способ разрушения горных пород взрывом и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разрушения горных пород взрывом, включающий бурение горизонтальных взрывных скважин, их заряжание, забойку, взрывание в нежестком зажиме под обжимающим устройством слоями, параллельными подошве уступа, с оконтуриванием обжатого объема пород перед взрыванием методом щелеобразования под заданным углом наклона контурных скважин, отличающийся тем, что вначале взрывают скважинные заряды в самом нижнем слое пород, прилегающем к подошве уступа, а затем не менее чем через 110 мс, начинают последовательно сверху вниз взрывать скважинные заряды в остальных слоях.

2. Устройство для локализации взрыва, включающее транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, решетчатую вертикальную раму с ограждающими элементами, связанную с опорной платформой с возможностью перемещения и наклона, решетчатую горизонтальную раму со свободно подвешенными ограждающими элементами, связанную со стрелой, установленной на опорной платформе, канатами и снабженную эластичным кожухом с герметизирующим фартуком по контуру, образующим замкнутое пространство над ней, отличающееся тем, что дополнительно установлена монтажная платформа для сборки элементов решетчатой горизонтальной рамы, стрела выполнена телескопической с возможностью выдвижения в горизонтальном направлении подвижной секции, снабженной опорой, а ограждающие элементы решетчатых вертикальной и горизонтальной рам выполнены из изношенных автомобильных шин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при отбойке на карьерах ценных руд, разработке крепких горных пород в стесненных условиях.

Известен способ разрушения горных пород взрывом, включающий бурение шпуров или скважин, заряжание их взрывчатым веществом, забойку и взрывание с отбойкой параллельно плоскости откоса уступа с пригружением забойки перед взрывом с усилием, превышающим силу воздействия взрыва, в котором взрывают заряды рыхления в искусственно созданном двустороннем нежестком зажиме, создаваемом обжимающим устройством [1].

Недостатком этого способа является незначительная мощность взрываемого слоя ввиду необходимости большой массы обжимающего устройства.

Наиболее близким по существу решаемой технической задачи является способ разрушения горных пород взрывом, включающий бурение шпуров или скважин, зарядку их взрывчатым веществом, забойку и взрывание зарядами рыхления в искусственно созданном нежестком двустороннем зажиме, создаваемом обжимающим устройством, в котором породы взрывают слоями, параллельными подошве уступа, последовательно сверху вниз, при этом мощность каждого следующего слоя увеличивают пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев, а перед взрыванием обжатый объем пород оконтуривают методом щелеобразования под заданным углом наклона контурных скважин [2].

Недостатком этого способа является уход значительной части энергии взрыва в подошву уступа и нарушение при этом массива нижележащего уступа, что осложняет в последующем бурение горизонтальных скважин.

Известен также буровзрывной агрегат, включающий ходовую тележку с приводом перемещения, соединенную с ней посредством противооткатных устройств опорную платформу, на которой гидроцилиндрами закреплена рама, выполненная из двух шарнирно соединенных секций с возможностью перемещения в горизонтальной и наклона в вертикальной плоскостях, рама выполнена в виде балочной решетки с окнами, перекрытыми подвижными элементами бронеплиты в виде гибких емкостей, заполняемых жидкостью с клапанами для выпуска ее под давлением, который дополнительно снабжен буровой кареткой для бурения наклонных контурных скважин, размещенной на горизонтальной секции рамы с возможностью перемещения по ней, манипуляторами для бурения, зарядки и забойки горизонтальных взрывных скважин, установленными на опорной платформе, а также взрывной станцией, установленной в кузове опорной платформы [2].

Недостатком этого устройства является его громоздкость из-за излишнего сочетания функций, сложность применения в холодный период из-за наличия жидкости в гибких емкостях.

Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством является самоходная установка для локализации взрыва, включающая транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, решетчатую вертикальную раму с ограждающими элементами в виде гибких емкостей с сыпучим материалом, связанную с опорной платформой противооткатным механизмом с возможностью перемещения и наклона, решетчатую горизонтальную раму с ограждающими элементами, выполненную секционно, связанную с балкой опорной платформы тросами и снабженную эластичным кожухом с герметизирующим фартуком по контуру, образующим замкнутое пространство над ней, в которой окна решетки горизонтальной рамы перекрыты свободно подвешенными в них цепными матами [3].

Недостатком этого устройства является расположение значительных масс по одну сторону от центра тяжести установки, что снижает ее устойчивость и осложняет перемещение по неровным поверхностям рабочих площадок в карьере.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет более полного использования энергии взрыва, отраженной от свободных поверхностей уступа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разрушения горных пород взрывом, включающим бурение горизонтальных взрывных скважин, их заряжание, забойку, взрывание в нежестком зажиме под обжимающим устройством слоями, параллельными подошве уступа, с оконтуриванием обжатого объема пород перед взрыванием методом щелеобразования под заданным углом наклона контурных скважин, согласно изобретению вначале взрывают скважинные заряды в самом нижнем слое пород, прилегающем к подошве уступа, а затем, не менее через 110 мс, начинают последовательно сверху вниз взрывать скважинные заряды в остальных слоях.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для локализации взрыва, включающем транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, решетчатую вертикальную раму с ограждающими элементами, связанную с опорной платформой с возможностью перемещения и наклона, решетчатую горизонтальную раму со свободно подвешенными ограждающими элементами, связанную со стрелой, установленной на опорной платформе, канатами и снабженную эластичным кожухом с герметизирующим фартуком по контуру, образующим замкнутое пространство над ней, согласно изобретению дополнительно установлена монтажная платформа для сборки элементов решетчатой горизонтальной рамы, стрела выполнена телескопической с возможностью выдвижения в горизонтальном направлении подвижной секции, снабженной опорой, а ограждающие элементы решетчатых вертикальной и горизонтальной рам выполнены из изношенных автомобильных шин.

Именно заявляемое выполнение устройства позволяет укрывать взрываемый уступ и производить первым взрывание самого нижнего слоя пород, не повреждая взрывной сети, решив тем самым поставленную задачу. Это позволяет сделать вывод о том, заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

Заявляемый способ разрушения горных пород взрывом осуществляется с помощью самоходной установки для локализации взрыва, схематично представленной на чертежах.

На фиг.1 схематично изображено устройство для локализации взрыва до начала установки горизонтальной рамы над укрываемым объемом горных пород, на фиг.2 - в рабочем положении, вид сбоку.

Устройство для локализации взрыва включает решетчатую вертикальную раму 1 и решетчатую горизонтальную раму 2. Решетчатая вертикальная рама 1 связана с опорной платформой 3 транспортного средства, выполненного в виде массивной ходовой тележки 4, с помощью гидроцилиндров 5 и опорного элемента 6 с катками 7. Решетчатая горизонтальная рама 2 подвешена на полиспастах 8 и 9, канаты которых сбегают на барабан лебедки 14. Неподвижная секция 10 телескопической стрелы закреплена на двух опорах 11, подвижная секция 12 телескопической стрелы снабжена выдвижной опорой 13 и может с подвешенной к ней решетчатой горизонтальной рамой 2 специальным механизмом (не показан) выдвигаться в сторону. Решетчатая вертикальная рама 1 и решетчатая горизонтальная рама 2 снабжены ограждающими элементами для перекрытия окон решетки, выполненными из изношенных автомобильных шин 15. Ограждающие элементы решетчатой горизонтальной рамы 2 свободно подвешены в окнах решетки на гибких элементах 16, выполненных, например, из цепей. Над решетчатой горизонтальной рамой 2 мягким кожухом 17, выполненным, например, из эластика, образовано замкнутое пространство 18, соединенное гибким пылепроводом 19 с входной трубой 20 вихревого пылеуловителя 21, установленного, например, на монтажной платформе 22 опорной платформы 3. Из пылеуловителя 21 очищенный от пыли воздух поступает в адсорбер 23. По контуру решетчатой горизонтальной рамы 2 закреплен герметизирующий фартук 24, выполненный, например, из резинотросовой ленты. Решетчатая горизонтальная рама 2 выполняется такой ширины, чтобы накрыть ею всю горизонтальную поверхность взрываемого зарядами ВВ в скважинах 25 объема уступа, отделенного от основного массива контурной щелью, образованной зарядами в скважинах 26, с запасом, обусловленным требованиями правил безопасности.

Способ разрушения горных пород взрывом осуществляют следующим образом.

Устройство для локализации взрыва с помощью ходовой тележки 4 подгоняют к подготовленному для взрыва участку уступа. Проводники инициирующего импульса - ДШ или волноводы (не показаны) проводят сквозь отверстия в вертикальной решетчатой раме и монтируют взрывную сеть. Гидроцилиндрами 5 решетчатую вертикальную раму 1 смещают опорным элементом 6 по каткам 7 до прижатия автомобильных шин 15 к поверхности откоса уступа. Лебедкой 14 с помощью полиспастов 8 и 9 поднимают решетчатую горизонтальную раму 2, собранную заранее в элемент нужных размеров на монтажной платформе 22, и смещают подвижную секцию 12 телескопической стрелы до тех пор, пока горизонтальная рама 2 не займет нужное положение над укрываемым участком взрываемого блока. После этого выдвижная опора 13 выдвигается до контакта с поверхностью уступа. Неподвижная секция телескопической стрелы 10 получает устойчивое трехопорное положение (на опорах 11 и выдвижной опоре 13). Лебедкой 14 через полиспасты 8 и 9 горизонтальную решетчатую раму 2 опускают к поверхности уступа. Свободно висящие на гибких элементах 16 автомобильные шины 15 ложатся на поверхность уступа, укрывая его, а герметизирующий фартук 24 герметизирует замкнутое пространство 18 над решетчатой горизонтальной рамой 2. Устройство готово к работе. Непосредственно перед взрывом запускают вихревой пылеуловитель 21 для улавливания пыли из горячих газов.

Вначале взрывают заряды в контурных скважинах 26, отделяя взрываемый объем от основного массива сплошной щелью, отражающей энергию взрыва и снижающей сейсмическое воздействие на законтурный массив горных пород. С интервалом в 200 мс, необходимым для завершения образования контурной щели, взрывают скважины самого нижнего слоя пород, примыкающего к подошве уступа. Необходимо это произвести по следующим причинам.

При взрыве серии скважин напряжение в направлении детонации обычно в 2-3 раза выше напряжений в обратном направлении: ¹¹ /₁₆ энергии идет в направлении детонации и лишь ⁵/₁₆ - в обратном [4]. Именно этот повышенный поток энергии взрыва вызывает усиленное разрушение массива ниже подошвы уступа, что, естественно, сильно затрудняет в последующем бурение горизонтальных скважин при отработке нижележащего уступа.

В то же время взрываемый объем, как физическое тело, имеет шесть степеней свободы, по которым распространяются волны напряжения. При наличии свободных поверхностей волны напряжения от них отражаются, преобразуясь в волны растяжения. При возвращении части энергии волны напряжений в сферу разрушения возможно более полное раскрытие собственных микро- и макротрещин среды и образование новых трещин. Исследованиями В.Н.Мосинца [4] установлено, что возвращение энергии волны напряжения в сторону основного объема разрушения может быть достигнуто созданием на пути их распространения слоя пород с резко отличной от основной породы акустической жесткостью, что возможно при предварительном взрывании ряда зарядов, как предложено в изобретении. Последующие заряды следует взрывать с замедлением в 80-110 мс в зависимости от прочности и упругих постоянных горных пород.

Наличие укрытия позволяет защитить взрывную сеть, расположенную за вертикальной решетчатой рамой, от повреждения при взрывании самого нижнего слоя пород.

После выдерживания замедления не менее чем в 110 мс, как указано выше, производят поочередное взрывание зарядов рыхления в скважинах 25 верхнего слоя. При этом начинается подвижка отбиваемого каждой скважиной объема горных пород вверх и частично в сторону откоса уступа и происходит залповый прорыв пылегазового потока из массива через газопроницаемые автошины 15 в замкнутое пространство 18 под эластичный кожух 17. Под ним возрастает давление и по гибкому пылепроводу 19 пылегазовый поток через трубу 20 поступает в вихревой пылеуловитель 21, где происходит его очистка от пыли. Фартук 24 по контуру решетчатой горизонтальной рамы 2 предотвращает прорыв пылегазового потока из-под укрытия в атмосферу. Очищенный от пыли воздушный поток с ядовитыми газами продуктов взрыва, содержащими оксиды углерода и азота, поступает в адсорбер 23, где эти газы улавливаются и очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Основная доля энергии взрыва расходуется на дробление горных пород и подброс горизонтальной рамы укрытия. Связанные в мат автошины 16 при вспучивании породы от взрыва не позволяет отрываться отдельным кускам от общей массы, разрыхленная горная масса удерживается в компактном состоянии. Инерционное сопротивление компактной массы породы, усиленное массой укрытия из автошин (каждая автошина от автомобиля типа БелАЗ имеет массу от 350 до 3000 кг), уравновешивает силу взрывного удара. Высота подбрасывания породы с укрытием из автошин зависит только от толщины взрываемого слоя и коэффициента разрыхления породы, поскольку от последнего зависит величина вспучивания породы после ее разрыхления. Если массы газопроницаемых автошин горизонтальной решетчатой рамы 2 окажется недостаточно для удержания взрываемого объема, вспученная горная масса натягивает до предела гибкие элементы 16 и в действие вступает общая масса решетчатой горизонтальной рамы 2, инерционная масса многократно возрастает и останавливает перемещение горной породы вверх. Существенно (в 3-4 раза) меньшие усилия от взрываемого массива на решетчатую вертикальную раму 1 частично поглощаются при деформации автомобильных шин, частично через гидроцилиндры 5 передаются на опорную платформу 3 и эта энергия взрыва гасится огромной массой устройства.

Взрыв скважин 25 следующего горизонтального слоя пород происходит в качественно новой ситуации. Уже имеется масса ранее взорванного слоя, многократно превышающая массу решетчатой горизонтальной рамы 2 и суммированная с последней. Эта суммарная масса столь велика, что полностью поглощает энергию взрыва зарядов ВВ нижележащего разрыхляемого слоя пород.

Таким образом, устройство для локализации взрыва обеспечивает удержание разлета породы только от верхнего разрыхляемого слоя, далее укрытием служит уже взорванная горная масса. В этом и заключается преимущество предлагаемого технического решения - укрытие срабатывает при разрыхлении незначительного (менее 20%) объема взрываемого массива. После взрыва лебедкой 14 через полиспасты 8 и 9 решетчатую горизонтальную раму 2 приподнимают над взорванной горной массой, подвижная секция 12 телескопической стрелы втягивается в неподвижную секцию 10 и решетчатую горизонтальную раму 2 опускают на монтажную платформу 22. Гидроцилиндрами 5 отводят решетчатую вертикальную раму 1 от взорванного уступа. Устройство перемещают к подготовленному для взрыва участку уступа и цикл повторяют.

Таким образом, заявляемое устройство для локализации взрыва обеспечивает осуществление заявляемого способа разрушения горных пород взрывом за счет исключения повреждения взрывной сети при взрыве самого нижнего слоя горных пород. Осуществление же в первую очередь взрывания самого нижнего ряда горизонтальных взрывных скважин позволяет снизить нарушенность нижележащего уступа при одновременном повышении полезного использования отраженной энергии на дополнительное дроблении пород под укрытием и тем самым решить поставленную техническую задачу.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1264640, Кл. Е21С 37/00, 1984.

2. Патент РФ №2039253, Кл. Е21С 37/00, 1995 (прототип).

3. Патент РФ №2163347, МКИ ⁷ F42D 5/045, 2001 (прототип).

4. Мосинец В.Н. Методы управления процессом разрушения горных пород при взрыве // Сб. Взрывное дело №57/14. М.: Недра, 1965. - С.26-41.