Способ отбойки горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной отбойке преимущественно монолитных горных пород. Способ позволяет повысить эффективность дробления горных пород за счет энергонасыщения блока путем использования резонансного эффекта. Способ отбойки горных пород включает бурение в блоке основных вертикальных скважин, их заряжание взрывчатым веществом и порядное короткозамедленное взрывание. Далее производят оконтурирование блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, после чего производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных вертикальных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности забоя уступа с расчетной длительностью фазы сжатия взрывного импульса. При этом вынужденные колебания в блоке совпадают с его собственной частотой колебаний, создавая резонансный эффект. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной отбойке горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых, преимущественно в монолитных породах.

Известен способ отбойки горных пород взрывом, при котором в блоке бурят вертикальные ряды скважин, заряжают последние взрывчатым веществом (ВВ) и осуществляют последовательное короткозамедленное взрывание в скважинах [1] Недостатком этого способа является недостаточная эффективность отбойки горной массы из-за жесткой связи блока с массивом горных пород.

Известен также способ отбойки горных пород, при котором бурят в блоке вертикальные ряды скважин, производят их заряжание ВВ и последующее короткозамедленное взрывание [2] Недостатком этого способа отбойки горных пород является неэффективная отбойка горной массы, обусловленная с одной стороны повышенным расходом ВВ, а с другой неполным использованием энергии взрыва скважинных зарядов. Так как блок жестко связан с массивом горных пород, то энергия взрыва каждого скважинного заряда расходуется не только на дробление блока, но и на его отделение от массива. Распределение энергии взрыва на дробление горной породы в блоке и отделение ее от массива носит неуправляемый характер, поэтому имеет место неравномерное дробление горной массы, приводящее к образованию негабаритов.

Жесткая связь блока с массивом горных пород ведет также к тому, что волны напряжения, образующиеся к блоке при взрыве скважинных зарядов, распространяются вглубь массива, теряя часть своей энергии на насыщение массива горных пород, лежащего за пределами блока.

Цель изобретения повышение эффективности дробления за счет энергонасыщения блока путем использования резонансного эффекта при одновременной экономии ВВ.

Достигается это тем, что в способе отбойки горных пород, включающем бурение в блоке размещенных в рядах параллельно бровке уступа основных скважин, их заряжание ВВ и порядное короткозамедленное взрывание, производят оконтуривание блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, а затем производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности откоса уступа, с определенной длительностью фазы сжатия взрывного импульса, при этом вынужденные колебания, возбуждаемые в блоке взрывными импульсами, совпадают с его собственной частотой колебаний, создавая резонансный эффект.

Кроме того, ряды основных скважин начинают взрывать с интервалом замедления, определенным временем распространения взрывной волны от последнего n ряда до свободной поверхности откоса уступа, отражением от нее и в момент прихода отраженной волны к предпоследнему (n-1)-му ряду производят его взрывание, причем последующие ряды взрывают аналогично.

На фиг. 1 изображен план уступа со схемой размещения скважин; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1 (стрелками обозначено направление движения продольной волны Р).

Способ отбойки горных пород осуществляют следующим образом.

По контуру подлежащего отбойке блока (фиг.1) бурят в четырех плоскостях вертикальные 1 и горизонтальные 2 дополнительные скважины, необходимые для образования экранирующих щелей, после чего в блоке бурят ряды (фиг.2, n.n-6) основных вертикальных 3 скважин, параллельных бровке уступа. Глубина вертикальных 1,3 скважин не превышает высоты уступа (фиг.2).

Вначале осуществляют взрывание вспомогательных зарядов ВВ в оконтуривающих блок вертикальных и горизонтальных скважинах, при этом образуется разрушенная и раздробленная горная масса, которая отделяет блок от горного массива с четырех сторон и выполняет роль экранирующих щелей. Масса заряда ВВ в оконтуривающих скважинах рассчитывается как для зарядов при контурном взрывании. Затем в отсеченном блоке взрывают в рядах основных скважин заряды ВВ с длительностью фазы сжатия t_cж взрывного импульса, обеспечивающей эффективность отбойки и соответствующей зависимости t_сж= , мс где f_o собственная частота колебания блока; К средняя жесткость горной массы (порода или руда) блока; М масса блока.

Эту зависимость можно представить в виде: t_сж= где t_сж длительность фазы сжатия взрывного импульса, мс; 10 переводной коэффициент; g ускорение силы тяжести, м/с²; Е модуль Юнга, Па; S площадь поперечного сечения блока, м²; ρ плотность горной массы, кг/м³;
V объем блока, м³;
L длина блока, м.

При взрывании зарядов в рядах с указанной выше длительностью импульса обеспечивается динамическое периодическое воздействие на отсеченный экранирующими щелями от горного массива блок. После короткозамедленного взрывания основных скважинных зарядов ВВ в последнем ряде (n) уступа волна напряжения достигает свободной поверхности откоса уступа, отражается от нее и достигает скважинных зарядов в предпоследнем (n-1) ряде через интервал времени, определяемый из выражения
t₃= мс (2) где t_з время замедления, мс;
В_i расстояние от n ряда до свободной поверхности уступа забоя и обратно до (n-1) ряда, м;
V_ср средняя скорость распространения упругих волн в горном массиве, м/с.

В этот момент взрывают скважинные заряды ВВ (n-1) ряда с длительностью взрывного импульса, определяемого по формуле (1), при этом взрывная волна напряжений достигает свободной поверхности откоса уступа и, отражаясь от нее, достигает скважинных зарядов (n-2) ряда через интервал времени t₃, определеяемый по формуле (2). Порядок взрывания следующих рядов повторяется аналогично.

Таким образом, на блок воздействуют периодическими импульсными нагрузками, которые создают эффект раскачивания блока за счет взрывания рядов скважин с расчетной длительностью взрывного импульса и в определенной последовательности. В предлагаемом способе отбойки горных пород реализуется резонансный эффект, при котором собственные колебания блока, отделенного от горного массива экранирующими щелями, совпадают с вынужденными колебаниями, образующимися при взрыве зарядов ВВ, путем подбора длительности взрывного импульса.

Резонансный эффект достигается также за счет отделения блока от массива предварительным одновременным взрыванием вспомогательных зарядов в оконтуривающих вертикальных и горизонтальных скважинах.

Создание резонансного эффекта способствует более равномерному интенсивному дроблению пород за счет взаимодействия прямых и отраженных взрывных волн, усиливающих энергетический потенциал взрыва.

П р и м е р. Блок имеет следующие габариты: длина 50 м, ширина 50 м, высота 15 м. Модуль Юнга 6,2 ˙ 10¹⁰ Па, плотность породы 2,6 т/м³. Средняя скорость пpодольных волн в горном массиве 3600 м/с. Длительность фазы сжатия взрывного импульса, определенная по формуле (1), составляет 8,0 мс. Интервал времени замедления между взрыванием последнего n ряда и (n-1) ряда, определенный по формуле (2), составляет 21,1 мс.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОТБОЙКИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение в блоке размещенных в рядах параллельных бровке уступа основных вертикальных скважин, их заряжание взрывчатым веществом и порядное короткозамедленное взрывание, отличающийся тем, что производят окунтуривание блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, после чего производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных вертикальных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности откоса уступа, с расчетной длительностью фазы сжатия взрывного импульса для создания резонансного эффекта за счет совпадения вынужденных колебаний блока с его собственной частотой колебаний.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ряды основных скважин начинают взрывать с интервалом замедления, определяемым временем распространения волны от последнего n-го ряда до свободной поверхности откоса уступа, отражением от нее и в момент прихода отраженных волн к предпоследнему (n-1)-му ряду производят его взрывание, а последующие ряды взрывают аналогично.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2