Способ формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве с использованием параллельно сближенных шпуровых и скважинных зарядов
Владельцы патента RU 2659446:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к горной и горностроительной промышленности. Способ включает бурение по линии формируемой полости двух видов шпуров или скважин разного диаметра поочередно: первые - большего диаметра - запрессовки, вторые - меньшего диаметра - выброса, размещение в них взрывчатого вещества и взрывание. Соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий производства этих видов работ. Техническим результатом является: формирование щелевой полости любой конфигурации заданной глубины с минимальным расходом на бурение и расходом взрывчатых веществ. Способ позволяет повысить эффективность и безопасность этих видов работ за счет оптимального распространения зарядов различного диаметра в массиве на определенном расстоянии вдоль линии формируемой полости и на определенную глубину, определяемую для конкретных горно-геологических и горно-технических условий формируемой полости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горной и строительной отрасли и может быть использовано для формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве при взрывном разрушении горных пород удлиненными зарядами (врубовой полости, формировании опережающей крепи при строительстве горных выработок и т.п.).
Известны способы формирования врубовых полостей с использованием шпуров или скважин взрывным способом [Э.О. Миндели, В.А. Салганик, Г.А. Воротеляк и др. «Методы и средства взрывной отбойки руды». М.: Недра, 1977 г. - 312 с.].
Недостатками способов являются:
- сложность формирования врубовых полостей;
- отсутствие возможности формирования полости необходимой конфигурации;
- нестабильность работы этих врубов при изменяющихся горно-геологических и горно-технических условиях производства взрывных работ, связанных с отсутствием обоснованности их параметров.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ формирования прямого щелевого вруба [Н.Г. Дубынин, В.А. Коваленко «Теоретические основы проведения горных выработок». Новосибирск, «Наука». 1982 г. - 140 с.].
Недостатками способа являются:
- необоснованно большой объем бурения и расход взрывчатых веществ;
- нестабильность работы таких типов врубов, связанных с отсутствием обоснованности их параметров для различных горно-геологических и горно-технических условий их применения;
- частая запрессовка перемятой породой незаряжаемых шпуров или скважин.
Задачей изобретения является снижение себестоимости, повышение надежности и эффективности формирования полости любой конфигурации для любых горно-геологических и горно-технических условий производства взрывных работ.
Достигается это тем, что способ формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве включает бурение по линии формируемой полости двух видов шпуров или скважин разного диаметра поочередно: первые - большего диаметра - запрессовки, вторые - меньшего диаметра - выброса, размещение в них взрывчатого вещества и взрывание. Соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют из выражения:
,
где d1, d2 - соответственно диаметры шпуров или скважин запрессовки и выброса, м;
σ - предел прочности пород на сжатие, МПа;
g - плотность сформированного заряда, кг/м3;
Д - скорость детонации применяемого ВВ, км/с.
Шпуры или скважины выброса размещают внутри зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, на контакте зона смятия - зона трещин, на расстоянии, определяемом из выражения:
,
где r – расстояние, внутри которого на контакте размещают шпуры или скважины выброса, м.
Шпуры или скважины выброса обуривают с перебуром, определяемым исходя из размера зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, скорости распространения продольных волн в массиве и скорости детонации применяемого взрывчатого вещества.
Шпуры или скважины выброса взрывают с замедлением по отношению к шпурам или скважинам запрессовки, определяемым исходя из размеров зоны смятия шпуров или скважин запрессовки и скорости распространения продольных волн во взрываемом массиве.
Способ поясняется чертежами (фиг. 1; фиг. 2), где показана схема расположения шпуров или скважин по линии формирования полости (1) для запрессовки (2) и выброса (3) перемятой породы; величина перебура шпуров или скважин (4); глубина формируемой полости (5); размещения патронов-боевиков (6) в формируемых зарядах; зона смятия шпуров или скважин запрессовки (7) и шпуров или скважин выброса (8).
Способ осуществляется следующим образом: в проектном контуре по линии формируемой полости бурят два вида шпуров или скважин разного диаметра таким образом, что диаметр шпуров или скважин запрессовки (d1) должен быть больше диаметров шпуров или скважин выброса (d2), при этом диаметры шпуров или скважин подбираются исходя из того, что шпуры или скважины выброса должны находиться внутри формируемой зоны смятия шпуров или скважин запрессовки (r), а шпуры или скважины запрессовки за пределами формируемой зоны смятия от шпуров или скважин выброса; для обеспечения необходимой глубины формируемой полости шпуры или скважины бурят с перебуром на глубину 
, заполняют обуренные шпуры или скважины взрывчатым веществом, причем шпуры или скважины выброса взрывают с замедлением по отношению к шпурам или скважинам запрессовки на время t.
Соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют из выражения:
где d1 - диаметр шпуров или скважин запрессовки, м; d2 - диаметр шпуров или скважин выброса, м; σ - предел прочности пород на сжатие, МПа; g - плотность заряжания ВВ, кг/м3; Д - скорость детонации применяемого ВВ, км/с.
Расстояние, на котором бурятся шпуры или скважины запрессовки (внутри: на контакте зона смятия - зона трещин от шпуров или скважин запрессовки), определяется по формуле 2:
,
величина перебура шпуров или скважин определяется из условия 3:
где
- глубина формируемой полости, м; r - радиус зоны смятия от шпуров или скважин запрессовки, м; с - скорость распространения продольной волны в массиве, км/с.
Время замедления определяется по формуле 4:
обозначения те же.
Существо и пример конкретного выполнения способа заключается в следующем: Определяются горно-геологические и горно-технические условия, в которых формируется щель.
Пример 1: необходимо создать щель в породах с пределом прочности на сжатие - 100 МПа; скорость распространения продольной волны - 4000 м/с; диаметры имеющихся буровых коронок: 50 мм; 45 мм; 42 мм; 36 мм; ВВ - аммонал (Д=4500 м/с); плотность заряжания - g=1000 кг/м3; глубина щели (
) - 1 м.
1. Определяем диаметры шпуров запрессовки и выброса (принимаем диаметр шпура запрессовки d1=45 мм), тогда (согласно 1):
принимаем ближайший из имеющихся в наличии, т.е. d2=0,036 м.
2. Определяем расстояние, на котором необходимо бурить шпуры выброса (согласно 2)
3. Определяем величину перебура (согласно 3)
4. Определяем замедление взрывания шпуров выброса по отношению к шпурам запрессовки (согласно 4)
(при использовании для замедления детонирующего шнура (ДШ):
Д=6000 м/с;
=6⋅0,06=36 см; т.е. длина ДШ шпуров выброса должна быть длиннее на 36 см.
Пример 2: необходимо создать щель в породах с пределом прочности на сжатие - 80 МПа; скорость распространения продольной волны в массиве - 5000 м/с; диаметры имеющихся буровых коронок: 50 мм; 45 мм; 40 мм; 36 мм; применяемое ВВ - гранулит АС-8 (скорость детонации Д=3600 м/с; плотность заряжания - 1100 кг/м3; глубина щели - 1,5 м.
Принимаем диаметр шпура запрессовки - 50 мм.
1. Тогда (согласно 1), диаметр шпура выброса определится:
Принимаем, ближайший из имеющихся, диаметр шпура выброса d2=0,040 м.
2. Определяем расстояние, на котором необходимо бурить шпуры выброса (внутри этой зоны: на контакте зона смятия - зона трещин), (согласно 2):
3. Определяем глубину перебура (согласно 3) 
т.е 
4. Определяем время замедления (согласно 4):
(при использовании для замедления ДШ: Д=6000 м/с, т.е. 6 м=1 мс
т.е. длина детонирующего шпура (ДШ) в шпурах выброса должна быть на 28,3 см длиннее, чем в шпурах запрессовки).
Имея все необходимые данные, приступаем к оборудованию массива вдоль линии формируемой полости, заряжанию и взрыванию горного массива, шпуры различного диаметра располагают в чередующемся порядке:
пример 1: d1=0,045 м; d1=0,036 м;
пример 2: d2=0,05 м; d2=0,04 м;
на расстоянии:
пример 1: r=0,226 м;
пример 2: r=0,236 м (внутри указанных зон: на контакте зона смятия - зона трещин) на проектную глубину с перебуром:
пример 1: 
;
пример 2: 
;
заряд формируют с прямым инициированием и взрывают: шпуры запрессовки - мгновенно; шпуры выброса - с замедлением:
пример 1: t=0,06 мс;
пример 2: t=0,047 мс.
Таким образом, способ имеет следующие преимущества и сравнению с прототипом: позволяет снижать объем буровзрывных работ, сформировать полость в скальном массиве любой конфигурации с оптимальными параметрами для любых горно-геологических и горно-технических условий с достаточной степенью точности, определить соотношение диаметров шпуров выброса и запрессовки, определить глубину их обуривания и расстояния, на котором располагают, а также интервалы замедления взрываемых зарядов.
1. Способ формирования щелевой полости любой конфигурации в скальном массиве, включающий бурение по линии формируемой полости двух видов шпуров или скважин разного диаметра поочередно: первые - большего диаметра - запрессовки, вторые - меньшего диаметра - выброса, размещение в них взрывчатого вещества и взрывание, отличающийся тем, что соотношение диаметров шпуров или скважин выброса и запрессовки определяют из выражения:
где d1, d2 - соответственно диаметры шпуров или скважин запрессовки и выброса, м;
σ - предел прочности пород на сжатие, МПа;
g - плотность сформированного заряда, кг/м3;
Д - скорость детонации применяемого ВВ, км/с.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шпуры или скважины выброса размещают внутри зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, на контакте зона смятия - зона трещин, на расстоянии, определяемом из выражения:
где r – расстояние, внутри которого на контакте размещают шпуры или скважины выброса, м.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что шпуры или скважины выброса обуривают с перебуром, определяемым исходя из размера зоны смятия шпуров или скважин запрессовки, скорости распространения продольных волн в массиве и скорости детонации применяемого взрывчатого вещества.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что шпуры или скважины выброса взрывают с замедлением по отношению к шпурам или скважинам запрессовки, определяемым исходя из размеров зоны смятия шпуров или скважин запрессовки и скорости распространения продольных волн во взрываемом массиве.
