Способ взрывной отбойки приконтурных зон

 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к взрывным работам на карьерах. Способ позволяет снизить нарушения массива, повысить качество дробления горной массы и ликвидировать обратные выбросы за счет снижения передачи энергии взрыва зарядов приконтурной зоны в законтурный массив путем применения между смежными зарядами в ряду, формирующем фронтальную свободную поверхность зарядам приконтурного ряда скважин, интервала замедления, рассчитанного с учетом завершения процесса образования свободной поверхности, а для каждого соседнего с ними заряда приконтурного ряда - интервала замедления, увеличенного на половину времени завершения процесса образования боковой свободной поверхности. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при формировании бортов карьеров и в гидростроительстве.

Известен способ взрывной отбойки приконтурных зон, включающий предварительное образование экранной щели в продольном контуре бортов уступов и отбойку приконтурной зоны одной тремя лентами шириной 10 30 м на подобранный забой, причем ширину ленты, примыкающей к экранной щели принимают равной 10 12 м, а взрывание производят короткозамедленно диагональными рядами при одно-, двукратном разбуривании (1).

Недостатком известного способа отбойки приконтурных зон является значительная трудоемкость производства горных работ как в связи с увеличением объема подготовительных операций при обработке приконтурных зон лентами в несколько проемов, повышением времени простоя карьера в период производства взрывных работ, так и снижением производительности выемочного оборудования на подборке забоев уступов. Кроме того, взрывание диагональными рядами на подобранный забой, особенно при одно-, двухрядном разбуривании скважин, приводит к снижению степени дробления скальных пород энергией взрыва, увеличению ширины развала взорванной горной массы и недостаточному для долговременной устойчивости уступов снижению передачи в массив разрушающих деформаций. Это обусловлено тем, что практически одновременный взрыв зарядов взрывчатого вещества (ВВ) в ступени замедления с коэффициентом сближения, близким к единице, приводит к ускоренному разрушению скальных пород по линии их наибольшего взаимодействия с последующим формированием плоского фронта волны напряжений, что сокращает размеры зон дробления каждого из взрываемых в ступени замедления зарядов и увеличивает долю энергии взрыва, расходуемой как на перемещении разрушенной горной породы, так и на деформацию в массив. При этом взрыв формирует одну вновь образованную боковую свободную поверхность для зарядов последующего ряда, в связи с чем они работают в условиях частичного зажима, особенно заряды приконтурного ряда скважин, что приводит к увеличению доли энергии взрыва, передаваемой в охраняемый массив, который нарушается и снижает свою устойчивость. Помимо этого, величины замедлений, оптимальные для дробления скальных пород при взрывании диагональными схемами, недостаточны для гарантированного формирования вновь образованных боковых свободных поверхностей, в связи с чем заряды последующих ступеней замедления взрывают в условиях повышенного зажима, увеличивая степень нарушенности законтурного массива.

Известен способ производства взрывных работ в приконтурной зоне, включающей предварительное формирование экранной щели в предельном контуре борта карьера путем мгновенного взрыва ряда сближенных зарядов ВВ, расположенных параллельно борту уступа, создание вруба со стороны забоя около экранной щели и последовательное короткозамедленное взрывание диагональных рядов зарядов ВВ в направлении от начального вруба во фланг взрываемого блока (2).

Недостатками известного способа производства взрывных работ в приконтурной зоне являются как недостаточное снижение передачи энергии взрыва в массив, так и некачественное дробление горной массы в связи с тем, что заряды приконтурного ряда скважин, главным образом влияющие на передачу деформаций в массив, взрывают в условиях зажима, когда угол раствора призмы выброса не превышает 60^o, а практически одновременный взрыв зарядов ВВ в ступени замедления приводит к ускоренному разрушению массива по линии зарядов с последующим ослаблением его напряженного состояния, что обуславливает некачественное дробление скальных пород. Кроме того, величина интервала замедления между рядами зарядов, взрываемых в ступени замедления, нормируемая лишь с учетом требований дробления, не обеспечивает гарантированного формирования боковых свободных поверхностей. Это повышает величину передаваемых в массив разрушающих деформаций, увеличивает ширину зоны нарушений в массиве, снижает устойчивость бортов карьеров.

Известен способ ведения взрывных работ, включающий бурение скважин в массиве продольными рядами параллельно фронту уступа, их заряжание ВВ, монтаж взрывной сети по диагонально-волновой схемы и взрывание с образованием фронтальной и боковой поверхности линии отбойки, при котором соседние заряды между рядами, формирующие боковую свободную поверхность, взрываемой через интервал времени завершения процесса трещинообразования вокруг заряда, а соседние заряды в двух приконтурных продольных рядах, формирующие фронтальную свободную поверхность, взрывают через удвоенный интервал времени завершения процесса трещинообразования вокруг заряда (3).

Недостатком известного способа ведения взрывных работ является передача в массив хотя и существенно сниженной, но все же достаточной для ощутимого снижения прочности и устойчивости породных уступов энергии взрыва. Это связано с тем, что интервал времени замедления между зарядами двух приконтурных продольных рядов скважин недостаточен для формирования фронтальной вновь образованной свободной поверхности зарядам приконтурного ряда скважин. В результате вектор перемещения породы от взрыва зарядов приконтурного ряда оказывается направленным в сторону боковой свободной поверхности под острым углом к не разрушенному массиву, а заряды работают в условиях частичного зажима со стороны разрушенной, но не смещенной во фронтальном направлении горной массы. Это приводит к увеличению доли энергии взрыва зарядов приконтурного ряда, передаваемой в охраняемый массив.

Целью настоящего изобретения является повышение устойчивости откосов уступа на продольном контуре карьеров при качественной подготовке горной массы за счет снижения передачи в законтурный массив разрушающих деформаций от взрыва зарядов приконтурной зоны.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе ведения взрывных работ, включающем бурение скважин в массиве продольными рядами параллельно фронту уступа, их заряжание взрывчатым веществом, монтаж взрывной сети по диагонально-волновой схеме и взрыванию с образованием фронтальной и боковой линий отбойки, смежные ряды в ряду, формирующем фронтальную свободную поверхность зарядам приконтурного ряда скважин, взрывают последовательно с интервалом времени завершения процесса образования свободной поверхности, определяемым из соотношения t_с.п.=(6 10)W, а интервал замедления соседних с ними зарядов приконтурного ряда скважин увеличивают на время 0,5t_с.п. Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе последовательного короткозамедленного взрывания зарядов по диагонально-волновой схеме в приконтурной зоне смежные заряды в ряду скважин, формирующие свободную поверхность зарядам приконтурного ряда, взрывают последовательно с интервалом времени завершения процесса образования свободной поверхности, а интервал замедления соседних с ними зарядов приконтурного ряда скважин увеличивают на половину времени образования свободной поверхности.

Заявленный порядок взрывания зарядов в приконтурной зоне позволяет сформировать для каждого заряда приконтурного ряда скважин боковую свободную поверхность, обеспечивающую наименьший зажим при ее отбойке с углом раствора призмы выброса 120 140^o, что обеспечивает существенное снижение величины передаваемых в массив разрушающих деформаций. Кроме того, поскважинное взрывание зарядов двух приконтурных рядов скважин, с интервалами замедления, превышающими время завершения процесса трещинообразования вокруг заряда, гарантирует качественное дробление скальных пород.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами. На фиг.1 даны диагонально-волновые схемы взрывания приконтурного целика при квадратном (а) и шахматном (б) расположении скважин по предлагаемому способу, где 0-0 - контурная экранная щель; 1, 2 14 ряды взрываемых зарядов; 15 наклонные скважины контурного ряда; 16 детонирующий шнур; 17 пиротехнические реле замедления; 18 наклонные (или вертикальные) скважины приконтурного ряда; 19 наклонные скважины первого ряда; 20 вертикальные отбойные скважины; 21 - фронтальный забой; 22 боковой (торцевой) забой; Н.Д. начало детонации. Римскими цифрами указаны ряды скважин.

На фиг.2 представлена последовательность формирования боковых свободных поверхностей при порядке взрывания зарядов по предлагаемому способу взрывной отбойки приконтурных зон, где а схема монтажа взрывной сети до начала взрывания; б формирование зоны трещинообразования до момента взрыва 2-го ряда зарядов; в формирование боковых свободных поверхностей и зон трещинообразования до момента взрыва зарядов 3-го ряда и т.д.

На фиг.3 даны графики зависимости горизонтальной составляющей остаточных деформаций массива от расстояния до приконтурного ряда скважин при четырех-пятирядном разбуривании блока по шахматной сетке размером 6,0x5,0 м с массой заряда в скважинах приконтурного ряда 540 560 кг. Взрывание проведено на карьерах Качканарского ГОКа в породах крепостью 12 16 IV-V категорий взрываемости. Интервал замедления между рядами зарядов 20 мс. Зависимости получены при схемах взрывания: 23 диагональной с коэффициентом сближения зарядов1,2 (аналог); 24 диагонально-волновой с крутым монтажом диагоналей при8,0 (прототип); 25 по заявленному способу отбойки приконтурных зон; 26 однорядное короткозамедленное взрывание в подпоре (по верху) 5 12 м (аналог); 27 то же, на подобранный забой (аналог).

Способ осуществляют следующим образом.

При подходе фронта горных работ к предельному контуру карьера в конкретных горно-геологических условиях экспериментально, например, методом поверхностных маркшейдерских реперных линий, закладываемых нормально последнему ряду скважин в тыл массива, определяют ширину зоны остаточных деформаций в массиве от действия технологических массивных зерен. Ее принимают за минимальную ширину приконтурного целика. Отбойку массива технологическими массовыми взрывами ведут до границы приконтурного целика, после чего по линии предельного контура формируют отрезную щель 0-0 (фиг.1) путем бурения сближенных наклонных в сторону выемки под углом, близким к углу продольной устойчивости горных пород массива, скважин 15, их заряжания контурными зарядами ВВ со средствами инициирования и одновременного взрывания с помощью детонирующего шнура (ДШ) 16. Возможен вариант взрывания контурных зарядов в один прием с взрыванием зарядов приконтурного целика, но с определением во времени на 75 100 мс.

Затем в приконтурном целике на всю его ширину производят бурение отбойных вертикальных 20, приконтурных наклонных (или вертикальных) 18 и, при необходимости, по 1 ряду наклонных 19 скважин, размещение в них зарядов ВВ, средств инициирования и забоечного материала. Монтируют наружную взрывную сеть ДШ 16, причем по рядам скважин, исключая приконтурный, например IV, применяют диагонально-волновую схему с крутым монтажом диагоналей, а по двум приконтурным рядам, например III и IV, диагонали выполаживают. При этом в ступень замедления соединяют заряды только четных, например II и IV, и только нечетных, например I и III, рядов скважин, что увеличивает расстояние между зарядами, взрываемыми практически одновременно в ступени замедления, и резко ослабляет эффект взаимодействия между ними. При этом исключают преждевременный "пробой" между зарядами, взрываемыми в ступени замедления, до завершения процесса формирования зон трещинообразования вокруг каждого из взрываемых зарядов, что обеспечивает качественное дробление скальных пород. Между рядами зарядов расставляют замедлители 17, величины которых определяют по времени образования свободных поверхностей, исходя из следующего.

По данным экспериментальных исследований с использованием скоростной киносъемки и результатам практического применения метода предварительного щелеобразования в скальных породах установлено, что определяющее влияние на время формирования дополнительных боковых свободных поверхностей оказывает крепость пород и величина линии наименьшего сопротивления (л.н.с.)W, связь между которыми при взрывании скважин диаметром 0,190 0,250 м имеет вид t_с.п.=(6 10) (1), где t_с.п. время формирования дополнительной боковой свободной поверхности, мс; W л.н.с. м;
(6 10) числовой коэффициент, меньшее значение которого соответствует более крепким породам.

В связи с тем, что заряды каждого продольного ряда скважин, в том числе и приконтурного, взрывают через удвоенный интервал времени (через две ступени замедления), номиналы замедлителей между рядами рассчитывают из выражения
t₃=t_с.п./2=(3 5), м.с. (2)
После расстановки замедлителей 17, например РП-8, производят подрыв взрывной сети.

Последовательность отбойки приконтурного целика по предполагаемому способу приведена на фиг.2. Одновременным взрывом зарядов контурных скважин 15 формируют контурную щель 0-0, затем взрывают, например, заряд I II ряда скважин на торцевой забой. За время t₃, определенное из выражения 2, вокруг заряда I формируется полная зона дробления (фиг.2б), но раздробленная горная масса не успевает сместиться в направлении л.н.с. на величину, необходимую для образования дополнительной свободной поверхности взрыву зарядов второй ступени замедления, например, зарядов I-2 и III-2, которые взрывают в частичном подпоре. Энергия взрыва зарядов 2-й ступени замедления додрабливает горную массу, раздробленную взрывом заряда 1-й ступени замедления, и за время t₃ смещает ее на величину, достаточную для формирования боковой свободной поверхности взрыву заряда 3-й ступени замедления (фиг.2-в). Цикличность отбойки повторяется (фиг.2 г) вплоть до взрыва зарядов 5-й ступени замедления, в который взрывают приконтурный заряд, IV ряда скважин, на сформированную взрывом зарядов 3-й ступени замедления фронтальную свободную поверхность (фиг. 2д). При этом угол раствора призмы выброса от взрыва заряда приконтурного ряда скважин на вновь образованные фронтальную и торцевую свободные поверхности составляет величину не менее 120^o, что создает условия наименьшего зажима работе взрыва заряда приконтурного ряда скважин, обуславливая снижение величины передаваемых в массив разрушающих деформаций. Взрыв следующего заряда приконтурного заряда приконтурного ряда скважин производят в 7-й ступени замедления (фиг.2 ж) через интервал времени от взрыва предыдущего заряда приконтурного ряда, t_с.п., в течение которого скальная порода, отбитая предыдущим зарядом приконтурного ряда в 5-й ступени замедления, сместится на расстояние, достаточное для образования дополнительной боковой свободной поверхности.

Таким образом, при порядке взрывания по предлагаемому способу взрывной отбойки приконтурных зон каждый заряд приконтурного ряда взрывают на две последовательно созданные боковые свободные поверхности фронтальную и торцевую, что создает условия наименьшего зажима взрыву зарядов приконтурного ряда скважин, обуслoвливая снижение передаваемых в массив разрушающих деформаций при качественной подготовке горной массы.

Пример. Производят постановку борта уступа Главного карьера Качканарского ГОКа в продольное положение методом предварительно щелеобразования. По данным геологической службы предприятия породы, слагающие борт, представлены диалоговыми пироксенитами, крепостью 12 14 по шкале проф. М.М.Протодьяконова. По данным замеров передачи деформаций в массив от технологических взрывов методом маркшейдерских реперных линий приконтурный целик определен шириной не менее 40 45м. При технологическом взрывании для получения требуемого качества дробления применяют шахматную сетку скважин диаметром 0,25 м размером 6,0x5,0 м. Количество продольных рядов скважин 4 5 масса заряда в отбойных скважинах 530 560 кг при их длине 18,5 м, высоте уступа 15м.

При подходе фронта горных работ на расстояние 40 45 м к предельному контуру, вдоль него по линии контура бурят наклонные в сторону выемки под углом 75 60^o скважины 15 диаметром 0,215 и на расстояние 2,0 2,5 м друг от друга, заряжали их контурными зарядами и взрывали. После формирования щели в приконтурном целике на всю его ширину производили бурение отбойных вертикальных скважин 20 II-IV ряда, наклонных (или вертикальных) 19 1 ряда и наклонных (или вертикальных) 18 приконтурного V ряда по сетке 6,0x5,0 м, размещали в них заряды ВВ, средства инициирования и забоечный материал.

Производили монтаж наружный взрывной сети ДШ 16 по заявляемому способу таким образом, что в ступень замедления объединяли заряды I, III, V и II, IV рядов скважин, причем заряды I-IV рядов скважин, монтировали при крутых углах наклона диагоналей, которые выполаживали при монтаже зарядов двух приконтурных рядов скважин IV и V таким образом, чтобы смежные заряды продольных рядов скважин взрывались через два интервала замедления, а соседние заряды двух приконтурных рядов скважин через три интервала замедления (см.рис.1б). Затем рассчитывали время замедления между рядами зарядов по выражению (2), принимая значение числового коэффициента в выражении (1) согласно крепости пород, равной 12 14, равным 8, и получили
t₃=(8·5)/2=20 мс
Между рядами зарядов расставляли пиротехнические замедлители с номиналом 20 мс и производили взрывание.

Результаты взрывания по заявляемому способу взрывной отбойки приконтурных зон сравнивались с полученными при отбойке диагональной схемой КЗВ (аналог), когда заряды всех рядов скважин соединяли в ряды диагональным монтажом, при однорядном короткозамедленном взрывании на подобранный забой (аналог) и на подпорную стенку шириной (по верху) 5 12 м (аналог), а также при отбойке диагонально-волновой схемой (прототип). Интервал замедления между рядами зарядов или зарядами во всех случаях принимался равным 20 мс.

В результате получено (см.фиг.3), что горизонтальная составляющая остаточных деформаций в массиве в зависимости от расстояния от приконтурного ряда скважин затухает по экспоненциальному закону (см.фиг.3), а ее средняя величина на расстояние 15 м составляет: при взрывании диагональными схемами (зависимость 23) с m=1,2 380 мм; при взрывании единичных скважин (зависимость 26) на подпор 762 мм; при взрывании единичных скважин (зависимость 27) на подобранный забой 130 мм; при взрывании диагонально-волновыми схемами (зависимость 24) с m=8,0 130; при взрывании по заявляемому способу (зависимость 25) 55 мм.

Данные замеров подтверждаются актом испытания способа взрывной отбойки приконтурных зон, прилагаемым к настоящей заявке. Таким образом, заявляемый способ в сравнении с прототипом позволяет более чем в два раза снизить величину остаточных деформаций, передаваемых в охраняемый массив от взрыва зарядов приконтурной зоны при получении требуемой степени дробления горной массы. Кроме того, взрывание заявляемым способом позволяет значительно сократить ширину развала и ликвидировать обратные выбросы горной массы.

Формула изобретения

Способ взрывной отбойки приконтурных зон, включающий предварительное образование экранной щели в предельном контуре борта карьера и последовательное короткозамедленное взрывание зарядов взрывчатого вещества приконтурной зоны по диагонально-волновой схеме, отличающийся тем, что смежные заряды в ряду, формирующем фронтальную свободную поверхность зарядам приконтурного ряда скважин, взрывают последовательно с интервалом времени завершения процесса образования свободной поверхности, определяемым из соотношения t_сп= (6^oC10)·W мс, а интервал замедления соседних с ними зарядов приконтурного ряда скважин увеличивают на время

где W линия наименьшего сопротивления, м;
(6^oC10) числовой коэффициент, меньшие значения которого принимают для более крепких скальных пород.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3