Способ взрывания горных пород

Способ взрывания горных пород

Реферат

 

Использование: изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам взрывания горных пород. Сущность изобретения: для повышения эффективности взрывных работ, снижения удельного расхода взрывчатых веществ (ВВ) в способе, включающем бурение скважин, размещение в них рассредоточенных зарядов ВВ, установку боевиков в каждом заряде, промежутки между зарядами заполняют аммиачной селитрой, длину промежутков принимают равной четырем диаметрам скважины, а расстояние от промежутков до боевиков в смежных с промежутками зарядах, расположенных более близко к устью скважины, принимают по формуле, приведенной в описании. 3 ил.

Изобретение относится к производству взрывных работ в строительстве и горном деле и может быть использовано при проведении взрывов на дневной поверхности в необводненных горных породах.

Известен способ взрывания горных пород, когда заряды промышленных взрывчатых веществ (ВВ) размещают в пробуренных скважинах или шпурах в виде сплошной колонки, верхнюю часть скважин заполняют забойкой и взрывают [1] Недостатком этого способа является повышенный расход ВВ и высокая стоимость работ.

Известен принятый за прототип способ взрывания горных пород, включающий бурение скважин, размещение в них рассредоточенных зарядов промышленных ВВ, установку боевиков в каждом заряде, монтаж сети детонирующего шнура, заполнение верхней части скважин забойкой и последующее взрывание [2] В этом способе бурят скважины, в каждой из которых размещают два и более заряда, между которыми оставляют не заполненные ВВ промежутки. Для обеспечения безотказности взрывания в каждый заряд устанавливают промежуточный детонатор (боевик). Верхнюю часть скважин заполняют забойкой, после чего производят взрыв.

Недостатками этого способа является уменьшение действия взрыва на участках массива, прилегающих к незаполненным ВВ промежуткам длины скважины между рассредоточенными зарядами промышленных ВВ, в связи с этим необходимость сближения сетки скважин и, как следствие, увеличение удельного расхода промышленных ВВ и стоимости работ.

Целью изобретения является увеличение действия взрыва на участках массива, прилегающих к незаполненным ВВ промежуткам длины скважины между рассредоточенными зарядами промышленного ВВ, снижение удельного расхода промышленных ВВ за счет возможности расширения сетки скважин и, как следствие, уменьшение стоимости работ.

Цель достигается тем, что в способе взрывания горных пород, включающем бурение скважин, размещение в них рассредоточенных зарядов промышленных ВВ, установку боевиков в каждом заряде, монтаж сети детонирующего шнура, заполнение верхней части скважин забойкой и последующее взрывание, длину промежутков скважины между зарядами промышленных ВВ принимают равной l_n 4d, указанные промежутки заполняют аммиачной селитрой (АС) и расстояние от промежутков до боевиков в смежных с промежутками зарядах, более близких к устью скважины, принимают равным l_i+1= где d диаметр скважин; l_i расстояние от промежутков до боевиков в смежных с промежутками зарядах, более удаленных от устья скважин; K отношение скорости детонации детонирующего шнура к скорости детонации промышленного ВВ.

При исследовании технического уровня предлагаемого решения не обнаружено технического решения, обладающего признаками, сходными признакам предлагаемого решения, на основании чего можно считать, что предлагаемое решение соответствует критерию "технический уровень".

На фиг.1 изображена принципиальная схема размещения зарядов в скважинах, на фиг. 2 и 3 примеры реализации способа для реальных условий.

Схема содержит верхнюю поверхность 1 уступа; скважину 2, соответственно первый, второй и третий рассредоточенные заряды 3, 6, 9; боевики 4, 7, 10 в зарядах; промежутки 5 и 8, заполненные АС; забойку 11; сеть 12 детонирующего шнура; l₁ расстояние от боевика до вышерасположенного промежутка; l_i+1 расстояние от боевиков, установленных в зарядах, до нижерасположенного промежутка, заполненного АС.

На фиг. 2 1, 4, 7, 10 соответственно первый, второй, третий и четвертый рассредоточенные заряды; 2, 5, 8, 11 боевики в зарядах; 3, 6, 9 соответственно первый, второй и третий промежутки длины скважины, заполненные АС; 12 забойка; 13 сеть детонирующего шнура.

Способ осуществляют следующим образом.

С верхней поверхности уступа 1 бурят скважины 2. После окончания бурения приступают к заряжанию, при котором в каждой скважине размещают рассредоточенные заряды промышленного ВВ, например, граммонита 79/21. Длину первого (ближайшего к забою скважины) рассредоточенного заряда 3 принимают такой, чтобы его верхний торец располагался выше подошвы уступа примерно на 10 диаметров скважины для обеспечения проработки подошвы. В этом заряде устанавливают боевик 4 на произвольном, но небольшом расстоянии от верхнего торца заряда l_i.

Затем выше первого заряда 3 на промежутке длины скважины 5 длиной l_n 4d, где d диаметр скважины, размещают АС. Выше нее в скважину помещают второй рассредоточенный заряд 6. Предварительно определяют необходимое расстояние от промежутка 5 до боевика 7 в заряде 6 по формуле l_i+1= где l_i расстояние от боевика в первом заряде 3 до промежутка 5, заполненного АС; K отношение скорости детонации детонирующего шнура к скорости детонации промышленного ВВ.

Длину заряда 6 принимают не менее значения l_i+1.

Затем выше заряда 6 в скважине размещают второй промежуток 8, заполненный АС, с длиной, аналогичной промежутку 5. Выше промежутка 8 помещают третий рассредоточенный заряд 9 с боевиком в нем 10, положение которого определено аналогично второму заряду по расчетной формуле, где в данном случае l_i относится к второму заряду, l_i+1 к третьему (см. ниже примеры).

Верхнюю часть скважин заполняют забойкой 11. Затем монтируется сеть детонирующего шнура 12. После окончания заряжания всех скважин производят взрыв.

Применительно к реальным условиям при проектировании взрыва в зависимости от высоты уступа, диаметра скважин и свойств породы определяют число рассредоточенных зарядов и промежутков с АС в скважине, длину зарядов, положение боевиков с учетом вышеприведенной расчетной формулы, длину забойки и другие параметры взрыва.

Физическое обоснование предлагаемого способа следующее. Известно, что АС, применяемая, в основном, как минеральное удобрение в сельском хозяйстве, при достаточном инициирующем импульсе способна детонировать со скоростью 1,5-2 км/с и подвергаться взрывчатому разложению с выделением энергии около 370 ккал/кг, т.е. в соответствующих условиях АС может действовать как слабое ВВ.

Известно также, что в ВВ и АС можно вызвать явление пересжатой детонации, которая может распространяться на некоторое расстояние по веществу со скоростью, существенно превышающей характерную постоянную скорость детонации данного вещества. Пересжатая детонация возбуждается мощной ударной волной, в частности в пассивном ВВ с меньшей скоростью детонации на контакте с активным ВВ, детонирующим с большей скоростью. При этом на расстоянии до двух диаметров заряда пассивное ВВ детонирует со скоростью, близкой к скорости активного ВВ. На больших расстояниях скорость детонации уменьшается до характерной для данного вещества.

В предлагаемом способе используют указанные физические явления. Рассредоточенные заряды промышленных ВВ детонируют со скоростью примерно в два раза большей, чем характерна для АС. В промежутки скважины, заполненные АС, поступают мощные инициирующие импульсы от смежных зарядов и в ней возбуждается пересжатая детонация со скоростью, близкой к скорости детонации промышленного ВВ.

Для реализации пересжатой детонации АС по всему занятому ею промежутку скважины необходимо выполнение двух условий: длина промежутка не более четырех диаметров скважины; одновременный подход детонации от зарядов ВВ к торцам промежутка, занятого АС.

Первое условие обеспечивают соответствующим ограничением длины промежутков, заполненных АС, причем для повышения технического результата изобретения используют максимальную длину промежутков в пределах необходимого ограничения.

Второе условие обеспечивают соответствующим размещением боевиков в зарядах, смежных с промежутком скважины, заполненным АС. Поясним, что это значит, на примере установки боевиков 7 и 4 в зарядах 3 и 6 (фиг.1).

Приняв момент детонации боевика 7 в заряде 6 за нулевой, можно определить время движения детонации от этого боевика до верхнего торца промежутка 5 t₁= где l_i+1 расстояние от боевика 7 до верхнего торца 5; D_ВВ скорость детонации ВВ.

Время движения детонации к нижнему торцу промежутка 5 через детонирующий шнур в заряде 6, промежутке 5, заряде 3, боевик 4 и ВВ в заряде 3 составляет t₂= + где l_п длина промежутка 5, заполненного ВВ; l_i расстояние от нижнего торца промежутка 5 до боевика 4 в заряде 3; D_ш скорость детонации детонирующего шнура.

Для одновременного подхода детонации зарядов к обоим торцам промежутка 5 необходимо соблюдать условие t₁ t₂, или + откуда после преобразований l_i+1= где использовано обозначение K .

Увеличенная скорость детонации АС сопровождается соответствующим увеличением давления в скважине и напряжений в скальном массиве. В результате эффективность разрушающего действия скважинного заряда в данном способе оказывается аналогична эффективности сплошного заряда той же длины из промышленного ВВ. Отсюда следует возможность получения определенного экономического эффекта при применении предлагаемого способа, поскольку при прочих равных условиях часть промышленного ВВ заменяется более дешевой АС.

Приведем примеры осуществления предлагаемого способа.

П р и м е р 1. Взрыв скважинных зарядов диаметром d 0,22 м проводят в массиве гранита IX группы по классификации СЕиП на уступе высотой Н 15 м. Проектные параметры: глубина скважин L_c 17 м, сопротивление по подошве уступа W 7 м, расстояние между скважинами в ряду и между рядами скважин а b 6 м, длина забойки l₃ 5 м. В качестве промышленного ВВ используют граммонит 79/21 со скоростью детонации D_ВВ 4 км/с. Скорость детонации детонирующего шнура D_ш 6,5 км/с.

При реализации предлагаемого способа в скважинах размещают рассредоточенные заряды ВВ, промежутки между которыми заполняют АС (фиг.2).

При заряжании скважин длину первого рассредоточенного заряда 1 принимают равной 4,5 м из расчета заполнения перебура и участка скважины длиной 10 диаметров скважины выше подошвы уступа. Масса этого заряда при вместимости скважины 34 кг/м составляет Q₁ 34 ^. 4,5 153 кг. В заряде 1 на расстоянии от его верхнего торца l_i 0,05 м размещают боевик 2. Затем промежуток скважины 3 длиной l_п 4d 4x x 0,22 0,85 м заполняют АС в количестве 34 ^. 0,85 29 кг и приступают к размещению на участке скважины 4 второго рассредоточенного заряда граммонита. Предварительно определяют необходимое положение боевика 5 в этом заряде. По расчетной формуле расстояние от боевика 5 до верхнего торца промежутка скважины 2 должно быть равным l_i+1= 1,55 м где принято K 1,625.

Высоту заряда 4 принимают равной 1,6 м, т.е. боевик, как и в заряде 1, помещают на расстоянии от верхнего торца заряда 4 l_i 0,05 м. Масса второго заряда Q₂ 34 ^. 1,6 54 кг.

Выше заряда 4 на промежутке скважины 6 аналогичной длины с промежутком 3 (0,85 м) размещают АС в количестве 29 кг, а затем на участке скважины 7 третий рассредоточенный заряд граммонита 79/21. Положение боевика 8 в заряде 7 принимают аналогичным положению в заряде 5, поскольку для последнего l_i 0,05 м и расчет для заряда 7 дает l_i+1= 1,55 м. Длину заряда 7 принимают равной 1,6 м, что соответствует массе Q₃ 54 кг.

Затем на участке скважины 9 длиной 0,85 м размещают промежуток АС с массой 29 кг, а выше него четвертый рассредоточенный заряд граммонита 10. Поскольку для боевика в заряде 7 l_i 0,05 м, боевик 11 в заряде 10 должен согласно расчетной формуле отстоять от торца промежутка 9 на расстояние l_i+1 1,55 м. Длину заряда 10 принимают равной 1,75 м, чему соответствует масса заряда Q₄ 34 ^. 1,75 60 кг.

Верхнюю часть скважины 12 длиной 5,0 м заполняют забойкой.

Общая масса зарядов граммонита в скважине Q Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ 153 + 54 + +54 + 60 321 кг, АС 29 ^. 3 87 кг.

После окончания заряжания в изложенном порядке всех пробуренных скважин и монтажа сети детонирующего шнура 13 производят взрыв.

П р и м е р 2. Взрыв скважинных зарядов диаметром d 0,15 м проводят в массиве известняка VIII группы по классификации СНиП на уступе высотой Н 11 м. Проектные параметры: глубина скважин L_c 12,5 м, сопротивление по подошве уступа W 5,5 м, расстояние между скважинами в ряду и между рядами скважин а b 4,5 м, длина забойки l₃= 3,5 м. В качестве ВВ используют граммонит 79/21 со скоростью детонации D_ВВ 4 км/с. Скорость детонации применяемого детонирующего шнура D_ш 6,5 км/с.

При реализации предлагаемого способа в скважинах размещают по четыре рассредоточенных заряда, между которыми располагают три промежутка, заполненных АС (фиг.3).

Длину первого рассредоточенного заряда 1 принимают равной 3,0 м, что обеспечивает его превышение над подошвой уступа на 10 диаметров скважины. Масса этого заряда при вместимости скважины 16 кг/м составляет Q₁ 16 ^. 3 48 кг. В заряде 1 на расстоянии от его верхнего торца l_i0,05 м размещают боевик 2. Затем промежуток скважины 3 длиной l_п 4d 4 ^. 0,150,6 м заполняют АС в количестве 16 ^. 0,69,5 кг. Выше участка 3 располагают второй рассредоточенный заряд граммонита 4. Предварительно по расчетной формуле определяют положение боевика 5 в этом заряде, для чего вычисляют l_i+1= 1,15 м Высоту заряда 4 принимают равной 1,2 м, т.е. как и в заряде 1 боевик 5 помещают на расстоянии l_i 0,05 м от верхнего торца заряда. Масса второго заряда Q₂ 16 ^. 1,219,2 кг.

Выше заряда 5 располагают на промежутке 6 длиной 0,6 м АС в количестве 9,6 кг, а затем третий рассредоточенный заряд граммонита 7, полностью аналогичный по положению боевика 8, длине и массе заряда 4.

Выше заряда 7 на участке 9 длиной 0,6 м располагают еще один промежуток, заполненный АС в количестве 9,6 кг, а затем четвертый рассредоточенный заряд граммонита 10. Боевик 11 в этом заряде устанавливают на расстоянии l_i+1 1,15 м от торца промежутка 9. Длину заряда 10 принимают равной 1,3 м, что соответствует массе Q₄16 ^. 1,3 20,8 кг.

Верхнюю часть скважины 12 длиной 3,5 м заполняют забойкой.

Общая масса зарядов граммонита в скважине Q Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ 48 + 19,2 + +19,2 + 20,8 107,2 кг, АС 9,6 ^. 3 28,8 кг.

После окончания заряжания изложенным образом всех скважин и монтажа сети детонирующего шнура 13 производят взрыв.

Изобретение обеспечивает следующие положительные технические результаты: увеличение действия взрыва на участках массива, прилегающих к незаполненным ВВ промежуткам длины скважины между рассредоточенными зарядами промышленного ВВ; снижение удельного расхода промышленных ВВ за счет возможности расширения сетки скважин; уменьшение стоимости работ.

Формула изобретения

Способ взрывания горных пород, включающий бурение скважин, размещение в них рассредоточенных зарядов промышленных взрывчатых веществ, установку боевиков в каждом заряде, монтаж сети детонирующего шнура, заполнение верхней части скважин забойкой и последующее взрывание, отличающийся тем, что длину промежутков скважины между зарядами промышленных взрывчатых веществ принимают равной l_п 4d, указанные промежутки заполняют аммиачной селитрой и расстояние от промежутков до боевиков в смежных с промежутками зарядах, более близких к устью скважины, принимают равным где d диаметр скважины, м; l_i расстояние от промежутков до боевиков в смежных с промежутками зарядах, более удаленных от устья скважины, м; K отношение скорости детонации детонирующего шнура к скорости детонации промышленного взрывчатого вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3