Способ взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем. Способ включает бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами ВВ с размещением в нижней части скважин менее мощного ВВ. Нижнюю и верхнюю части зарядов рассредоточивают породным инертным промежутком. В верхней части скважин размещают более мощное ВВ. Затем осуществляют забойку скважин и инициирование зарядов. В процессе заряжания менее мощное ВВ в нижней части скважин размещают до уровня почвы более прочного слоя породы. Инертный промежуток выполняют с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин d_скв. Инициирование зарядов осуществляют с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ. 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем.

Известен способ взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с верхним и нижним более прочными слоями горных пород и средним менее прочным слоем, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание зарядами взрывчатого вещества (ВВ) с рассредоточением частей зарядов породным инертным промежутком, высота которого более высоты менее прочного слоя породы, забойку скважин и инициирование зарядов [1].

Однако этот способ не может быть использован при взрывании массивов, состоящих только из двух слоев породы (нижнего менее прочного и верхнего более прочного слоя), оба из которых требуют взрывного рыхления.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем и верхним более прочным слоем, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) с размещением в нижней части скважины заряда менее мощного ВВ, рассредоточением нижней и верхней частей зарядов породным инертным промежутком и размещением в верхней части скважины более мощного ВВ, забойку скважин и инициирование зарядов [2].

Указанный способ предназначен именно для взрывания массивов, состоящих из нижнего менее прочного слоя горных пород и верхнего более прочного слоя, требующих взрывного рыхления. Однако вследствие расположения крепкого слоя в верхней части уступа, размещения в нем более мощного ВВ и приближения верхней части заряда из данного ВВ к поверхности уступа происходит увеличение расхода энергии взрыва на бесполезные формы механической работы (разброс кусков породы и усиление ударно воздушной волны) и потерь энергии в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу.

Это снижает эффективность использования энергии взрыва на рыхление горного массива и коэффициент полезного действия (КПД) взрыва. Поэтому имеют место повышенные выход негабарита, средний размер куска взорванной горной массы, удельный расход ВВ и объем буровых работ, что снижает технико-экономические показатели взрывных работ.

Задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей взрывания на открытых разработках слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем.

Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем и верхним более прочным слоем, включающем бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) с размещением в нижней части скважин заряда менее мощного ВВ, с рассредоточением нижней и верхней частей зарядов породным инертным промежутком и размещением в верхней части скважин более мощного ВВ, забойку скважин и инициирование зарядов, согласно изобретению в процессе заряжания менее мощное ВВ в нижней части скважин размещают до уровня почвы более прочного слоя породы, инертный промежуток выполняют с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин, а инициирование зарядов осуществляют с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части.

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

Известно, что при взрываний разнопрочных массивов горных пород применение комбинированных зарядов ВВ, т.е. состоящих из ВВ разной мощности с размещением по глубине взрывных скважин в более крепких породах более мощного ВВ, имеющего большую скорость детонации, чем в менее прочных породах, позволяет повысить эффективность взрывного рыхления и увеличить радиус зоны регулируемого дробления более крепких слоев массива. Также известно, что применение рассредоточенных зарядов увеличивает время действия взрыва на разрушаемый массив и эффективность его рыхления. Поэтому использование указанных факторов является наиболее рациональным и при взрываний на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным и верхним более прочным слоем.

Размещение в процессе заряжания скважин менее мощного ВВ в нижней части скважин до уровня почвы более прочного слоя позволяет расположить породный инертный промежуток полностью в более крепком слое и исключить переход энергии взрыва верхней части заряда в нижний менее прочный слой с образованием камуфлетной полости в слабой породе.

Выполнение инертного промежутка породным с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин является достаточным для исключения передачи детонации от взрыва верхней части заряда ВВ к его нижней части. Такая укороченная длина инертного промежутка позволяет осуществить инициирование зарядов с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части с одновременным увеличением длины забойки (удаления верхней части заряда от поверхности уступа).

При таком осуществлении способа происходит изменение механизма передачи энергии взрыва в массив. Опережающее взрывание верхнего более прочного слоя с одновременным увеличением длины забойки верхней части заряда обеспечивает максимальную зону разрушения поверхностной части уступа и повышение качества забойки при взрываний нижней части заряда. При этом газообразные продукты детонации нижней части заряда раскрывают начальные трещины, образовавшиеся в верхнем более прочном слое от взрыва верхней части заряда. Все это снижает расход энергии на бесполезные формы механической работы в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу, повышает эффективность использования энергии взрыва на рыхление массива горных пород и КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ.

Таким образом, совокупность всех признаков формулы изобретения действительно обеспечивает достижение указанного технического результата и решает задачу изобретения.

На чертеже схематически представлена конструкция скважинного заряда для осуществления предложенного способа.

Заряды размещают в нисходящих, как правило, вертикальных скважинах 1 и выполняют комбинированными и рассредоточенными. Каждый заряд состоит из нижней 2 части, расположенной в нижнем 3 менее прочном слое породы взрываемого массива до уровня почвы 4 верхнего 5 более прочного слоя массива (кровли слоя 3), и верхней 6 части в слое 5. Нижняя 2 и верхняя 6 части заряда рассредоточены укороченным инертным породным промежутком 7, высота l_пр которого измеряется от 1,75 до 2,5 диаметров скважины d_скв. Для заряжания нижней 2 части заряда используют менее мощное ВВ, верхней 6 части - более мощное ВВ. Верхняя свободная от ВВ часть скважины заполнена забойкой 8. Инициирование зарядов осуществляются с опережающим коротко-замедленным взрыванием верхней 6 части зарядов относительно нижней 2 части с применением отдельных промежуточных детонаторов 9 и 10 и одной из неэлектрических систем инициирования (на чертеже показаны только ударно-волновые трубки 11 и 12 такой системы).

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций.

На взрываемом блоке принимают базовую сетку скважин, которую определяют по известным методикам и результатам взрывания на основании данных геолого-маркшейдерской службы предприятия из условия эффективного дробления сплошной конструкцией заряда нижнего 3 менее прочного слоя пород массива.

По базовой сетке бурят нисходящие, как правило, вертикальные скважины 1 и по воздействию бурового инструмента на забой и визуально по выходу продуктов разрушения при бурении (бурового шлама) уточняют представленные геолого-маркшейдерской службой отметки почвы 4 более прочного верхнего слоя 5 пород (кровли нижнего 3 менее прочного слоя).

Затем осуществляют заряжание скважин комбинированными рассредоточенными зарядами ВВ.

Вначале скважины заполняют менее мощным ВВ, принятым на предприятии для взрывания аналогичных менее прочных пород. Нижнюю 2 часть заряда размещают в скважинах до уровня почвы 4 более прочного верхнего 5 слоя пород.

После этого в скважинах размещают укороченный породный инертный промежуток 7 (продукты разрушения при бурении, отходы обогащения или другой инертный породный материал) на высоту от 1,75 до 2,5 диаметров скважины d_скв, т.е. промежуток 7 полностью расположен в более прочном слое и исключает переход энергии взрыва верхней 6 части заряда в нижний менее прочный слой с образованием камуфлетной полости в слабой породе. Высота l_пр промежутка должна быть минимально допустимой, но больше расстояния передачи детонации от взрыва одной части заряда к другой и определяется типом ВВ, диаметром заряда и свойствами взрываемых пород и материала промежутка. Меньшие значения l_пр соответствуют меньшим диаметрам скважин d_скв, а большие - большим d_скв. Более точные значения l_пр могут быть получены путем опытных взрывов. Одновременно это увеличивает длину l_заб забойки, повышает ее качество и позволяет осуществлять разновременное инициирование частей заряда.

Далее в скважины размещают верхнюю 8 часть заряда из более мощного ВВ. Это ВВ выбирают известным образом из условия равенства радиусов зон регулируемого дробления в нижнем менее прочном слое породы и в верхнем более прочном. Также известным образом определяют и высоту $$l_{зар}^{в}$$ верхней части заряда.

Забойку верхней незаряженной части скважин осуществляют тем же забоечным материалом 8, который используют для породного инертного промежутка 7. Длина l_заб 8 увеличивается, что повысит эффективность взрывания, и будет равна высоте верхнего 5 более прочного слоя породы за вычетом l_пр и l_заб.

Для инициирования зарядов используют одну из неэлектрических систем инициирования (НСИ), например «Exel» или «Primadet». Для монтажа внутрискважинной взрывной сети в процессе размещения в скважине нижней 2 части заряда в скважину опускают промежуточный детонатор 10 из одной или двух шашек ВВ с детонатором короткозамедленного взрывания НСИ и ударно-волновой трубкой 12 с выходом ее на поверхность уступа, а в процессе размещения в верхней 6 части заряда - промежуточный детонатор 9, также с детонатором НСИ и ударно-волновой трубкой 11. Поверхностную взрывную сеть также монтируют с использованием ударно-волновых трубок и специальных поверхностных соединительных блоков НСИ с размеченными интервалами замедления. Это позволяет осуществить инициирование зарядов в любой требуемой последовательности с заданными интервалами замедления как между взрывами самих зарядов, так и отдельных частей зарядов.

После окончания монтажа поверхностной взрывной сети производят инициирование зарядов по принятой на предприятии схеме взрывания с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней 6 части зарядов относительно их нижней 2 части. Время замедления Δt между взрывами частей зарядов определяют как разность времени t_н замедления инициирования нижней 2 части заряда и временем t_в замедления инициирования верхней 6 части заряда. Времена t_н и t_в могут быть заданы как непосредственно детонаторами НСИ, установленными в промежуточных детонаторах, так и с использованием детонаторов в поверхностных соединительных блоках. Время замедления Δt должно быть достаточным для того, чтобы прямая взрывная волна напряжений сжатия могла пройти через зону дробления и через эту же зону успела бы вернуться обратно волна разряжения-растяжения, производящая основное разрушение породы вблизи свободной поверхности уступа. При этом дополнительно должно быть учтено время на развитие трещин и перемещение (отрыв) породы более крепкого слоя.

Такое осуществление способа приводит к изменению механизма передачи энергии взрыва в массив. Опережающее взрывание верхнего более прочного слоя пород и увеличение длины забойки верхней части заряда обеспечивает увеличение зоны разрушения поверхностной части уступа и повышение качества забойки при взрывании нижней части заряда. Газообразные продукты детонации нижней части заряда раскрывают начальные трещины, образовавшиеся в верхнем более прочном слое от взрыва верхней части заряда. Это снижает расход энергии на бесполезные формы механической работы и потери энергии взрыва в процессе детонации ВВ и выброса газообразных продуктов детонации в атмосферу, повышает эффективность использования энергии взрыва на рыхление массива горных пород и КПД взрыва при снижении выхода негабарита, среднего размера куска взорванной горной массы, удельного расхода ВВ и объема буровых работ вследствие расширения сетки скважин.

Примеры осуществления способа.

Производим опытное взрывание для дробления вскрышных пород месторождения Джерой-Сардара на карьере Ташкура Навоийского горнометаллургического комбината. Взрываемые блоки представлены разнопрочным слоистым массивом горных пород с горизонтальным залеганием двух выдержанных по мощности слоев: нижнего менее прочного слоя породы мощностью 5,5 м (плотная глина известковистая, загипсованная с коэффициентом f=2 по шкале М.М. Протодъяконова, требующая взрывного рыхления) и верхнего более прочного слоя мощностью 4,5 м (гравелиты f=5).

Во всех случаях бурили без перебура вертикальные скважины глубиной l_скв - 10 м. Нижнюю часть скважин заряжали Игданитом на высоту $$l_{зар}^{н}$$ - 5,5 м, т.е. до уровня почвы верхнего более прочного слоя. Высоту l_пр породного промежутка из продуктов разрушения при бурении изменяли в зависимости от d_скв диаметра скважин. Верхнюю часть скважины заряжали Нобеланом 2080 - более мощным ВВ с существенно более высокой скоростью детонации и плотностью заряжания. Длину забойки принимали равной 0,2 l_скв или 2 м, что больше, чем при взрывании в соответствии с прототипом [2]. Инициирование зарядов осуществляли с использованием НСИ «Primadet». При этом осуществляли опережающее короткозамедленное взрывание зарядов верхней части относительно их нижней части. Время замедления Δt между инициированием частей зарядов составляло 17 мс.

Пример 1.

С учетом разбуривания диаметр скважины составлял 220 мм. Высота l_пр породного промежутка составляла 2 диаметра скважины d_скв или 0,44 м, и длина забойки l_заб - 9,1 d_скв, длина верхней $$l_{зар}^{в}$$ части заряда - 2,06 м. Сетка скважин составляла 6,8×6,8 м (при использовании по прототипу 6×6 м).

Пример 2.

С учетом разбуривания диаметр скважин составлял 170 мм. Высота l_пр породного промежутка составляла 1,75 диаметра скважины d_скв или 0,3 м, высота забойки l_заб - 11,8 d_скв, длина верхней $$l_{зар}^{в}$$ части заряда - 2,2 м. Сетка скважин составляла 5,9×5,9 м (при использовании по прототипу 5×5 м).

Пример 3.

С учетом разбуривания диаметр скважины составлял 250 мм. Высота породного инертного промежутка составляла 2,5 диаметра скважин d_скв или 0,62 м, длина забойки l_заб - 8 d_скв (2 м), длина заряда $$l_{зар}^{в}$$ - 1,88 м. Сетка скважин составляла 8×8 м (при использовании по прототипу 7×7 м).

В процессе испытаний достигнуто снижение выхода негабарита на 10-12%,среднего размера куска с 0,9 до 0,6 м, удельного расхода ВВ на 20% и объема буровых работ на 30% за счет указанного расширения сетки скважин. Это свидетельствует о более полном использовании энергии взрыва, снижении потерь на бесполезные формы работы взрыва и повышении КПД взрыва.

Источники информации

1. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Ч. 1. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. - М.: Издательство «Горная книга», 2007. С. 419-420, рис. 9.10, б).

2. Бибик И.П., Рахманов Р.А., Ивановский Д.С. Повышение эффективности взрывного рыхления разнопрочных массивов при разработке Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов // Горный журнал. Специальный выпуск. Цветные металлы. - 2008. - №8. - С. 48-52, рис. 4, III, в (прототип).

Способ взрывания на открытых разработках разнопрочных слоистых массивов горных пород с нижним менее прочным слоем породы и верхним более прочным слоем, включающий бурение нисходящих скважин, их заряжание комбинированными скважинными зарядами взрывчатых веществ (ВВ), с размещением в нижней части скважин менее мощного ВВ, рассредоточением нижней и верхней частей зарядов породным инертным промежутком и размещением в верхней части скважин более мощного ВВ, забойку скважин и инициирование зарядов, отличающийся тем, что в процессе заряжания менее мощное ВВ в нижней части скважин размещают до уровня почвы более прочного слоя породы, инертный промежуток выполняют с высотой от 1,75 до 2,5 диаметров скважин, а инициирование зарядов осуществляют с опережающим короткозамедленным взрыванием верхней части зарядов относительно их нижней части.