Спосіб вибухового відбою гірничих порід

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород. В настоящее время взрывная отбойка горных пород ведется с большими удельными расходами ВВ. Несмотря на это, интенсивность дробления крепких железистых кварцитов остается недостаточным. Кроме того, значительная часть энергии безвозвратно теряется в виде вредных сейсмических воздействий на окружающий вне пределов взрываемого участка массив. Снижение интенсивности дробления руды на отдельных участках блока вызывает снижение производительности горно-транспортного и дробильно-измельчительного оборудования на фабрике. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ взрывной отбойки горных пород группами зарядов, включающих бурение скважин, заряжание их, последовательное взрывание зарядов в группе с замедлениями, соизмеримыми со временем прохождения волны напряжений в среде и с замедлениями между группами на порядок большими, чем в группах [Др укованный И.В. и др. Справочник по буровзрывным работам на карьерах. - К.: Наукова думка, 1973, с.332-370]. Недостатками известного способа является низкая интенсивность дробления руды на отдельных участках блока, препятствующая высокой степени разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении, в связи с тем, что количество зарядов в группах и расстояние между ними выбиралось произвольно, поэтому при последовательном их взрывании в гр уппах каждого ряда не обеспечивало встречного столкновения полей напряжений и их эффективного взаимодействия при взрыве. Причиной препятствующей получению технического результата заявляемого изобретения прототипом является произвольный выбор количества зарядов в группах рядов и расстояний между ними в группах. При последовательном взрывании зарядов в группах рядов не обеспечивается столкновение полей напряжений и соответственно их эффективное взаимодействие при взрыве, что не позволяет повысить интенсивность дробления руды на отдельных участках взрываемого блока, обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. Задачей изобретения является разработка способа взрывной отбойки горных пород, в котором путем образования источника сходящихся волн напряжений в центре зоны раздавливания каждой группы зарядов за счет концентрации энергии взрыва зарядов в зоне раздавливания достигают интенсивное дробление руды, на отдельных участках взрываемого блока обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. Поставленная задача решается тем, что в способе взрывной отбойки горных пород, включающем бурение скважин, заряжание их, последовательное взрывание зарядов в группе с замедлениями, соизмеримыми со временем прохождения волн напряжений в породе и с замедлениями между группами на порядок большими, чем в группах согласно изобретению в зоне раздавливания каждой группы зарядов отбиваемого участка взрывание зарядов производят последовательно с заданным их количеством и расстоянием между ними встречно-направленно, при этом количество зарядов в группах принимают равным удвоенной величине n, определяемой из выражения где n - величина, учитывающая физико-механические свойства породы; f - крепость пород по шкале проф.Μ.Μ Протодьяконова, и размещают их на расстоянии друг от др уга 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда. Существенными признаками в данном изобретении являются: бурение скважин; заряжание скважин; последовательное взрывание зарядов в группе с замедлениями, соизмеримыми со временем прохождения волн напряжений в породе и с замедлениями между группами на порядок большими, чем в группах; осуществление в зоне раздавливания каждой группы зарядов отбиваемого участка взрывания зарядов последовательно с заданным их количеством и расстоянием между ними встречно-направленно; принятие количества зарядов в группах равным удвоенной величине n, определяемой из выражения ; размещение зарядов в группах на расстоянии друг от друга 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда. Новыми существенными признаками в данном изобретении являются: осуществление в зоне раздавливания каждой группы зарядов отбиваемого участка взрывания зарядов последовательно с заданным их количеством и расстоянием между ними встречно-направленно; принятие количества зарядов в группах равным удвоенной величине n, определяемой из выражения ; размещение зарядов в группах на расстоянии друг от друга 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда. Совокупность существенных признаков являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата заявляемого изобретения. Благодаря тому, что в зоне раздавливания каждой группы зарядов отбиваемого участка взрывание зарядов осуществляют последовательно с заданным их количеством и расстоянием между ними встречнонаправленно происходит взаимодействие интегрированных волн напряжений, идущи х во встречном направлении к центру зоны раздавливания, обеспечивающее повышение интенсивности дробления руды в каждой зоне раздавливания отбиваемого участка с высокой степенью разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. Благодаря тому, что количество зарядов в группах принимают равным удвоенной величине n, определяемой из выражения где n - величина, учитывающая физико-механические свойства породы; f- крепость пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова, это дает возможность формировать зону раздавливания оптимальных размеров, что способствует повышению интенсивности дробления руды. Благодаря тому, что заряды в группах размещают на расстоянии друг от друга 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда образуется уровень волн напряжений больший или равный пределу прочности пород одноосному сжатию, при этом обеспечивается высокая интенсивность дробления руды на отдельных участках, взрываемого блока с максимальным выходом мелких фракций и с высокой степенью разделения минералов при последующем самоизмельчении и обогащении. Совокупность существенных признаков обеспечивает повышение интенсивного дробления руды на отдельных участках взрываемого блока с высокой степенью разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении за счет создания интегрированной волны напряжений в каждой группе участка с заданным количеством зарядов и расстояния между ними. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения скважин в массиве; на фиг.2 направление детонации в группе и последовательное взрывание зарядов; на фиг.3 -схема коммутации взрывной сети; на фиг.4 - схема коммутации взрывной сети при диагональном расположении групп зарядов. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Производят разметку скважин 1 на отбиваемом участке, согласно схемы их расположения (фиг.1) при этом расстоянии между скважинами в группе 2 зоны раздавливания равны 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания. Скважины 1 на подготавливаемом уступе бурят вертикальными. Количество скважин 1 в группе 2 зоны раздавливания выбирают из условия его равенства удвоенному минимальному числу п, зависящему от физико-механических свойств взрываемых пород и типа применяемого ВВ. Так для крепких пород, типа железистых кварцитов, с коэффициентом крепости 10-20, число η равно 3-4. Для други х взрываемых пород число определяют из выражения где f - крепость по М.М. Протодьяконову. Заряжание скважин 1 производится зарядными машинами или вручную при этом для необводненных скважин применяют аммиачно-селитренные В В (граммонит 79/21, гранулит АС-8, для обводненных гранулотол. В каждую скважину 1 вводят "боевик", представляющий собой тротиловую шашку. В качестве забоечного материала принимают буровую мелочь, песок, отсев Коммутируют взрывную сеть так, чтобы заряды 1 в группе 2 зоны раздавливания были соединены последовательно, и инициирование зарядов в группе 2, используя ДШ 3, производят с двух сторон (фиг.2, 3). Группы 2 скважинных зарядов 1 соединяют по диагонали в секции 4 (фиг. 1). Между секциями 3 устанавливают пиротехнические замедлители 5 (фиг.3, 4) типа КЗДШ, позволяющие достигать разновременности (25-35 мс) взрывания между секциями 4. Затем производят взрывание. При одновременном инициирование зарядов 1 в группе 2 навстречу друг другу происходит сложение интегрированных волн напряжений внутри участка массива между зарядами группы что приводит к повышению интенсивности дробления руды на отдельных участках взрываемого блока, обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. Отбитую взрывом горную массу с помощью экскаваторов грузят на транспортные средстве, которые доставляют ее на дробильную и далее на обогатительную фабрику. В заявляемом техническом решении встречно-направленное взрывание осуществляют в каждой группе участка, что обеспечивает взаимодействие волн напряжений, идущи х во встречном направлении, при заданном количестве зарядов в гр уппе и заданном их размещении. Эта совокупность признаков обеспечивает усиление интенсивности дробления руды в пределах группы скважин, обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. При последовательном взрывании зарядов в группе с замедлениями, соизмеримыми по величине со временем прохождения волн напряжений, происходит увеличение параметров совместной волны в сторону направления детонации. Максимальное увеличение параметров происходит, когда заряды расположены на расстояниях, равных 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда. Зона раздавливания характеризуется наибольшей степенью дробления горной массы с максимальным выходом мелких фракций (25-0 мм) и с одновременным разупрочнением этого материала. Диаметр зоны раздавливания зависит от физико-механических свойств взрываемых пород и типа применяемого ВВ. Для железистых кварцитов Кривбасса крепостью 14-20 по М.М.Протодьяконову и применяемых аммиачно-селитренных ВВ и гранулотола, диаметр зоны раздавливания равен 10-25 диаметрам скважинного заряда, При этом происходит максимальное взаимодействие волн напряжений при последовательно взрываемых в гр уппе зарядов. На расстояниях больших 1,45 диаметра зоны раздавливания, происходит ослабление взаимодействия волн напряжений смежных зарядов за пределами зоны раздавливания, вследствие диссипативных потерь и геометрического расхождения волны напряжений. Уменьшение расстояний между скважинами в группе ниже 1,0 диаметров зоны раздавливания приводит к неоправданным расходам ВВ, так как пропорционально уменьшению расстояний увеличивается удельный расход ВВ. Это не приводит к повышению интенсивности дробления руды на отдельных участках взрываемого блока, а ведет лишь к увеличению радиуса разлета горной массы не обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении. Количество же зарядов в группе не должно быть меньше удвоенного числа n, которое зависит от прочностных свойств взрываемых пород. В общем виде число n, например для железистых кварцитов Кривбасса, определено из эмпирического выражения где n - величина, учитывающая физико-механические свойства пород; f - крепость пород по шкале М.М.Протодьяконова. В обычно применяемых диагональных и порядных схемах взрывания, при многорядной отбойке, одновременно взрывается в одном направлении в группе по 3-8 зарядов ВВ, соединенных детонирующим шнуром [Ефремов Э.И., Вовк А.А. Справочник по взрывным работам. К.: Наукова думка, 1983, с.141]. В предлагаемом способе для преобладающих на карьере пород с коэффициентом крепости, равным 14-20 по М.М.Протодьяконову, количество скважин-ных зарядов в группе равно удвоенному значению, определяющему по эмпирической формуле , т.е. 6-8 зарядов ВВ, что не выходит за пределы обычного. При этом сейсмическое действие взрыва снижается, так как при инициировании группы зарядов с противоположных концов (фиг.5), интегрированная ударная волна, от взрыва зарядов одного направления 1, пройдя отбиваемый массив второго направления 2, выходит ослабленной и производит меньшее сейсмическое действие в законтурном массиве 3. Эмпирическая зависимость , полученная в процессе лабораторных испытаний отражает объективно существующую зависимость уменьшения потерь энергии в волне напряжений с ростом акустической жесткости пород, увеличивающейся с ростом коэффициента крепости практически всех взрываемых пород. Вследствие этого, в породах с большой акустической жесткостью волны от зарядов с необходимым для их интегрирования уровнем амплитуды, распространяются на большие расстояния, что позволяет вовлекать в процесс взаимодействия большее число зарядов. Скважины в группе размещают на расстоянии 1,0-1,45 диаметров зоны раздавливания по следующим причинам. При взрыве единичного заряда вокруг заряда образуется зона раздавливания, характеризующаяся уровнем волн напряжений большим или равным пределу прочности пород одноосному сжатию. В этой зоне наблюдается высокая интенсивность дробления горных пород с максимальным выходом мелких фракций. Диаметр зоны раздавливания зависит от физико-механических свойств взрываемых пород и типа применяемого ВВ. В результате взаимодействия волн напряжений при взрывании зарядов с замедлениями, соизмеримыми по величине со временем прохождения волн, происходит увеличение параметров совместной волны в сторону направления детонации. В результате лабораторного эксперимента установлено, что максимальное увеличение параметров волн направлений происходит, когда заряды расположены на расстояниях, равных 1,0-1,45 диаметра зоны раздавливания единичного заряда. При этом на всем расстоянии от заряда к заряду сохраняется уровень напряжений не ниже предела прочности на одноосное сжатие, что обеспечивает такой же уровень в точке встречи волн между группами зарядов. Это способствует достижению требуемой интенсивности дробления руды и ее разупрочнения. Расположение скважинных зарядов ВВ на расстояниях больше или меньше 1,0-1,45 диаметров зоны раздавливания приводит к отрицательным последствиям взрыва: ослаблению взаимодействия волн напряжений совместных зарядов или к увеличению радиуса разлета кусков без повышения интенсивности дробления руды. Πример, В лабораторных условиях было проведено взрывное дробление моделей из натурных материалов согласно заявляемому способу. Для этого было изготовлено по 4 модели размером 0,5x0,25x0,25 м из железистых кварцитов с f = 14; 16; 18. 20. Одновременно с моделями изготовлялись контрольные кубики из того же материала размером 0,05x0,05x0,05 м для установления крепости материала модели. В моделях были образованы вертикальные скважины диаметром 6 мм. Для определения оптимального расстояния между зарядами ВВ, которое характерно большими значениями возникающих напряжений в материале модели за счет взаимодействия полей напряжений от единичных зарядов, в моделях скважины располагались на расстояниях равных 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 диаметром зоны раздавливания. Диаметр зоны раздавливания определен из зависимости, учитывающей физико-механические характеристики разрушаемого материала и свойства взрывчатого вещества. Для условий проведения лабораторных испытаний диаметр зоны раздавливания равен 60 мм. Результаты взрывов представлены в таблице 1. Анализ результатов показывает, что улучшение качества дробления отбиваемого участка за счет взаимодействия волн напряжений в материалах моделей происходит при расположении зарядов ВВ на расстояниях, равных 1,0-1,45 диаметрам зоны раздавливания для единичного заряда. В качестве скважинных зарядов использовались отрезки ДША длиной 150 мм, а коммутация зарядов ВВ производилась детонирующим шнуром типа ДШЭЗ. При числе зарядов два и более, инициирование проводилось с двух сторон. Результаты взрывного разрушения моделей различной крепости разным числом одновременно взрываемых скважинных зарядов ВВ приведены в табл.2. Математическая обработка результатов взрывного разрушения позволила установить следующую зависимость между крепостью разрушаемого массив (f) и числом одновременно инициированных зарядов η в одном направлении равно величине . После этого была проведена вторая серия экспериментов на моделях с большим числом рядов скважин. Размеры моделей были 0,8x0,4x0,4 м. Всего было изготовлено четыре модели две из них служили контрольными. Длина скважин составляла 0,25 м. Остальные параметры и условия взрывания были аналогичны вышеприведенным. Схема коммутации зарядов - диагональная с инициированием зарядов в группе одновременно с разных сторон (фиг.4 описания заяв.). Одновременно с экспериментальными моделями производилось взрывное дробление контрольных моделей по обычной диагональной схеме коммутации заряда ВВ. Результаты взрывной отбойки горных пород показывают, что те хнический результат заявляемого изобретения достигается. Применение способа взрывной отбойки, горных пород позволит повысить интенсивность дробления руды на отдельных участках взрываемого блока, обеспечивающего высокую степень разделения минералов при дальнейшем самоизмельчении за счет образования источника сходящихся волн напряжений в центре зоны раздавливания каждой группы зарядов путем концентрации энергии взрыва зарядов в зоне раздавливания. Такое применение способа обеспечивает определенное соотношение крупного материала (мелющих тел) и мелочи (измельчаемого материала) для эффективной работы фабрики самоизмельчения, что позволяет исключить комплекс операций и оборудования по шихтовке руды по крупности для процесса самоизмельчения.