Способ разрушения горных пород взрывом и устройство для его осуществления

 

Способ разрушения горных пород взрывом и буровзрывной агрегат для его осуществления относится к горному делу. Способ разрушения горных пород взрывом включает проходку контурных и горизонтальных скважин или шпуров, зарядку и взрывание их с отбойкой горизонтальными слоями. Новым в способе является обжимание уступа и взрывание слоев последовательно сверху вниз с увеличением мощности каждого следующего слоя пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев. Буровзрывной агрегат включает самоходную транспортную тележку 1, подвижную с помощью силовых цилиндров раму 2 из двух шарнирно соединенных горизонтальной и вертикальной секций, снабжен опорной платформой 6, соединенной посредством противооткатных устройств 12 с самоходной транспортной тележкой 1, на которой установлены манипулятор для бурения 13, манипулятор для зарядки 14 и забойки горизонтальных скважин и взрывная станция 16, рама перемещается в горизонтальной плоскости, а буровая головка перемещается по горизонтальной секции 4 рамы 2. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отбойке на карьерах ценных руд и ведении взрывных работ в стесненных условиях.

Известны способы отбойки горных пород скважинными зарядами с подпорной стенкой из неубранной горной массы для повышения качества дробления и снижения величины развала взорванной горной массы [1] Недостатком их является неубранная горная масса от предыдущего взрыва, затрудняющая селективную выемку ценных руд.

Известен также способ разрушения горных пород взрывом, включающий бурение шпуров или скважин, заряжание их взрывчатым веществом, забойку и взрывание с отбойкой параллельно плоскости откоса уступа с пригружением забойки перед взрывом с усилием, превышающим силу воздействия взрыва, в котором взрывают заряды рыхления в искусственно созданном двустороннем нежестком зажиме, создаваемом обжимающим устройством [2] Недостатком этого способа является незначительная мощность взрываемого слоя, т.к. нужна большая масса обжимающего устройства.

Известно также устройство для обжима пород во время взрыва, включающее раму, выполненную в виде балочной решетки с окнами, бронеплиту, смонтированную внутри рамы из отдельных подвижных элементов, соединенных с балками рамы и перекрывающих окна балочной решетки, ходовую тележку с опорной платформой и приводом перемещения, в котором рама выполнена из двух шарнирно соединенных секций, установлена с возможностью смещения в горизонтальной и наклона в вертикальной плоскостях и связана посредством гидроцилиндров с опорной платформой ходовой тележки, при этом горизонтальная секция рамы установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости вокруг шарнира, опорная платформа соединена с ходовой тележкой посредством противооткатных устройств и установлена с возможностью демпфирующего смещения, а подвижные элементы бронеплиты выполнены в виде гибких емкостей, заполненных жидкостью и снабженных клапанами для выпуска жидкости под давлением [3] Недостатком этого устройства, является ограниченность его функций только обжим взрываемого массива.

Цель изобретения повышение эффективности дробления пород и снижение массы обжимающего устройства за счет создания многократных взрывных нагрузок при взрывании горизонтальных слоев сверху вниз.

Достигается это тем, что в способе разрушения горных пород взрывом, включающем бурение шпуров или скважин, зарядку их взрывчатыми веществами, забойку и взрывание зарядами рыхления в искусственно созданном нежестком двустороннем зажиме, создаваемом обжимающим устройством, согласно изобретению, породы взрывают слоями, параллельными подошве уступа, последовательно сверху вниз, при этом мощность каждого следующего слоя увеличивают пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев, а перед взрыванием обжатый объем пород оконтуривают методом щелеобразования под заданным углом наклона контурных скважин. Поставленная цель достигается также тем, что буровзрывной агрегат, включающий ходовую тележку с приводом перемещения, соединенную с ней посредством противооткатных устройств опорную платформу, на которой гидроцилиндрами закреплена рама, выполненная из двух шарнирно соединенных секций с возможностью перемещения в горизонтальной и наклона в вертикальной плоскостях, рама выполнена в виде балочной решетки с окнами, перекрытыми подвижными элементами бронеплиты в виде гибких емкостей, заполняемых жидкостью с клапанами для выпуска ее под давлением, согласно изобретению, дополнительно снабжен буровой кареткой для бурения наклонных контурных скважин, размещенной на горизонтальной секции рамы с возможностью перемещения по ней, манипуляторами для бурения, зарядки и забойки горизонтальных взрывных скважин, установленными на опорной платформе, а также взрывной станцией, установленной в кузове опорной платформы.

Именно заявляемое выполнение устройства в виде буровзрывного агрегата позволяет обурить, зарядить и взорвать под обжимом определенный объем горных пород в заданной последовательности слоями сверху вниз и достичь тем самым цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

Сопоставительный анализ заявляемых технических решений с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что отбойка ведется слоями, параллельными подошве, а не откосу уступа, а заявляемое устройство отличается от известного тем, что дополнительно снабжено буровым, зарядным манипуляторами и взрывной станцией. Таким образом, заявляемые изобретения соответствуют критерию изобретения "новизна". При изучении других решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, выявлены не были и поэтому они обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемый способ разрушения горных пород взрывом осуществляется с помощью буровзрывного агрегата, схематично представленного на рисунках.

На фиг. 1 показан общий вид агрегата; фиг. 2 узел крепления гибкой емкости к раме.

Буровзрывной агрегат включает горизонтальную раму 1 и вертикальную раму 2, соединенные шарнирами 3. Вертикальная рама 2 закреплена на опорной платформе 4 массивной ходовой тележки 5 с помощью гидроцилиндров 6 и 7, горизонтальная рама 1 через упор 8 гидроцилиндром 9 может поворачиваться вокруг шарниров 3. Опорная платформа 4 соединена с ходовой тележкой 5 посредством противооткатных устройств 10. Горизонтальная рама 1 и вертикальная рама 2 выполнены решетчатой конструкции с прямоугольными или квадратными окнами, в которых размещены подвижные элементы бронеплиты, выполненные в виде гибких емкостей 11, например из резинотросовой ленты, заполняемых жидкостью через отверстия с заглушками 12. Гибкие емкости 11 со стороны отбиваемого слоя горных пород снабжены защитными сетками 13, выполненными, например, из мелкозвенных цепей, и клапанами 14 для выпуска жидкости под давлением. Горизонтальная рама 1 выполняется такой ширины, чтобы накрыть всю поверхность уступа, отбиваемого действием взрыва зарядов ВВ в шпурах или скважинах 15. По ее наружному краю положены направляющие 16 для перемещения буровой каретки 17 для бурения наклонных контурных скважин 18. На опорной платформе 4 установлены буровой манипулятор 19 (один или несколько) для бурения скважин 15 и манипулятор 20 для зарядки и забойки этих скважин. В кузове опорной платформы 4 размещена взрывная станция 21.

Способ осуществляют следующим образом. Известными методами определяют мощность верхнего слоя отбиваемых пород, исходя из полной массы горизонтальной рамы 1 и ее динамической способности предотвратить разлет взорванной горной массы. Затем по энергии ВВ рассчитывают параметры горизонтальных скважинных (или шпуровых) зарядов этого слоя диаметр и глубину скважин, расстояние между ними и глубину заложения от поверхности уступа. Аналогичный расчет проводят для каждого последующего слоя пород, с той разницей, что каждый раз к массе горизонтальной рамы 1 добавляют массу всех вышележащих слоев. Рассчитывают и параметры щелеобразования.

Затем к намеченному для взрыва участку уступа подгоняют буровзрывной агрегат, гидроцилиндром 9 через упор 8 поднимают горизонтальную раму 1 выше поверхности уступа и подгоняют ходовую тележку 5 к уступу. Гидроцилиндрами 6 и 7 смещают вертикальную раму 2 вплотную к поверхности откоса уступа, а гидроцилиндром 9 опускают горизонтальную раму 1 на поверхность уступа и включают в работу буровую каретку 17, которая, последовательно перемещаясь по направляющей 16, бурит по заданной сетке, глубине и наклону контурные скважины 18. Манипуляторами 19 обуривают горизонтальные скважины 15. По окончании обуривания манипулятором 20 выполняют зарядку и забойку скважин 15. Через отверстия с заглушками 12 гибкие емкости 11 заполняют жидкостью, например, водой летом и рассолами или полимерами зимой через систему трубопроводов, проложенных по рамам (не показано). Гибкие емкости 11 прижимаются защитными сетками 13 к отбиваемому массиву и копируют его, снижая динамическое воздействие при взрыве на гибкие емкости 11 и рамы 1 и 2. После этого гидроцилиндрами 6, 7 и 9 плотно прижимают к массиву рамы 1 и 2 и выполняют тем самым обжатие массива перед взрывом.

Инициирующую магистраль соединяют со взрывной станцией 21, расположенной в кузове опорной платформе 4 и буровзрывной агрегат готов к взрыву. По команде удаляют людей в укрытие и дистанционно запускают взрывную станцию 21, которая по программе посылает инициирующие импульсы в каждый заряд скважин 18, а затем и 15 в заданной последовательности. Это можно осуществить, например, устройством, описанным в изобретении по авт.св. N 1619834.

При взрыве зарядов ВВ в контурных скважинах 18 происходит образование щели, отделяющей взрываемый объем от остального массива. Это предохраняет массив от разрушения взрывом и обеспечивает относительно ровную поверхность откоса уступа, что облегчает последующее обуривание и обжатие следующего участка массива.

При взрыве зарядов ВВ в скважинах 15 первого слоя (с миллисекундным замедлением между скважинами, снижающим воздействие взрыва на горизонтальную раму 1) начинается подвижка отбиваемого слоя горных пород вверх и частично в сторону откоса уступа. Основная доля энергии взрыва поглощается при этом на дробление породы и деформирование гибких емкостей с жидкостью. Если поглощения энергии взрыва деформирующимися гибкими емкостями 11 недостаточно и их деформация достигла предела, в емкостях возрастает давление. При превышении им предела для клапанов 14, они отрываются и начинается истечение жидкости через них. Это позволяет гибким емкостям продолжить деформацию и поглощение энергии взрыва. Если же и этого недостаточно, через гидроцилиндры 6, 7, 9 усилие передается на опорную платформу 4 и энергия взрыва окончательно гасится противооткатными устройствами 10, действующими, например, по принципу противооткатных артиллерийских систем, по мере смещения опорной платформы 4 сопротивление ее смещению возрастает за счет перетока жидкости через малые отверстия и сжатия газа. При этом в поглощении энергии взрыва участвуют и вовлекаемые массы рам 1, 2 и опорной платформы 4 с размещенным на них оборудованием. Деформация гибких емкостей 11 и откат опорной платформы 4 с рамами обеспечивают возможность увеличения объема отбиваемого слоя пород, т.е. зажим демпфируемый. При отбойке следующего слоя картина повторяется, но при этом часть энергии взрыва затрачивается уже и на сжатие разрушенного слоя пород, их доизмельчение. Это позволяет осуществить, наряду с предотвращением развала горной массы по уступу, использование энергии взрыва на дополнительное дробление пород за счет общего увеличения времени действия продуктов детонации в зажиме и взаимодействия кусков горной массы при многократной взрывной нагрузке вышележащих взорванных слоев. Продукты детонации, прорывающиеся по трещинам и пыль, выносимая ими, частично или полностью нейтрализуются выбрасываемой через клапаны 14 жидкостью, которая может содержать для этого специальные добавки и реагенты (ПАВ и т.д.).

После взрыва и рассеивания ядовитых газов, гидроцилиндром 9 горизонтальную раму 1 поднимают и гидроцилиндрами 6 и 7 отводят раму 2 от взорванной массы. При этом накатник противооткатного устройства 10 возвращает опорную платформу 4 в исходное положение. Буровзрывной агрегат готов к переезду к следующему участку блока.

Таким образом, заявляемые способ разрушения горных пород взрывом и буровзрывной агрегат для его осуществления обеспечивают поэтапную отбойку горных пород в эксплуатационных блоках любой протяженности. При этом нет надобности отгонять технику, отключать ЛЭП, демонтировать пути и т.п. что существенно удешевляет взрывные работы, особенно при малых площадках в глубоких карьерах.

Сохранение первоначальной структуры массива после взрыва обеспечивает селективную выемку ценных руд.

Формула изобретения

1. Способ разрушения горных пород взрывом, включающий проходку контурных и горизонтальных скважин или шпуров, зарядку их взрывчатыми веществами и взрывание с отбойкой горизонтальными слоями, отличающийся тем, что перед взрыванием обжимают уступ со стороны откоса и сверху, обжатый объем пород оконтуривают под заданным углом наклона методом щелеообразования, затем взрывают ряды горизонтальных скважин или шпуров последовательно сверху вниз, при этом мощность каждого следующего взрываемого слоя пород увеличивают пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев.

2. Буровзрывной агрегат для разрушения горных пород, включающий самоходную транспортную тележку, подвижную с помощью силовых цилиндров из двух шарнирно соединенных горизонтальной и вертикальной секций, отличающийся тем, что агрегат снабжен опорной платформой, соединенной посредством противооткатных устройств с самоходной транспортной тележкой, на которой установлены манипулятор для бурения, манипулятор для зарядки и забойки горизонтальных скважин и взрывная станция, при этом рама выполнена с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, а буровая головка для бурения контурных скважин установлена с возможностью перемещения по горизонтальной секции рамы, причем рама выполнена в виде балочной решетки с окнами, перекрытыми подвижными элементами бронеплиты в виде гибких емкостей, заполняемых жидкостью, с клапанами для выпуска жидкости под давлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2