Способ разрушения целиков в условиях высокого горного давления

 

Изобретение относится к горнорудной промышленности, к способам отбойки с помощью буровзрывных работ и может быть использовано при разработке месторождений в условиях повышенного горного давления. Способ разрушения целиков включает бурение рядов скважин, их заряжание и взрывание. Рудному целику в процессе короткозамедленного взрывания придают форму в горизонтальном сечении однополостного гиперболоида вращения с предельно минимальной толщиной, величину которой определяют по формуле t_min = σ₂•B_бл/K_н•[σ_сж], м, где В_бл - ширина блока по простиранию, м; [σ_сж] - предел прочности пород на сжатие рудного целика, МПа; К_н - предельно допустимый коэффициент удельной нагрузки от предела прочности целика, дол.ед.; σ₂ - фактически действующие сжимающие напряжения в районе расположения разрушаемого рудного целика, МПа. При этом скважины со стороны обнаженного целика располагают по образующей гиперболоида вращения и взрывают заряды этих скважин короткозамедленным способом, например, через один, а по оси целика скважины располагают прямолинейно в один ряд с увеличением массы зарядов от центра к флангам целика и взрывают их в последнюю очередь. Изобретение позволяет повысить качество дробления руды, сократить расход ВВ на отбойку, снизить объемы буровых работ и потерь скважин в блоке, обеспечить безопасность рабочих на выпуске руды из блока. 2 ил.

Изобретение относится к горнорудной промышленности, в частности к способам отбойки с помощью буровзрывных работ, и может быть использовано при разработке месторождений в условиях повышенного горного давления.

Известен способ массового обрушения целиков зарядами ВВ параллельно-сближенных скважин, которые располагают рядами на расстоянии один от другого, равным или близком к величине ЛНС (W).

При этом количество скважин в пучке в каждом ряду принимают одинаковыми независимо от места их расположения и условий работы каждого заряда (см., например, а. с. 160134 от 18.04.61 г., В.Н. Мосинец и др. Разрушение горных пород. М., Недра, 1975 г.).

Такое расположение зарядов ВВ характеризуется низкой степенью взаимодействия между собой при взрыве за счет того, что условия работы зарядов ВВ в каждом ряду и между рядами не остаются постоянными, а изменяются по площади блока (целика) в зависимости от напряжений, условий зажима, возникающих в каждом поперечном сечении блока, причем согласно исследованиям (см., например, А.В. Вагаев. Оценка влияния глубины разработки на удельный расход ВВ при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. - Горный журнал "Известия ВУЗов", 1978, 6, с.22-23) с понижением горных работ возрастает удельный расход ВВ на отбойку.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ разрушения целиков, включающий бурение рядов скважин, заряжание их зарядами ВВ и взрывание с образованием зон растягивающих напряжений в изолированных друг от друга участков массива столбообразной формы с неограниченным количеством плоскостей обнажения, которые разрушаются в последнюю очередь мощными зарядами ВВ (см., например, а.с. 1453001, СССР, кл. Е 21 С 41/06, F 42 d 3/04).

Однако недостатком данного способа является то, что естественные сжимающие напряжения в разрушаемом целике в момент работы зарядов значительно снижаются и не оказывают существенного влияния на дробление горных пород, т.е. горное давление не способствует снижению энергоемкости отбойки.

Единый технический результат предлагаемого изобретения - снижение расхода ВВ на отбойку, объемов бурения и потерь скважин за счет использования сжимающих напряжений в разрушаемом рудном целике на дробление горных пород.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем бурение рядов скважин, их заряжание и взрывание, рудному целику в процессе КЗВ придают форму в горизонтальном сечений однополостного гиперболоида вращения с предельно минимальной толщиной, величину которой определяют по формуле где В_бл - ширина блока нормально к действию сжимающих напряжений, м; [σ_сж]- предел прочности пород на сжатие рудного целика, МПа; К_Н - предельно допустимый коэффициент удельной нагрузки от предела прочности целика, дол.ед.; σ₂- фактически действующие сжимающие напряжения в районе расположения разрушаемого рудного целика, МПа.

При этом скважины со стороны обнажении целика располагают по образующей гиперболоида вращения и взрывают заряды этих скважин короткозамедленным способом, например, через один в первую очередь, а по оси целика скважины располагают прямолинейно в один ряд с увеличением массы зарядов скважин от центра к флангам целика и взрывают их в последнюю очередь.

При этом массу зарядов ВВ 6 центральной части целика и зарядов 4-5, расположенных по образующей гиперболоида вращения, определяют расчетным путем для обычных условий отбойки, а величину угла (ρ) наклона образующей к линии контакта рудного тела по простиранию определяют по формуле град.

Разрушаемый целик после такого расположения и взрывания зарядов ВВ со стороны обнаженных плоскостей приобретает в горизонтальном сечении форму гиперболоида вращения, находящегося в сложном напряженно-деформируемом состоянии.

Рассматривая такой целик как балку, защемленную с двух сторон и подверженную горному давлению, можно считать, что естественные сжимающие напряжения в ней на момент разрушения центральными зарядами ВВ достигают величины, близкой к пределу прочности рудного целика.

Большие напряжения возникают в центральной части целика и меньшие у флангов.

Отсюда следует, что массу зарядов ВВ, расположенных по оси целика, необходимо рассчитывать с учетом взрываемого объема каждым зарядом, удельного расхода ВВ, уменьшенного в соответствии с коэффициентом концентрации естественных напряжений, действующих вдоль целика, а также коэффициента, учитывающего величину зажима взрываемого участка массива, и определять по формуле Q=q_o • V_i • K_i • И_i, кг, (3) где q_o - удельный расход ВВ на отбойку без учета напряженного состояния взрываемой среды, кг/м³; V_i - объем горной массы, приходящийся на один заряд, м³;
K_i - коэффициент, учитывающий величину зажима взрываемой среды, дол.ед.;
И_i - коэффициент концентраций на момент разрушения центральной части целика.

Определяются по формуле

где К_Н - расчетная величина коэффициента нагружения пород от предела прочности, при котором возникает динамическая форма разрушения горной породы при сжатии.

По данным исследований института ВостНИПРИ, К_Н=0,7÷0,85 и зависит от физико-механических свойств пород целика и определяется экспериментальным методом.

Напряжения, действующие вкрест простирания рудного целика (блока) с учетом глубины отработки определяются по формуле
σ₂ = 0,01•H•γ•K_к, МПa, (5)
где Н - глубина расположения обращаемого целика от земной поверхности, м;
γ - плотность налегающих пород, т/м³;
К_к - коэффициент концентрации горизонтальных тектонических напряжений, действующих на целик, дол.ед.

Определяется экспериментальным путем.

Для железорудных месторождений Юга Западной Сибири К_к=3,5÷8,0 в зоне влияния очистной выемки.

Увеличение массы зарядов ВВ, расположенных по оси целика в зависимости от объема разрушения, обеспечит равномерное дробление по всей площади блока, а взрывание их в последнюю очередь в условиях предельно-напряженного состояния пород на сжатие обеспечит снижение расхода ВВ на отбойку за счет использования энергии горного давления на дробление пород и, как следствие, уменьшение объема буровых работ.

Предложенное техническое решение отличается от известного а.с. 1453001 следующими отличительными признаками:
- оконтуривающие скважины со стороны обнажений целика располагают по образующей гиперболоида вращения;
- центральная часть целика на последнем этаже КЗВ принимает форму гиперболоида вращения, а ее размеры обеспечивают условия, при которых начинает возникать динамическая форма разрушения целика при сжатии;
- напряжения сжатия не снимаются в момент взрыва, а используются на полезную работу разрушения горных пород;
- заряды ВВ, расположенные по оси целика с увеличением их массы от центра и флангам, взрывают в последнюю очередь в условиях предельно допустимой нагрузки от предела прочности горных пород, что способствует равномерному и качественному дроблению.

Сущность предлагаемого способа разрушения целиков в условиях высокого горного давления поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показан план бурового горизонта с расположением зарядов ВВ; фиг.2 - поперечный разрез добычного блока.

Указанный способ осуществляется следующим образом. В целике 1 проходят выработки 2, расстояние между которыми равно t_min. Из выработок 2 проходят заходки 3, из которых бурят скважины 4 и 6 с ЛНС, равной W₁, а скважины 5 располагают по образующей однополостного гиперболоида вращения - это линии, проведенные под углом ρ к линии нормальной к оси целика на скважины 5', расположенные на границе t_min. По оси целика из выработки 7 бурят скважины 8, количество массы зарядов которых увеличивают от центра к флангам блока в соответствии с объемом разрушения.

Массу зарядов ВВ во всех случаях принимают дифференцированно и определяют по формуле (3).

В первую очередь короткозамедленным способом взрывают заряды скважин 6 в центральной части целика по обе стороны от осевой выработки 7. Затем заряды скважин 4 и 5 КЗВ, например, через один. После чего горизонтальное сечение целика принимает форму однополостного гиперболоида вращения с параметрами, при которых напряжения в нем достигают максимальной величины, соизмеримой с пределом прочности горных пород. В последнюю очередь также КЗВ взрывают заряды скважин 8, расположенные по оси целика (параболоида вращения). Работа этих зарядов происходит в условиях предельного нагружения пород, при котором возникает динамическая форма разрушения горных пород при сжатии, что способствует повышению дробления без дополнительных энергозатрат.

Предлагаемый способ взрывной отбойки целиков по сравнению с прототипом (а.с. 1453001) позволяет
повысить качество дробления руды при массовом обрушении блоков;
сократить расход ВВ на отбойку за счет использования высокого горного давления при наличии тектонического поля напряжений;
снизить объемы буровых работ и потерь скважин в блоке.

4. Обеспечить безопасность труда рабочих на выпуске руды из блока.

Формула изобретения

Способ разрушения целиков в условиях высокого горного давления, включающий бурение рядов скважин, их заряжание и взрывание, отличающийся тем, что рудному целику в процессе короткозамедленного взрывания придают форму в горизонтальном сечении однополостного гиперболоида вращения с предельно минимальной толщиной, величину которой определяют по формуле

где B_бл. - ширина блока по простиранию, м;
[σ_сж]- предел прочности пород рудного целика, МПа;
К_н - предельно допустимый коэффициент удельной нагрузки от предела прочности, дол.ед.;
σ₂- фактические напряжения, действующие вкрест простирания в районе расположения разрушаемого рудного целика, МПа,
при этом скважины со стороны обнажений целика располагают по образующей гиперболоида вращения и взрывают заряды этих скважин короткозамедленным способом, например, через один, а по оси целика скважины располагают прямолинейно в один ряд с увеличением массы зарядов скважин от центра к флангам целика и взрывают их в последнюю очередь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2