Спосіб проведення підривних робіт при відкритій розробці рудних покладів

Реферат: UA 82004 U UA 82004 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості і може бути використана при виконанні буро-вибухових робіт, пов'язаних з відкритою розробкою родовищ корисних копалин. Зокрема, корисна модель відноситься до проведення масових вибухів, при руйнуванні гірських порід шляхом послідовного підриву блоків із застосуванням значної кількості вибухової речовини. Спосіб застосовується в тому випадку, коли масові вибухи виконуються із заданим інтервалом уповільнення, що запобігає утворенню інтерференції сейсмічних хвиль, яка приводить до посилення динамічного знакозмінного впливу на цивільні й промислові об'єкти, що знаходяться на земній поверхні. Відомий спосіб проведення підривних робіт, при яких руйнування гірських порід здійснюється в контурах видобувного блока свердловинними зарядами вибухової речовини встановленої ваги (Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. - М.: Недра, 1983. - С. 78-84). Підрив блока здійснюється короткоуповільненим способом, при якому свердловини підриваються послідовно відповідно до прийнятої схеми комутації. Прийнята схема ініціювання свердловинних зарядів передбачає зменшення інтенсивності сейсмічних хвиль, які поширюються від місця вибуху до об'єктів, що охороняються. Недоліком відомого способу є те, що прийняті інтервали при підриві свердловин застосовуються для відносно невеликих об'ємів вибухової речовини, що підриваються одночасно. Використання відомого способу масового ініціювання вибухових блоків при значній вазі вибухової речовини, що підривається одночасно, приводить до виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль і посиленню їх впливу на цивільні й промислові об'єкти, які розташовані на невеликій відстані від місця виконання підривних робіт. При цьому сейсмічні хвилі формують розтягуючі і стискаючі напруги, які визначають імовірність порушення цілісності конструктивних елементів цих споруд або навіть їх повне руйнування. Найбільш близьким рішенням, вибраним як найближчий аналог, є спосіб виконання вибухових робіт при відкритій розробці родовищ корисних копалин. Відповідно до відомого способу, визначають границі підривних блоків, вибурюють свердловини, заряджають їх вибуховою речовиною, комутують підривну мережу та послідовно підривають блоки із заданим інтервалом уповільнення (Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. - М.: Недра, 1983. - С. 322-326). Недоліком відомого способу є те, що їм не регламентується час затримки при послідовному підриві окремих вибухових блоків, тому не передбачається мінімізація явища інтерференції сейсмічних хвиль, які виникають при підриві значних мас вибухової речовини. Реалізації відомого способу проведення масових вибухів приводить до утворення явища інтерференції при взаємодії сейсмічних хвиль практично однакової частоти й амплітуди, що формуються декількома джерелами. Сформовані вибухом сейсмічні хвилі при їхньому підході до об'єктів, що захищаються, накладаються одна на одну, відбувається їх інтерференційне посилення, в наслідок чого різко зростає амплітуда коливань ґрунту під фундаментами цивільних й промислових споруд. Це може призвести до ушкодження будівельних конструкцій цих споруд і навіть до їх руйнування. Тому при реалізації відомого способу виникає необхідність збільшення відстані від місця проведення вибуху до об'єктів, що охороняються, а це не завжди технічно можливо. При відкритій розробці корисних копалин основне завдання, яке необхідно вирішувати при проведенні масових вибухів, є забезпечення максимально можливого об'єму якісно зруйнованої скельної породи і одночасно із цим - мінімізація негативного впливу виникаючих сейсмічних хвиль на навколишнє середовище. Задачею корисної моделі є вдосконалення способу проведення підривних робіт при відкритому способі розробки родовищ корисних копалин за рахунок того, що вибухові блоки після заряджання і ініціювання вибухових свердловин підриваються послідовно з регламентованим часовим інтервалом сповільнення, який попереджає виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль у районі розташування об'єктів, що охороняються. Технічний результат від використання корисної моделі полягає у високій ефективності руйнування значних об'ємів скельних порід при низькому рівні сейсмічного й динамічного впливу на розташовані на земній поверхні цивільні та промислові об'єкти, що охороняються. Спосіб поряд з високою якістю подрібнення скельних порід забезпечує можливість зменшення розмірів охоронної зони навколо місця здійснення підривних робіт. Спосіб дозволяє виконувати масові вибухи на кар'єрах шляхом послідовного підриву вибухових блоків з урахуванням закономірностей поширення сейсмічних хвиль від цих блоків до об'єктів, що охороняються, і виключає можливість виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль. 1 UA 82004 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Реалізація способу виключає ймовірність ушкодження й руйнування соціально-культурних і промислових об'єктів, істотно знижує матеріальні та трудові витрати на ремонтновідновлювальні роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в способі проведення підривних робіт при відкритій розробці рудних покладів, що передбачає визначення границь вибухових блоків, буріння свердловин, заряджання їх вибуховою речовиною, комутацію вибухової мережі й послідовний підрив вибухових блоків із заданим інтервалом часу уповільнення, згідно з корисною моделлю спочатку підривають перший вибуховий блок, після чого із заданим часом уповільнення підривають наступний блок, при цьому час між підривом вибухових блоків визначають з виразу: T2 1  1   2   , де 1 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від першого вибухового блока, с;  2 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від наступного вибухового блока, с;  - мінімальний проміжок часу між проходженням сейсмічних хвиль через точку спостереження від окремих вибухових блоків, с., а при спільному підриві вибухових блоків часовий інтервал між початком їх підриву повинен становити: T1  1   2  t 1   ; де t1 - час підриву початкового вибухового блока, за умови, що маса вибухової речовини не перевищує гранично припустимого рівня відповідно до правил техніки безпеки, с. Спосіб реалізується таким чином. Збільшення інтенсивності гірничих робіт на залізорудних кар'єрах приводить до збільшення продуктивності технологічного устаткування й вимагає збільшення об'єму підготовленої до екскавації гірничої маси для наступної її переробки з метою одержання залізорудного концентрату для металургійної промисловості. На залізорудних кар'єрах збільшення інтенсивності відкритих гірничих робіт привело до збільшення динамічного впливу масових вибухів на гірський масив та наземні цивільні будинки й промислові споруди, які перебувають у безпосередній від них близькості. При цьому необхідно забезпечувати збереження цих будинків і споруд. Проблема ускладнюється в тому випадку, коли в зоні ведення відкритих гірничих робіт ведуться підземні гірничі роботи, які пов'язані з виходом зон вторинного обвалення на денну поверхню. Тоді, навколо виробленого простору, за рахунок напружено-деформованого стану гірських порід, наступає локальна втрата його стійкості і відбувається руйнування порідного масиву. При систематичному впливу сейсмічних хвиль на ослаблений підземними гірничими роботами масив може порушуватись стійкість стелин порожнин. Це веде до просідання денної поверхні, утворенню провалів, що особливо небезпечно в густонаселених районах та призводить до деформацій наземних будинків і споруд. У самих кар'єрах під дією сейсмічного ефекту масових вибухів може відбуватися тріщиноутворення в порідному цілику, деформування уступів і бортів, руйнування внутрішньокар'єрних транспортних комунікацій та т. ін. Для забезпечення безпеки об'єктів, що охороняються, при проектуванні підривних робіт використовують різні фізичні, інформаційні і розрахунково-аналітичні елементи. Фізичними елементами є: масовий вибух з небезпечним впливом, що його супроводжує; об'єкт, що охороняється; відстань між об'єктом і вибуховим блоком. До інформаційних елементів належать: умови проведення масового вибуху, вимоги до його результатів, властивості гірських порід, вимоги до збереження цивільних і промислових будинків й споруд. До розрахунковоаналітичних елементів належить визначення регламентованих часових інтервалів між підривом окремих вибухових блоків при проведенні масових вибухів. При підриві свердловинного заряду вибухової речовини в найближчій зоні, обмеженій по А.А. Ханукаєву відстанню у 10-15 радіусів (Re), діє ударна хвиля, яка утворює пластичні деформації та здрібнює гірські породи. Потім починається зона, де діють пружні хвилі напруги, які руйнують породу за рахунок відбитої хвилі тиску. У дальній зоні, де хвилі напруги переходять в сейсмічні, ступінь руйнування породи залежить тільки від швидкості коливання її частинок. По мірі видалення від вибуху сейсмічні хвилі загасають, причому інтенсивність цього загасання залежить від фізико-механічних властивостей гірських порід, крізь які проходять сейсмічні хвилі. Хвилі всіх типів утворюються майже одночасно в одній і тій же зоні навколо свердловинного заряду. Максимальні коливання земної поверхні викликаються в основному об'ємними хвилями. 2 UA 82004 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Загасанню сейсмічних хвиль сприяє їхнє проходження крізь незв'язну речовину, коли значна кількість енергії витрачається на роботу сил тертя. Особливо збільшує негативну дію сейсмічних хвиль скорочення часового інтервалу між вибуховими блоками, внаслідок виникнення явища їх інтерференції і, як результат, зростає динамічна дія на об'єкти, що охороняються, які перебувають у зоні поширення сейсмічних хвиль. Чим менше інтервал уповільнення між підривом чергових вибухових блоків, тим більша ймовірність накладення хвиль і посилення негативного сейсмічного ефекту. Однак зайве збільшення інтервалу уповільнення призводить до надмірного збільшення загального часу проведення масового вибуху, що провокує різке підвищення ймовірності відмов та істотно погіршує якість дроблення скельної породи. Оптимальний час уповільнення забезпечує задовільну якість дроблення й мінімальний сейсмічний ефект. Для короткоуповільненого вибуху при тих самих параметрах буро-вибухових робіт, краща якість дроблення спостерігається при меншому сейсмічному ефекті вибуху внаслідок того, що чим більше енергії вибуху витрачається на дроблення породи, тим менша її кількість витрачається на утворення сейсмічних хвиль. Відповідно до Єдиних правил безпеки, для захисту будинків й споруд від негативної сейсмічної дії при підривних роботах, дозволена величина заряду вибухової речовини повинна лімітуватися відстанню, на якій коливання ґрунту не перевищують нормативних параметрів. Як правило, при проведенні масових вибухів інтервал часу уповільнення між підривом окремих видобувних блоків або взагалі не встановлюється, або вибирається довільно, в межах 0,2-1,0 секунда, виходячи з наявності уповільнювачів відповідних номіналів. В результаті цього з'являється реальна ймовірність виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль, створених підривом свердловинних зарядів, під фундаментами житлових й промислових споруд, які перебувають у безпосередній близькості від місця масового вибуху і мають потребу в захисті від негативного впливу цих хвиль. Виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль під об'єктами, що охороняються, може призвести до значних ушкоджень будівельних конструкцій цих об'єктів і навіть до їх руйнування. Встановлено, що при виконанні масових вибухів на кар'єрах, для запобігання виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль в районі розташування цивільних і промислових об'єктів, що охороняються, необхідно передбачати наявність деякого часового інтервалу ( ) між проходженням сейсмічних хвиль від окремих вибухових блоків через точку спостереження. Після підриву свердловинного заряду проміжок часу i , за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від відповідного вибухового блока, визначається за формулою: L (1) i  ; V де L - відстань, що проходить сейсмічна хвиля від вибухового блока до точки спостереження, м; V - швидкість поширення сейсмічної хвилі, м/с. При проектуванні підривних робіт для умов, наприклад Південного ГЗК, значення швидкості сейсмічної хвилі визначено експериментально і може бути прийняте рівним V=1300 м/с. Розрахунки і результати експериментальних даних показують, що поставлена мета, а саме попередження виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль на точці спостереження, буде досягнута за умови: (2)   0 ; Тоді час уповільнення між підривом наступного вибухового блока після здійснення підриву попереднього можна обчислити, виходячи з наступного виразу: (3) T2 1  1   2   ; де 1 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від першого вибухового блока, с;  2 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від наступного вибухового блока, с;  - мінімальний проміжок часу між проходженням сейсмічних хвиль через точку спостереження від окремих вибухових блоків, с. Дослідження показали, якщо вибухові блоки підриваються спільно, то підрив наступного блока повинен здійснюватися з деякою затримкою T 1 . У цьому випадку сейсмічні хвилі на точку спостереження приходять із заданим інтервалом часу   0 . Виходячи із цього, величина часу 1 затримки T повинна бути не менше наступного значення: (4) T1  1   2  t 1   , 3 UA 82004 U 5 10 15 20 25 де t1 - час підриву початкового вибухового блока, за умови, що маса вибухової речовини не перевищує гранично припустимого рівня відповідно до правил техніки безпеки, с. Встановлено, що при використанні вищенаведених формул (3) і (4), значення параметра  повинне бути не менше 0,067 секунди. Застосування запропонованого способу визначення часу уповільнення при проведенні масових вибухів на кар'єрах дозволяє значно підвищити їх сейсмічну безпеку, стосовно житлових будинків й споруд промислового і соціального призначення, які перебувають у безпосередній близькості від місця проведення цих вибухів. Дослідно-промислові випробування способу здійснювалися при виконанні масового вибуху свердловинних зарядів у кар'єрі із загальною масою вибухової речовини 515,96 тонн. При цьому шість вибухових блоків підривалися за допомогою неелектричної системи ініціювання вибуху "Прима-Ера". Час початку підриву блоків t п , час кінця підриву блоків t к , тривалість підриву окремих блоків t і , проектний час уповільнення при підриві вибухових блоків Tі , відстані до точки спостереження L, проміжок часу, за який сейсмічна хвиля від вибухового блока доходила до точки спостереження i , загальна маса вибухівки в блоці Q; маса вибухівки, що приходиться на ступінь уповільнення q, глибина горизонту, на якому знаходився вибуховий блок H, наведені в таблиці. Геологічна будова в районі розташування сейсмостанції: четвертинні відкладення без значних геологічних зрушень. Для запису сейсмометричної інформації застосовувався електронний осцилограф TPS2014 фірми "Tektronix" у комплекті з електродинамічними датчиками СВ-10Ц, СГ-10, які встановлювалися на ґрунті в безпосередній близькості від об'єкта, що захищався. Аналіз отриманих осцилограм показав, що максимальна швидкість сейсмічних коливань ґрунту під час масового вибуху приходилася на проміжок часу між 7 та 9 секундами після початку масового вибуху. Рівень сейсмічних хвиль у цей період істотно перевищив проектні показники внаслідок виникнення явища інтерференції сейсмічних хвиль при підриванні блоків № 152 та № 153, внаслідок невірного визначення часу між підривом цих вибухових блоків. Таблиця Параметри № блока t п , мс t к , мс 150 575 151 2575 152 3775 153 5575 154 7808 155 8575 2115 3675 5547 7683 7909 11347 t і , мс 1540 1100 1772 2108 101 2772 Tі , мс i , мс L, м Q, т q, т H, м 460 100 28 125 666 1140 1485 72,01 1,3 -285/-300 1050 1365 47,12 0,83 -240/-255 1200 1555 73,8 0,8 -210/-225 960 1250 138,2 0,8 -120/-135 1370 1780 3,23 0,89 -90/-120 1940 2525 181,6 0,9 +15/±0 30 35 40 Відповідно до формули (3), обчислимо мінімально необхідний час уповільнення між підривом окремих блоків. 1. Блоки № 150 та № 151. (5) T150 151  150  151  t  114  105  0,067  0,157 c . , , Отриманий результат означає, що час уповільнення між підривом блока № 150 та № 151 закладений у проект (460 мс) цілком достатній для того, щоб уникнути явища інтерференції сейсмічних хвиль. 2. Блоки № 151 та № 152. T151152  151  152  t  105  12  0,067  0,083 c . (6) , , Отриманий результат означає, що час уповільнення між підривом блоків № 151 й № 152 закладений у проект (100 мс) цілком достатній для того, щоб уникнути явища інтерференції сейсмічних хвиль. Знак (-) в остаточному результаті (6) означає, що уповільнення при підриванні цих блоків може й не проводитися. Навпаки, блок № 152 можливо підривати разом із 4 UA 82004 U 5 10 15 20 25 блоком № 151 на останніх 0,083 секундах його горіння, при цьому явища інтерференції сейсмічних хвиль на об'єкті, що захищається, спостерігатися не буде. 3. Блоки № 152 та №153. (7) T152 153  152  153  t  12  0,96  0,067  0,307 c . , Отриманий результат означає, що час уповільнення між підривом блоків № 152 та № 153 закладений у проект (28 мс) недостатній для того, щоб уникнути явища інтерференції сейсмічних хвиль. Для попередження цього негативного явища, час між підривом цих блоків повинен бути не менше 0,307 с. 4. Блоки № 153 та №154. T153 154  153  154  t  0,96  137  0,067  0,343 c . (8) , Отриманий результат означає, що час уповільнення між підривом блоків № 153 та № 154 закладений у проект (125 мс) цілком достатній для того, щоб уникнути явища інтерференції сейсмічних хвиль. Знак (-) в остаточному результаті (8) означає, що уповільнення при підриванні цих блоків може й не проводитися. Навпаки блок № 154 можна підривати одночасно із блоком № 153 на останніх 0,343 секундах його горіння, при цьому явища інтерференції сейсмічних хвиль на об'єкті, що захищається, спостерігатися не буде. 5. Блоки № 154 та №155. T154 155  154  155  t  137  194  0,067  0,503 c . (9) , , Отриманий результат означає, що час уповільнення між підривом блоків № 154 та № 155 закладений у проект (666 мс) достатній для того, щоб уникнути явища інтерференції сейсмічних хвиль. Знак (-) в остаточному результаті (9) означає, що уповільнення при підриванні цих блоків може і не проводитися. Таким чином, виконання підривних робіт, при регламентованому часі уповільнення між вибуховими блоками, дозволяє запобігти явища інтерференції сейсмічних хвиль, а значить дозволить значно підвищити їх сейсмічну безпеку стосовно житлових будинків і споруд промислового та соціального призначення, які перебувають у безпосередній близькості від місця проведення цих вибухів. Спосіб дозволяє поліпшити якість дроблення скельної породи за рахунок більш раціонального визначення сітки вибухових свердловин і кількості вибухової речовини, а також знизити витрати на ремонтно-відновлювальні роботи з ліквідації наслідків масових вибухів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Спосіб проведення підривних робіт при відкритій розробці рудних покладів, що передбачає визначення границь вибухових блоків, буріння свердловин, заряджання їх вибуховою речовиною, комутацію підривної мережі і послідовний підрив вибухових блоків із заданим інтервалом уповільнення, який відрізняється тим, що після підриву першого вибухового блока із заданим часовим інтервалом підривають наступні вибухові блоки, при цьому час уповільнення між підривом чергових вибухових блоків визначають з виразу: T21  1   2   , де  1 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від першого вибухового блока, с;  2 - проміжок часу, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від наступного вибухового блока, с;  - мінімальний проміжок часу між проходженням сейсмічних хвиль через точку спостереження від окремих вибухових блоків, с. а при спільному підриві вибухових блоків часовий інтервал між початком їх підриву повинен становити: T 1  1   2  t 1   , де t1 - час підриву початкового вибухового блока, за умови, що маса вибухової речовини не перевищує гранично припустимого рівня відповідно до правил техніки безпеки, с. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 5