Спосіб вибухового дробіння породних блоків

Спосіб вибухового дробіння породних блоків, який містить у собі створення шести площин оголення вибуховим способом послідовно, спочатку одну з них у верхній частині блоку з підсічкою його з утворенням компенсаційної порожнини у вигляді склепіння природної рівноваги, потім останніх п'яти площин оголення по периметру блоку і підривання блоку зарядами, який відрізняється тим, що роблять розділення блоку на окремі частини з перерізом, близьким до квадратного, за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом породи всередині блока, при тому заряди для дробіння частин блоку розташовують в центрі перерізу, а товщину шару роздрібненої вибухом по роди, що утворює усі площини оголення з найбільшою відбивною здатністю, визначають з формули Винахід відноситься до області гірничої справи, зокрема, - до способів вибухового руйнування гірничих порід при розробці корисних копалин. Найбільш наближеним технічним рішенням, обраним за прототип, буде спосіб вибухового дробіння породних блоків, який містить в собі створення шести площин оголення вибуховим способом послідовно, спочатку одну з них у верхній частині блоку з підсічкою його з утворенням ком пенсаційної порожнини у вигляді склепіння природної рівноваги, потім - останніх п'яти площин оголення по периметру блоку і підривання блоку зарядами. Підривання породного блоку, відокремленого від масиву шаром подрібненої породи двома, або більше, зарядами (Україна, Патент № 15315А, МПК5 F42D 7/00, Е2ІС 37/00, Бюл. № З, 30.06.97). Недоліками відомого способу являються недостатній загальний рівень дробіння і великий вихід надгабаритних кусків, у зв'язку з тим, що при підриванні породного блоку, відокремленого від маси ву шаром подрібненої породи двома або більше зарядами, існують зони недостатнього дробіння у кутках блоку, найбільше віддалених від зарядів, руйнуючих породний блок. Це призводить до нерівномірного подрібнення породи руйнованого бло ку, та до погіршення загальної якості дробіння його. Це явище пов'язане з протиріччям між коло вим перетином зон дробіння зарядів та прямокутним перетином породного блоку, відділеного від масиву. Якщо заряди, що руйнують блок, підривати послідовно (з уповільненням), то на вільній поверхні блоку завжди будуть місця, які найбільше віддаленні від заряду, де відбита хвиля розтягу, буде мати амплітуду значно меншу, ніж в других. А це означає, що в цих місцях дробіння породи буде найгірше. Якщо заряди підривати одночасно, то між зарядами виникне прямий фронт взаємодіючих хвиль стиснення, який при відбитку від поверхонь оголення викличе відкольні явища, що призведе до появи великих кусків породи. Тому існуючий спосіб не може дати рівномірне дробіння при руйнуванні породного блоку вибухом зарядів, розташованих у ньому. Крім того, великі витрати вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід, у зв'язку з тим, що умова кращого подрібнення потребує зближення зарядів, що може частково компенсувати погане дробіння у точках, відда лених від зарядів. Причинами, які перешкоджають одержанню те хнічного результату даного винаходу, прототипом являються: - при підриванні породного блоку, відокремленого від масива шаром подрібненої породи двома або більше зарядами існують зони недо h = 0,5W0 C2 C1 (19) UA (11) 35704 (13) A де h - товщина шару роздрібненої вибухом породи, м; W0 - найменша відстань від заряду до площини оголення, м; С1, С2 - відповідно, швидкість звуку в масиві породи та в роздрібненій вибухом породі, м/с. 35704 - створення спочатку однієї з площин оголення у верхній частині блоку; - підсічка блоку з утворенням компенсаційної порожнини у вигляді склепіння природної рівноваги; - створення після підсічки блоку останніх п'яти площин оголення по периметру блоку; - підривання блоку зарядами; - роблять розділення блоку на окремі частини з розтином, близьким до квадратного; - розтин частин блоку роблять за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом породи всередині блоку; - розташування зарядів для дробіння частин блоку в центрі розтину, - визначення з формули товщини шару роздрібненої вибухом породи, утворюючої площини оголення з найбільшою відбиваючою здатністю. Новими суттєвими ознаками винаходу являються: - роблять розділення блоку на окремі частини з перерізом, близьким до квадратного, - розтин частин блоку роблять за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом породи всередині блоку; - розташування зарядів для дробіння частин блоку в центрі розтину; - визначення з формули товщини шару роздрібненої вибухом породи, що утворює усі площини оголення з найбільшою відбиваючою здатністю. Ці ознаки є необхідні і достатні для впровадження способу вибухового дробіння породних блоків в різноманітних умовах. Завдяки тому, що роблять розділення блоку на окремі частини з розтином, близьким до квадратного, за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом породи всередині блоку в кутах цих частин амплітуди відбитих хвиль складаються, що збільшує навантаження породи в цих кутах, які є місцями, найбільш віддаленими від зарядів, а це призводить до кращого подрібнення в них, що дає можливість досягти вищого загального рівня дробіння і зменшення виходу надгабаритних кусків із зменшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід. Завдяки тому, що заряди для дробіння частин блоку розташовують в центрі розтину, найбільші точки розтину частини блоку будуть розташовані на найменшому віддаленні від заряду, чим при будь-якому іншому розташуванні заряду всередині розтину, а це впливає на можливість досягнення вищого загального рівня дробіння і зменшення виходу надгабаритних кусків із зменшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід. Завдяки тому, що товщину шару роздрібненої вибухом породи, яка утворює усі площини оголення з найбільшою відбиваючою здатністю, визначають з формули: статнього дробіння у частинах блоку, найбільше віддалених від зарядів, руйнуючих породний блок, призводить до нерівномірного подрібнення породи руйнованого блоку, а також погіршення загальної якості дробіння, тому що в цих частинах, завдяки віддаленню від зарядів, амплітуда хвилі стиску най менша, а хвиля розрідження відбивається від вільної поверхні під гострим кутом, що значно зменшує її амплітуду, а тим самим і руйнуючу здатність, а це знижує загальний рівень дробіння і збільшує вихід надгабаритних кусків із збільшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід; - при недостатній товщині шару подрібненої породи площини оголення., утворені вибухом свер дловинних зарядів, мають недостатні відбиваючі властивості, тому амплітуда хвиль розрідження, відбитих всередину блока, буде недостатньою для якісного подрібнення пород блоку, а це знижує загальний рівень дробіння і збільшує вихід надгабаритних кусків із збільшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід. Завданням цього винаходу є розробка способу вибухового дробіння породних блоків, у якому шляхом складання найбільших амплітуд відбитих хвиль розтягу в місцях блоку, найбільш віддалених від зарядів, досягають вищого загального рівня дробіння і зменшення виходу надгабаритних кусків, із зменшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку породи. Завдання виконується за рахунок того, що у способі вибухового дробіння породних блоків, що містить в собі створення шести площин оголення, вибуховим способом послідовно, спочатку одну з них у верхній частині блоку з підсічкою його з утворенням компенсаційної порожнини у вигляді склепіння природної рівноваги, потім останніх п'яти площин оголення по периметру блока і підривання блоку зарядами, згідно винаходу, роблять розділення блоку на окремі частини з розтином, близьким до квадратного, за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом поро ди всередині блока, при тому, що заряди для дробіння частин блоку розташовують в центрі розтину, а товщину шару роздрібненої вибухом породи, яка утворює усі площини оголення з найбільшою відбиваючою здатністю, визначають з формули: h = 0,5W0 C2 C1 де h - товщина шару роздрібненої вибухом породи, м; W0 - найменша відстань від заряду до площини оголення, м; С1, C2 відповідно, швидкість звуку в масиві породи та в роздрібненій вибухом породі, м/с. Збіг площин оголення в місцях, найбільш відда лених від заряду, викликає складання відбитих хвиль розтягу в цих місцях, що дає можливість збільшити якість дробіння і за рахунок цього мати найбільш можливу рівномірність дробіння породи блоку. Суттєвими ознаками цього винаходу являються - створення шести площин оголення вибуховим способом послідовно; h = 0,5W0 C2 C1 де h - товщина шару роздрібненої вибухом породи, м; W0 - найменша відстань від заряду до площини оголення, м; С1, C2 відповідно, швидкість звуку в масиві та в роздрібненій вибухом породі, м/с, 2 35704 дить крізь шар товщиною h і відбивається частково у вигляді хвилі стиску 15, яка відбивається від стінки II в напрямку заряду 8, а частково - проходить крізь стінку II, у вигляді хвилі стиску 16. При її проходженні через стінку І вона залишається хвилею стиску, тому вона може наздогнати хвилю 13 і зменшити її амплітуду. Щоб амплітуда хвилі 13 була найбільшою, треба щоб товщина шару роздрібненої породи була така, щоб час подвійного пробігу хвилі стиску 14 по шару товщиною h дорівнював часу проходження хвилі розрідження 13 від стінки I до заряду 8. У цьому випадку хвиля стиску 15 не зможе зменшити амплітуду хвилі 13, і вона буде найбільшою. Але, так як: t13 = W0 / C1 , Усі площини оголення мають найбільш можливу відбиваючу властивість, завдяки чому енергія хвиль розтягу використовується для дрібнення порід всередині частин блоку найбільш ефективно, що дає можливість значно зменшити витрати вибухівки. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де: - на фіг. 1, 2 показана схема утворення площин оголення вибухом зарядів в свердловинах, - на фіг. 3 показаний фронтальний розтин породного блоку з розділенням його на частини; - на фіг. 4 показаний боковий розтин породного блоку; - на фіг. 5 показана схема проходження та відбиття хвиль напруження тиску і розрідження крізь шар роздрібненої породи; - на фіг. 6 показана схема взаємодії хвиль з різними знаками тиску; - на фіг. 7 показана схема відбиття хвиль тиску від площин оголення всередині частини блоку з квадратним перерізом. - на фіг. 8 показана схема взаємодії відбитих хвиль розрідження. Запропонований спосіб здійснюється наступним засобом: з виробки 1 вибурюються свердловини 2 (фіг. 1). Після розміщення в них зарядів 3 і їх підривання в массиві породи 4 утворюється шар роздрібненої породи 5, завдяки чому в масиві породи утворюються площини оголення 6, які мають відбиваючі властивості. Такі площини утворюють по периметру блоку, а також додаткові площини всередині його (фіг.3, 4), які розбивають блок на частини 7 з розтином, близьким до квадратного, в центрі якого розмішуються заряди руйнування 8. Для створення площин оголення з найбільшою відбиваючою здатністю шар роздрібненої породи повинен бути товщиною, яка визначається по формулі: h = 0,5W0 де t13 - час проходження хвилі розрідження II від І стінки до заряда, м/с, t 15 = 2h / C 2 , дє t15 - час подвійного проходження хвилі стиску від І до ІІ стінки, м/с, то при умові t13 = t15 будемо мати: W0 2h , = C1 C 2 звідки h = 0,5W0 C2 C1 де h - товщина шару роздрібненої вибухом породи, м; W0 - найменша відстань заряда до площини оголення, м; C1 - швидкість звуку в масиві породи, м/с; C2 - швидкість звуку в роздрібненій вибухом породі, м/с. Таким чином, хвиля розрідження 13 буде мати найбільш можливу амплітуду. За рахунок цього подрібнення породи буде найбільшим. Після відбитку хвиль розрідження 13 в кутах частин 7 блоку 5 (фіг. 6, 7) відбувається їх сходження, внаслідок чого їх амплітуди сумуються і загальна амплітуда хвилі розрідження 13 в кутах частин 7 блоку, які найбільше віддалені від заряда 8, збільшується. За рахунок чого в цих місцях подрібнення буде більшим, ніж при звичайних обставинах, що збільшить загальну рівномірність та якість дробіння порід. Для підземних умов Кривбасу швидкість звуку в породах в середньому дорівнює С1 = 3500 м/с. Виміри в роздробненій породі при створенні "екрануючого" шару, дали: С2 = 1700 м/с. Для типових значень відстані концентрованого заряду до площини оголення W0 = 10 м, товщина шару буде: C2 C1 де h - товщина шару роздрібненої вибухом породи, м; W0 - найменша відстань від заряду до площини оголення, м; C1 - швидкість звуку в масиві, м/с, C2 - швидкість звуку в роздрібненій вибухом породі, м/с. Відстань між свердловинами, та кількість їх рядів (віял), необхідна для створення шару роздрібненої породи, визначається дослідним шляхом. Після того, як блок буде повністю відокремлений від масиву і розділений на частини 7, будьяким відомим способом, в центрі розтину частини 7 розміщують заряди руйнування 8. Після підривання зарядів руйнування 8 порода всередині блоку роздрібнюється на мілкі фрагменти. Ця роздрібнена порода потім виймається через дучки 9 та виробки 10 і 11. Фізична суть винаходу пояснюється наступним. Після вибуху зарядів руйнування 8 створюється хвиля стиску 12 (фіг. 5, 6), яка частково відбивається від стінки І шару роздрібненої породи у вигляді хвилі розрідження 13, яка рухається в напрямку до заряда 8, а частково - у вигляді хвилі стиску 14 - проходить крізь стінку I, потім прохо h = 0,5 W0 × або 1700 » 0,25W0 3500 h = 0,25W0 = 0,25 × 10 » 2,5м Приклад. В умовах шахти "Гігант" Криворізького басейну на горизонті - 540 м проведені промислові експерименти по створенню штучних площин оголення в массиві вибухом свердловинних зарядів. Експерименти проведені в сілікато-магнетитових кварцитах міцністю 10-14 балів по шкалі М.М.Протод'яконова. 3 35704 Для цього із штрека лежачого боку вибурені свердловини діаметром 104 мм, які використовувались для розміщення зарядів, руйнуючих породу, для створення шару роздрібненої породи. Одна група свердловин (віяло) із 4 штук пробурювалась так, щоб відстань між кінцями свердловин була 3 метри, довжина свердловин - 10 м. Зліва та справа пробурені свердловини для розміщення в них з одного боку - сейсмоприймачів, а з другого - зарядів масою 20 кг. Після вибуху зарядів, що повинні утворити шар роздрібненої породи, установили сейсмоприймачі та підірвали пробний заряд. Як показали результати експерименту, хвиля стиску від заряду пройшла без суттєвого зменшення амплітуди. У другому експерименті група із 7 свердловин була із двох віялів з відстанню між ними 0,7 м, а між кінцями - 2 м. При цьому вважали, що так як радіус руйнування заряду діаметром 100 мм повинен бути близько 1 м (20 радіусів заряда), то два віяла свердловин повинні утворити шар роздрібленої породи товщиною близько 2,7-3 метри. Після вибуху свердловин зарядів, а потім і вибуху пробного заряду на відстані 10 м від шару роздрібненої породи сейсмоприймачі показали, що амплітуда хвилі, що пройшла крізь шар роздрібненої породи, зменшилась майже вдвічі, тобто у цьому випадку у масиві створено штучну площину оголення з відбиваючою поверхнею, яка відбиває та поглинає біля 75% енергії вибуху. Використання винаходу дозволить досягти вищого загального рівня дробіння і зменшення виходу надгабаритних кусків із зменшенням витрат вибухівки на первинну та вторинну відбийку порід шляхом складання найбільших амплітуд відбитих хвиль розтягу в місцях блоку, найбільш віддалених від зарядів у зв'язку з тим, що за допомогою додаткових площин оголення з роздрібненої вибухом породи всередині блоку, розділяють блок на окремі частини з розтином, близьким до квадратного. Заряди для дробіння частин блоку розташовують в центрі розтину. Товщину шару, роздрібненої вибухом породи, яка утворює усі площини оголення з найбільшою відбиваючою здатністю, визначають з формули. Даний винахід може бути використаний для розробки корисних копалин у покладах порід з різними фізико-механічними властивостями. фіг. 1 4 35704 Фіг. 2 Фіг. 3 5 35704 Фіг. 4 6 35704 Фіг. 5 Фіг. 6 7 35704 Фіг. 7 Фіг. 8 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 8