Спосіб дроблення гірничих порід вибухом

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к способам управления многорядным взрыванием скважин. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ дробления горных пород взрывом, включающий порядное бурение скважин, их заряжение и взрывание этих зарядов с замедлением, уменьшающимся по мере удаления от врубового ряда (Антонов А.Ю. Способ управления энергией взрыва зарядов ВВ. - Республиканский межведомственный научно-технический сборник. Разработка рудных месторождений. - Изд-во Криворожского технического университета, 1996. - №58. - С.40 - 44). Недостатками известного способа является некачественное дробление горных пород за счет отсутствия согласования режима взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упруги х свойств разрушаемых пород. Это связано с тем, что уменьшение интервалов замедления по мере удаления взрываемого ряда от линии уступа, при достижении неизменного сжатия породы в неразрушенном массиве, обуславливает опережение процесса разрушения слоев породы. При этом щель между остающимся массивом и разрушенной породой не успевает расшириться до величины, достаточной для ее подвижки, либо вовсе не образуется, что приводит к неполному разрушению массива или прострелу зарядов и следовательно к некачественному дроблению горных пород. Причиной, препятствующей получению технического результата в прототипе, является уменьшение интервала замедления между рядами по мере удаления взрываемого ряда от линии откоса уступа из расчета времени завершения полного процесса разрушения, перемещения и торможения породы, что обуславливает опережение процесса разрушения слоев породы. При этом щель между остающимся массивом и разрушенной породой не успевает расшириться до величины, достаточной для ее подвижки, либо вовсе не образуется, что приводит к неполному разрушению массива или прострелу зарядов, и, следовательно к некачественному дроблению горных пород. Задачей изобретения является разработка способа дробления горных пород взрывом, в котором путем согласования режима взрывания с изменяющимися в процессе взрыва упругими свойствами разрушаемых пород, достигают повышения качества дробления горных пород. Поставленная задача достигается тем, что в способе дробления горных пород взрывом, включающем порядное бурение скважин, их заряжение и взрывание этих зарядов с замедлением, уменьшающимся по мере удаления от врубового ряда, согласно изобретению, взрывание рядов зарядов ведут с уменьшением интервалов замедлений между ними, начиная со второго, по сравнению с интервалом между первым и вторым рядами, на величину коэффициента замедления, определяемого из выражения Cð1 K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï - скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива, и переходом уменьшающихся интервалов замедления в неизмененные при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве. Существенными признаками в данном изобретении являются: порядное бурение скважин; заряжание скважин; взрывание зарядов с замедлением, уменьшающимся по мере удаления от врубового ряда; взрывание рядов зарядов ведут с уменьшением интервалов замедлений между ними, начиная со второго, по сравнению с интервалом между первым и вторым рядом, на величину коэффициента замедления, определяемого из соответствующего выражения; величину коэффициента замедления принимают равной Cð1 K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï - скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива; переходом уменьшающихся интервалов замедления в неизмененные при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве. Новыми существенными признаками в данном изобретении являются: взрывание рядов зарядов ведут с уменьшением интервалов замедлений между ними, начиная со второго, по сравнению с интервалом между первым и вторым рядом, на величину коэффициента замедления, определяемого из соответствующего выражения; величину коэффициента замедления принимают равной Cð1 K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï -скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива; переходом уменьшающихся интервалов замедления в неизмененные при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве. Благодаря тому, что взрывание рядов зарядов ведут с уменьшением интервалов замедлений между ними, начиная со второго, по сравнению с интервалом между первым и вторым рядом, на величину коэффициента замедлений, определяемого из выражения Cð1 K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï - скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива, и переходом уменьшающихся интервалов замедления в неизменные при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве происходит согласование режима взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упругих свойств разрушаемых пород, установленное увеличением скорости распространения продольной волны напряжений вглубь массива и достижение ее неизменного значения, что приводит к соответствующему, уменьшению и переходу уменьшающихся интервалов замедления в неизменные. Это приводит к образованию необходимой ширины щели к моменту взрыва последующи х рядов и соответственно к повышению качества дробления горных пород за счет равномерности дробления всего объема разрушенной породы. Благодаря тому, что переход уменьшающихся интервалов замедления в неизменные осуществляют при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве происходит установленное увеличение скорости распространения продольной волны напряжений вглубь массива при согласованном режиме взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упругих свойств разрушаемых пород, что способствуе т улучшению качества дробления горных пород. Сущность изобретения поясняется чертежом, где дан график зависимости коэффициента замедления Kç от количества рядов зарядов N при отбойке руды на свободное пространство на подаваемых и открытых работах: кривая 1 - в слабых р уда х (f = 3 - 5); кривые 2 - в руда х средней крепости (f = 5 - 8); кривые 3 - в крепких руда х (f = 2 14). Способ дробления горных пород осуществляется следующим образом. В рудном массиве по сетке скважин бурят ряды скважин, заряжают их, монтируют двойную последовательную электровзрывную сеть из составных электродетонаторов (два электродетонатора (ЭД) в каждом патроне - боевике) с одинаковым замедлителем в каждой ступени замедления, в которой каждая группа ЭД содержит один магистральный провод, а другой - общий для все х гр упп. Взрывную сеть инициируют короткозамедленно, с регулируемым интервалом замедления с помощью взрывного коммутатора типа "Импульс". Для сохранения взрывной сети воспламеняющий ток в последнюю ступень взрывания подают до взрыва первого ряда зарядов. Взрывание рядов зарядов ведут с уменьшением интервалов замедлений между ними, начиная со второго, по сравнению с интервалом между первым и вторым рядом, на величину коэффициента замедления, определяемого из выражения Cð1 K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï - скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива, и переходом уменьшающихся интервалов замедления в неизменные при достижении неизменной скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном массиве. Изменение интервала замедления осуществляется на основании закономерности изменения скорости распространения продольной волны напряжений, являющейся комплексной характеристикой физико-механических свойств сжатой породы в неразрушенном массиве. Для измерения скорости распространения продольной волны Cð напряжений в горном массиве с одинаковыми физико-механическими свойствами производят C экспериментальный массовый взрыв с замедлением, определяемым теорией короткозамедленного взрывания. ð C измеряют в неразрушаемом массиве от взрыва первого ряда зарядов - ð1 и от взрыва очередного ряда зарядов Cðï . При этом регистрируют взрывные импульсы от взрыва предыдущи х зарядов с помощью двух пьезоэлектрических датчиков, помещенных в цементные пробки, которые размещают в специально пробуренных скважинах на глубину разрушаемого массива и ориентируют в сторону взрыва. Указанные скважины бурят в тылу разрушаемого массива по профильному направлению, перпендикулярному плоскости рядов зарядов, на заданном (базовом) расстоянии между собой. Сигналы от пьезодатчиков регистрируют светолучевым осциллографом. Моменты вступления сигналов от пьезодатчиков принимали за моменты возникновения продольной волны напряжений в массиве. Время прохождения продольной волны напряжений регистрируют пьезодатчиками при помощи отметчика времени. Скорость распространения продольной волны напряжений определяют по формуле l Cð = , ì / ñ, tá (Малахов Г.И., Дядечкин Н.И. Совершенствование взрывных работ при очистной выемке в условия х шахт Криворожского бассейна // Взрывное дело. - №57/14. - С.264), где l - расстояние (база) между пьезодатчиками, м; t á - разность времени моментов вступления сигналов от пьезодатчиков, с. Конструкция скважинного заряда сплошной колонковый заряд. Изменения скорости распространения продольной волны напряжений, акустической, жесткости и отношения скоростей распространения продольной волны напряжений (коэффициента замедления) в слоях массива от очередного взрыва для различной минералогической разновидности слабых руд, средней крепости и крепких руд. При измерении скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном рудном массиве показывает, что в процессе отбойки на свободное пространство по мере удаления от врубного ряда продольная волна напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое распространяется с увеличивающейся скоростью на сомкнутых трещинах сжатого массива до достижения неизменного значения. При этом в слабых руда х средней трещиноватости скорость продольной волны напряжений увеличивается и достигает неизменного значения в 4 - м слое породы. В рудах средней крепости сильно трещиноватых скорость продольной волны напряжений увеличивается и достигает неизменного значения в 5 - м слое породы. В крепких рудах средней трещиноватости скорость волны напряжений также увеличивается и достигает неизменного значения в 6 - ом слое породы. В последующи х слоя х необходимая ширина щели между разрушенной движущейся породой и остающимся массивом образуется за более короткий промежуток времени, переходящий в неизменный. Для согласования режима взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упругих свойств разрушаемых пород, уменьшение и переход уменьшающихся интервалов замедления в неизменные выражают коэффициентом замедления, определяемым эмпирически из выражения Cð1 (2) K3 = Cðï Cð1 где - скорость распространения продольной волны напряжений вглубь массива от взрыва первого ряда зарядов; Cðï - скорость распространения продольной волны напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое неразрушенного массива, и учи тывают при определении номинальных интервалов замедления по формуле t ç = Kç (t + t ð ), (3) (Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении горных пород взрывом. - М.: Недра, 1962. - С.162 - 167) где t - оптимальный интервал замедления, определяемый теорией КЗВ; tð - разброс времени срабатывания составных средств взрывания. При этом, исходя из условий безаварийного взрывания (без нарушения очередности взрывания) минимальный интервал замедления должен быть не менее минимально-допустимого замедления t ç ³ tìèí . t Значения ð , tìèí для n-скважинного ряда. Номинальные интервалы замедления обеспечивают необходимую ширину щели в момент взрыва последующих рядов зарядов. При этом изменение интервалов замедления обеспечивает взрывание последующи х рядов зарядов в период разрушения предыдущи х слоев породы за счет образования необходимой ширины щели к моменту взрыва последующих зарядов и приводит к равномерному дроблению всего объема разрушенной породы. Интервал замедления для второго ряда зарядов принимают расчетным, номинальным с учетом Kç = 1 по формуле 3. Значение Kç соответствует второму слою породы вглубь массива. Интервал замедления для третьего и последующи х рядов зарядов принимают расчетным, номинальным с учетом значений Kç соответствующи х третьему и последующим слоям породы вглубь массива, что повышает взаимодействие взрывов рядов зарядов, за счет взрывания каждого последующего слоя породы до завершения разрушения предыдущего. Пример. Данный способ дробления горных пород взрывом может быть реализован при взрывной отбойке руд в шахтах и на карьерах. Сравнительная проверка способа проводилась при массовой отбойке магнетитовых кварцитов средней трещиноватости в шахта х и на карьерах Кривбасса. В подземных условиях проектами была предусмотрена в соответствии с геологическими и горно-техническими условиями этажно-камерная система с отбойкой руды на камеру. Подготовка взрываемого массива осуществлялась в подземных условиях п учками и веерами скважин Æ105мм, на карьерах рядами скважин Æ250мм. Взрывание скважинных зарядов на карьерах осуществляли с помощью пиротехнических замедлителей типа КЗДШ. Конструкция скважинного заряда - сплошной колонковый заряд, ВВ - граммонит 79/21. Изменение скорости распространения продольной волны напряжений, акустической жесткости и отношения скоростей распространения продольной волны напряжений (коэффициента замедления) в слоях массива от очередного взрыва для различной минералогической разновидности слабых р уд, средней крепости и крепких руд приведены в табл.1. Результаты измерений скорости распространения продольной волны напряжений в неразрушенном рудном масиве показывают, что в процессе отбойки на свободное пространство по мере удаления от врубного ряда продольная волна напряжений от очередного взрыва в каждом последующем слое распространяется с увеличивающейся скоростью на сомкнуты х трещинах сжатого массива до достижения неизменного значения. При этом в слабых р удах (f = 3 - 5) средней трещиноватости скорость продольной волны напряжений увеличивается в 1,32 раза и достигает неизменного значения в 4 - м слое породы на расстоянии 90 диаметров заряда; в руда х средней крепости (f = 5 - 8) сильно трещиноватых скорость продольной волны напряжений увеличивается в 1,27 раза и достигает неизменного значения в 5 - м слое породы на расстоянии 120 диаметров заряда; в крепких р удах (f = 12 - 14) средней трещиноватости скорость продольной волны напряжений увеличивается в 1,19 раза и достигает неизменного значения в 6 - м слое породы на расстоянии 150 и 180 диаметров заряда. В последующи х слоях необходимая ширина щели между разрушенной движущейся породой и остающимся массивом образуется за более короткий промежуток времени переходящий в неизменный. Для согласнования режима взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упруги х свойств разрушаемых пород, уменьшение и переход интервалов замедления в неизменные выражают коэффициентом замедления, определяемым эмпирически из выражения Cð1 K3 = Cðï t = Kç (t + t ð ). и учитывают при определении номинальных интервалов замедления по формуле ç Исходя из условий безаварийного взрывания номинальный интервал замедления должен быть не менее минимально-допустимого t замедления t ç ³ tìèí . Значения ð , tìèí для n-скважинного ряда приведены в табл.2. Значение Kç берут из табл.1. Исходные данные и результаты сравнительной проверки приведены в табл.3. Анализ таблицы и наблюдения за выходом негабарита в производственных условиях показывает, что наиболее существенное влияние на степень дробления оказывает режим взрывания, порядок интервалов замедления. Применение предлагаемого способа дробления горных пород взрывом позволит обеспечить интенсивное и равномерное дробление всего объема взрываемой горной массы, а также снижение выхода негабарита в 1,5 - 2,0 раза за счет возможности согласования режима взрывания и изменяющихся в процессе взрыва упругих свойств разрушаемых пород, что в свою очередь повысит качество дробления горных пород. Технический результат достигают уменьшением интервалов замедлений между взрываемыми рядами зарядов на величину коэффициента замедления, определяемого из соответствующего выражения. Данный способ может быть реализован при взрывной отбойке руд в ша хта х и на карьерах. Использование способа наиболее эффективно для многорядной отбойки больших объемов руды в один прием при интенсивной отработке блоков на больших глубинах.