способ сооружения глубоких профильных выемок с помощью взрывов на выброс

Формула изобретения

1. Способ сооружения профильных выемок в результате взрывов на выброс, включающий проходку выработок, размещение в них зарядов взрывчатого вещества и взрывание, отличающийся тем, что заряды взрывчатых веществ размещают в несколько ярусов по высоте, а взрывание зарядов осуществляют поочередно в направлении от верхнего яруса к нижнему, при этом взрывание зарядов в каждом последующем ярусе осуществляют после формирования воронки выброса после взрывания зарядов предшествующего яруса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещение зарядов осуществляют в два или три яруса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина линии наименьшего сопротивления каждого заряда в каждом ярусе не превышает 35 м.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проходку выработок для размещения зарядов осуществляют индивидуально для каждого заряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и может быть использовано при сооружении относительно глубоких профильных выемок (котлованов, траншей, каналов, карьеров и т.п.) с помощью взрывов на выброс.

При взрыве на выброс в грунте образуется конусообразное углубление - воронка. Грунт, выброшенный взрывом, падает частично в воронку и частично вокруг нее.

Различают следующие элементы воронки взрыва: г - радиус верхнего основания воронки взрыва, W - линия наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности.

Действие взрыва характеризуют величиной отношения n=r/W, называемой показателем действия взрыва (показателем выброса).

При n=1 - заряд и воронка нормального выброса; при n>1 -усиленного выброса и при n<1 - уменьшенного выброса.

При n=0,35-0,75 не происходит выброса породы, а только рыхление в объеме воронки и выпучивание на поверхности, а при n<0,35 происходит разрушение ограниченной части породы вблизи заряда.

Масса заряда определяется по эмпирическим формулам, которые в большинстве случаев являются функциями удельного расхода взрывчатого вещества (ВВ), объема взрываемой породы и назначения взрыва (выброс, рыхление или камуфлет).

Известен способ сооружения выемок различной глубины, в том числе глубоких (более 25 м), с помощью взрыва зарядов выброса различной конструкции (сосредоточенных, удлиненных), располагаемых в один ярус (см. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М., «Энергия», 1972).

Этот способ нашел довольно широкое применение на земной поверхности в породах различной крепости, трещиноватости и обводненности. Основным недостатком способа является увеличение расхода ВВ, связанное с введением в расчеты массы зарядов повышающих поправочных коэффициентов, учитывающих влияние силы тяжести на результаты взрывов зарядов с ЛНС>25 м. При значениях ЛНС зарядов выброса (W), равных 30 м, величина такого коэффициента равна 1,06; для W=50 и 100 м соответственно 1,37 и 3,0. Ввиду того, что коэффициент вариации нормативного удельного расхода ВВ при сооружении глубоких выемок составляет в породах I-VI групп по шкале СНиП не более 0,3, а в породах VII-XI групп - 0,23, максимальная длина ЛНС, при которой еще не требуется введение повышающего коэффициента, равна в породах I-VI групп по шкале СНиП 25×1,3=32,5 м, а в породах VII-XI групп 25×1,23=31 м. С учетом точности выноса проектных параметров в натуру и надежности применяемых расчетных формул (3-5%) максимальная ЛНС может быть принята равной 35 м.

В случае увеличения расхода ВВ при использовании зарядов с такими ЛНС возрастают не только стоимость взрывных и проходческих работ, но и размеры опасных зон по разлету кусков породы, интенсивности воздействия сейсмических и ударных воздушных волн, распространению ядовитых газов взрыва.

Ближайшим техническим решением к заявленному является способ сооружения выемок на земной поверхности в результате взрыва, зарядов выброса, располагаемых в один, два или три ряда на одинаковой глубине (в один ярус) (см. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М., «Энергия», 1972 с. 38-44).

Однако прототип обладает существенным недостатком - снижением технико-экономической эффективности взрывов на выброс при сооружении глубоких, более 30-35 м, выемок в связи с ростом в таких условиях, как было показано выше, расхода ВВ и соответственно объемов работ, связанных с проходкой выработок и сроков подготовки взрывов, а также размеров опасных зон.

Задачей изобретения является дальнейшее совершенствование технологии взрывов на выброс и расширение области применения этого способа сооружения глубоких профильных выемок в различных горно-геологических и технических условиях.

Поставленная задача решается способом сооружения профильных выемок в результате взрывов на выброс, включающим проходку выработок, размещение в них зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и взрывание, в котором заряды взрывчатых веществ размещают в несколько ярусов по высоте, а взрывание зарядов осуществляют поочередно в направлении от верхнего яруса к нижнему, при этом взрывание зарядов в каждом последующем ярусе осуществляют после формирования воронки выброса после взрывания зарядов предшествующего яруса.

Предпочтительно размещение зарядов осуществлять в два или три яруса.

При этом предпочтительно, чтобы длина линии наименьшего сопротивления каждого заряда в каждом ярусе не превышала 35 м.

Также целесообразно, чтобы проходку выработок для размещения зарядов осуществляли индивидуально для каждого заряда.

Сущность изобретения состоит в следующем.

За счет многоярусного расположения зарядов выброса, взрываемых по ярусам разновременно, достигается сокращение расходов ВВ и проходки, а также размеров опасных зон по сейсмике, разлету кусков породы, интенсивности ударных волн, распространению ядовитых газов.

При этом длина ЛНС зарядов на каждом ярусе предпочтительно не должна превышать 35 м. В первую очередь осуществляется взрыв зарядов выброса на верхнем ярусе. В образованную воронку затем направляется горная масса, перемещаемая зарядами выброса (смежного нижнего яруса).

Число ярусов предпочтительно не должно превышать 2-3, т.к. при их большем числе может происходить «обратное» падение кусков породы в выемку и сползание с бортов воронок взорванной горной массы, вследствие чего не будут получены требуемые по техническому заданию ширина и глубина сооружаемых выемок. Инициирование зарядов на нижнем ярусе должно производиться только после формирования воронок выброса на вышерасположенном ярусе.

За счет ярусного расположения зарядов выброса с длиной ЛНС (W_Я) не более 35 м ограничивается негативное влияние силы тяжести на результаты взрывов, уменьшается расход ВВ и гарантируется снижение размеров опасных зон по разлету кусков породы, сейсмике, действию ударных воздушных волн и распространению ядовитых газов взрывов. Существенно также, что ярусное расположение зарядов дает возможность снизить потери территорий благодаря уменьшению ширины развала выброшенных пород (L_Р), которая, как известно, зависит, главным образом, от величины ЛНС (в нашем случае осуществляются взрывы зарядов, длина ЛИС которых всегда меньше W зарядов, располагаемых в один ярус по высоте, т.е. W_Я << W).

За счет заполнения воронок выброса, полученных на верхнем ярусе, горной массой от взрыва зарядов на нижних (смежных) ярусе (ярусах) обеспечивается уменьшение дальности перемещения (выброса) основного объема пород (соответственно и затрат энергии ВВ) для их транспортировки из пределов проектного контура сооружаемой выемки.

Интервал замедления между взрывами зарядов на верхнем и нижнем ярусах должен учитывать физико-механические свойства пород, их трещиноватость, обводненность и конкретные условия ведения взрывных работ. Принятый способ взрывания (замедленное или короткозамедленное) должен обеспечивать исключение подбоя зарядов на смежных ярусах.

Величина основного параметра - показателя действия взрыва зарядов (n) должна выбираться с учетом получения в результате взрывов по ярусам воронок, суммарная видимая глубина которых соответствует требуемой проектной глубине сооружаемой выемки. С целью оформления устойчивых откосов воронок (не менее 1:1,8 - 1:2,0), значения n должны составлять не менее 1,5-1,7. Геометрические размеры воронок должны прогнозироваться с учетом коэффициентов разрыхления перемещаемой горной массы на каждом ярусе.

Камеры для размещения зарядов расчетной массы могут быть пройдены как традиционным способом, так и получены в результате взрывов камуфлетных зарядов, располагаемых в выработках (скважинах, шпурах, шурфах и т.п.). При этом на каждом ярусе должны быть пройдены индивидуальные подготовительные выработки (или «пучки» выработок, при расстоянии между ними в «пучке» не более 5-7 их диаметров). Эти выработки не должны использоваться для размещения зарядов других ярусов.

При такой схеме расположения снижается вероятность предварительного прорыва газами взрыва участков массива пород в местах расположения зарядов выброса, инициируемых в первую очередь, за счет чего обеспечивается максимальный «запирающий эффект» и соответственно объем полезного выброса в случае последовательного взрывания зарядов по ярусам в направлении сверху вниз.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема ведения взрывных работ в породах типа суглинков, приведены основные параметры зарядов и ожидаемые результаты взрывов.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом (см. чертеж).

С земной поверхности производится бурение скважин для зарядов I и II ярусов. В скважинах затем располагают выбросные заряды 2 и 3 ВВ. На первом ярусе будут взорваны четыре заряда 2, на втором ярусе - один заряд 3. Величина показателя действия взрыва для зарядов 2 первого яруса составляет 1,5, для заряда 3 второго яруса - 1,75. Масса единичного заряда на первом ярусе будет равна 70 т, второго яруса - 176 т. Суммарный расход ВВ составит 456 т. Масса зарядов определялась по известной формуле М.М. Борескова при значениях ЛНС соответственно 25 и 30 м и расчетном удельном расходе ВВ для суглинков равном 1,8 кг/м³.

Профиль 4, полученный в результате двух взрывов (интервал замедления между взрывами 2 с), определяется размерами воронок 5 и 6 выброса от взрывов зарядов I и II ярусов и профилем навала выброшенной породы на бортах выемки (борта 7 и 8 соответственно после взрывов зарядов I и II ярусов). Максимальная глубина выемки будет равна 46 м, ширина по дну 25 м и ширина по верху 95 м.

При проведении взрывных работ по обычной технологии суммарный расход ВВ составил бы не менее 1 кг, т.е. вырос более чем в два раза.

В таблице представлены основные параметры зарядов и результаты взрывов.

Основные параметры зарядов и ожидаемые результаты взрывов
Ярусы	Длина ЛНС по первому и второму ярусу (W1 и W2), м	Показатели действия взрыва, (n)	Функция показателя действия взрыва f(n)	Расчетный удельный расход ВВ (К), кг/м3	Расстояние между зарядами (а), м	Число зарядов	Масса зарядов, т		Видимая глубина выемкм (P 1 и P2), м	Видимая ширина выемки, м		Площадь поперечного сечения выемки (S), м2	Максимальная длина развала (L), м	Средняя высота навала на бортах выемки (hp1 и h p2), м
							Единичные	Суммарная		По верху (г1 и г 2)	По низу (в)
Верхний (I)	25	1,5	2,45	1,8	34	4	70	280	19	95	65	1520	180	6,5
Нижний (II)	30	1,75	3,62	1,8		1	176	176	26	65	25	1170	260	11
Всего						5		456				2690