Спосіб руйнування гірничих порід

Способ разрушения горных пород, включающий размещение в них удлиненных зарядов взрывчатых веществ с серией инициаторов в каждом из них, взрывание каждой серии по одной из схем монтажа внешней взрывной сети и подрыв каждого инициатора в серии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что инициаторы размещают на расстояниях друг от друга, граничные значения которых определяют из соотношения 0,45 W > I > 8,6d 3 , причем для зарядов большого диаметра предпочтительней соотношение 0,35 W > I > 2 d3, a для зарядов малого диаметра - соотношение 0,3 W 2 I > 7,5 d 3 , > где I - граничное значение расстояний, м; W - расстояние от центра заряда до свободной поверхности, м; d 3 - диаметр заряда, м, а их количество и место расположения выбирают в зависимости от толщины отбиваемого слоя, например высоты уступа, и из условия суммирования волн напряжений от участков заряда, подрываемых отдельными инициаторами в труднодробимом участке отбиваемого слоя, при этом порядок их инициирования в заряде задают выбором места подвода начального импульса относительно этого участка, например, если в торцевой части заряда - то от границы с забойкой к торцу, если в районе забойки - от торца заряда к забойке, если в обоих перечисленных местах - то осуществляют расходящийся порядок инициирования - к торцу и забойке от некоторого промежуточного места в заряде, а интервалы времени между подрывом отдельных последовательно расположенных инициаторов выбирают из соотношения х = (0,3-0,8) I/D где t - интервал времени, с; I - граничное значение расстояний, м; D - скорость детонации взрывчатого вещества, м/с, кроме того, в забойке размещают запирающий заряд, который инициируют после срабатывания граничного с забойкой слоя заряда. О О 14967 4 мого слоя за счет выбора величины часИзобретение относится к ведению взтей скважинных зарядов, инициируемых рывных работ и может быть использовано отдельно, их количества, порядка и педля улучшения качества дробления горриодичности инициирования и одновременных пород за счет рационально организованного взаимодействия волн напряжений 5 ного усиления запирающего действия заи увеличения времени действия взрыва на бойки, что позволяет уменьшить расход массив горных пород. взрывчатого вещества при улучшении качества дробления горных пород. Известен способ разрушения горных Для решения поставленной задачи в пород. Он предполагает размещение в массиве горных пород удлиненных заря- 10 известном способе разрушения горных пород, включающем размещение в них уддов взрывчатого вещества (ВВ) с серией линенных зарядов взрывчатых веществ с равномерно распределенных инициаторов серией инициаторов в каждом заряде, раввдоль каждого заряда с расстояниями номерно распределенных вдоль него, посмежду инициаторами (1), определяемыми из выражения: 15 ледующее взрывание каждой серии с использованием одной из схем монтажа {7,5-8,57) d i l ^ W , внешней взрывной сети и подрыз каждого инициатора в серии через равные промегде d - диаметр заряда, W - расстояние жутки времени, в котором согласно изобпо нормам от оси заряда до свободной 20 ретению расстояния между инициаторами поверхности, и последовательный подрыв (1) определяют из выражения 0,45 W £ te инициаторов от одного с торцов заряда £ 8,6 d 3 , при этом для зарядов большого через равные промежутки времени (х ), диаметра предпочтительными являются определяемые по формуле: границы 0,35 W > I > 2d 3 , а малого 1 25 0,3 W > I > 7,5 d 3 , где W - расстояние х = (0,4-0,6) D от центра заряда диаметром d 3 до свогде D - скорость детонации ВВ. бодной поверхности, а их количество выИзвестный способ позволяет обеспебирают в зависимости от толщины отбичить увеличение объема дробленного проваемого слоя, например высоты уступа, и дукта, уменьшение расхода ВВ, улучше- 30 из условия суммирования волн напряжение качества дробления горных пород. ний от участков заряда, подрываемых отОднако, известному способу присущи дельными инициаторами, в требуемом недостатки: участке отбиваемого слоя горных пород, - ограниченная область применения при этом порядок их инициирования в зазарядами малого диаметра; 35 ряде определяют расположением требуе- нацеленность способа на усиленмого участка в отбиваемом слое горных ное дробление только одного из участков пород: если в торцевой части заряда - то массива, прилегающего к одному из конот границы с забойкой к торцу, в районе цов заряда; забойки - от торца заряда к забойке, в - способ ограничивается лишь улуч- 40 обоих названных местах - то расходяшением волнового воздействия энергии щийся порядок инициирования - к торцу взрыва на массив ине предусматривает и к забойке от выбранного в заряде усиления квазистатической фазы взрыва места для начального импульса, а интерза счет дополнительной задержки продуквалы времени (т ) между подрывом оттов детонации в скважине усиленной за- 45 дельных последовательно расположенных бойки. инициаторов выбирают из выражения т = Своевременность необходимости со(0,3 - 0,8) I/O где D - скорость детонации вершенствования известного способа развзрывчатого вещества, кроме того, в зарушения горных пород, повышения его бойке размещают запирающий заряд, коэффективности и снижения расхода ВВ 50 торый инициируют после срабатывания подтверждается высокими ценами на ВВ, граничного с забойкой слоя заряда. формирующими большую часть себестоиСущественными признаками заявляемости взрывания горных пород. мого способа разрушения горных пород В основу изобретения поставлена заявляются: дача создать такой способ разрушения 55 - размещение в породе удлиненных горных пород, в котором рационально исзарядов ВВ, а внутри и вдоль каждого из пользуется энергия волн напряжений от них серии равномерно распределенных взрыва зарядов в отбиваемом массиве горинициаторов; ных пород путем суммирования их в ра- взрывание каждой серии инициатойоне труднодробимого участка отбиваеров и подрыв через равные промежутки 14967 времени каждого из инициаторов в серии; - определение расстояния между инициаторами по выражению 0,45 W > I > 8,6 d 3 , при этом для зарядов большого диаметра предпочтительными являются границы 0,35 W > I > 2 d 3 , а малого - 0,3 W > I > 7,5 d 3 , где W - расстояние от центра заряда диаметром d 3 до свободной поверхности; - определение количества инициаторов в серии и порядка их инициирования; - выбор интервала времени между подрывом отдельных инициаторов; - размещение запирающего заряда в забойке; Новыми существенными признаками являются: - определение расстояния между инициаторами по выражению 0,45 W > 1 > 8,6 d 3 , при этом для зарядов большого диаметра предпочтительными являются границы 0,35 W > I > 2 d 3 , а малого 0,3 W £ !°> 7,5 d 3 , где W - расстояние от центра заряда диаметром d 3 до свободной поверхности; - определение количества инициаторов в серии и порядка их инициирования; - выбор интервала времени между подрывом отдельных инициаторов; - размещение в забойке запирающего заряда, который инициируют после обрабатывания граничного с забойкой слоя заряда. Благодаря размещению внутри каждого заряда серии равномерно распределенных инициаторов на рациональных расстояниях друг от друга, определяемых предложенным способом, а также определению их количества и порядка (направления) подрыва через выбранные по формуле интервалы времени обеспечивается управляемое срабатывание удлиненного заряда с рациональным использованием энергии волн напряжений от его •взрыва путем суммирования их в требуемом (по условию труднсдробимости) участке массива горных пород. За счет этого улучшается качество дробления требуемого участка и массива в целом, увеличивается объем зоны дробления, что уменьшает расход ВВ. Благодаря размещению в забойке запирающего заряда, который получает инициирующий импульс после срабатывания граничного с забойкой слоя заряда через посредство отдельного отрезка ДШ, соединяющего запирающий заряд с этим слоем, увеличивается время действия продуктов детонации в зарядной полости на массив. В результате они отдают массиву больше энергии, что обес печивает уменьшение расхолр ВВ при улучшении качества дробления горных пород. Благодаря совокупности перечисленных выше известных и новых существен5 ных признаков стали возможным более рациональное использование энергии волн напряжений от взрыва зарядов в отбиваемом массиве горных пород пугем суммирования их в районе труднодробимого 10 участка отбиваемого слоя, что позволяет уменьшить расход ВВ при улучшении качества дробления горных пород. Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1, 2) 15 На фиг. 1 показан уступ 1, вертикальная скважина 2 в нем с зарядом З ВВ в ней, в котором размещена серия равномерно распределенных инициаторов 4, последовательность подрывания которых 20 обозначена 4а, 46, и т. д., закрепленных на скважинной магистрали ДШ 5, которая соединена с поверхностной магистралью ДШ 6 стандартным узлом 7. Над зарядом 3 размещена забойка 8 с запирающим 25 зарядом 9 в ней, закрепленным на шпагате 10 и соединенным со слоем заряда 3, контактирующего с забойкой 8, отдельным отрезком ДШ 11. На фиг. 1 рассматриваются различные варианты размеще30 ния труднодробимых участков. В варианте а) рассматривается наиболее часто встречающийся случай размещения труднодробимого участка уступа 1 в районе его подошвы 12. Согласно изобретению, нап35 равление подрыва 13 серии равномерно распределенных инициаторов 4 - к торцу заряда 3, т. е. сверху вниз. Вариант б) рассматривает случай, когда труднодробимый участок уступа 1 находится в об40 ласти, контактирующей с забойкой 8, и - направление подрыва 13 серии равномерно распределенных инициаторов 4 - к забойке 8, т. е. снизу вверх. Вариант в) - случай, когда труднодробимыми являют45 ся два участка уступа 1: в районе его подошвы 12 и в области, контактирующей с забойкой 8, и направление подрыва 13 серии равномерно распределенных инициаторов 4 направленно к торцу заряда 3 50 и к забойке 8 одновременно, т. е. в противоположных направлениях. Процесс разрушения уступа 1 зарядом 3 покажем на примере наиболее Часто встречающегося случая размещения 55 труднодробимого участка уступа 1 в районе его подошвы 12 (фиг. 1а). Взрывной импульс от поверхностной магистрали 6 поступает через узел 7 к скважинной магистрали ДШ 5 и по ней - к серии равномерно распределенных инициаторов t4967 4, подрыв которых осуществляется в направлении 13 сверху вниз. В этом случае при подрыве первого инициатора 4а, расположенного в верхней части заряда 3, по уступу 1 горных пород распространяется частная волна напряжений. Ввиду того, что скорость детонации ДШ 5 равна 7 - 7,5 км/с, а применяемых в зарядах 3 ВВ - 3 - 6 км/с, каждый последующий равномерно распределенный инициатор 46 и т. д. обрабатывает раньше, чем к нему по заряду З ВВ проходит детонационная волна, возбужденная предыдущим инициатором, в результате чего образуются очаги повышенного давления, обусловленного столкновением движущихся в заряде З ВВ встречно направленных детонационных волн. На фиг. 2 приведено графическое построение ударных волн, излученных удлиненным зарядом 3 ВВ, т. е. показана волновая картина наложения частных волн напряжений а', б', в' и т. д. по мере развития детонационного процесса, соответствующая многоточечному инициированию заряда 3 ВВ. Размещение в скважине 2 заряда 3 ВВ и системы равномерно распределенных инициаторов 4 и последующее взрывание заряда 3 ВВ путем последовательного от одного его конца к другому, подрыва системы"равномерно распределенных инициаторов 4 через равные промежутки времени а", б", в" и т. д. меньше, чем временной интервал, требующийся для прохождения детонационной волной по заряду 3 ВВ расстояния между смежными инициаторами 4а, 46 и т. д., обеспечивает движение в заряде 3 ВВ одновременно нескольких детонационных фронтов, а следовательно, и излучения в окружающую среду равного числа частных волн напряжений а', б' и т. д., которые образуют такую интерференционную картину наложения частных волн напряжений а', б' и т. д. друг на друга, при которой происходит увеличение максимальных суммарных напряжений в дальней зоне действия взрыва и уменьшение их вблизи заряда 3 ВВ. На фиг. 2 показаны частные волны напряжений а', б' и т. д., движущиеся в направлении подрыва 13, т. е. от секции "а" к секции секции м е" (фиг. 2а) или от секции "а" к секции "в" (фиг. 26). В области торца (фиг. 2а) или торца и забойки 8 (фиг. 26) происходит многократное воздействие меньших (по сравнению с суммарной) по силе частных волн напряжений а\ б' и т. д. Усиливается суммарное напряжение вокруг труднодробимого участка в районе подошвы уступа 1 горных пород (фиг. 2а) или в двух труд 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 нодробимых участках - в районе подошвы уступа 1 и слоя, контактирующего с забойкой 8 (фиг. 26). Следует отметить, что рассмотренные на фиг. 1 случаи размещения труднодробимых участков охватывают подавляющее большинство случаев. Таким образом, достигается интенсивное и многократное нагружение труднодробимого участка с обеспечением высокого качества дробления горных пород в нем. Однако у явления взрыва есть две фазы, обеспечивающие эффективность дробления горных пород: скоротечная волновая, описанная выше, и более длительная квазистатическая. При скорости взрывных волн в массиве 2 - 5 км/с и расстояниях между зарядами 6 - 8 м с учетом возникновения отраженных волн их прохождение по разрушающему уступу 1 заканчивается через 5-8 мс, тогда как полный процесс разрушения уступа 1 согласно литературным данным составляет 80-100 мс, т. е. временной интервал общий на порядок превышает длительность волновой фазы взрыва. Всякое увеличение общей длительности времени действия взрыва приводит к передаче большей доли энергии взрыва разрушаемой горной породе и повышению коэффициента полезного действия взрыва. Эта цель достигается взрывом запирающего заряда 9, размещенного в забойке 8. Его срабатывание осуществляется от отдельного отрезка ДШ 11, который получает импульс от слоя заряда 3 ВВ, контактирующего с забойкой 8. Срабатывание запирающего заряда 9 вызывает прохождение по раскаленным сильно сжатым взрывным газом в скважине 2, как по жидкости, волны, ее отражения от торца скважины и возврат к тому месту, где был запирающий заряд 9. Условно можно предположить, что задержка времени вылета продуктов детонации из скважины 2 и соответственно увеличение длительности действия взрыва равна интервалу времени на прохождение прямой волны по газам взрыва до торца скважины и отраженной по ним же назад к забойке 8. Если принять скорость такой волны (0,6 0,8)D, a D = 4 км/с, при высоте уступа равной 15 м длина заряда часто составляет 12 м; время задержки составляет 8 - 10 мс, т. е. общая длительность взрыва увеличится приблизительно на 10%. На фиг. 26 показан случай развития процесса взрыва, когда труднодробимые участки находятся одновременно на уровне подошвы 12 уступа 1 на уровне забойки 8. Процесс взрывания протекает ана 14967 10 логично с той разницей, что точку начала инициирования серии последовательно И0,0129-0,343) мс. распределенных инициаторов 4 выбирают в каждом конкретном случае индивидуально: по центру заряда 3 или ближе к од- 5 Поскольку инициаторы расположены на ному из его торцов в зависимости от усДШ-А, скорость детонации которого 7000 ловий взрывания. м/с, интервал времени между подрывом каждого из них будет равен: С целью изучения положительного 1,2м действия предложенных факторов был про- 10 х — •=» 7000 м/с =0,171 мс. веден комплекс исследований на Каджаранском карьере Зангезурского меднот. е. интервал времени между подрывом молибденового комбината. На горизонте инициаторов в серии находится в требуе+835 м был подготовлен к взрыву блок мых пределах. Перед заряжанием серию горных пород их шестнадцати скважин диа- 15 инициаторов на нитях ДШ опускали в скметром 0,25 м. Высота уступа (толщина важины. Также в скважину на уровень отбиваемого слоя) составляла 20 м. Длисередины забойки опускали запирающий на забойки 5 м. Длина перебура 2 м. заряд на шпагате, от которого нить Д Ш Длина заряда игданита: 20 + 2 - 5 = 17 А упускалась ниже забойки до уровня м. Блок был разделен на две части по 8 20 части заряда, контактирующей с забойскважин в каждой. В одной части блока кой. Подобным образом готовили к заря8 скважин были расположены на пасжанию все скважины. После этого сквапортном расстоянии друг от друга ( 6 x 6 жины заполняли зарядом игданита на вым), а в другой части (экспериментальной) соту 17 м, а сверху размещали забоеч- на расстоянии 6,5 х 6,5 м. В части 25 ный материал. Затем монтировали внешблока с паспортным расположением скнюю взрывную сеть из нитей ДШ-А. При важин был применен обычный способ взэтом нити ДШ-А, выходящие из скважин, рывания заряда, а в другой части примена которых закреплены серии инициатонили предложенный способ разрушения ров, закрепляли к поверхностным магистгорных пород. Серии инициаторов для уд- 30 рапям ДШ-А. В поверхностной сети из линенных зарядов изготовляли следующим ДШ-А устанавливали пиротехнические реле образом. По выражению 0,35 W > 1 > 2d3 известным способом. В процессе взрываопределяли расстояние между инициатония импульс от поверхностной магистрарами серии. В этом случае W = 7 м, а ли ДШ-А поступал к каждой серии иниd 3 = 0,25 м, тогда выражение принимает 35 циаторов на ДШ-А, размещенных в сквавид 245 > 1 > 0,5. Толщина отбиваемого жинах, и порядок инициирования инициаслоя 20 м. Требуемый (труднодробимый) торов в серии был от забойки к торцу участок, в котором необходимо улучшить заряда, поскольку труднодробимый учаскачество дробления, - подошва уступа. ток расположен на уровне подошвы устуПриняли расстояние между инициаторами 40 па. В этом случае нижний инициатор в в серии 1,2 м и закрепили их на двух серии располагался на 0,5-1,5 м выше нитях детонирующего шнурка марки ДШуровня подошвы уступа, а верхний - на А. Для этого на поверхности уступа были 4-5 м ниже контакта заряда с забойкой. выложены камни - "реперы" на расстояПосле срабатывания первого из инициан и и 1,2 м друг от друга. Вдоль этих кам45 торов в серии детонация заряда шла в ней разматывали две бухты ДШ и против двух направлениях. Основная часть - к каждого камня крепили инициатор - часть его торцу, управляемая серией инициатоспецпатрона аммонита № 6 массой около ров с обеспечением суммирования волн 1 кг. Всего в серии было 9 инициаторов. напряжений в районе подошвы уступа, и Отдельно на отрезке ДШ длиной 5 м из50 вверх - к границе заряда с забойкой. В готавливали запирающий заряд для замомент, когда приконтактный слой заряда бойки также массой около 1 кг из того же с забойкой срабатывает, воспринимает деВВ. По формуле х = (0,3 - 0,8) 1/О оптонацию отдельный отрезок ДШ-А, котоределяли интервал времени срабатыварый передает ее запирающему заряду. ния между подрывом отдельных инициа55 Срабатывание последнего обеспечивает торов. Поскольку I = 1,2 м, а скорость усиление запирающего эффекта, увелидетонации игданита D = 2800 м/с, то по чение времени действия взрыва на масформуле время между подрывом отдельсив. В результате выполненного экспериных инициаторов в серии должно нахоментального взрыва на участке блока, диться в пределах: взорванного предложенным способом раз 11 12 14967 рушения горных пород, был увеличен обдробленного продукта, уменьшение расъем дробления (сетка скважин 6,5 х 6,5 хода ВВ, улучшение качества дробления м); получено улучшение качества дроблегорных пород и проработки подошвы усния горных пород: размер среднего куска тупа. 0,25 м против 0,27 м на участке, взорванПреимущество предложенного изобном по обычной технологии; улучшена проретения заключается в том, что при его работка подошвы уступа: на эксперимениспользовании благодаря рациональному тальном участке при экскавации было поиспользованию энергии волн напряжений нижение уровня подошвы на 1 м ниже от взрыва зарядов в отбиваемом массиве проектного значения, тогда как на конт- to горных пород и усилению запирающего рольном участке - 0,6-0,8 м выше проектэффекта забойки, уменьшается расход ВВ ного значения. при улучшении качества дробления горных пород, что в конечном итоге повыСогласно результатов испытаний преишает экономические показатели предпмуществом заявляемого способа разрушения горных пород по сравнению с про- 15 риятия, использующего предложенный способ разрушения горных пород. тотипом является: увеличение объема S в) б) 8 иг 14967 s~ Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М.Куль Замовлення 534 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101