Способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах с использованием многозарядного короткозамедленного взрывания и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является установление точной картины и механизма развития массового взрыва в реальном массиве горных пород. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород, включающем замер величины удельной энергоемкости бурения пород в процессе бурения взрывных скважин и расчет по ней параметров зарядов ВВ, схем и интервалов замедления при их взрывании, оценку результатов взрыва энергоемкостью экскавации горной массы и выбор оптимальных параметров взрыва по данным статистики, согласно изобретению, на опытных блоках с одинаковыми свойствами массива проводят несколько взрывов с фиксацией точного времени инициирования каждого заряда ВВ и строят модель фактического развития массового взрыва в реальном времени и пространстве для конкретной схемы взрывания и конструкции зарядов. При достижении рациональных результатов взрыва свойств массива, параметров зарядов и последовательности их инициирования во времени и пространстве считают оптимальными параметрами взрывного разрушения для массивов с аналогичными показателями свойств и накапливают их в банке данных. Заявляемый способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород позволит изучить механизм развития взрыва зарядов ВВ в режиме реального времени непосредственно в массиве горных пород, а не на моделях. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах с использованием многорядного короткозамедленного взрывания (МКЗВ) и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Известно, что интервал времени замедления при МКЗВ должен выбираться исходя из двух условий: взрыв первой серии зарядов должен обеспечить разрушение воронки взрыва, а взрыв второй серии должен произойти до того, как призма выброса начнет отделяться от массива, т.к. в противном случае поле напряжений от второго заряда не проникнет в призму выброса [1]. В связи с тем, что определение времени замедления в производственных условиях сопряжено со значительными трудностями из-за большого разброса интервалов последовательно срабатывающих замедлителей (30-80% от номинала) и никто не может дать точной картины развития взрыва группы зарядов во времени и пространстве в массиве горных пород (она приобретает вероятностный характер), интервалы замедления либо рассчитывают аналитически, либо принимают по данным моделирования, например, взрыванием на моделях из стекла. В том и другом случае велики погрешности, ибо не учитывается тот факт, что возникшее в массиве горных пород поле напряжений, развиваясь во все стороны от заряда, встречает на своем пути трещины, поверхности напластования и обнажения, которые практически невозможно учесть ни в расчетах, ни в моделях - они различны для различных типов пород и условий их залегания в конкретных массивах.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ комплексного натурного исследования энергетических параметров взрывного разрушения горных пород на основе оценки сопротивляемости массива горных пород взрыванию по удельной энергоемкости шарошечного бурения и качества дробления горных пород по удельной энергоемкости экскавации горной массы. При бурении взрывных скважин проводят замер энергоемкости бурения, полученные величины удельной энергоемкости бурения используют для расчета величины удельного расхода ВВ на взрывание пород данного типа. После взрыва определяют удельный расход энергии на экскавацию 1 м³ горной массы, что позволяет одновременно учесть как качество дробления горной массы, так и такие показатели, как коэффициент разрыхления, плотность породы, высоту развала [2]. Набором статистического материала по взрыванию и отработке блоков с одинаковыми характеристиками горного массива устанавливают оптимальные параметры зарядов ВВ, схем и интервалов замедления при их взрываний, соответствующие минимуму энергозатрат на экскавацию.

Недостатком этого способа, принятого за прототип заявляемому изобретению, является необходимость сбора большого объема статистического материала из-за заложенного в нем принципа «черного ящика»: измеряются только входные свойства системы «массив горных пород - заряд ВВ - горная масса» (прочность пород массива, параметры зарядов) и выходные - энергоемкость экскавации. Последовательность же работы конкретной системы «массив горных пород - заряд ВВ» неизвестна вследствие вероятностного характера развития взрыва группы зарядов во времени и пространстве из-за отклонения от номинала на 30-80% времени срабатывания последовательно соединенных замедлителей, например, пиротехнических реле при взрываний с детонирующим шнуром.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является установление точной картины и механизма развития массового взрыва в реальном массиве горных пород.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород, включающем замер величины удельной энергоемкости бурения пород в процессе бурения взрывных скважин и расчет по ней параметров зарядов ВВ, схем и интервалов замедления при их взрывании, оценку результатов взрыва энергоемкостью экскавации горной массы и выбор оптимальных параметров взрыва по данным статистики, согласно изобретению, на опытных блоках с одинаковыми свойствами массива проводят несколько взрывов с фиксацией точного времени инициирования каждого заряда ВВ и строят модель фактического развития массового взрыва в реальном времени и пространстве для конкретной схемы взрывания и конструкции зарядов.

При достижении рациональных результатов взрыва сочетание конкретных показателей свойств массива, параметров зарядов и последовательности их инициирования во времени и пространстве считают оптимальными параметрами взрывного разрушения для массивов с аналогичными показателями свойств и накапливают их в банке данных.

Рабочие блоки разделяют на участки с одинаковыми показателями свойств массива и выбирают для каждого из них оптимальные параметры взрывного разрушения из накопленного банка данных.

Способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород осуществляют, например, с помощью мобильной установки-укрытия, описанной в [3], следующим образом. Бурят взрывные скважины с замером энергоемкости бурения для расчета параметров зарядов ВВ, схем и интервалов замедления между взрывами отдельных скважинных зарядов или их групп. Мобильную установку-укрытие подгоняют к готовому к взрыву участку уступа и вертикальной и горизонтальной рамами укрывают откос и поверхность уступа. Затем производят монтаж взрывной сети соединением световодов каждой взрывной скважины с коммутирующим элементом системы лазерного инициирования зарядов, расположенной в кузове установки-укрытия.

Управляющий элемент системы лазерного инициирования зарядов посылает лазеру исполнительную команду на выдачу инициирующего импульса, который по световоду поступает в инициатор взрыва, размещенный в скважине. После поступления в управляющий элемент сигнала от фотоэлемента о подаче светового импульса в данный световод, управляющий элемент фиксирует этот момент времени в памяти микроЭВМ как исходный и начинает от него отсчет времени замедления для следующего заряда ВВ, в который должен поступить следующий импульс согласно проектной схеме взрывания. По истечении заданного проектной схемой интервала замедления цикл инициирования повторяется.

Взрывание под мобильным укрытием позволяет провести фиксирование момента лазерного инициирования конкретного заряда и накопление этой информации в памяти микроЭВМ на лазерной станции в кузове укрытия или передать по радиоканалу прямо на ЭВМ в диспетчерской службе. Укрытие взрываемого массива исключает разброс горной массы и защищает измерительную аппаратуру.

После завершения взрыва группы зарядов ВВ укрытие перемещают к другому участку блока. На взорванном участке оценивают показатели массового взрыва по энергоемкости экскавации. При рациональных показателях взрыва сочетание свойства массива, определенных до взрыва, с параметрами фактического развития массового взрыва (массой заряда ВВ, точным временем инициирования каждого заряда и его пространственным расположением в массиве горных пород) считают оптимальными параметрами взрывания и заносят их в банк данных. Подробное инструментальное изучение строения горного массива замерами удельной энергоемкости бурения по каждой взрывной скважине позволяет иметь четкую картину фактического распределения в пространстве сопротивляемости массива взрываемого блока разрушающему действию взрыва. Знание этой картины, а также параметров размещения в пространстве массива горных пород скважинных зарядов ВВ с известной энергией и точных моментов времени выделения этой энергии каждым зарядом, позволит построить математическую модель механизма разрушения данного конкретного блока, пригодную для аналогичных условий. Кроме того, появляется возможность проверки теоретических постулатов МКЗВ о механизме взрывного разрушения. Первый из них требует взрывания следующего заряда в течение 3-5 мс, пока в массиве горных пород сохраняется напряженное состояние от действия взрыва предыдущего заряда, чтобы произошло суммирование напряжений от двух зарядов. Второй требует взрывания через 20 мс и более, чтобы успела образоваться широкая трещина, играющая роль новой свободной поверхности, отражающей волны напряжения и повышающей качество дробления пород в районе второго заряда. Пока эти постулаты проверены на моделях из стекла, плексигласа и других прозрачных материалов в лабораторных условиях.

По результатам оценки свойств и строения массива горных пород рабочих блоков их разделяют на характерные участки с одинаковыми или близкими свойствами и выбирают для каждого такого участка оптимальные параметры взрывания из накопленного банка данных, включающего сведения о различных породах, конструкциях зарядов, схемах взрывания и результатах взрыва.

Таким образом, заявляемый способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород позволит изучить механизм развития взрыва зарядов ВВ в режиме реального времени непосредственно в массиве горных пород, а не на моделях, и тем самым решить поставленную задачу.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

1. Методы управления взрывом на карьерах. - М.: Недра, 1973. - 416 с.

2. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. - М.: Недра, 1986. - 231 с. (прототип).

3. Е. Б. Шевкун, Н. А. Леоненко. Мобильная взрывная установка-укрытие: Патент РФ №2203478, МКИ⁷, F 42 D 5/045, F 42 В 3/113, 2003.

1. Способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород, включающий замер величины удельной энергоемкости бурения пород в процессе бурения взрывных скважин и расчет по ней параметров зарядов ВВ, схем и интервалов замедления при их взрывании, оценку результатов взрыва энергоемкостью экскавации горной массы и выбор оптимальных параметров взрыва по данным статистики, отличающийся тем, что на опытных блоках с одинаковыми свойствами массива проводят несколько взрывов с фиксацией точного времени инициирования каждого заряда ВВ и строят модель фактического развития массового взрыва в реальном времени и пространстве для конкретной схемы взрывания и конструкции зарядов.

2. Способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород по п.1, отличающийся тем, что при достижении рациональных результатов взрыва сочетание конкретных показателей свойств массива, параметров зарядов и последовательности их инициирования во времени и пространстве считают оптимальными параметрами взрывного разрушения для массивов с аналогичными показателями свойств и накапливают их в банке данных.

3. Способ определения оптимальных параметров взрывного разрушения горных пород по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочие блоки разделяют на участки с одинаковыми показателями свойств массива и выбирают для каждого из них оптимальные параметры взрывного разрушения из накопленного банка данных.