Спосіб вибухового руйнування локально-тріщинуватих анізотропних гірських порід

Реферат: Спосіб вибухового руйнування локально-тріщинуватих анізотропних гірських порід полягає в тому, що спочатку в підошві блока, що руйнується, уздовж лінії вибою бурять шпури і заряджають ВР і підривають, потім по вирві визначають коефіцієнт анізотропії, коригують параметри сітки свердловин і бурять їх на підготовленому блоці. В підготовлених свердловинах формують заряди змінного перерізу з рівномірним розміщенням по колонці ВР сферичних порожнин - куль діаметром 0,8Dсв рд , причому сферичні порожнини орієнтують по контактних зонах, що належать до монолітних порід, а суцільної конструкції - в зонах тріщинуватих порід. Сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блока, що руйнується протилежному до його торця. Технічний результат: запропонований спосіб забезпечує рівномірність дроблення, компактність розвалу гірничої маси, і як наслідок, зниження сейсмічного ефекту масового вибуху, питомої витрати ВР, ЗІ і обсягів бурових робіт. UA 105730 C2 (12) UA 105730 C2 UA 105730 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничо-видобувної промисловості і може бути використаний для вибухового руйнування тріщинуватих анізотропних гірських порід. 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 перетисків в рукаві, де знаходиться ВР на рівній відстані між секціями та поверхнею стінки свердловини [Буровые работы в горной промышленности/ под общ. ред. Н.В. Мельникова. – М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1962 - С. 264; SU 1739001 А1; 07.06.1992]. Найбільш близьким за своєю суттю та досягуваному результату є спосіб руйнування тріщинуватих гірських порід вибуховими речовинами згідно з UA 37722 А; 15.05.2001. Спосіб полягає у створенні 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 тиру ВР. Однак приведений спосіб має істотні недоліки. Під час підготовки до руйнування масиву локально-тріщинуватих гірських порід не проводиться аналіз стану масиву, характеру і напрямку формування систем тріщин на блоці, зон тріщинуватих і монолітних порід, що також веде до зниження надійного контакту на межі "ВР - гірська порода" при формуванні зарядів в свердловині і не дає можливості 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 циклічнопотокової і потокової технології щодо подрібненої гірничої маси. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу вибухового руйнування локально-тріщинуватих анізотропних гірських порід завдяки введенню нових технологічних операцій і параметрів скорегованої сітки свердловин на блоці, заряджанню і підриванню з уповільненням свердловинних зарядів, у якому колонку зі змінним перерізом орієнтують у блоці монолітних порід, а суцільної конструкції - в тріщинуватому масиві, досягається ефективність і рівномірність подрібнення гірничої маси і, як наслідок, зниження втрат енергії в хвилі напружень при різноспрямованій її дії на гірський масив, амплітуди і тривалості сейсмічного ефекту масового вибуху, що веде до підвищення ККД вибуху зі зниженням питомої витрати ВР, ЗІ і обсягу бурових робіт. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вибухового руйнування локальнотріщинуватих анізотропних гірських порід, який включає буріння свердловин, розміщення в них вибухової речовини з ініціатором, комутацію вибухової мережі і підривання, згідно з винаходом, спочатку на рівні підошви блока, що руйнується, виконують стереозйомку, по орієнтованій стереопарі фотознімків здійснюють дешифрування тріщинно-тектонічної будови блока, встановлюють напрям і інтенсивність тріщинуватості в характерних зонах, причому посередині характерної зони уздовж лінії вибою бурять 2-3 шпури діаметром 40 мм і глибиною 1,2-1,5 м, заряджають ВР і підривають, потім по утвореній вирві руйнування визначають просторове орієнтування великої осі вирви руйнування і коефіцієнт анізотропії, по яких коригують параметри сітки свердловин, по скорегованій сітці на підготовленому блоці бурять свердловини, в пробурених свердловинах формують заряди змінного перерізу з рівномірним розміщенням по колонці ВР сферичних порожнин - кульок діаметром 0,8Dсврд, причому сферичні порожнини розташовують у свердловинах в зонах монолітних порід, а суцільної конструкції - в зонах тріщинуватих порід, сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блоку, що руйнується, протилежному до його торця, при цьому, азимут переважаючої на цій ділянці анізотропного гірського масиву системи паралельних тріщин визначають із співвідношень: 2h , AZmp  A Z  arctg mn  mn де: A Z  AZ       - дирекційний кут уявного базису;    2  h mn  mn 2M sin  / 2 - глибина заколу, отриманого природною тріщиною; 1 UA 105730 C2 mn  mn - паралакс, визначений по стереознімку; mn , mn - видима ширина заколу, заміряна на правому та лівому знімках стереопари; M масштаб зйомки; D св рд - діаметр свердловини. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У запропонованому способі ефективність руйнування локально-тріщинуватих гірських порід 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 стереозйомки тріщино-тектонічної будови блока, визначення напряму і інтенсивності тріщинуватості в характерних зонах шляхом буріння і підривання уздовж лінії забою шпурів, а по вирві руйнування, що утворилася, визначають просторову орієнтацію тріщин і коефіцієнт анізотропії, буріння по скорегованій сітці вибухових свердловин, формуванню в них зарядів змінного перерізу у блоці монолітних порід, а суцільної конструкції - в блоці тріщинуватого масиву і підривання їх з уповільненням, дозволяє отримати підвищення ефективності і рівномірності дроблення гірських порід, і, як наслідок, зниження втрат енергії в хвилях напружень при різнонаправленому їх впливу на гірський масив, амплітуди та тривалості дії сейсмічного ефекту масового вибуху, що веде до підвищення ККД вибуху зі зниженням питомих витрат ВР, ЗІ і обсягу бурових робіт. Суть винаходу та технологічні схеми його виконання наведені на кресленнях: фіг. 1 - вид блока з елементами залягання тріщин на оголеній ділянці вибою; фіг. 2 - віддешифрований знімок частини вибою з тріщинами відриву; фіг. 3 - схема до визначення глибини розтріскування частини масиву h, сформована природною тріщиною ab; фіг. 4, фіг. 5 - схема до визначення видимої ширини розірваної частини масиву, заміряної на правому та лівому знімках стереопари; фіг. 6 - схема блока з розміщеними на ньому свердловинами і шпурами; фіг. 7 - вирва, що сформована дією вибуху заряду ВР; фіг. 8 - номограма для коригування сітки свердловин з урахуванням параметрів коефіцієнта анізотропії; фіг. 9 - схема розміщення свердловин на блоці і порядок підривання; фіг. 10 - схема розміщення і порядок формування зарядів змінного перерізу на блоці з урахуванням тріщинуватості гірського масиву; фіг. 11 - конструкція заряду змінного перерізу; фіг. 12 - зовнішній вигляд подрібненої вибухом гірничої маси на уступі; фіг. 13 - характер розподілу гранулометричного складу гірничої маси після обробки комп'ютерною програмою WipFrag©Win Version 2.6. Спосіб вибухового руйнування локально-тріщинуватих анізотропних гірських порід реалізується так. 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 вибоях на різних горизонтах Глеєватського (гор. - 182 м) і Петрівського (гор. - 45-60 м) кар'єрів ЦГЗКа з використанням методу наземної стереофотограмметричної зйомки виконували 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, застосовуючи 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 стереоскопа отримують стереоскопічний ефект - ефект трьох вимірів, визначають довжину, ширину і висоту об'єкту 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 яких підраховують густину тріщин, а глибину заколів h, за якою розкривається природна тріщина ab (фіг. 3), з виразу mn  mn , h 2M sin  / 2 де mn  mn - паралакс, що визначається по стереознімку; mn , mn - видима ширина заколу, заміряна на правому та лівому знімках стереопари; M масштаб зйомки;  - кут зйомки. 2 UA 105730 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 По визначеному дирекційному куту лінії уявного базису на даній досліджуваній ділянці масиву обчислюють азимут системи паралельних тріщин із співвідношень (фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5) 2h , AZmp  A Z  arctg mn  mn де: A Z  AZ       - дирекційний кут уявного базису; AZ - азимут.    2  Напрям і вплив на руйнування анізотропного гірського масиву тріщин в характерних зонах визначають шляхом буріння на блоці (1, фіг. 6) уздовж лінії вибою (6) 2-3 шпурів (7) діаметром 40-43 мм і на глибину 1,2-1,5 м. У підготовлені шпури закладають патроноване ВР, наприклад амоніт №6ЖВ і підривають. По вирві руйнування (8, фіг. 7), що утворилася, визначають просторове орієнтування великої (9) і малої (10) осі вирви руйнування (8) і коефіцієнт анізотропії із співвідношення K  a / b , де: a і b - велика і мала осі вирви руйнування, відповідно. Просторову орієнтацію вирви руйнування (8) відносно сторін світу N-S (11) здійснюють за допомогою гірничого компасу (12), шляхом розташування його на площині паралельно великій осі вирви руйнування (8). За отриманими даними коефіцієнта анізотропії з використанням розробленої номограми (фіг. 8) коригують параметри сітки свердловин на проектному блоці (1, фіг. 9). Згідно з новими параметрами сітки свердловин, а також з урахуванням розташування тріщинуватих зон і напрямку локальних тріщин в блоковому масиві (1) бурять вибухові свердловини (13, фіг. 8, фіг. 9). У підготовлених свердловинах формують заряди змінного перерізу (14, фіг. 10) з рівномірним розміщенням по колонці ВР сферичних порожнин (15) - куль діаметром 0,8Dсв рд , де: D св рд - діаметр свердловини, конструкція снаряду наведена на фіг. 11. З неї видно на якій відстані між собою розміщують сферичні поверхні - кулі і яка складає 3D зар . Сферичні порожнини (15) у свердловинному заряді ВР формують в зонах монолітних порід (16, фіг. 10), а заряд суцільної конструкції - в зонах тріщинуватих порід (17, фіг. 10). Як ВР використовують грамоніт 79/21, а ініціювання зарядів здійснюють основним і проміжним детонатором - патроном-бойовиком (18, фіг. 11), змонтованим з 2-х тротилових шашок Т-400. У сформований заряд встановлюють патрон-бойовик (18), гирло свердловини герметизують набійкою (19). Заряди комутують в діагональні схеми (20, фіг. 9) і підривають з уповільненням (ступені уповільнення - 1, 2, 3, 4, і т.п) з використанням неелектричної системи ініціювання NONEL, починаючи з врубових зарядів (21, фіг. 9), розташованих на фланзі блоку (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 [Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения / Л.И. Барон. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 124 с]. Підірвану гірничу масу (фіг. 12) на блоці знімають цифровою фотокамерою, наприклад OLIMPUS, і обробляють за допомогою комп'ютерної програми WipFrag©Win Version 2.6. Як приклад наведені результати дроблення гірських порід на Глєєватському (гор. - 182 м) кар'єрі ЦГЗКа. 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 вічка 1000 мм проходить 99,2 %% роздрібненої гірської маси. З цього виходить, що середній розмір шматка складає 299 мм. Результати обробки даних гранулометричного складу (фіг. 13) представлені у вигляді кривої розподілу, гістограми і даних гранскладу по класах (в %) розміщені в таблиці. Застосування запропонованого способу відбивання локально тріщинуватого гірського масиву, 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 за параметрами вирви руйнування від вибуху шпурів по підошві блока, що руйнується, і подальшого підривання з уповільненням свердловинних зарядів змінного перерізу, досягається рівномірне дроблення, і, як наслідок, зниження витрат енергопередачі зусиль на гірський масив, що впливають на сейсмічний ефект масового вибуху, а також підвищення ККД вибуху і зниженню питомих витрат ВР, ЗІ і обсягу бурових робіт. 3 UA 105730 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Спосіб вибухового руйнування локально-тріщинуватих анізотропних гірських порід, який включає буріння свердловин, розміщення в них вибухової речовини з ініціатором, комутацію вибухової мережі і підривання, який відрізняється тим, що спочатку на рівні підошви блока, що руйнується, виконують стереозйомку, по орієнтованій стереопарі фотознімків здійснюють дешифрування тріщино-тектонічної будови блока, встановлюють напрям і інтенсивність тріщинуватості в характерних зонах, причому посередині характерної зони уздовж лінії вибою бурять 2-3 шпури діаметром 40 мм і глибиною 1,2-1,5 м, заряджають ВР і підривають, потім по утвореній вирві руйнування визначають просторове орієнтування великої осі вирви руйнування і коефіцієнт анізотропії, по яких коригують параметри сітки свердловин, по скорегованій сітці на підготовленому блоці бурять свердловини, в пробурених свердловинах формують заряди змінного перерізу з рівномірним розміщенням по колонці ВР сферичних порожнин - кульок діаметром 0,8Dсв рд ., причому сферичні порожнини розташовують у свердловинах в зонах монолітних порід, а суцільної конструкції - в зонах тріщинуватих порід, сформовані заряди комутують в діагональні схеми і підривають з уповільненням, починаючи з врубових зарядів, розташованих на фланзі блока, що руйнується, протилежному до його торця, при цьому азимут переважаючої на цій ділянці анізотропного гірського масиву системи паралельних тріщин визначають із співвідношень: 2h AZmp  A Z  arctg , mn  mn  де: A Z  AZ    - дирекційний кут уявного базису;  2  h mn  mn - глибина заколу, отриманого природною тріщиною; 2M sin  / 2 mn  mn - паралакс, визначений по стереознімку; 25 mn , mn - видима ширина заколу, заміряна на правому та лівому знімках стереопари; M масштаб зйомки; D св рд . - діаметр свердловини. 4 UA 105730 C2 5 UA 105730 C2 6 UA 105730 C2 7 UA 105730 C2 8 UA 105730 C2 9 UA 105730 C2 10 UA 105730 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 11