Способ дробления горных пород взрывом

 

Использование: изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано при дроблении взрывом горных пород, естественных и искусственных твердых массивов. Сущность изобретения: способ включает бурение взрывных скважин рядами, перед бурением определяют необходимые затраты энергии на образование единицы поверхности кусков дробимой среды и с учетом необходимого расхода энергии для получения требуемой степени дробления задают параметры расположения скважин и расстояние между скважинами в первом и последующих рядах, расстояние между скважинами выбирают с учетом максимального использования энергии, а взрывание производят с учетом максимального взаимодействия зарядов ВВ.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при ведении горных и строительных работ, связанных с дроблением горных пород и искусственных массивов, а также бетонных сооружений, льда и других твердых веществ.

Известен способ производства буровзрывных работ на уступах по авт. св. N 431307, E 21 C 37/00, F 42 D 1/00, включающий бурение скважин для заряжения ВВ и бурение в шахматном порядке дополнительных незаряжаемых скважин. По известному способу манипулируют расположением скважин и их конструкцией и добиваются повышения эффективности взрыва. Известный способ может быть применим только в условиях создания врубов при проходческих работах, когда объем вруба составляет малую долю основного дробимого массива.

Недостатком известного способа является то, что в условиях открытой разработки с двумя обнаженными плоскостями значительно увеличиваются объем бурения и затраты ВВ.

Известен также способ скважинной отбойки скальных горных пород по авт. св. N 358507, E 21 C 37/00, по которому производят бурение скважин по контуру треугольника с вершинами, направленными в сторону откоса уступа, причем скважины, расположенные в вершине треугольников, взрывают в первую очередь, а остальные с замедлением. В известном способе вместо одной скважины бурят три, объединенные сближением. Это увеличивает сетку скважин.

Недостатком этого способа является увеличение объема буровых работ, а также затрат энергии ВВ, при этом доля непроизводительных затрат возрастает при большом сопротивлении по подошве.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ дробления горных пород взрывом, описанный в книге "Проектирование взрывных работ". М. Недра, 1974, с. 97 105, включающий бурение взрывных скважин рядами, их заряжение ВВ и взрывание. Скважины бурят по дискретной сетке с учетом пяти категорий пород по трещиноватости и трех категорий пород по прочности, а между рядами скважин выдерживают расстояние, равное сопротивлению по подошве. Взрывание производят порядно.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет для всего многообразия пород с непрерывно меняющимися свойствами по дробимости получить заданный средний размер куска в раздробленном массиве с заданным проектом выхода негабаритных кусков. Кроме того, увеличена затрата энергии за счет необратимых процессов при распространении ударов волн при взрыве за счет расположения скважин в ряду и между рядами на расстоянии, равном сопротивлению по подошве или близком к нему.

Задачей изобретения является получение заданной степени дробления среднего размера куска в раздробленном массиве при соответствующем этому проценте выхода негабаритных кусков, а также уменьшение буровых работ и расходов взрывчатого вещества (ВВ) на дробление за счет расширения диапазона количественных показателей свойств породы по дробимости, детонационного импеданса применяемого ВВ, диаметра скважин, минимально возможного расстояния заряда до обнаженной поверхности забоя и максимально возможного расстояния между скважинами в ряду при максимально возможном взаимодействии зарядов ВВ.

Патентуемый способ решает эту задачу с достижением технического результата.

Патентуемый способ дробления горных пород взрывом включает бурение взрывных скважин рядами с учетом категорий пород, заряжение скважин взрывчатым веществом (ВВ) и взрывание. Отличительной особенностью патентуемого способа является то, что определяют затраты энергии на образование единицы поверхности кусков и задают параметры расположения скважины и с учетом этой энергии определяют расстояние между скважинами в ряду и между рядами.

При этом используют только те затраты энергии, которые необходимы для образования заданной единицы поверхности кусков с учетом прочности породы на сжатие и среднего расстояния между трещинами в массиве. Это позволяет расширить диапазон количественного показателя свойств породы, т.е. учитывать конкретный вид каждой породы, а также учитывать детонационный импеданс ВВ как функцию от удельной массы и скорости детонации ВВ. Учитывают также диаметр взрывных скважин и методы взрывания. Это позволяет определить минимально требуемый расход принятого для использования ВВ. Расстояние между скважинами в первом ряду определяют по зависимости, предложенной автором, которая получена опытным путем. Расстояние между скважинами во втором и последующих рядах определяют с учетом максимального использования зарядов ВВ, которое находится в зависимости от расстояния между рядами.

Технический результат состоит в том, что достигается заданный средний размер куска в раздробленном массиве с соответствующим этому проценту выхода негабаритных кусков, при этом снижаются объем буровых работ и расход ВВ.

Патентуемый способ осуществляют следующим образом. Определяют прочность на сжатие подлежащего дроблению массива пород и среднее расстояние между трещинами в массиве и определяют затраты энергии на образование единицы поверхности кусков и задают параметры расположения скважин и с учетом этой энергии определяют расстояние между скважинами в ряду и между рядами. Учитывая детонационный импеданс применяемого ВВ, определяют коэффициент K₁, который является функцией от удельной массы и скоpости детонации ВВ где удельная масса ВВ, кг/м³; c скорость детонации ВВ, м/c.

Задают диаметр d_(м) скважин и определяют коэффициент K₂, зависящий от диаметра скважин, равный единице при диаметре скважин, равном 0,225 м.

Далее определяют показатель свойства породы (v), являющийся обратной величиной затрат энергии на образование единицы поверхности кусков, м²/Дж; задаются средним диаметром куска в раздробленном массиве (D) с размерностью (м), выбирают тип ВВ с его удельной энергией g, Дж/кг.

Намечают первый ряд скважин на расстоянии от бровки уступа, как принято по условию безопасности.

Скважины должны быть пробурены по сетке, где расстояние от заряда до поверхности забоя будет минимально возможным, а расстояние между скважинами в первом ряду определяют из условия сопротивления по подошве с учетом требуемой степени дробления выбранного типа ВВ, показателя свойства породы по дробимости по зависимости где m масса заряда в скважине, кг; Z сопротивление по подошве, м; Н высота уступа, м; K₃ коэффициент, учитывающий способ взрывания (при данном способе находится в пределах 1,1 1,3).

Остальные обозначения и размерности приведены выше.

В зависимости от заданного среднего размера D куска породы в раздробленном массиве в соответствующем ему проценте негабаритного куска определяют расстояние а₂ между скважинами во втором и последующих рядах скважин (3)
где K₄ числовой коэффициент, учитывающий расстояние между рядами скважин для максимального взаимодействия между зарядами ВВ.

И с учетом максимального использования зарядов ВВ определяют расстояние b между рядами скважин по зависимости
b K₄ d₂ (4)
Удельный расход ВВ при необходимости может быть определен по зависимости

После этого производят взрывание с учетом максимального взаимодействия зарядов ВВ с замедлением по секциям в каждом ряду и с замедлением между рядами.

Формула изобретения

Способ дробления горных пород взрывом, включающий бурение скважин рядами, заряжание их взрывчатым веществом (ВВ) и взрывание, отличающийся тем, что определяют затраты энергии на образование единицы поверхности кусков для дробимой горной массы и задают параметры расположения скважин и с учетом этой энергии определяют расстояние между скважинами в ряду и между рядами, при этом расстояние a₁ в первом ряду

где m масса заряда в скважине, кг;
Z сопротивление по подошве, м;
Н высота уступа, м;
удельная энергия В, дж/кг;
D заданный средний диаметр куска породы в раздробленном массиве, м;
v показатель свойства породы, м²/дж (является обратной величиной затрат энергии на образование единицы поверхности кусков);
K₁ коэффициент, учитывающий детонационный импеданс ВВ, С/с;
K₂ коэффициент, учитывающий диаметр скважины, м;
K₃ коэффициент, учитывающий способ взрывания, безразмерная величина (при данном способе взрывания находится в пределах 1,1 1,3);
а расстояние a₂ между скважинами во втором и последующих рядах:

где K_ч числовой коэффициент, учитывающий расстояние между рядами скважин, безразмерный,
и с учетом максимального использования энергии зарядов ВВ определяют расстояние b между рядами, при этом
b K_ч a₂, м,
а взрывание производят с учетом максимального взаимодействия зарядов ВВ с замедлением по секциям в каждом ряду и с замедлением между рядами.