Способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и предназначено для отбойки пород от массивов с линзообразными включениями вечной мерзлоты. Техническим результатом является повышение качества дробления горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты и возможность регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород. Способ включает бурение нисходящих основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ, причем в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты определяют их контур в плане и отметки кровли и почвы этих включений по глубине скважин, дополнительные скважины бурят внутри контура с пересечением указанных включений, но не глубже основных скважин, при этом определяют отметки кровли и почвы включений по глубине дополнительных скважин, а при заряжании дополнительных скважин заряды ВВ размещают внутри пересекаемых линзообразных включений вечной мерзлоты. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания горных пород с включениями мерзлоты на открытых горных работах, и предназначено для отбойки пород от массивов с линзообразными включениями вечной мерзлоты.

Известен способ взрывания вечномерзлых пород, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ. При этом осуществляют дробление мерзлоты не на полную мощность, например, в районах вечной мерзлоты, теми же способами взрывания, что и скальных пород [1], но с большими удельными расходами ВВ [2].

Однако способ не обеспечивает заданной степени дробления при взрываний горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты, так как имеет место повышенный выход негабарита из зоны этих включений и переизмельчение пород, вмещающих данные включения.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты на открытых горных работах, включающий бурение нисходящих основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами ВВ, забойку скважин и взрывание зарядов ВВ [3]. Дополнительные скважины располагают между основными скважинами, а их глубину принимают равной длине забойки в основных.

Указанный способ эффективен при взрываний пород с верхним сезонно-мерзлым слоем, но не обеспечивает качественного дробления пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты, так как эти включения имеют различные положение и мощность внутри разрушаемого массива.

Задачей изобретения является повышение эффективности взрывания горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении качества дробления горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты и возможности регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе взрывания горных пород с включениями мерзлоты на открытых горных работах, включающем бурение нисходящих основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ, согласно изобретению в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты определяют их контур в плане и отметки кровли и почвы этих включений по глубине скважин, дополнительные скважины бурят внутри контура с пересечением указанных включений, но не глубже основных скважин, при этом определяют отметки кровли и почвы включений по глубине дополнительных скважин, а при заряжании дополнительных скважин заряды ВВ размещают внутри пересекаемых линзообразных включений вечной мерзлоты.

Кроме того, все основные скважины заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты.

Также основные скважины, пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты, заряжают комбинированными зарядами ВВ, причем внутри этих включений размещают ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ вне включений, а остальные основные скважины заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты.

Вместо комбинированных зарядов ВВ возможно заряжание основных скважин, пересекающих линзообразные включения вечной мерзлоты, зарядами ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ в зарядах остальных основных скважин.

При этом перед заряжанием дополнительных скважин производят забойку их донной части на высоту от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы линзообразных включений, а заряжают эти скважины зарядами ВВ, высота которых на 2-5 диаметров скважин ниже кровли линзообразных включений.

Возможно забойку донной части дополнительных скважин производить водой, а заряжание их зарядами ВВ - после замерзания этой воды. Также возможно забойку донной части этих скважин осуществлять твердым сыпучим забоечным материалом с последующей заливкой в них воды, объем которой не превышает объема межгранульного пространства указанного забоечного материала в скважине.

В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.

Определение в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты их контура в плане и отметок кровли и почвы этих включений по глубине скважин позволяет установить параметры залегания этих включений внутри разрушаемого массива, в том числе их мощность по глубине конкретных скважин, а также скорректировать конструкцию и параметры зарядов ВВ в основных скважинах для регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород. Расположение дополнительных скважин внутри контура в плане линзообразных включений вечной мерзлоты гарантирует пересечение каждой дополнительной скважиной данных включений по всей их площади в пределах взрываемого блока. Бурение дополнительных скважин с пересечением указанных включений, но не глубже основных скважин, обеспечивает определение положения и мощности включений по глубине каждой дополнительной скважины на всю высоту разрушаемого объема пород. Указанные выше признаки позволяют зарядить дополнительные скважины зарядами ВВ, которые равномерно размещены внутри пересекаемых этими скважинами линзообразных включений вечной мерзлоты по всей их площади и объему. Это увеличивает энергонасыщенность массива внутри линзообразных включений и повышает эффективность их дробления. С учетом вышесказанного, совокупность всех признаков, указанных в самостоятельном пункте формулы изобретения, действительно позволяет повысить качество дробления горных пород с линзообразными включениями вечной мерзлоты и дает возможность регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород, что решает задачу изобретения и обеспечивает достижение технического результата.

Заряжание всех основных скважин зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты, упрощает технологию заряжания и забойки скважин, а также монтаж взрывной сети.

Заряжание основных скважин, пересекающих линзообразные включения вечной мерзлоты, комбинированными зарядами ВВ, в которых внутри этих включений размещают ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ вне включений, и заряжание остальных основных скважин зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих указанные включения, позволяет дополнительно увеличить энергонасыщенность массива внутри включений, повысить эффективность их дробления и целесообразно при весьма существенной разнице во взрываемости вмещающих пород и включений, особенно при положительных температурах воздуха, например, в летний период.

Заряжание основных скважин, пересекающих линзообразные включения вечной мерзлоты, зарядами ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ в зарядах остальных основных скважин, дополнительно повышает эффективность дробления включений и вмещающих пород и существенно упрощает технологию заряжания этих скважин по сравнению с их заряжанием комбинированными зарядами ВВ.

Забойка донной части дополнительных скважин на высоту от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы линзообразных включений вечной мерзлоты и заряжание этих скважин зарядами ВВ, высота которых на 2-5 диаметров скважин ниже кровли включений, исключает направленность действия взрыва в сторону вмещающих пород, имеющих меньшую сопротивляемость взрыванию. Поэтому, несмотря на уменьшение массы зарядов внутри включений, это также дополнительно повышает эффективность их дробления. То есть торцы зарядов ВВ в дополнительных скважинах должны отстоять от почвы и кровли включений на расстояние от 2 до 5 диаметров скважин. При меньших расстояниях возможно направленное действие взрыва в сторону вмещающих пород, а при больших - существенное уменьшение массы зарядов внутри включений, что в обоих случаях приведет к снижению эффективности дробления включений. Меньшие значения этих расстояний соответствуют большим диаметрам скважин и меньшей мощности включений, а большие значения - меньшим диаметрам скважин и большей мощности включений.

Применение для забойки донной части дополнительных скважин воды и заряжание их зарядами ВВ после замерзания этой воды улучшает качество забойки, так как вода при замерзании превращается в лед, увеличивается в объеме и более плотно запирает донную часть скважин, что дополнительно увеличивает эффективность дробления линзообразных включений вечной мерзлоты.

Забойка донной части дополнительных скважин твердым сыпучим забоечным материалом с последующей заливкой в них воды, объем которой не превышает объема межгранульного пространства указанного забоечного материала в скважине, позволяет производить заряжание дополнительных скважин сразу же после заливки воды. При этом к моменту взрыва произойдет замерзание воды, забойка превратится в монолит, расширится и будет запирать донную часть скважины даже лучше, чем чистый лед, в силу большей ее плотности и крепости. Это еще более увеличивает эффективность дробления линзообразных включений вечной мерзлоты.

На фиг.1 показан взрываемый блок уступа карьера в плане, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций.

С учетом конкретных условий (свойства взрываемых пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты, высота уступа и угол его откоса, диаметр скважин и предельный размер кондиционного куска во взорванной горной массе) определяют по общеизвестным методикам или результатам предыдущих взрывов в аналогичных условиях параметры скважинных зарядов ВВ без учета наличия включений.

В соответствии с найденными значениями сопротивления по подошве уступа, расстояния между скважинами в ряду, расстояния между рядами скважин, длины (глубины) скважины, угла наклона нисходящих скважин и формой сетки скважин бурят основные скважины (вертикальные или наклонные).

В процессе бурения основных скважин по изменению скорости бурения, цвета и состояния выдаваемых на поверхность продуктов разрушения определяют наличие, контур в плане, отметки кровли и почвы и мощность линзообразных включений вечной мерзлоты по глубине каждой скважины.

Внутри контура в плане линзообразных включений вечной мерзлоты бурят дополнительные нисходящие скважины. Эти скважины бурят с пересечением этих включений, но не глубже основных скважин. При этом также определяют отметки кровли и почвы и мощность включений по глубине дополнительных скважин.

Далее производят заряжание и забойку основных и дополнительных скважин.

При заряжании основных скважин возможны следующие варианты:

1 - все основные скважины, в том числе пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты, заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих указанные включения. Это наиболее простой и выгодный вариант с точки зрения технологии и производительности заряжания и забойки скважин, а также монтажа взрывной сети;

2 - основные скважины, пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты заряжают комбинированными зарядами ВВ. Внутри этих включений размещают ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ вне включений. Остальные основные скважины заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения. Этот вариант сложнее и менее производителен, чем первый, но он предоставляет большие возможности регулирования степени дробления по всему взрываемому объему пород;

3 - основные скважины, пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты, заряжают зарядами ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ в зарядах остальных основных скважин. Данный вариант имеет основные преимущества двух первых вариантов, а целесообразность его применения определяется мощностью включений и экономическими факторами.

В процессе заряжания основных скважин производят монтаж внутрискважинных взрывных сетей, который осуществляют методом, принятым на данном предприятии.

После заряжания основных скважин производят их забойку.

Дополнительные скважины заряжают зарядами ВВ, которые размещают внутри пересекаемых ими линзообразных включений вечной мерзлоты.

Перед заряжанием дополнительных скважин производят забойку их донной части на высоту от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы линзообразных включений. Забойка может производиться водой, а заряжание скважин зарядами ВВ - после замерзания этой воды. Также возможно забойку донной части этих скважин производить твердым сыпучим забоечным материалом, а затем в скважины заливать воду, объем которой не превышает объема межгранульного пространства указанного забоечного материала в скважине. В обоих вариантах осуществления улучшается качество забойки, но последний вариант более предпочтителен, так как заряжание можно производить сразу же после забойки донной части скважины.

После забойки донной части дополнительных скважин производят их заряжание зарядами ВВ, высота которых на 2-5 диаметров скважин ниже кровли линзообразных включений вечной мерзлоты.

Таким образом, торцы зарядов в дополнительных скважинах отстоят от почвы и кровли линзообразных включений на расстояние от 2 до 5 диаметров скважин. Меньшие значения этих расстояний соответствуют большим диаметрам скважин и меньшей мощности включений, а большие значения - меньшим диаметрам скважин и большей мощности включений.

Так же, как и при заряжании основных скважин, в процессе заряжания дополнительных скважин производят монтаж внутрискважинных взрывных сетей, а по окончании заряжания - забойку верхней незаряженной части дополнительных скважин.

Возможна любая подходящая для конкретных условий последовательность выполнения операций по заряжанию основных и дополнительных скважин: вслед за бурением; вначале основных, а затем дополнительных скважин;

по отдельным рядам скважин; по типам применяемых при заряжании ВВ в случае использования различных ВВ и др. Забойка верхних незаряженных частей скважин также может осуществляться в различной последовательности: сразу же после окончания заряжания каждой отдельной скважины зарядом ВВ, после окончания заряжания всех основных и дополнительных скважин или совмещаться по времени с заряжанием отдельных групп скважин.

После окончания забойки всех основных и дополнительных скважин производят монтаж поверхностной взрывной сети, ее соединение с внутрискважинными взрывными сетями и взрывание скважинных зарядов ВВ одним из принятых на открытых горных работах способов взрывания зарядов.

Примеры осуществления способа

Во всех примерах осуществления производили взрывание вскрышных пород на угольном разрезе. Породы представлены алевролитами, аргиллитами и сильно трещиноватыми песчаниками. Внутри этих вмещающих пород залегали линзообразные включения вечной мерзлоты, имеющие большую сопротивляемость взрыванию, чем вмещающие породы.

Высота уступа Н равнялась 12 м. Диаметр скважин d_скв, равный диаметру заряда d_зар, составлял 160 мм (станок вращательного бурения СБР-160). Направление нисходящих скважин - вертикальное. Удельный расход ВВ (граммонит 79/21) для вмещающих пород - 0,46 кг/м³. Вместимость 1 п.м. скважины при плотности заряжания 850 кг/м³ - 17,1 кг. Для основных скважин приняты следующие параметры: расстояние между скважинами в ряду а - 7 м; расстояние между рядами скважин b - 4 м; форма сетки скважин - шахматная; глубина скважин l_скв - 13,5 м; длина забойки l_заб - 4,5 м; длина перебура l_пер - 1,5 м; длина заряда l_зар - 9 м.

Пример 1

На взрываемом блоке бурили в шахматном порядке по сетке 7×4 м основные скважины 1-42 (фиг.1, 2). В процессе их бурения установлено, что скважины 3, 6, 7, 9, 10, 12-17, 19-24, 26-28, 30, 31, 34 и 35 пересекают линзообразное включение 43 вечной мерзлоты (фиг.2), контур которого в плане на фиг.1 показан пунктирной линией. При этом по глубине каждой скважины были определены отметки кровли 44 (фиг.2) и почвы 45 включения 43 и его мощность.

Далее на основе полученных результатов внутри контура в плане включения 43 бурили дополнительные скважины 46-64 (фиг.1) с пересечением включения 43, но не глубже основных скважин, и определяли отметки кровли и почвы и мощность включения по глубине дополнительных скважин.

После этого проводили заряжание всех основных скважин 1-42 зарядами 65 (фиг.2) граммонита 79/21, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразное включение 43, с одновременным монтажом внутрискважинных взрывных сетей (на чертежах не показаны) и забойку верхних незаряженных частей 66 скважин твердым сыпучим забоечным материалом (отсев обогатительной фабрики или др.).

Дополнительные скважины 46-64 заряжали зарядами 67 граммонита 79/21, которые размещали внутри линзообразного включения 43, и одновременно осуществляли монтаж внутрискважинных взрывных сетей (на чертежах не показаны). Но перед заряжанием дополнительных скважин производили забойку их донной части 68 водой на высоту (расстояние) с от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы 45 включения 43, а само заряжание начинали после замерзания воды. Высоту h зарядов 67 в дополнительных скважинах 46-64 принимали ниже кровли 44 включения 43 также на расстоянии с, равном от 2 до 5 диаметров скважин. Меньшие значения расстояний с соответствовали меньшей мощности включения 43, а большие значения - большей мощности включения. На фиг.2 мощность линзообразного включения 43 составляет 1,84 м, 4,2 м и 6,2 м для дополнительных скважин 54, 55 и 56, соответственно. Поэтому расстояние с составило для скважины 54 - 2d_скв или 0,32 м, для скважины 55 - 3,5d_скв или 0,56 м и для скважины 56 - 5d_скв или 0,8 м. Аналогичным образом определяли расстояния с для других дополнительных скважин. Затем производили забойку верхних незаряженных частей 69 дополнительных скважин тем же твердым сыпучим забоечным материалом (отсев обогатительной фабрики).

После окончания забойки всех скважин монтировали поверхностную взрывную сеть (на чертежах не показана), соединяли ее с внутрискважинными взрывными сетями и осуществляли взрывание скважинных зарядов ВВ.

Пример 2

Взрывание блока осуществляли так же, как и в примере 1, но забойку донной части 68 (фиг.2) дополнительных скважин 46-64 (фиг.1, 2) производили твердым сыпучим материалом (отсев обогатительной фабрики). После этого в эти скважины заливали воду, объем которой составлял 30-40% объема указанного забоечного материала в скважине, т.е. не превышал объема его межгранульного пространства. Заряжали дополнительные скважины 46-64 зарядами 67 граммонита 79/21 сразу же после забойки их донной части 68.

Пример 3

Взрывание блока осуществляли так же, как и в примерах 1 или 2. Однако основные скважины 3, 6, 7, 9, 10, 12-17, 19-24, 26-28, 30, 31, 34 и 35 (фиг.1, 2), пересекающие линзообразное включение 43 вечной мерзлоты, заряжали комбинированными зарядами ВВ (на чертежах не показаны). Внутри включения 43 размещали ВВ с большей концентрацией энергии и теплотой взрыва (гранулит АС-8), чем ВВ вне включения (граммонит 79/21). Остальные основные скважины 1,2 4, 5, 8, 11, 18, 25, 29, 32, 33 и 36-42 заряжали, как и в примерах 1 или 2, зарядами 65 граммонита 79/21, то есть зарядами, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразное включение 43.

Пример 4

Взрывание блока осуществляли так же, как и в примерах 1 или 2. Однако основные скважины 3, 6, 7, 9, 10, 12-17, 19-24, 26-28, 30, 31, 34 и 35 (фиг.1, 2), пересекающие линзообразное включение 43 вечной мерзлоты, заряжали зарядами гранулита АС-8, имеющего большую концентрацию энергии и теплоту взрыва, чем граммонит 79/21, которым заряжали остальные основные скважины 1,2, 4, 5, 8, 11, 18, 25, 29, 32, 33 и 36-42.

Источники информации

1. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности. - М.: Недра, 1972, с.83.

2. Руководство по применению буровзрывного способа рыхления мерзлых и вечномерзлых грунтов и морен. - М.: Стройиздат, 1972, с.9.

3. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: МГИ, 1992, с.463.

1. Способ взрывания горных пород с включениями мерзлоты на открытых горных работах, включающий бурение нисходящих основных и дополнительных скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ), забойку скважин и взрывание зарядов ВВ, отличающийся тем, что в процессе бурения основных скважин при наличии линзообразных включений вечной мерзлоты определяют их контур в плане и отметки кровли и почвы этих включений по глубине скважин, дополнительные скважины бурят внутри контура с пересечением указанных включений, но не глубже основных скважин, при этом определяют отметки кровли и почвы включений по глубине дополнительных скважин, а при заряжании дополнительных скважин заряды ВВ размещают внутри пересекаемых линзообразных включений вечной мерзлоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что все основные скважины заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основные скважины, пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты, заряжают комбинированными зарядами ВВ, причем внутри этих включений размещают ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ вне включений, а остальные основные скважины заряжают зарядами ВВ, соответствующими свойствам пород, вмещающих линзообразные включения вечной мерзлоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что основные скважины, пересекающие линзообразные включения вечной мерзлоты, заряжают зарядами ВВ с большей концентрацией энергии взрыва, чем ВВ в зарядах остальных основных скважин.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед заряжанием дополнительных скважин производят забойку их донной части на высоту от 2 до 5 диаметров скважин выше почвы линзообразных включений.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные скважины заряжают зарядами ВВ, высота которых на 2-5 диаметров скважин ниже кровли линзообразных включений.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что забойку донной части дополнительных скважин производят водой, а заряжание их зарядами ВВ - после замерзания этой воды.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что забойку донной части дополнительных скважин производят твердым сыпучим забоечным материалом, а затем в эти скважины заливают воду, объем которой не превышает объема межгранульного пространства указанного забоечного материала в скважине.