Спосіб вибухового розрушення гірських порід

000032 КОПАНИЯ ЭКЗ ТЬ Ч СОЮЗ UJbtKKHX СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ff% (19) (51)5 F 42 D 3/04 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ 1 1 СВИДЕТЕЛЬСТВУ • «і • (21)4752241/03 * • (22)23.10.89 (71) Государственный научно-исследовательский проектно-конструкторский и проектный институт угольной промышленности "Укрниипроект" (72) В.С.Прокопенко (56) Авторское свидетельство СССР I f Se 1301030, кл. Е 21 С 37/00, 1985 (непубл.). Авторское свидетельство СССР № 961415, кл Е21 С 37/00, F 42 D 37/04, 1981 (непубл.). (54) СПОСОБ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к буровзрывным работам на карьерах. Цель изобретения - улучшение качества дробления горных пород путем формирования перемещения пород в сторону откоса уступа. Уступ пород разделяется на группы, прилегающие и удаленные по отношению к откосу уступа и взрывают первоначально группу удаленных зарядов, начиная с наиболее удаленных от откоса уступа с замедлением последующих по мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу прилегающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положительной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении, противоположном перемещению пород, причем замедление между смежными зарядами вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливают исходя из приведенного соотношения. В процессе взрыва зарядов по указанному способу формируется результирующая волна смещения породы, направленная в сторону откоса уступа, что повышает интенсивность дробления и разрыхления пород, снижает вероятность выброса пород в тыльную часть уступа и сейсмический эффект. 7 з.п. ф-лы, б ил. 1 табл. 43 Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых с использованием буровзрывных работ. Известен способ дробления горных пород включающий короткозамедленное взрывание рядов скважинных зарядов в блоке уступа с расположением в каждой паре отбойного ряда первых, а врубового втором от свободной поверхности, причем врубовые ряды зарядов предыдущей и последующих пар взрывают с интерзалом времени замедления Тзі= З • іп.ф., а заряды отбойного ряда по отношению к зарядам врубового ряда а каждой паре взрывают с 6-93 I интервалом времени замедления Тз2=1.5 tn Ф . гдеЬф. -длительность положительной фазы волны сжатия. Этот способ обладает сравнительно низким коэффициентом использования энергии взрыва, так как значительная часть энергии врубовых зарядов уходит в тыльную часть массива не производя разрушений, а также сравнительно большие интервалы замедлений взрывания отбойных зарядов проводят к тому, что они начинают работать в условиях раскрытых естественных трещин и развитой сети трещин, связанных с разрушающим воздействием врубовых зарядов. Это приводит к снижению времени давле С* 1795697 пия продуктов взрыва отбойных зарядов на массив и снижение интенсивности разрушения пород Известен также способ взрывания пород, принятый нами в качестве прототипа, в котором массив со скважными зарядами развивают на участки, соединяют заряды каждого участка детонирующим шнуром в контуры и взрывают, причем взрывание осуществляют последовательно от внешнего 10 контура к внутренним и встречно-направленно между смежными зарядами, а первый заряд внешнего контура следующего участка взрывают после инициирования последнего заряда внутреннего контура предыдущего участка. Этот способ обеспечивает относительно низкое качество дробления пород из-за малой величины их смещения в сторону откоса уступа (сброса) Это является результа- 20 том почти мгновенной (по отношению к длительности действия газов) детонации зарядов в пределах участка и практически равномерного по всем направлениям действия газов, причем для большинства зарядов, в 25 условиях зажима. Длл указанного способа характерно низкое разрыхление пород особенно в центре и тыльной части участка в области подошвы уступа. Кроме того недостаточное смещение породы в сторону отко- 30 сов уступа обуславливает большой выброс породы на верхнюю площадку уступа. Это резко ухудшает показатели работы горнотранспортного оборудования. Вследствие работы зарядов в зажиме возрастает сейс- 35 мический эффект. Целью изобретения является улучшение качества дробления горных пород путем формирования результирующего смещения 40 пород в сторону откоса уступа Цель достигается тем, что в известном способе взрывного разрушения горных пород, включающем бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом с разделением образовавшихся зарядов на 45 группы прилегающих и удаленных по отношению к откосу уступа и взрывание зарядов с замедлением, взрывание осуществляют первоначально от группы удаленных оарядои начинач с наиболее удаленных от откоса уступа 50 С замедлением последующих по мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу прилегающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положи- 55 тельной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов, с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении противоположном перемещению пород, причем замедление между смежными зарядами вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливают исходя из соотношения зі См где зі - расстояние до предыдущего заряда вдоль линии перемещения пород, м; См - скорость распространения продольных волн в массиве пород, м/с; тм ~ время достижения максимального , значения сжатия в волне, с; tn ф -длительность положительной фазы волны сжатия. Время замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому устанавливают исходя из соотношения t3n P См А+2,5 В + 1 )I_ f ЛТуГу + х[ -г Vn (L-I) ГДЄ I п I — у і Ту = т^ - скорость развития взрыва по линии выброса в группах соответственно прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м/с; /95697 L Ln.Ly - ширина соответственно блока, зон расположения прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м; tn.ty- длительность взрывания групп соответственно прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, с; A t n ~ замедление момента начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов по отношению к моменту выхода волны сжатия, образованной удаленными зарядами, на откос уступа, с, Aty - замедление момента взрыва последнего заряда группы прилегающих к откосу уступа по отношению к моменту взрыва последнего удаленного заряда, с, I - расстояние от удаленного заряда до откоса уступа, м. С целью увеличения обьема сброса пород и повышения интенсивности разрушения пород в зоне расположения удаленных 20 зарядов бурят и заражают дополнительные скважины глубиной менее Н3, причем их взрывание после прилегающих к откосу уст упа зарядов с замедлением возрастающим 25 по мере удаления от откоса уступа. С целью снижения сейсмического эффекта блок разделяют на участки взрываемые последовательно с замедлением в момент времени между взрывами первого заряда из группы прилегающих к откосу ус - 30 тупа предыдущего участка и моментом начала образования линии отрыва по границе предыдущего участка С целью повышения интенсивности дробления пород заряды в группах соединяют меж- 35 ду собой в ряды или контуры по соединяющим линиям и взрывают встречно-направленно между смежными линиями, причем взрывание удаленных зарядов по внешней линии и прилегающих зарядов по ближайшей к отко- 40 су уступа линии осуществляют по встречным напраолениям. Термин группа зарядов обозначает совокупность зарядов, характеризующихся местом расположения на блоке (на участке блока) относительно свободного (или вновь образованной в процессе взрыва свободной) поверхности - откоса уступа и однородным характером физических процессов 50 взаимодействия между собой. Участок -часть блока по его длине. На фиг. 1 приведена схема расположения зарядов ВВ в плане и схема взрывной сети, на фиг. 2 - схема расположения зарядов в сечении А-А взрываемого блока; на фиг. 3 - схема взрывной сети при встречнонаправленном инициировании зарядов; на фиг. А, 5 и б - варианты монтажа взрывной сети с разбивкой блока па участки. На мер тежах штрих пунктирной линией обозначены границы расположения прилегающей и удаленной групп зарядов. При реализации заявляемого способа бурят основные 1 и дополнительные (по необходимости) 2 скважины. В них заряжают взрывчатое вещество и соединяют образовавшиеся заряды детонирующим шнуром (ДШ). Заряды разбивают на две группы - прилегающие к откосу уступа и удаленные с шириной занимаемых ими зон блока соответственно Ln и Li Группы зарядов соединяют между собой через пиротехнический замедлитель или отрезок детонирующего шнура 4 соответствующий расчетному времени замедления. Заряды взрывают с замедлением, обеспечивающим пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 5 и 6 соответственно в группах удаленных и прилегающих зарядов. Заряды в дополнительных скважинах взрываются с замедлениями создаваемыми пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 7 и 8. Блок взрывается начиная с наиболее удаленного от откоса уступа ряда зарядов с помощью капсуля детонатора КД. При необходимости повышения надежности взрыва используют дублирующие пиротехнические замедлите-ли 9 В вариантах с разбивкой блока на участки замедление между участками осуществляется пиротехническими замедлителями или отрезками ДШ 10 В процессе взрыва горная порода перемещается по линии результирующего перемещения (сброса) пород. Момент начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов ограничен моментом выхода волны сжатия на откос уступа от взрыва удаленных зарядов и моментом завершения действия положительной фазы этой волны (1) где Тп - момент времени начала взрыва группы зарядов прилегающих к откосу уступа, с; Ту - момент времени начала взрыва группы удаленных зарядов, с; В этом интервале времени группа приближенных к откосу уступа зарядов взрывается о условиях смещения в сторону откоса уступа. Это объясняется тем, что скорость смещения в падающей на откос уступа по фазе совпадает с нормальными к фронту волны напряжениями. В отраженной волне скорость смещения породы по отношению к 1795697 направлению распространения фронта волны меняется на противоположное. Поэтому в пределах длительности положительной фазы волны или на расстоянии вглубь массива 1-п.ф.—См tn-ф. 5 (2) От откоса уступа смещение от действия удаленных зарядов будут направлены в сторону откоса уступа. В реальныхусловиях взры- 10 вания скважинных зарядов гп.ф.5:10*10'3 с, а См ^ 1,0- 10 3 м/с, т.е. І_п.ф.^ 10 м. Поэтому, по крайней мере заряды взрываемые первыми из группы приближенных, будут срабатывать в условиях предварительного 15 смещения породы в сторону откоса уступа со скоростью отличной от нуля. Ограничения, накладываемые на интервал времени замедления между смежными зарядами вдоль линии сброса обеспечивает 20 увеличение скорости смещений породы в сторону откоса как при взрыве группы удаленных так и группы приближенных зарядов. Учитывая симметричность волны образованной взрывом зарядов в условиях 25 бесконечного массива пород при взрыве каждого последующего заряда в сторону предыдущего распространяется соответствующая волна. Указанное время замедления t3! в группе удаленных зарядов 30 обеспечивает сдвиг встречных волн от взрыва смежных зарядов на столько, что максимальное значение скорости от взрыва предыдущих зарядов до момента взрыва последующих проходит линию расположения 35 последних. В результате интерференции скорости смещения породы в сторону откоса уступа возрастают. Аналогично премя замедления гзі в группе приближенных к откосу уступа зарядов обеспечивает сдвиг 40 во времени встречных волн от взрыва смежных зарядов настолько, что максимальные значения скорости смещения от взрыва предыдущих зарядов до момента взрыва последующих проходит в тыл за линию распо- 45 ложения последующих. Поэтому волне, образованной взрывом последующих зарядов, противодействует остаточная часть волны со значениями скорости смещения менее максимальных. В результате интерференции 50 волн результирующая скорости смещения будет направлена в сторону откоса уступа. Ограничение 8 ний отрицательной фазы волны. Кроме того к моменту окончания положительной фазы волны успевает развиться сеть трещин, расширяющихся под действием продуктов взрыва. Это ухудшает режим взаимодействия зарядов ослабляя эффект суммирования волн в направлении откоса уступа. Ограничение времени замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому (t3.п.) исключает преждевременное (до окончания формирования после скоростей в направлении сброса) смещение породы в тыльную сторону блока, образующееся при формировании обнаженной поверхности в результате вспучивания и выброса породы под действием удаленных зарядов. В случае преждевременного вспучивания и выброса породы под действием тыльных зарядов в зоне влияния образующейся свободной поверхности в результате отражения от нее волн, а также остаточного давления продуктов детонации формируется поле смещений породы в сторону этой поверхности. Кроме того, преждевременное истечение продуктов детонации зарядов в атмосферу снижает в среднем по всему давление продуктов детонации в сторону откоса уступа. В конечном итоге это уменьшает объем пород, перемещаемых в сторону откоса уступа и увеличивает объем пород перемещаемых в тыльную часть блока {выброс на верхнюю площадку уступа очередной заходки). В соответствии с физическими процессами происходящими при формировании призмы выброса в общем виде можно записать ta.n 5 Т.в = t i + t2 (4) где t B - время начала вспучивания массива пород соответствующее окончанию трещинообразования, с; ti - время формирования поля напряжений в пределах призмы выброса, с; т.2 - время роста трещин внутри воронки выброса, с: очевидно,что Нз См (5) Козффициент пропорциональности А физически учитывает структуру поля напряжения (форму, соотношение энергии падаЗі 55 ющей и отраженной волн). В предельных (3) случаях когда отсутствуют (пренебрежительно малы) отраженные волны А = 1,0, а когда основное разрушение происходит под устраняет отрицательное влияние на редействием отраженных волн А = 2,0). зультирующую величину скорости смеще 9 10 С учетом что скорость распростране нич тррщин составляет ориентировочно 0,4 скорости распространения продольных волн t2 =В ~ 0,4 См ОЬ синячим і п tn (б) См Коэффициент пропорциональности В физически учитывает форму призмы разру- 10 шения и выброса, конкретное различие во времени роста контурообрззующих трещин. При одной трещине по нормали от заряда к свободной поверхности В = 1,0, при образовании нормальной воронки вы- 15 броса В = 1,4 В итоге где г п .Ту скорость развития взрыва по линии сброса а группах соответственно приближенных и тыльных зарядов, м/с; С учетом обозначений и (11) из (10) (12) С учетом, что L = L y + Ln (13) из (12) получим t 3 n ^ ( А +2,5 В ) — (7) 20 См может быть определено с учетом коэффициента снижения скорости распространения продольных волн (?/), обусловленного влиянием трещиноватости по формуле 25 См = V е (14) L« = Подстановкой (14) и (8) после преобразований получим (8) + 1 ) L + A ty ту + A t n гп где с - скорость распространения продоль30 Ту + Тп ных волн в образце породы, м/с; V = 0,3-0,9. Ограничение(7) при постоянном заглублении заряда ограничивает ширину блока. ' С * ' Поэтому для ее расширения целесообразно увеличить Нз. 3$ Левая часть неравенства (15) определяУчитывая, что на линии блока, разделяет время между взрывом первого и последющей прилегающую и удаленную группы него зарядов на блоке. Для произвольных зарядов заряды взрываются с замедлением, тыльных зарядов расположенных от откоса а также замедление взрыва зарядов в групуступа на расстоянии пе приближенных после начала смещения 40 откоса уступа A t n . с использованием (7) -^• + 1 ) L + A t y r y можно записать систему уравнений, харак*м теризующих взаимосвязь интервалов вреТу т ty мени на блоке. 45 (16) t y 4-Дт.у х[ А + 2,5 В )L +AtyTy +At n r n Гу + Гп 07) 11 1795697 12 удаленном ряду 300 кг Породы известняк крупноблочный структуры с См ™ 1800 м/с В конкретных вариантах использования способа с применением схем на фиг. 4 и 5 принято Ну = 15 м, вес заряда 300 кг Породы указанный известняк Схему на фиг. 6 целесообразно применять в породах с большими скоростями распространения волн Длительность положительной фазы волны и времени нарастания направлений до максимального значения определены по зависимостям Из анализа (1 /j следует, что Н э возрастает линейно с увеличением ширины блока и удалением заряда от откоса уступа. При значительной величине Н 3 снижается интенсивность разрушения пород в 5 верхней части уступа и их сброс в сторону откоса уступа. Поэтому целесообразно в этой зоне расположение дополнительных зарядов, обеспечивающих дополнительное энергонасыщение массива в области Н3. 10 Эти заряды по характеру взаимодействия волны между собой и с окружающими зарядами относятся к группе прилегающих к откосу уступа. На фиг. 4, 5 и 6 приведены характерные 15 варианты использования изобретения с разбивкой удлиненного блока на участки, взрываемые последовательно с замедлением. Длина участка и интервалы замедлений устанавливается исходя из условия образо- 20 вания линии отрыва до взрыва зарядов последующего участка .прилегающей к этой линии отрыва. С учетом результирующей линии откоса уступа, образованной линией отрыва и бровкой уступа осуществляется и 25 разбивка зарядов на группы удаленных и прилегающих. Встречно направленное взрывание смежных рядов осуществляют путем соответствующей коммутации зарядов с исполь- 30 зованием детонирующего шнура и пиротехнических замедлителей. В этом случае замедление между различными ближайшими зарядами расположенными на смежных линиях будут непостоянны. Одна- 35 ко учитывая, что этот порядок взрывания эффективен при малых интервалах замедления, когда между смежными линиями не образуется поверхности разрыва, и идет взаимодействие полей напряжений от окру- 40 жающих зарядов заметной неравномерности разрушения пород не наблюдается. Способ допускает значительное количество вариантов его конкретной реализации. Варианты схем, приведенные на фиг. 1 и 3, 45 целесообразно использовать на блоках с небольшой (40-50 м) протяженности и шириной 35-45 м с высотой уступов 25-30 м. В конкретных вариантах приняты глубина скважин 30 м, масса заряда в последнем 50 Основные параметры конкретных вариантов схем взрывания с использованием изобретения приведены в таблице. Реализация способа осуществляется в обычной последовательности подготовки и проведения взрыва при короткозамедленном взрывании. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности дробления коэффициента разрыхления пород; улучшение качества проработки подошвы, снижение обратных (в тыл уступа) выбросов породы, снижение сейсмического эффекта. Это достигается благодаря улучшению режима взаимодействия зарядов В В которое проявляется в следующих физических явлениях, характерных для заявляемого способа: создание преимущественного направления сброса и повышение его величины за счет успевающего суммирования волн ототдельных зарядов; предварительное нарушение массива и смыкание трещин; создание сложно напряженного состояния путем образования встречно-напрэвленного движения породы, с изменением направления результирующего вектора смещения по времени, замыкание энергии взрыва в пределах блока путем первоочередного взрыва тыльных зарядов, а также взрывом каждой последующей секции до окончания взрыва предыдущей; увеличение общей длительности взрыва на массив за счет разбивки блока на секции и взрывание их с замедлением. Формула изобретения 55 1. Способ взрывного разрушения горных пород, включающий бурение скважин, заряжение их взрывчатым веществом и разцелением образовавшихся зарядов на груп1ы прилегающих и удаленных по отношению к откосу уступа и взрывание зарядов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества дробления горных пород путем формирования результирующего перемещения пород в сторону откоса уступа, взрывание начинают с наиболее удаленных от 13 1795697 откоса уступа групп зарядов с замедлением взрывания последующих про мере приближения к откосу уступа в направлении результирующего перемещения пород, а группу примыкающих зарядов инициируют во время действия в откосе уступа положительной фазы сжатия от взрыва группы удаленных зарядов, с замедлением, увеличивающимся по мере удаления от откоса уступа в направлении противоположном перемещению пород. 10 2. Способ поп. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что замедления между взрыванием смежных зарядов вдоль линии результирующего перемещения пород устанавливается из соотношения 15 14 v ГДЄ г ( p +1 ) L Гп = , tn ' "' + Atnrn = •^2-- скорость развития t y взрыва по линии сброса в группах соответственно прилегающих к откосу уступа иудаленных зарядов, м/с, L, Ln, Ly - ширина соответственно блока, зон расположения прилегающих к откосу уступа и удаленных зарядов, м; Дт.п - замедление момента начала взрыва группы прилегающих к откосу уступа зарядов по отношению к моменту выхода + 1м < t зі волны сжатия, образованной удаленными зарядами, на откос уступа, с; где ai - расстояние от предыдущего заряда 20 Aty - замедление момента взрыва повдоль линии результирующего перемещеследнего заряды группы прилегающих к отния пород, м, косу уступа по отношению к моменту взрыва См - скорость распространения пропоследнего удаленного заряда, с; дольных волн в массиве пород, м/с; I - расстояние от удаленного заряда до t M - время достижения максимального 25 откоса уступа, м. значения сжатия в волне, с, *п Ф ~ длительность положительной фа5. Способ по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и й зы волны сжатия, с; с я тем, что, с целью увеличения объема сброса пород и повышения интенсивности 3. Способ по п. 1 и 2, о тл ич а ю щ и й- 30 разрушения пород, в зоне расположения удаленных зарядов бурят и заряжают дос я тем, что время замедления взрыва последнего заряда по отношению к первому полнительные скважины глубиной менее устанавливают исходя из соотношения Нз. причем их взрывают послеприлегающих к откосу уступа зарядов с замедлени35 ем, возрастающим по мере удаления от Нз t3n P А 4-2,5 В 55 соединяют между собой в ряды или контуры по соединяюа^им линиям и взрывают встречно-направленно между смежными линиями, причем взрывание удаленных за 15 1795697 рядов по внешней линии и прилегающих зарядов по ближайшей к откосу уступа ли 16 нии осуществляют по встречным направлениям Основные параметры вариантов практического использования изобретения Вариант схемы фиг. 1 фиг. 3 фиг. 4 фиг. 5 фиг. 6 tn ф на расстоя- t M на рассто- Размеры сетки нии, с • 10~3 янии, с * 10~3 скважин мкм L ау L Эу X Ьу ап а п ап х bn эу 51.6 17,4 18.4 51.6 17,4 18.4 42.3 20.2 20.2 25.5 20,2 20.2 25.5 20,2 20,2 11,3 11,3 10,2 5,4 5,4 2,3 2,5 5,5 х 6.0 2,3 2,5 5.5x6,0 3,6 3,8 5,5 х 5,0 3.8 3,8 5,5x6,0 3,8 3,8 5,0 х 5,5 5,0 х 5.5 5,0 х5,5 5,5 х6,0 5,5 х6,0 5,0x5,5 Ширина блока и зон, м !_ Ln 'у 35 35 25-30 10 9 22,5 22,5 20+25 4 4 12,5 12,5 7ч-10 6 5 Продолжение таблицы Вариант схемы фиг. 1 фиг. 3 фиг. 4 фиг. 5 фиг. 6 Нз на расстоянии от t3 Интервалы замедления поротехнических замедлитеоткоса уступа, м с • 10' лей, с • Ю"3 3 L L-a y L-2a y ХА t5 t6 t7 t9 tio t8 22 17 7 6 6 18 14,5 6 6 6 14 12 6 6 6 10 6 3+6 20 10 10 4-6 10 40 35 60 50 60 20 10 20 10 10 10 пере/*еи/е#ия пород VtlZ.i L Ж —о щ -1-І J0 -О -© 90! ЧУ 1795697 K/L t г—і 1 г—т j—і—J—і і 1—і Фиг. 5 Редактор 1—і J 1 1 30 Составитель Н Кононова Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Заказ 297/ДСП Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинвт "Патент""^ Ужгород, ул Гагарина. 101 нат "патент~т Ужгр \ к І