ПАТРОН ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
CARTRIDGE FOR DIRECTED BREAKING OF ROCKS

Изобретение относится к взрывным работам в горной, строительной и оборонной промышленности и преимущественно предназначено для взрывной отбойки массива горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых или сооружении объектов различного назначения.
Известно различное размещение зарядов ВВ (взрывчатого вещества) в шпурах (скважинах): с воздушным промежутком; различной степени инициирования; в трубчатых оболочках с продольными щелевыми отверстиями - обеспечивающих эффективность направленного разрушения горных пород, а также известны различные ориентации и длина скважин с зарядом ВВ и схемы инициирования скважин (см., например, А.С. СССР №281355 кл. МКИ Е21С 37/12, 1968; А.С. СССР №793035 кл. МКИ Е21С 37/12, 1979; А.С. СССР №924497 кл. МКИ E42D 5/06 1980).
Однако известные решения очень сложны со стороны организации работ, требуют значительных затрат на их реализацию, а также не обеспечивают желаемого эффекта по отбойке массива горных пород. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является заряд ВВ в пластиковой оболочке, разделенной на отдельные секции зажимами (см. А.С. СССР №199729, кл, МКИ E24D 1/02, 1961).
Однако известное решение не обеспечивает повышение эффективности направленного разрушения горных пород по длине заряда из-за отсутствия периодических зон комуфлектного эффекта по всей длине заряда.
Цель изобретения - повышение эффективности направленного разрушения горных пород путем создания периодического комуфлектного эффекта по длине заряда. Еще одной целью является снижение удельного расхода ВВ.
Поставленная цель достигается тем, что в заряде направленого разрушения горных пород, включающем ВВ и водонепроницаемую оболочку, последнюю выполняют с периодически меняющимся диаметром в форме поверхности вращения вогнутой дуги в сечений по длине заряда, причем длина хорды дуги вращения (ш) равна двум диаметрам заряда, диаметр узкой части водонепроницаемой оболочки, м:
где  b=(21,25÷54)·D - расстояние между скважинами, м;
D - диаметр заряда, м; а радиус вогнутой дуги, м:
Под действием продуктов взрыва формируется ударная волна, энергия которой передается равномерно во все стороны (см. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. - М.: Недра, 1974).
Периодичность изменения диаметра водонепроницаемой оболочки определяет периодичность угла встречи ударной волны с массивом горных пород через гидросреду. Угол встречи ударной волны (см. чертеж) устанавливается из условия создания зоны комуфлектного эффекта в пределах взрываемого блока горных пород.
Длина хорды дуги вращения связывается линейной величиной диаметра среднего куска в развале взорванной горной массы, а диаметр среднего куска равен двум диаметрам скважины (заряда) (см. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов. М.: Недра, 1978, с.63).
Диаметр узкой части водонепроницаемой оболочки можно определить, рассмотрев на чертеже треугольник CFN.
где
b - расстояние между скважинами, м;
D - диаметр заряда, м;
ш - длина хорды дуги вращения, м.
Расстояние между скважинами связано диаметром скважины (заряда) следующим соотношением
(см. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М: Недра, 1974, с.88-89), где W - линия сопротивления по подошве, м; W=(25÷45)·D от трудно- до легковзрываемых пород;
m - коэффициент сближения скважин, m=0,85÷1,2, где нижний предел относится к трудновзрываемым, а верхний к легковзрываемьш горным породам.
Величина a определяет расстояние от стенки скважины (заряда) до точки наложения ударных волн. Это расстояние определяется в пределах: максимальный - не более  а минимальный - не менее
Если точка наложения волн будет удалена дальше максимального значения, то она будет находиться за пределами действия рассматриваемого заряда. Если точка наложения волн будет удалена ближе минимального значения, то энергия ударной волны будет расходоваться на переизмельчение горной массы до этой точки, а за ней измельчение будет достаточным до расстояния, пока проекция хорды вогнутой дуги будет за пределами крайних лучей ударной волны и недостаточным с позиции прототипа за расстоянием, где проекция хорды вогнутой дуги совпадает с крайними лучами ударной волны.
Период комуфлектного эффекта определяется длиной хорды вогнутой дуги и устанавливается взаимосвязью диаметра заряда и линейными размерами среднего куска в развале взорванной горной массы.
Радиус вогнутой дуги определяется (см. чертеж)
Нижний и верхний предел радиуса вогнутой дуги устанавливается аналогично параметру a.
Приведенная совокупность существующих признаков в известных аналогах не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
Пример 1. Месторождение известняка разрабатывается открытым способом. Буровзрывные работы (БВР) проводятся при ведении вскрышных и добычных работ. Высота уступа по карьеру составляет 10 м. Коэффициент крепости пород по шкале проф. Протодьяконова М.М. составляет 10-15. Взрывные скважины проходят буровым станком типа 2 СБШ-200 с диаметром долота 190 мм. Сетка скважин составляет 6×6 м. Для проведения взрывных работ используют ВВ Граммонит 79/21. Диаметр заряда составляет 2,16 мм, ВВ помещалось в водонепроницаемую цилиндрическую оболочку и затем загружалось в скважину, заполненную водой.
2
2
Пример 2. Разрабатываемое месторождение и технология проведения работ аналогичны приведенным в примере 1. ВВ помещалось в водонепроницаемую оболочку с переменным диаметром в форме вогнутой дуги. Диаметр узкой части оболочки составил 200 мм, площадь узкой части оболочки 0,04 м при площади сечения скважины 0,047 м. Периодичность изменения диаметра (длина хорды дуги вращения) 0,432 м.
Полученные показатели сведены в таблицу.
Таблица.
Результаты использования известного и предлагаемого зарядов направленного разрушения горных пород.
Показатели
Прототип
Предлагаемое решение
Объем производства по горной массе, тыс. м<sup>3</sup>
5000
5000
Удельный расход ВВ, кг/м<sup>3</sup>
0,410
0,392
Балансовая стоимость ВВ, руб./т
187
187
Годовой экономический эффект, руб.
-
16830
Предложенный заряд направленного разрушения горных пород по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность направленного разрушения горных пород периодическим комуфлектным эффектом по длине заряда за счет снижения удельного расхода ВВ и повышение эффективности дробления горных пород во взрываемом блоке.