между зарядами, м- крепость пород по шкале Протодьяконова,инициирование зарядов в скважине осуществляют в направлении снизу вверх, а взрывание скважинных зарядов в ряду производят с интервалом (25-42) мс. На доработку контурным взрыванием оставляют целик шириной (3-4) м, взрывание на рыхление породы вблизи контура ведут при сгущении сетки бурения на (20-30)по сравнению с сеткой бурения скважин, используемой при рыхлении, и уменьшении плотности заряжания за один, два ряда до контура на (30-40)по сравнению с плотностью заряжания скважин, используемой при рыхлении.(72) Ольшанский Евгений Николаевич Тамбиев Петр Геннадьевич Бажанов Булат Баймуратович Базылов Асхат Бактыгалиевич(56) Кутузов Б.Н., Методы ведения взрывных работ,часть 2, Взрывные работы в горном деле и промышленности - М. Горная книга, Мир горной книги, с.154 - 156, 2008.(57) Изобретение относится к горной промышленности и гидротехническому строительству и может быть использовано при заоткоске скальных пород для повышения устойчивости уступов, бортов карьеров и стенок каналов,выполняемых с максимально достижимыми крутыми углами наклона. Технический результат повышение эффективности выполняемых работ за счет уменьшения объемов бурения и повышения качества заоткоски по всей высоте уступа. Указанный результат достигается тем, что в способе контурного взрывания, при котором доработку разрушаемого объема до проектного контура производят бурением ряда скважин по Изобретение относится к горной промышленности и гидротехническому строительству и может быть использовано при заоткоске скальных пород для повышения устойчивости уступов, бортов карьеров и стенок каналов,выполняемых с максимально достижимыми крутыми углами наклона. В приконтурных зонах карьеров буровзрывные работы ведутся с применением способа завершающего контурного взрывания (гладкого откоса). Данный способ заключается в уменьшении интенсивности разрушающего воздействия взрывных волн на прибортовой массив карьера и основан на использовании наиболее благоприятных форм действия взрыва. Это достигается оставлением в приконтурной зоне небольшого целика, бурения по линии контура скважин небольшого диаметра на определенном расстоянии друг от друга и применения специальной конструкции зарядов с минимально выраженным бризантным действием. Известен способ контурного взрывания,включающий бурение контурного и предконтурного рядов скважин, заряжание контурных скважин с уменьшенным коэффициентом заряжания, а предконтурных - зарядами рыхления и взрывание. Предконтурные скважины располагают в плане в шахматном порядке в вершинах воображаемой плоской ломаной с углами 80-100 и одновременно взрывают (Патент РФ 2014560, кл. 42 3/04,1994). Недостатком данного способа контурного взрывания является его низкая эффективность, не обеспечивающая надежного предохранения законтурного массива от разрушения, снижающая качество выполняемых работ. Одновременное взрывание контурного и предконтурного рядов скважин создают мощный импульс на фронте волны детонации, направленной вглубь законтурного массива. Это ведет к его разрушению, снижает устойчивость откоса уступа,образует на поверхности откоса травмоопасные отслоения. Применение уменьшенного коэффициента заряжания скважин, выполняемого за счет снижения плотности заряда по всей длине скважины, способствует образованию порогов в подошве уступа. А уменьшение плотности взрывчатого вещества (ВВ) за счет сосредоточения заряда в нижней части скважины снижает качество заоткоски верхней части уступа. Известен способ контурного взрывания,включающий бурение незаряжаемого и заряжаемого рядов скважин, заряжание и взрывание последнего. Заряжаемые скважины бурят в плоскости требуемого раскола пород, а незаряжаемые - в замкнутом массиве между заряжаемыми скважинами. Незаряжаемые скважины заполняют закрепляющим составом. Закрепляющий состав размещают в половине заряжаемых скважин в форме полуцилиндра со стороны законтурного массива. Незаряжаемые скважины располагают напротив заряжаемых скважин (Патент РФ 2023876, кл. Е 21 С 37/00, 2000). Недостатком данного способа контурного взрывания является сложность исполнения и низкая эффективность, не обеспечивающая надежного предохранения законтурного массива от разрушения, снижающая качество выполняемых работ. Заполнение контурных скважин ВВ на полное сечение создает мощный ударный импульс на фронте ударной волны, направленной вглубь законтурного массива. Это способствует деформации и трещинообразованию пород,расположенных за контуром между скважинами,затампонированными закрепляющим составом. Формирование заряда в виде полуцилиндра,вытянутого по длине скважины, является избыточным для его верхней части и способствует разрушению законтурного массива,и недостаточным в его нижней части, что ведет к некачественной проработке подошвы уступа и оставлению на нем порогов, препятствующих дальнейшей работе. Наличие незаряжаемого ряда скважин и применение закрепляющего состава усложняет способ и повышает трудоемкость работ. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ завершающего контурного взрывания, при котором доработку разрушаемого объема до проектного контура производят бурением ряда скважин по линии контура,их заряжанием гирляндами рассредоточенных зарядов в виде патронов ВВ,прикрепленных на определенном расстоянии друг от друга к детонирующему шнуру и инициируемых в направлении сверху вниз. Величину зоны разрушения ограничивают за счет уменьшения плотности заряжания, а также подбором ВВ с минимальным бризантным действием. Для этого на практике создают радиальный зазор между патроном ВВ и стенками скважины, так как известно, что давление газов взрыва обратно пропорционально плотности заряжания. Также используют одновременный взрыв двух рядом расположенных зарядов, так как известно, что поле напряжений на линии, соединяющей скважинные заряды, оказывается выше, чем во всех других направлениях. Это позволяет на линии,соединяющей заряды,образовать трещину(генеральную), по которой происходит прорыв газов в атмосферу с резким снижением давления в зарядных полостях. Это позволяет ограничить разрушительное действие зарядов на законтурный массив (Кутузов Б.Н., Методы ведения взрывных работ, часть 2, Взрывные работы в горном деле и промышленности - М. Горная книга, Мир горной книги, с.154-156, 2008). Недостатком данного способа является низкая эффективность,ухудшающая качество выполняемых работ и повышающая их трудоемкость. Это объясняется тем, что в приконтурной зоне необходимо оставлять на доработку достаточно широкий целик, в котором поперечные трещины от взрывов рыхления не проникли в законтурное пространство. Однако широкий целик трудно оторвать от массива при малой плотности ВВ в скважине. Количество патронов в гирлянде приходится увеличивать, что ведет к разрушению поверхности откоса,образованию на ней травмоопасных отслоений, что снижает качество выполняемых работ. Кроме повышения плотности ВВ приходится уменьшать расстояние между скважинами и увеличивать их количество. Это повышает объемы бурения и трудоемкость выполняемых работ. Проблемы также связаны с качеством заоткоски нижней части уступа и достижением проектной отметки уровня подошвы. Это объясняется тем, что породы, расположенные в зоне сопряжения плоскости заоткоски уступа с его подошвой находятся в условиях сильного зажима. Сопротивление пород взрывному разрушению здесь достигает максимума. Энергии рассредоточенных зарядов гирлянды не хватает для того, чтобы проработать этот участок взрывом, оголить нижнюю часть уступа и выйти на проектную отметку уровня подошвы уступа. При взрыве откол целика от массива происходит выше заданного уровня подошвы, то есть там, где сопротивление пород меньше прилагаемых к ним усилий. В результате образуется непроработанный взрывом порог,затрудняющий работу погрузочно - транспортного оборудования, завышающий уровень рабочей площадки ниже отрабатываемого уступа. Неразрушенный взрывом объем породы приходится повторно отрабатывать вместе с нижним уступом,увеличивая при этом объемы бурения, количество расходуемых ВВ и связанные с этим трудозатраты. Это снижает эффективность данного способа контурного взрывания и конструкции заряда,ухудшает качество выполняемых работ и повышает их трудоемкость. Из теории известно, что процесс откола дорабатываемого целика должен производиться при соблюдении энергетического закона ограниченного превышения разрушающего воздействия над сопротивлением породы взрывному разрушению. Однако данный способ взрывания и конструкция заряда не поддаются коррекции для приведения их в соответствие с этим законом. Любое укрупнение зарядов в нижней части гирлянды не может способствовать столь значительному увеличению разрушающего воздействия, чтобы оно превышало сопротивление пород, находящихся в жестких условиях зажима. По определению плотность ВВ должна быть уменьшена и создан радиальный зазор между патроном ВВ и стенками скважины. Это исключает другой вид воздействия, кроме фугасного. А оно неспособно за счет использования одного лишь давления газов разрушить породы в месте их наивысшего сопротивления разрушающему воздействию. При этом такое щадящее разрушение необходимо произвести сразу в двух плоскостях по откосу уступа и по его подошве. Поэтому любая коррекция способа и конструкции заряда не позволяет кардинально улучшить качество взрывания и снизить его трудоемкость. Задачей изобретения является повышение эффективности контурного взрывания за счет достижения высокого качества заоткоски массива по всей высоте уступа и снижения трудоемкости выполняемых работ. Технический результат повышение эффективности выполняемых работ за счет уменьшения объемов бурения и повышения качества заоткоски по всей высоте уступа. Указанный результат достигается тем, что в способе контурного взрывания, при котором доработку разрушаемого объема до проектного контура производят бурением ряда скважин по линии контура, с заряжанием скважин гирляндами рассредоточенных зарядов в виде патронов взрывчатых веществ,прикрепленных к детонирующему шнуру на расстоянии друг от друга,определяемом в зависимости от крепости пород, с зазором между патронами и стенками скважины, с последующим инициированием и взрыванием скважинных зарядов, согласно изобретению, в донной части скважин формируют сосредоточенный заряд из взрывчатых веществ, используемых для рыхления, которые укладывают на полное сечение скважин на высоту до 2,5 м, а остальную часть скважин заряжают гирляндой зарядов, расстояние между которыми определяют из выражения 0,16 , где- расстояние между зарядами, м- крепость пород по шкале Протодьяконова,инициирование зарядов в скважине осуществляют в направлении снизу вверх, а взрывание скважинных зарядов в ряду производят с интервалом (25-42) мс. На доработку контурным взрыванием оставляют целик шириной (3-4) м, взрывание на рыхление породы вблизи контура ведут при сгущении сетки бурения на (20-30)по сравнению с сеткой бурения скважин, используемой при рыхлении, и уменьшении плотности заряжания за один, два ряда до контура на (30-40)по сравнению с плотностью заряжания скважин, используемой при рыхлении. Расстояние между контурными скважинами в ряду определяют по формуле к 14/, где к - расстояние между контурными скважинами,м Контурные скважины бурят в ряд по линии контура диаметром (90-165) мм с наклоном, равным углу откоса уступа, с перебуром, величину которого определяют из выражения(/4 - 2), где- величина перебура, м. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен план расположения скважин в ряду по линии контура со схемой коммутации взрывной сети на фиг.2 - поперечный разрез целика,оставляемого на доработку. В целике 1 выполнены наклонные скважины 2, с перебуром ниже подошвы уступа 3. Гирляндные заряды содержат патроны 4, прикрепленные к 3 детонирующему шнуру 5, детонаторы 6, волноводы 7, сосредоточенный заряд 8. Взрывная сеть включает межскважинные волноводы 9,межскважинные замедления 10,пусковое устройство 11. Способ контурного взрывания выполняют следующим образом. За один-два ряда до контура сетку бурения скважин на рыхление сгущают на (20-30)по сравнению с сеткой бурения скважин, используемой при рыхлении. Соответственно на (30-40)уменьшают плотность зарядов рыхления, например,применяя патроны меньшего, чем обычно, диаметра при патронированном заряжании скважин или вводя в состав ВВ разуплотняющую добавку при заряжании скважин насыпью на полное сечение. В оставляемом на доработку целике 1 шириной(3-4) м по линии контура бурят ряд наклонных скважин 2 диаметром до 165 мм. Расстояние между контурными скважинами в ряду определяют по формуле к 14/ , где- крепость пород по шкале Протодьяконова. Для крепости пород, равной 8-10 по шкале Протодьяконова, расстояние между скважинами получается равным (1,4-1,75) м. Для крепости пород 16-18 расстояние уменьшается до (0,8-0,9) м. Наклон скважин 2 задают соответственно равным углу наклона уступа. Скважины 2 бурят с перебуром ниже подошвы уступа 3 глубиной,определяемой в зависимости от свойств горных пород по формуле(/4 - 2) м. При крепости пород , равной 8-10, перебур составляет (0-0,5) м, а для крепости, равной 16-18, перебур соответственно(2,0-2,5) м. Приступают к изготовлению гирляндных зарядов. Прикрепляют патроны 4 к детонирующему шнуру 5 на расстоянии друг от друга,соответствующем плотности заряжания ВВ,рекомендуемой для данных пород. В нижний патрон вводят детонатор 6 неэлектрической системы инициирования, соединенный с внутрискважинным волноводом 7. Комплект опускают в скважину 2,оставляя концы детонирующего шнура 5 и волновода 7 на поверхности. В нижней части скважин 2 формируют сосредоточенный заряд 8 на полное сечение скважины высотой до 2,5 м из штатных гранулированных или эмульсионных ВВ,используемых для рыхления. Коммутируют взрывную сеть. Концы выведенных из скважин 2 волноводов 7 соединяют с межскважинными волноводами 9, соединенными между собой через межскважинные замедления 10. Конец последнего волновода 9 вводят в пусковое устройство 11. Взрывание происходит следующим образом. При включении пускового устройства 11 искровой разряд воспламеняет состав внутри волновода 9. Воспламеняющий импульс через интервалы времени (25-42) мс, отмеряемые межскважинными замедлениями 10, передается по волноводам 7 к детонаторам 6. Поочередно друг за другом начинают детонировать сосредоточенные заряды 8,а за ними гирляндные заряды в скважинах 2. 4 Благодаря большой массе зарядов 8 диаметром (90165) мм и длине до 2,5 м при их взрывах образуются ударные волны, распространяющиеся во все стороны от зарядов, и продукты детонации в виде газов высокого давления. На расстоянии до двух диаметров скважин 2 происходит измельчение породы в зоне ее контакта с зарядом 8. Измельчению подвергается часть породы,находящейся в условиях зажима между подошвой уступа и монолитным массивом, обладающая высоким сопротивлением взрывному разрушению. На удалении от заряда энергия ударной волны резко снижается и превращается в упругую волну напряжений,вызывающую сжатие породы. Окружающая среда реагирует на это по-разному. Законтурный массив, обладающий монолитной структурой и отсутствием плоскостей обнажений,не отражает ударных волн, которые рассеиваются и затухают. Порода, сжатая во время прохождения ударной волны, возвращается в исходное состояние без нарушения сплошности. В плоскости скважин процесс протекает иначе. Ударные волны от соседних зарядов встречаются друг с другом с интервалом (25-42) мс, накладываются друг на друга в разных фазах, интерферируют и вводят породу в колебательное состояние сжатия - растяжения. Динамические напряжения приводят к смещению частиц, которое ведет к образованию зародышевых трещин в местах микроскопических неоднородностей, их развитию навстречу друг другу, проникновению в них продуктов детонации и последующему смыканию. При этом образуется генеральная трещина, лежащая в плоскости контура,расположенная на уровне подошвы, готовая распространиться в верхнюю часть целика. Следом за детонацией сосредоточенных зарядов 8 в скважинах 2 начинают детонировать рассредоточенные заряды гирлянды в направлении снизу вверх, способствуя развитию генеральной трещины. При этом заряды гирлянд детонируют с интервалом(25-42) мс,увеличивая продолжительность фугасного воздействия,направленного навстречу друг другу. Это позволяет поддерживать колебания породы в плоскости контура, генерированные зарядами 8, тем самым ослабить прочностные связи в плоскости развития генеральной трещины. Одновременно с этим в сторону поверхности обнажения, которой является подошва уступа,генерируется высокоамплитудная волна,содержащая большую часть энергии заряда диаметром (90-165) мм и высотой до 2,5 м. Ударная волна на порядок превышает предел прочности породы на сжатие целика, ширина которого составляет (3-4) м. Ее передний фронт одновременно является и фронтом поверхности разрушения породы. Проникновение в трещины продуктов детонации многократно усиливает динамическую составляющую действия взрыва в сторону поверхности обнажения. Происходит интенсивное разрушение породы, лежащей в основании целика, и выброс ее в сторону поверхности обнажения. Целик, оставшись без опоры, зависает в виде консоли, удерживаемый массивом. После срабатывания с интервалом (2542) мс гирлянд рассредоточенных зарядов в скважинах 2, действующих навстречу друг другу,прочностные связи,удерживающие целик,ослабляются и он сползает вниз под действием гравитации. При этом происходит выглаживание поверхности откоса уступа, освобождение ее от отслоившихся, но защемленных кусков породы. Этим устраняется возможность падения кусков породы при отработке нижележащего уступа,повреждения погрузочно - транспортной техники и нанесения травм персоналу. После сползания целик разрушается естественным образом от удара о почву. После уборки горной массы остается гладкая поверхность откоса на всю высоту уступа со следами в виде остатков стенок скважин. Таким образом, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу повысить эффективность контурного взрывания за счет достижения высокого качества заоткоски массива по всей высоте уступа и снижения трудоемкости выполняемых работ за счет снижения объемов бурения. Количество скважин в ряду уменьшается на (2040)по сравнению с применяемом в прототипе способом контурного взрывания, а его качество(гладкий откос) улучшается за счет усовершенствования заряда, изменения направления инициирования, задания определенного интервала замедления, оставления на доработку целика не более (3-4) м. Кроме того, впервые в практике использована нижняя подсечка дорабатываемого уступа и сползание целика по откосу. Этим достигается особенно высокое качество выглаживания откоса с оставлением гладкой поверхности без защемленных на ней кусков породы. В производственных условиях проведены опытные взрывы на рудниках Абыз и Конырат при доработке массива в приконтурной зоне карьера. Наименование показателя Крепость пород,Высота уступа, м Угол откоса борта карьера, град. Глубина скважин, м Диаметр скважин, мм Длина перебура, м Расстояние между скважинами в ряду, м Количество скважин, шт Высота сосредоточенного заряда, м Плотность зарядов гирлянды, , кг/м Качество контурного взрывания На руднике Абыз скважины рыхления бурили диаметром 215 мм по сетке 66 м 2, а последние два ряда до контура перешли на диаметр 165 мм с сеткой бурения 44 м 2. На руднике Конырат скважины рыхления бурили диаметром 233 мм по сетке бурения 67 м 2, а последние два ряда до контура добуривали диаметром 165 мм по сетке 45 м 2. Благодаря увеличению скорости бурения скважин диаметром 165 мм по сравнению со скважинами диаметром 215 и 233 мм затраты на бурение массива до границы оставляемого целика остались прежними. Расчетные расстояния для ранее применяемых гирляндных зарядов составляли- на руднике Абыз - 0,8 м- на руднике Конырат - 1,0 м. Для испытания нового способа контурного взрывания расстояния между скважинами были увеличены соответственно до 1,1 и 1,3 м. Это позволило снизить трудозатраты на бурение контурных скважин. Заряжание и взрывание контурных скважин осуществляли по вышеописанной схеме. Данные представлены в таблице. В обоих случаях взрыв произошел по предлагаемой схеме. Основание оставленных на доработку целиков было подсечено взрывами сосредоточенных зарядов, располагающихся в перебурах скважин до уровня подошвы уступа. После выброса породы и срабатывания рассредоточенных фугасных зарядов гирлянд целики сползли вниз по наклонным поверхностям откосов уступов и разрушились. После уборки горной массы откосы представляли собой гладкие поверхности высотой 15 и 30 м без надколов и неровностей, склонных к отслоению и падению. На массиве осталось до 50 сечения скважин без видимых следов разрушения стенок. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет решить поставленную задачу и повысить эффективность контурного взрывания за счет достижения высокого качества заоткоски массива по всей высоте уступа и снижения трудоемкости выполняемых работ. Значение показателя для карьера Абыз Конырат 12-14 10-12 15 30 70 70 17-18 33 165 165 1,2 0,8 1,1 1,3 40 36 1 1 2,1 1,8 хорошее хорошее ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ контурного взрывания, при котором доработку разрушаемого объема до проектного контура производят бурением ряда скважин по линии контура, с заряжанием скважин гирляндами рассредоточенных зарядов в виде патронов взрывчатых веществ,прикрепленных к детонирующему шнуру на расстоянии друг от друга,определяемом в зависимости от крепости пород, с зазором между патронами и стенками скважины, с последующим инициированием и взрыванием скважинных зарядов, отличающийся тем, что в донной части скважин формируют сосредоточенный заряд из взрывчатых веществ, используемых для рыхления, которые укладывают на полное сечение скважин на высоту до 2,5 м, а остальную часть скважин заряжают гирляндой зарядов, расстояние между которыми определяют из выражения 0,16 где,- расстояние между зарядами, м- крепость пород по шкале Протодьяконова,инициирование зарядов в скважине осуществляют в направлении снизу вверх, а взрывание скважинных зарядов в ряду производят с интервалом 25-42 мс. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на доработку контурным взрыванием оставляют целик шириной 3-4 м, взрывание на рыхление породы вблизи контура ведут при сгущении сетки бурения на 20-30 по сравнению с сеткой бурения скважин,используемой при рыхлении, и уменьшении плотности заряжания за один, два ряда до контура на 30-40 по сравнению с плотностью заряжания скважин, используемой при рыхлении. 3. Способ по п.п. 1 или 2, отличающийся тем,что расстояние между контурными скважинами в ряду определяют по формуле к 14/где, к - расстояние между контурными скважинами, м 4. Способ по любому из п.п. 1-3, отличающийся тем, что контурные скважины бурят в ряд по линии контура диаметром 90-165 мм с наклоном, равным углу откоса уступа, с перебуром, величину которого определяют из выражения(/4 - 2) где,- величина перебура, м.