СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В ПРИКОНТУРНОЙ ЗОНЕ КАРЬЕРОВ
METHOD FOR CARRYING OUT EXPLOSIVE OPERATIONS IN THE CIRCUIT ZONE OF QUARRY

Изобретение относится к области взрывных работ в горном деле и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород скважинными зарядами взрывчатых веществ на карьерах при заоткоске бортов карьеров в условиях ограничений по сейсмическому действию взрывных волн.
При существующей технологии горных и взрывных работ на карьерах охраняемые объекты подвергаются воздействию массовых взрывов. Для того, чтобы снизить сейсмическое воздействие на охраняемые объекты, как правило, в приконтурной зоне карьера используют специальную технологию.
Снижение интенсивности сейсмовзрывных волн возможно при использовании специальных конструкций бризантных взрывчатых веществ. Так, известен способ ведения взрывных работ в приконтурной зоне карьеров, предусматривающий размещение на взрываемом блоке системы зарядов рыхления и системы линейно расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания с последующим мгновенным инициированием последних ранее инициирования системы зарядов рыхления (Мельников Н.В., Марченко Л.Н. Энергия взрыва и конструкция заряда. М., «Недра», 1964, с. 138).
Для этого используют скважинные заряды с воздушными промежутками. При этом снижается пиковое давление волн напряжения, а продолжительность воздействия на взрываемый массив увеличивается. Данное обстоятельство приводит к улучшению качества дробления горной массы энергией взрыва. Это важно при ведении взрывных работ в приконтурной зоне карьера т.к. позволяет снизить удельный расход взрывчатых веществ и массу заряда в скважине без ухудшения качества дробления горных пород, но при этом снижается и сейсмовзрывное воздействие на охраняемые объекты. Однако, создание воздушных промежутков, особенно в обводненных скважинах, нетехнологично, трудоемко и имеет ограниченную область применения.
По причине указанных технологических сложностей для того, чтобы снизить сейсмическое воздействие на охраняемые объекты, на практике, как правило, в приконтурной зоне карьера используют специальную технологию с использованием контурной щели, образуемой взрывом сближенных зарядов взрывчатых веществ со сниженной массой зарядов в скважинах, расположенных вблизи контура, с применением зарядов специальной конструкции и способов их инициирования. Сближенные скважины бурят по проектному контуру карьера в одной плоскости параллельно друг другу и инициируют мгновенно.
Так, известен способ ведения взрывных работ в приконтурной зоне карьеров, предусматривающий размещение на взрываемом приконтурном блоке системы зарядов рыхления и системы линейно расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания с мгновенным инициированием последних и последующим инициированием системы зарядов рыхления (Граур. М.И. Управление процессом разрушения пород при контурном взрывании с целью получения устойчивых откосов уступов в карьерах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1981, 201 с.). Недостатком известного способа является низкая эффективность сейсмобезопасности в условиях железорудных карьеров с крепкими и весьма крепкими породами.
Это объясняется следующими причинами. Проведенными исследованиями установлено, что при взрыве контурных зарядов в породах с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодъяконова f=18-20 широкой трещиноватой зоны, как правило, не образуется, а происходит образование одной магистральной трещины с раскрытием не превышающим 10-15 мм. Это объясняется тем, что пористость таких пород практически отсутствует, а образование трещиноватой зоны возможно только при уплотнении горных пород. При этом через такую «линейную» контурную щель, образованную взрывом зарядов с кольцевым воздушным зазором, сейсмовзрывные волны проходят практически без ослабления и отражение от нее не превышает 10-15%. При этом степень защиты борта карьера и охраняемых объектов находится на низком уровне.
Установлено, что образование магистральных трещин между контурными зарядами и их расширение под действием газообразных продуктов детонации взрывчатых веществ происходит исключительно за счет динамического уплотнения породы в зоне такого трещинообразования. Необходимо отметить, что методы расчета параметров контурного взрывания однотипны (Белин В.А., Ганопольский М.И., Барон В.Л. и др. Методы ведения взрывных работ. Специальные взрывные работы. Учебное пособие. Под ред. проф. В.А. Белина. М., Из-во МГГУ, 2007, 563 с.) и не дают ответа на размер трещиноватой зоны и ширину раскрытия трещин. А эти параметры напрямую связаны с экранирующим действием этой зоны. Удельный расход бризантного взрывчатого вещества в приконтурной зоне карьера определяется, как правило, из выполнения условия заданной степени дробления горной массы и не учитывает возможность экранирования такого взрывного воздействия на законтурный массив и максимальную сохранность охраняемых объектов.
Проведенные исследования показали, что если направление естественных трещин в массиве в зоне расположения контурных скважин совпадает с линией, соединяющей контурные скважины, то образуется трещина или трещиноватая зона, ширина раскрытия которой зависит от прочностных характеристик взрываемых пород. Если естественные трещины не совпадают с фронтом контурных скважин, то наблюдаются только ростки трещин и сплошная щель может не образовываться. Как правило углы распространения естественной трещиноватости и контурного ряда скважин не совпадают, что приводит к «рваным» контурам межскважинного пространства.
Полезное ископаемого железорудных карьеров представляет собой крепкие и весьма крепкие горные породы с минимальной трещинной пустотностью. Исследования показали, что при использовании типовой схемы расположения зарядов в приконтурной зоне при взрыве контурных зарядов на железорудных карьерах образуется магистральная трещина небольшого раскрытия 8-12 мм или «рваная» поверхность трещиноватого материала с раскрытием не превышающем 22-30 мм.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение сейсмозащищенности бортов карьера и охраняемых объектов при ведении взрывных работ в приконтурных зонах карьеров, разрабатывающих крепкие и весьма крепкие горные породы с минимальной трещинной пустотностью.
Указанная техническая проблема решается тем, что в способе ведения взрывных работ в приконтурной зоне карьеров, предусматривающем размещение на взрываемом приконтурном блоке системы зарядов рыхления и системы линейно расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания с мгновенным инициированием последних и последующим инициированием системы зарядов рыхления, дополнительно к системе расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания параллельно к ней со стороны системы зарядов рыхления в шахматном порядке размещают дополнительный ряд сближенных зарядов контурного взрывания, производя одновременное инициирование обоих рядов зарядов.
В случае, когда степень отражения и поглощения «пилообразной» щели, образующейся при таком расположении контурных зарядов, необходимо повысить, то массу зарядов в дополнительном ряду принимают превышающей массу зарядов системы зарядов контурного взрывания, что приводит к повышению ширины зоны трещинообразования и повышению защитной функции контурной щели. Указанный прием может быть выполнен путем формирования зарядов в ряду контурного взрывания в виде гирлянд патронов, а заряды в дополнительном ряду - сплошными или с воздушными промежутками.
Для дополнительного повышения отражающей способности «пилообразной» контурной щели расстояние между рядами зарядов контурного взрывания принимают превышающим расстояние между зарядами в ряду. Тем самым уменьшается угол между направлением распространения сейсмовзрывных волн и профилем защитной щели и степень отражения сейсмовзрывного импульса увеличивается.
Сущность предложенного способа поясняется следующими изображениями:
фиг. 1 - схема размещения скважинных зарядов рыхления и контурных скважин «линейного» типа с гирляндными зарядами патронированного взрывчатого вещества;
фиг. 2 - схема образования контурной щели «пилообразного» типа, образованной контурными зарядами гирляндного вида;
фиг. 3 - схема образования усиленной контурной щели «пилообразного» типа, образованной контурными зарядами гирляндного вида и сплошными контурными зарядами бризантного взрывчатого вещества или зарядами с воздушными промежутками;
фиг. 4 - схема образования контурной щели повышенной отражающей способности «пилообразного» типа, образованной сближенными контурными зарядами гирляндного вида;
фиг. 5 - схема взрываемого экспериментального блока в плане;
фиг. 6 - схема размещения скважинных зарядов рыхления и контурных скважин «пилообразного» типа с гирляндными зарядами патронированного взрывчатого вещества.
Способ реализуют следующим образом. При ведении горных и взрывных работ охраняемые объекты подвергаются воздействию массовых взрывов, осуществляемых при использовании скважинных зарядов рыхления 1. Заряды рыхления выполняют сплошными или с воздушными промежутками из россыпных или льющихся взрывчатых веществ.
Для того, чтобы снизить сейсмическое воздействие на охраняемые объекты в приконтурной зоне карьера 2 применяют технологию с использованием контурной щели 5, образуемой взрывом сближенных контурных зарядов ВВ 4 со сниженной массой зарядов взрывчатого вещества в скважинах, расположенных вблизи контура, имеющих специальную (например, гирляндную) конструкцию и инициируемых ранее инициирования зарядов рыхления (фиг. 1).
Сближенные скважины 4 бурят по проектному контуру карьера 2 в одной плоскости параллельно друг другу. Допустимые отклонения оси скважины от контурной плоскости составляют: 1% длины скважин глубиной до 10 м и 1,5% длины скважин, превышающей 10 м. Допустимое отклонение расстояний между устьями контурных скважин в плоскости контура от проектных значений, составляет 1 диаметр скважины, допустимое отклонение от проектной глубины - 0,3 м.
n
Контурный заряд представляет собой гирлянду патронов взрывчатого вещества (например, аммонита №6 ЖВ диаметром d=32 мм или ЗКВК - заряда контурного взрывания колонкового), привязанных к детонирующему шнуру.
к
Линейную плотность контурного заряда Р определяют по формуле:
к
м
n
Р=К×d, кг/м,
м
где К=32-36 - коэффициент, зависящий от трещиноватости массива.
к
Расстояние между контурными скважинами а определяют по формуле:
к
нm
m
n
а=К×a×d, м,
нm
где К=1,0 - коэффициент геологических условий при отсутствии господствующей системы трещин;
m
a=6,4-6,8 - типовое относительное расстояние между контурными зарядами.
cв
Длина верхней части контурной скважины L, свободная от заряда, должна быть равна мощности нарушенного взрывом или выветриванием верхнего слоя массива, но не менее 20 диаметров контурных скважин. Устья скважин при этом надлежит закрывать бумажными пробками. Согласно проекту, допускается установка в верхней части скважин пробки из забойки длиной 0,5-1,0 м.
к
Массу контурного заряда в скважине Q подсчитывают по формуле:
к
св
к
Д
Q=(L-L)×р+Q, кг
Д
где Q - масса донного заряда, принимаемая в зависимости от условий работы контурного заряда в пределах от 0,2 кг до 1,0 кг.
к-m
Для предохранения бортов карьера 2 от повреждений расстояние а от ряда контурных скважин 4 до ряда технологических скважин рыхления 1, ближайших к контурным скважинам 4, должно составлять не менее 9-10 диаметров скважин рыхления 1 в зависимости от крепости и трещиноватости массива.
К
Зону возможного нарушения скального массива за контурной щелью m определяют по формуле:
К
к-m
нк
m=1,3×а×К, м,
нк
где К=1 - поправочный коэффициент, учитывающий направление основной системы трещин в массиве.
Коэффициент экранирования, который отображает результативность контурной щели 3, формируемой во время взрыва в данных условиях, находится в соответствующем интервале:
K_Э=V/V_Э=1,2-1,3,
где V_Э - скорость (массового типа) изменения положения массива на фронтальной части волны взрывания (напряжений) непосредственно за самой щелью, см/сек.
Для повышения сейсмозащищенности охраняемых объектов в способе ведения взрывных работ в приконтурной зоне карьеров, предусматривающем размещение на взрываемом приконтурном блоке системы зарядов рыхления 1 и системы линейно расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания 4 с мгновенным инициированием последних и последующим инициированием системы зарядов рыхления 1, дополнительно к системе расположенных в ряд сближенных зарядов контурного взрывания 4 параллельно к нему со стороны системы зарядов рыхления 1 в шахматном порядке размещают дополнительный ряд сближенных зарядов контурного взрывания 5 (фиг. 2-6), производя одновременное инициирование обоих рядов зарядов.
Таким образом, в разработанной технологии предлагается образовывать контурную щель 3 не взрывом линейно расположенных зарядов 4, а располагать их в два ряда в шахматном порядке, что при взрыве приводит к образованию контурной щели 3 не линейной или «рваной», а «пилообразной» формы. Такая форма контурной щели обеспечивает дополнительное отражение и интерференцию сейсмовзрывных волн и вследствие этого повышение степени сейсмозащищенности охраняемых объектов и дополнительное улучшение качества дробления горной массы в приконтурной зоне карьера 2.
В случае, когда степень отражения и поглощения «пилообразной» щели 3 (фиг. 2) необходимо повысить, то массу зарядов в дополнительном ряду 6 (фиг. 3) принимают превышающей массу зарядов системы зарядов контурного взрывания 4, что приводит к дополнительному повышению ширины зоны трещинообразования 3 и повышению защитной функции контурной щели. Указанный прием может быть выполнен путем формирования зарядов в ряду контурного взрывания 4 в виде гирлянд патронов, а зарядов в дополнительном ряду 6 - сплошными или с воздушными промежутками из россыпного или льющегося взрывчатого вещества.
Для дополнительного повышения отражающей способности «пилообразной» контурной щели 3 расстояние между рядами зарядов контурного взрывания 4, 5 принимают превышающим расстояние между зарядами в ряду (фиг. 4). Тем самым уменьшается угол между направлением распространения сейсмовзрывных волн и профилем защитной щели 3, за счет чего степень отражения сейсмовзрывного импульса увеличивается.
Для проверки разработанного способа отработки приконтурной зоны карьера с применением взрывных работ в крепких малотрещиноватых породах был проведен опытный взрыв, при проектировании которого взрываемый блок был разделен на две части - одна из которых имела «линейную» схему контурных скважин, а в другой части блока защита законтурного пространства и охраняемых объектов осуществлялась «пилообразной» схемой размещения контурных скважин (фиг. 5). Для оценки эффективности исследуемых способов отработки приконтурной зоны на расстоянии 300 м от контура за пределами опасной зоны взрыва были размещены измерительные комплексы сейсмического модуля 7. Скважинные заряды рыхления 1 формировали с применением россыпного ВВ граммонит 79/21, а контурные заряды 5 - гирляндами патронов аммонита №6ЖВ с кольцевым зазором между ними и стенками скважин. Анализ записей сейсмовзрывных волн измерительным комплексом показал, что в зоне действия контурных зарядов «пилообразного» типа амплитуда скорости смещения массива в 4,0-4,5 раза ниже, чем в зоне линейных зарядов, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного способа.