Спосіб вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці

Реферат: Спосіб вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці включає буріння свердловин, розміщення в них вибухової речовини з ініціатором, герметизацію гирла свердловини набійкою, комутацію вибухової мережі і підривання, причому спочатку на підошві блока, що руйнується, роблять його стереофотозйомку, по якій здійснюють дешифрування тріщино-тектонічної будови блока, встановлюють напрям і інтенсивність розташування тріщин в характерних зонах, далі коригують параметри сітки свердловин, по скорегованій сітці на підготовленому блоці бурять ряди свердловин, при цьому в свердловинах ближчих до вільної поверхні уступу формують комбіновані заряди змінної форми перерізу, розміщенням в нижній частині свердловини заряду у вигляді трикутникової призми із промислових ВР, в якому вершину трикутника орієнтують в бік забою, а в верхній - із конверсійних ВР, в решті свердловин в тилу блока, в зоні більш міцних порід, формують заряди, починаючи з нижньої частини свердловини у вигляді квадратної призми із промислових ВР, а в верхній - із конверсійних ВР, сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блока, що руйнується, протилежному до його торця. UA 96511 U (12) UA 96511 U UA 96511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничо-видобувної промисловості і може бути використана для вибухового руйнування міцних слаботріщинуватих та анізотропних гірських порід складної будови. Відомі способи руйнування тріщинуватих гірських порід, які включають заміну подовженого циліндричного заряду постійного перерізу системою розосереджених зарядів, які розташовані в котлових розширеннях та за рахунок створення різноградієнтного поля напружень удовж осі свердловини шляхом створення звужених дільниць в рукаві, де знаходиться вибухова речовина (ВР) на рівній відстані між секціями та поверхнею стінки свердловини [1, 2]. Найбільш близьким за своєю суттю та результатом, що досягається, є спосіб руйнування тріщинуватих гірських порід вибуховими речовинами, згідно з [3]. Спосіб являє собою створення різноградієнтної дії енергії вибуху на масив, що руйнується, за рахунок розміщення ВР в гідроізолюючу оболонку змінного перерізу, в якій широкі і звужені частини чергуються між собою з рівними інтервалами, діаметр яких становить 1,1-1,2 діаметра свердловини в широкій частині, а звужений - 1,1 від критичного діаметра даного типу ВР. Однак приведений спосіб має істотні недоліки. Під час підготовки до руйнування гірських порід, масив якого має деякі ознаки тріщинуватості, не проводиться аналіз стану його, характеру і напрямку існуючих видимих систем тріщин на блоці, а також зон з невиразною тріщинуватістю і монолітністю порід, що веде до зниження надійного контакту на межі "ВРгірська порода" при формуванні зарядів в свердловині і не дає можливість максимально використовувати енергію вибуху при переході ударної хвилі у гірський масив під час детонації ВР. При бурінні свердловин в тріщинуватій зоні масиву не забезпечується їх стабільність і відбувається втрата останніх за рахунок вивалів породи, що веде до збільшення питомих витрат ВР та засобів ініціювання, зростання виходу негабариту, зниження коефіцієнта корисної дії вибуху (ККДВ), і, тим самим, веде до зниження ефективності роботи вантажних та транспортних засобів, що не відповідає вимогам циклічно-потокової і потокової технологіям щодо подрібненої гірничої маси. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці, за рахунок введення нових технологічних операцій і параметрів скорегованої сітки свердловин на уступі, заряджанню і підриванню з уповільненням комбінованих свердловинних зарядів різної форми перерізу в рядах наближених до вільної поверхні уступу, в якому в ніжній частині колонки формують заряд з промислових ВР у вигляді трикутникової призми, орієнтованого вершиною трикутника в бік забою, а верхня частина - з конверсійних ВР, а ряди в тилу блока в більш монолітному масиві комбіновані заряди з розташуванням в нижній частині свердловини заряду у вигляді квадратної призми, а в верхній частині - конверсійних ВР, досягається ефективність і рівномірність дроблення гірничої маси, підвищення ККД вибуху зі зниженням питомої витрати ВР, засобів ініціювання (ЗІ) і обсягу бурових робіт. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці, який включає буріння свердловин, розміщення в них вибухової речовини з ініціатором, герметизацію гирла свердловини набійкою, комутацію вибухової мережі і підривання, згідно з корисною моделлю, спочатку на підошві блока, що руйнується, роблять його стереофотозйомку, по якій здійснюють дешифрування тріщино-тектонічної будови блока, встановлюють напрям і інтенсивність розташування тріщин в характерних зонах, далі коригують параметри сітки свердловин, по скорегованій сітці на підготовленому блоці бурять ряди свердловин, при цьому в свердловинах ближчих до вільної поверхні уступу формують комбіновані заряди змінної форми перерізу, розміщенням в нижній частині свердловини заряду у вигляді трикутникової призми із промислових ВР, в якому вершину трикутника орієнтують в бік забою, а в верхній - із конверсійних ВР, в решті свердловин в тилу блока, в зоні більш міцних порід, формують заряди, починаючи з нижньої частини свердловини у вигляді квадратної призми із промислових ВР, а в верхній - із конверсійних ВР, сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блока, що руйнується, протилежному до його торця. У запропонованому способі ефективність руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови і технічний результат досягається введенням нових технологічних параметрів і операцій, які дозволяють змінити розміри сітки свердловин, місце розташування вибухових свердловин на блоці і порядок їх формування, за рахунок проведення стереофотозйомки тріщино-тектонічної будови блока, визначенню напряму і інтенсивності розташування тріщин в характерних зонах, шляхом буріння по скорегованій сітці вибухових свердловин, формуванню в них комбінованих зарядів різної форми перерізу в найближчих до вільної поверхні уступу в 1 UA 96511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 більш тріщинуватих породах, в якому в ніжній частині колонки формують заряд з промислових ВР у вигляді трикутникової призми, орієнтованого вершиною трикутника в бік забою, а верхній частині - з конверсійних ВР, а ряди в тилу блока в більш монолітному масиві - комбіновані заряди з розташуванням в нижній частині свердловини заряду у вигляді квадратної призми, а в верхній частині - конверсійних ВР, дозволяє отримати підвищення ефективності і рівномірності дроблення гірських порід, і як наслідок, зниження втрат енергії в хвилях напружень при різнонаправленому їх впливі на гірський масив, зменшення амплітуди та тривалості дії сейсмічного ефекту масового вибуху, дальності розкидання гірничої маси, що веде до підвищення ККД вибуху зі зниженням питомих витрат ВР, ЗІ і обсягу бурових робіт. Суть та технологічні схеми його виконання наведені на кресленнях: Фіг. 1 - фотознімок виду блока з елементами залягання тріщин на оголеній ділянці вибою; Фіг. 2 - віддешифрований знімок частини вибою з тріщинами відриву; Фіг. 3 - номограма для коригування сітки свердловин з урахуванням параметрів коефіцієнта анізотропії; Фіг. 4 - схема розміщення свердловин на блоці і порядок підривання; Фіг. 5 - схема розміщення комбінованих зарядів різної форми перерізу на блоці по А-А; Фіг. 6 - конструкції комбінованих зарядів різної форми перерізу; Фіг. 7 зовнішній вигляд подрібненої вибухом гірничої маси на уступі; Фіг. 8 - характер розподілу гранулометричного складу гірничої маси після обробки комп'ютерною програмою WipFrag©Win Version 2.6. Спосіб вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці реалізується в такій послідовності. Для обґрунтування раціональних параметрів буропідривних робіт необхідно враховувати особливості тріщино-тектонічної будови масиву гірських порід, що руйнується. Вивчення цих особливостей полягає в масових вимірах елементів залягання тріщин, а також інших лінійних напрямків, що характеризують його структуру. Дані вимірів після відповідної статистичної обробки прив'язують до точок оголень на відповідних картах або планах. Згідно з розробленою нами методикою, в забоях кар'єру "Сівач" (м. КорсуньШевченківський), блок 01/12, гор. +58 м з використанням методу наземної стереофотограмметричної зйомки робили виміри елементів залягання тріщин на оголеній ділянці вибою (1, Фіг. 1). На вибраній для аналізу ділянці уздовж лінії вибою на підошві уступу вибирають точки (1, 2, 3 - точки зйомки об'єкта) для роздільного фотографування одного і того ж об'єкта. У точку зйомки об'єкта встановлюють цифрові фототеодоліти (2) і роблять зйомку з двох точок одного і того ж об'єкта застосовуя маркшейдерську рейку (3) задля орієнтування і масштабування фотознімків, в основі якої в точці зустрічі променів зйомки об'єкта стереопара утворює орієнтований кут θ (4). Отримані знімки поєднують між собою і за допомогою дзеркального стереоскопу отримують стереоскопічний ефект - ефект трьох вимірів, визначають довжину, ширину і висоту об'єкта і наносять на ньому структурні зміни масиву з просторовими координатами точок зйомки (1, 2, 3), а знімки, які використовують для стереоскопічного аналізу стереопари, дешифрують з нанесенням макротріщин різної морфології (5, Фіг. 2). Обробку віддешифрованих стереопар здійснюють з використанням стандартних програм обробки зображень "Fotoshop" і "CorelDraw 11". Видимі на фотознімку вертикальні макротріщини зображують у вигляді ліній, що проецирують на маркшейдерську рейку (3, Фіг. 1), по яким підраховують густину тріщин. За отриманими даними коефіцієнта анізотропії з використанням розробленої номограми (Фіг. 3) коригують параметри сітки свердловин на проектному блоці (1, Фіг. 4). Згідно з новими параметрами сітки свердловин, а також з урахуванням розташування тріщинуватих зон і напрямку локальних тріщин в блоковому масиві (1) бурять вибухові свердловини (6, Фіг. 3, Фіг. 4). Розташування свердловин (6) на блоці, згідно з перерізом А-А, наведено на Фіг. 5. У підготовлених свердловинах (6) формують комбіновані заряди різної форми перерізу - одні в нижній частині у вигляді трикутникової призми (7, Фіг. 6), а решту - квадратної форми (8, Фіг. 6). Так, на блоці (1) в рядах (9) - І, II (Фіг. 4) найближчих до вільної поверхні уступу в більш тріщинуватих породах, з яких знято навантаження попереднім вибухом, в нижній частині колонки формують заряд з промислових ВР, наприклад суміш із тротилу УГ+АС в співвідношенні 65/35, у вигляді трикутникової призми (7, Фіг. 6), орієнтованого вершиною трикутника в бік забою, а верхній частині - з конверсійних ВР (10, Фіг. 6), наприклад, піроксиліновий порох, а ряди (9) - III, IV (Фіг. 4) в тилу блока в більш монолітному масиві комбіновані заряди з розташуванням в нижній частині свердловини заряду у вигляді квадратної призми, а в верхній частині - конверсійних ВР (10, Фіг. 6). Ініціювання зарядів здійснюють основним і проміжним детонатором - патроном-бойовиком (11, Фіг. 6), змонтованим з 2-х тротилових шашок Т-400. У сформований заряд встановлюють патрон-бойовик (11), гирло свердловини герметизують набійкою (12). Заряди комутують в діагональні схеми (13, Фіг. 4) і підривають з уповільненням (ступені уповільнення - 1, 2, 3, 4, і т.п) з використанням 2 UA 96511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неелектричної системи ініціювання NONEL, починаючи з врубових зарядів (14, Фіг. 4), розташованих на фланзі блока (1), що руйнується, протилежному до його торця. Для встановлення залежностей фрагментації підірваної гірничої маси від характеру (виду) природної тріщинуватості по густині тріщин (кіл./м), що впливають на діаметр середнього шматка, проводять з використанням методу косокутної фотопланіметрії [4]. Підірвану гірничу масу (Фіг. 7) на блоці знімають цифровою фотокамерою, наприклад OLIMPUS, і обробляють за допомогою комп'ютерної програми WipFrag©Win Version 2.6. В якості прикладу наведені результати дроблення гірських порід на кар'єрі "Сівач", гор. +58 м. Вони показали, що програмою оброблено 88370 зразків породи розміром від 10 мм до 1292 мм, аналіз, яких дозволив встановити, що найбільш однорідною є фракція 135-360 мм - 50 %. При цьому, через сито з розміром осередку в 1000 мм проходить 99,2 % роздрібненої гірської маси. З цього виходить, що середній розмір шматка складає 299 мм. Результати обробки даних гранулометричного складу (Фіг. 8) представлені у вигляді кривої розподілу, гістограми і даних гранскладу по класам (в %) розміщені в таблиці. Технологія способу вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці виконується таким чином. Для обґрунтування раціональних параметрів буропідривних робіт необхідно враховувати особливості тріщино-тектонічної будови масиву гірських порід, що руйнується. Згідно розробленої нами методики в забоях кар'єру "Сівач" (м. Корсунь-Шевченківський), блок 01/12, гор. +58 м з використанням методу наземної стереофотограмметричної зйомки роблять виміри елементів залягання тріщин на оголеній ділянці вибою (1, Фіг. 1) з використанням цифрових фототеодолітів (2). Отримані знімки поєднують один з іншим і за допомогою дзеркального стереоскопа отримують стереоскопічний ефект - ефект трьох вимірів, що дозволяє визначити довжину, ширину і висоту об'єкта і нанесені на нім структурні зміни масиву з просторовими координатами точок зйомки, а знімки, що використовують для стереоскопічного аналізу стереопари, дешифрують з нанесенням тріщин різної морфології (5, Фіг. 2). Обробку віддешифрованих стереопар здійснюють з використанням стандартних програм обробки зображень "Fotoshop" і "CorelDraw 11". Видимі на фотознімку вертикальні макротріщини зображують у вигляді ліній, що проектуються на маркшейдерську рейку (3, Фіг. 1), по яким підраховують густину тріщин і глибину заколів, пов'язаних з природними тріщинами. За отриманими даними коефіцієнта анізотропії з використанням розробленої номограми (Фіг. 3) коригують параметри сітки свердловин на проектному для руйнування блоці (1, Фіг. 4). Згідно з новими параметрами сітки свердловин, а також з урахуванням розташування тріщинуватих зон і напряму локальних тріщин в блоковому масиві (1), бурять вибухові свердловини (6, Фіг. 4, Фіг. 5) буровим верстатом, наприклад СБШ-250. Розташування свердловин (6) на блоці, згідно з перерізом А-А, наведено на Фіг. 5. У підготовлених свердловинах (6) формують комбіновані заряди різної форми перерізу - одні в нижній частині у вигляді трикутникової призми (7, Фіг. 6), а решту - квадратної форми (8, Фіг. 6). Так, на блоці (1) в рядах (9) - І, II (Фіг. 4) найближчих до вільної поверхні уступу в більш тріщинуватих породах, з яких знято навантаження попереднім вибухом, в нижній частині колонки формують заряд з промислових ВР, наприклад суміш із тротилу УГ+АС в співвідношенні 65/35, у вигляді трикутникової призми (7, Фіг. 6), орієнтованого вершиною трикутника в бік забою, а в верхній частині з конверсійних ВР, наприклад, піроксиліновий порох (10, Фіг. 6), а ряди (9) - III, IV (Фіг. 4) в тилу блока в більш монолітному масиві - комбіновані заряди з розташуванням в нижній частині свердловини заряду у вигляді квадратної призми, а в верхній частині - конверсійних ВР. Ініціювання зарядів здійснюють основним і проміжним детонатором - патроном-бойовиком (11, Фіг. 6), змонтованим з 2-х тротилових шашок Т-400. У сформований заряд встановлюють патрон-бойовик (11), гирло свердловини герметизують набійкою (12). Заряди комутують в діагональні схеми (13, Фіг. 4) і підривають з уповільненням (ступені уповільнення - 1, 2, 3, 4, і т.п) з використанням неелектричної системи ініціювання NONEL починаючи з врубових зарядів (14, Фіг. 4), розташованих на фланзі блока (1), що руйнується, протилежному до його торця. Для встановлення залежностей фрагментації підірваної гірничої маси від характеру (виду) природної тріщинуватості, згідно з густиною тріщин (кіл./м), що впливають на діаметр середнього шматка, проводять з використанням методу косокутної фотопланіметрії. Підірвану гірничу масу (Фіг. 7) на блоці знімають цифровою фотокамерою, наприклад OLIMPUS, і обробляють отримані фотознімки за допомогою комп'ютерної програми WipFrag©Win Version 2.6. Як приклад наведені результати дроблення гірських порід на кар'єрі "Сівач", гор. +58 м. Вони показали, що програмою оброблено 88370 зразків породи розміром від 10 мм до 1292 мм, аналіз яких дозволив встановити, що найбільш однорідною є фракція 135-360 мм, що складає майже 50 % від усього об'єму. При цьому через сито з розміром осередку в 1000 мм проходить 3 UA 96511 U 5 10 15 20 99,2 % подрібненої гірничої маси. З цього виходить, що середній розмір шматка складає 299 мм. Результати обробки даних гранулометричного складу (Фіг. 8) представлені у вигляді кривої розподілу, гістограми і даних грансоставу по класам (у %) зведені в таблицю. Застосування запропонованого способу вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці, в якому за рахунок введення нових технологічних операцій і параметрів сітки свердловин на блоці, скорегованої з урахуванням характеру і напряму розподілу тріщин, коефіцієнта анізотропії тріщинуватого гірського масиву, і подальшого підривання з уповільненням комбінованих свердловинних зарядів різної форми перерізу, сприяє рівномірному дробленню, і, як наслідок, зниженню витрат енергопередачі зусиль на гірський масив, що впливають на сейсмічний ефект масового вибуху, дальність відкидання ГМ, а також підвищенню ККД вибуху і зниженню питомих витрат ВР, ЗІ і обсягу бурових робіт. Джерела інформації: 1. Мельников Н.В. и др. БВР в горной промышленности. - М.: Росгортехиздат, 1962. - 264 с. 2. А.С. № 1739001, СССР, МКИ Е21С 37/00, F42D 3/04/ Способ дробления трещиноватых и слоистых горных пород скважинными зарядами и устройство для его осуществления. - Заявл. 03.07. 1979. ДСП. 3. Пат. № 37722, Україна, МКВ 6 Е21С 37/00. Спосіб руйнування тріщинуватих гірських порід вибуховими речовинами / Єфремов Е.І., Петренко В.Д, Білоконь М.П. та інш. - замовл. № 2000 041990 від. 07.04.2000; надр. 15.05.01, Бюл. № 4. 4. Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения / Л.И. Барон. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 124 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Спосіб вибухового руйнування міцних анізотропних гірських порід складної будови на блоці, який включає буріння свердловин, розміщення в них вибухової речовини з ініціатором, герметизацію гирла свердловини набійкою, комутацію вибухової мережі і підривання, який відрізняється тим, що спочатку на підошві блока, що руйнується, роблять його стереофотозйомку, по якій здійснюють дешифрування тріщино-тектонічної будови блока, встановлюють напрям і інтенсивність розташування тріщин в характерних зонах, далі коригують параметри сітки свердловин, по скорегованій сітці на підготовленому блоці бурять ряди свердловин, при цьому в свердловинах ближчих до вільної поверхні уступу формують комбіновані заряди змінної форми перерізу, розміщенням в нижній частині свердловини заряду у вигляді трикутникової призми із промислових ВР, в якому вершину трикутника орієнтують в бік забою, а в верхній - із конверсійних ВР, в решті свердловин в тилу блока, в зоні більш міцних порід, формують заряди, починаючи з нижньої частини свердловини у вигляді квадратної призми із промислових ВР, а в верхній - із конверсійних ВР, сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блока, що руйнується, протилежному до його торця. 4 UA 96511 U 5 UA 96511 U 6 UA 96511 U 7 UA 96511 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8