КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СМЕРЗАНИЯ ВЗОРВАННЫХ ПОРОД НА УСТУПАХ КАРЬЕРА

Устройство для предотвращения смерзания взорванных пород на уступах карьера
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений криолитозоны с предварительной взрывной подготовкой пород к выемке.
Для рыхления мерзлого массива горных пород в условиях многолетней мерзлоты ведут буровзрывные работы. Последующая экскавация взорванных горных пород осложняется их повторным смерзанием, что затрудняет их дальнейшую разработку горными машинами.
Известно устройство для предотвращения смерзания, состоящее из полого картонного цилиндра, с размещенной внутри него герметичной оболочкой с наполнителем - раствором HCl в концентрации 15-75%, [1] (прототип).
В момент производства взрыва, расширяющиеся газы при восходящем истечении из взрывной камеры встречают на пути цилиндр с герметичной оболочкой, заполненной раствором HCl в концентрации 15-75%. Так как диаметр цилиндра соизмерим с диаметром взрывной скважины, то весь объем, содержащийся в герметичной оболочке раствора HCl в концентрации 15-75%, будет распылен расширяющимися продуктами взрыва, и тем самым предотвратит повторное смерзание взорванного массива многолетнемерзлых горных пород, сохранит взорванный массив в рыхлом состоянии и облегчит его дальнейшую разработку горным оборудованием.
В работе [2] показано, что при проведении взрывных работ при открытой разработке месторождений криолитозоны, вскрышные породы под воздействием взрыва разрыхляются и перемещаются, образуя массив из взорванных многолетнемерзлых горных пород, в котором образуются зоны из охлажденных горных пород с высокой вероятностью их повторного смерзания, и эти зоны находятся в средней и нижней частях вновь образованного взорванного массива из мерзлых горных пород.
Недостатком указанной конструкции является то, что соль или соляной раствор при взрыве будут распыляться в локальном объеме взорванных пород верхней площадки вскрышного уступа, и не будут проникать на всю его глубину (15-20 м и более), оставляя не засоленными среднюю и нижнюю зоны, что не исключает повторного смерзания раздробленных мерзлых горных пород в указанных зонах вновь образованного взорванного массива.
Технической задачей данной полезной модели являлась разработка устройства для предотвращения смерзания взорванной горной массы путем засоления пород верхней площадки вскрышного уступа, средней и нижней зон взорванного массива из мерзлых горных пород.
Указанный технический результат достигается, если при взрывных работах применять устройство для предотвращения смерзания взорванных пород на уступах карьера, включающее полый картонный цилиндр, внутри которого размещена герметичная оболочка с наполнителем из раствора HCl в концентрации 15-75%, устройство снабжено дополнительными полыми картонными цилиндрами с герметичными оболочками и указанным наполнителем внутри, соединенными между собой в виде гирлянды с возможностью размещения их по контуру и на подошве уступа, при этом каждый цилиндр снабжен проволочной обвязкой для возможности его закрепления на металлических стержнях, заглубляемых в грунт.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено устройство для предотвращения смерзания взорванных пород на уступах карьера, включающее полые картонные цилиндры 1, внутри которых размещены герметичные оболочки 2 с наполнителем 3 из раствора HCl в концентрации 15-75%, соединенные между собой в виде гирлянды с возможностью размещения их по контуру и на подошве 4 уступа 5, при этом каждый цилиндр снабжен проволочной обвязкой 6 для возможности его закрепления на металлических стержнях 7, заглубляемых в грунт.
В результате взрыва зарядов ВВ вскрышные породы разрыхляются и перемещаются, образуя массив из взорванных многолетнемерзлых горных пород. При этом произойдет разрушение полых цилиндров 1, герметичных оболочек 2 с наполнителем 3, в результате чего наполнитель 3 (раствор HCl в концентрации 15-75%) будет распылен. Раствор HCL заполняет трещины и тем самым предотвращает повторное смерзание взорванного массива многолетнемерзлых горных пород, что сохранит взорванный массив в рыхлом состоянии и облегчит его дальнейшую разработку горным оборудованием.
Концентрация раствора HCl, размещаемого в герметичную оболочку 2, выбирается исходя из температуры вскрышных горных пород во взрываемом массиве и пород в подошве уступа угольного пласта 8 в месте, куда перемещается взорванный массив из многолетнемерзлых горных пород в результате взрывного разрушения пород вскрыши, находящихся над угольным пластом.
В таблице 1 приведены справочные данные по растворимости хлоридов натрия, кальция, калия и магния в зависимости от температуры. Знаком (*) отмечены концентрации и температуры, соответствующие точке эвтектики для каждой соли [3]. Соль, будучи смешанной со льдом (в том числе в форме снега), вызывает его таяние (плавление). Образовавшийся водно-солевой раствор имеет температуру кристаллизации (замерзает) ниже 0°С, которая зависит от количества соли в растворе (чем выше концентрация, тем ниже температура кристаллизации раствора).
При искусственном засолении мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства [4].
Испытание на сжатие образцов грунтов, засоленных раствором поваренной соли, показывает, что засоление приводит к значительному снижению временного сопротивления. При концентрации раствора 15-20% и отрицательной температуре -10÷-20°С временное сопротивление грунта сжатию примерно такое же, как и при положительной температуре. Наиболее резкое снижение прочности при одинаковой концентрации раствора соли, влажности и отрицательной температуре наблюдается для более грубодисперсных сред [4].
Преимуществом предложенной полезной модели по сравнению с прототипом являются:
- предотвращение повторного смерзания пород верхней площадки вскрышного уступа, средней и нижней зон взорванного массива из мерзлых горных пород.
- более стабильная работа горной техники в условиях разработки разупрочненного взорванного массива.
Источники информации:
1. Пат. №155251 РФ, МПК F42D 1/08. Устройство для предотвращения смерзания. С.В. Панишев, М.В. Каймонов, М.С. Максимов; заявитель и патентообладатель ФГБУН ИГДС им. Н.В. Черского СО РАН. - №2015116197/03; заявл. 28.04.2015; опубл. 27.09.2015, Бюл. №27.
2. Каймонов М.В., Панишев С.В. Прогноз температурного режима вскрышных горных пород карьеров криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2015. - №3. - С. 75-80.
3. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии / Под общ. ред. акад. АН УССР А.Т. Пилипенко. - Киев: Наукова думка, 1987. - 833 с.
4. Суриков, В.В. Механика разрушения мерзлых грунтов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. - 128 с.