СПОСОБ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ С ЭКРАНИРОВАНИЕМ
METHOD OF CONDUCTING DRILLING AND BLASTING OPERATIONS WITH SHIELDING

Изобретение относится к горному делу, в частности к области буровзрывных работ (БВР), и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород.
Известен способ снижения сейсмического воздействия при ведении БВР на карьерах, включающий бурение скважин, заряжание их взрывчатым веществом (ВВ), установку забоек, взрывание и создание экранирующего слоя на взрываемом блоке (Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое воздействие взрыва в горных породах. М.: Недра, 1976, с. 179-189).
Известно устройство гашения сейсмических волн, выполненное в виде цепи скважин, расположенных в шахматном порядке на взрываемом блоке, заполненных пористым материалом (а.с. СССР №343000, MКИ E02D 27/34, опубл. 22.06.1972).
Недостатком известных технических решений является большой объем работ по созданию экранирующего слоя, обуславливаемый тем, что экранирующий слой создают непосредственно на взрываемом блоке при каждом взрыве.
Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому способу ведения БВР с экранированием является способ взрывания с экранированием (патент РФ №, МПК Е21С 37/00, опубл. 30.11.1994), включающий в себя предварительное образование сейсмоэкранирующей щели на блоке путем взрывания зарядов ВВ, установленных в скважинах.
Недостатками данного способа являются: большой объем работ по созданию сейсмоэкранирующих щелей, определяющийся тем, что сейсмоэкранирующие щели создают непосредственно на взрываемом блоке при каждом взрыве; малое время пребывания в работоспособном состоянии сейсмоэкранирующей щели, вызванное тем, что ее формируют под углом к дневной поверхности, что с увеличением продолжительности работы по подготовке блока или его консервации на длительный срок приводит к обрушениям и осыпям сейсмоэкранирующих щелей; высокая опасность взрывных работ, обуславливаемая тем, что при взрывании блока ударно-волновое воздействие (УВВ) взрыва, отражаясь от сейсмоэкранирующей щели блока, оказывает дополнительное воздействие на смежный блок, что может привести к невозможности использования скважин в результате их смещения, а также к повреждению средств взрывания или же их детонации.
Техническим результатом использования предлагаемого способа ведения БВР с экранированием являются снижение объема работ по созданию сейсмоэкранирующих щелей, повышение продолжительности пребывания в рабочем состоянии сейсмоэкранирующих щелей и повышение безопасности ведения БВР с экранированием.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе ведения буровзрывных работ с экранированием, включающем предварительное создание сейсмоэкранирующей щели путем взрывания зарядов взрывчатых веществ, установленных в скважинах, согласно заявляемому изобретению, предварительно, до начала ведения буровзрывных работ на карьере создают не менее двух непересекающихся, непараллельных сейсмоэкранирующих щелей, которые располагают за пределами карьерного поля между карьерным полем и охраняемым объектом, при этом одну из сейсмоэкранирующих щелей располагают перпендикулярно линии, соединяющей центры охраняемого объекта и карьерного поля, а длины сейсмоэкранирующих щелей выбирают так, чтобы все сейсмоэкранирующие щели перекрывали охраняемый объект при наблюдении охраняемого объекта из любой точки карьерного поля, при этом скважины, образующие сейсмоэкранирующие щели, бурят вертикально.
Заявляемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема взаимного расположения поля карьера, охраняемого объекта и сейсмоэкранирующих щелей; на фиг. 2 - схема распространения ударной волны взрыва (УВВ).
*
*
кр
кр
кр
кр
Способ ведения БВР с экранированием осуществляют следующим образом. После разработки проекта карьера и определения границ карьерного поля, между карьерным полем 1 и охраняемым объектом 2 создают не менее двух сейсмоэкранирующих щелей 3 и 4 (в рассмотренном примере на фиг. 1 изображены две сейсмоэкранирующие щели). Скважины, для создания сейсмоэкранирующих щелей 3 и 4, бурят вертикально для того, чтобы минимизировать возможные обрушения и осыпи сейсмоэкранирующих щелей 3 и O на фиг. 1 обозначены центры охраняемого объекта 2 и карьерного поля 1 соответственно. Прямые АВ и CD являются касательными к границам карьерного поля 1 и к границам охраняемого объекта 2, которые ограничивают зону видимости охраняемого объекта 2 при наблюдении охраняемого объекта 2 из любой точки карьерного поля 1. Таким образом, одну из сейсмоэкранирующих щелей 3 располагают между карьерным полем 1 и охраняемым объектом 2 перпендикулярно линии, соединяющей центры карьерного поля 1 и охраняемого объекта 2 (ОО) до пересечения с прямыми АВ и CD. Вторую сейсмоэкранирующую щель 4 располагают произвольно между карьерным полем 1 и охраняемым объектом 2 так, чтобы она не пересекалась с сейсмоэкранирующей щелью 3 и не была ей параллельна, до пересечения с линиями АВ и CD. Сейсмоэкранирующие щели 3 и 4 защищают охраняемый объект 2 от УВВ на протяжении всего времени существования карьера от первого взрыва и вплоть до его ликвидации. При ведении БВР в результате осуществления первого взрыва, а также любого последующего, будут возникать ударные волны, распространяющиеся во все стороны. На фиг. 2 приведены характерные направления распространения ударных волн при ведении БВР. Ударная волна 5, попадая на сейсмоэкранирующую щель, будет испытывать переход из среды с более высоким значением коэффициента преломления в среду с меньшим значением коэффициента преломления. Таким образом, при падении под некоторым углом превышающем критический угол α (в зависимости от физико-механических свойств взрываемых пород) ударная волна 5 будет претерпевать полное внутреннее отражение, а значит, она не окажет никакого сейсмического воздействия на охраняемый объект 2. Ударная волна 6, которая выходит из точки D, будет испытывать преломление и отражение на сейсмоэкранирующей щели 3, а затем преломление и отражение на сейсмоэкранирующей щели 4, в результате чего она «развернется» и пройдет мимо охраняемого объекта 2. Таким образом, все волны будут «разворачиваться» и отклоняться от охраняемого объекта 2. Будут существовать такие ударные волны 7, которые, отклоняясь от своего изначального направления, попадут на охраняемый объект, но при этом они будут ослаблены ввиду того, что при прохождении через предварительно созданные сейсмоэкранирующие щели ударная волна будет затухать, теряя энергию на отраженную волну. При увеличении количества сейсмоэкранирующих щелей этот эффект будет усиливаться. Также интерес представляют ударные волны 8, попадающие перпендикулярно первой сейсмоэкранирующей щели 3. В данной ситуации такая ударная волна 8 будет беспрепятственно проходить через первую сейсмоэкранирующую щель 3, не испытывая эффекта отражения, но затем, попадая на вторую сейсмоэкранирующую щель 4, она будет испытывать отражение и преломление, в результате чего она будет «разворачиваться» и затухать, таким образом ударная волна 8 будет оказывать меньшее воздействие на охраняемый объект 2, чем если бы она попала на него. Таким образом, вторая сейсмоэкранирующая щель 4 необходима для того, чтобы отражать ударные волны, которые распространяются в перепендикулярном направлении к первой сейсмоэкранирующей щели 3, так как при таком падении на первую сейсмоэкранирующую щель 3 ударная волна не будет испытывать отражение. По этой же причине сейсмоэкранирующие щели 3 и 4 не должны пересекаться между собой, так как в точке их пересечения ударные волны не будут испытывать отражение. Оптимальным углом расположения второй сейсмоэкранирующей щели 4 к первой сейсмоэкранирующей щели 3 является угол, близкий к α, для полного внутреннего отражения волн, проходящих перпендикулярно первой сейсмоэкранирующей щели 3. Угол, близкий к α, является наиболее эффективным для уменьшения воздействия ударных волн, которые проходят перпендикулярно к первой сейсмоэкранирующей щели 3. При таком взаимном расположении сейсмоэкранирующих щелей 3 и 4 ударные волны, проходящие перпендикулярно первой сейсмоэкранирующей щели 3, будут падать на вторую сейсмоэкранирующую щель 4 под углом, близким к критическому α, в результате чего такие ударные волны, в зависимости от их угла падения на вторую сейсмоэкранирующую щель 4, будут полностью или почти полностью отражаться от второй сейсмоэкранирующей щели 4 (эффект полного внутреннего отражения).
Пример конкретного применения способа. Экспериментальные испытания заявляемого способа были проведены на предприятиях Кузбасса. Заявляемый способ был опробован на участке №9 филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Бачатский угольный разрез». Поперечная протяженность участка составляет 165 км. На расстоянии 2,5 км от экспериментального участка ведения буровзрывных работ расположена ближайшая улица д. Старобачаты - «Рабочая». Жилые частные дома, расположенные на указанной улице, регулярно подвергались сейсмическому воздействию интенсивностью, сопоставимой с предельной. Согласно проекту горная выработка в направлении деревни не развивается и останется неизменной до завершения эксплуатации месторождения. При этом по материалам проекта технического перевооружения Бачатского разреза, выполненного в 2015 году, планируется увеличение объема буровзрывного блока, подготавливаемого за один взрыв. Это планировалось достичь за счет увеличения массы взрываемого заряда на блоке с 200 до 350 тонн. Для нивелирования ожидаемого роста сейсмического воздействия на охраняемый объект (улица Рабочая д. Старобачаты) были выполнены две сейсмоэкранирующие щели следующим образом. Обе щели были выполнены вертикально, для этого через 6 метров были пробурены скважины диаметром 215,9 мм, при помощи станка УГБ-ЗУК (станок ударно-канатного бурения на пневмоходу), далее скважины были заряжены гирляндами патронов ПСМ общей массой 105 кг в каждой скважине. Первая щель была расположена перпендикулярно воображаемой линии между участком №9 Бачатского разреза и домом №14 по улице Рабочей д. Старобачаты на расстоянии 1300 м от последней, протяженность щели составила 800 м. Вторая щель была расположена под углом 25 град, к первой на расстоянии 900 метров от деревни, протяженность щели составила 530 метров. После выполнения обеих щелей буровзрывные работы на участке №9 Бачатского разреза велись с массой заряда, увеличенной с 200 до 350 тонн. При этом в районе охраняемого объекта (улица Рабочая д. Старобачаты) было зафиксировано снижение скоростей смещения грунта (замеры выполнялись комплексом Instantel). Взрывание с увеличенной массой заряда велось с момента выполнения щелей до момента подачи заявки на изобретение в течение 11 месяцев. За это время в ходе мониторинга за сейсмоэкранирующими щелями не было выявлено значимых осыпей обрушений.
Таким образом, заявляемый способ позволяет снизить объем работ по созданию сейсмоэкранирующих щелей за счет того, что нет необходимости создавать сейсмоэкранирующую щель непосредственно на взрываемом блоке при каждом взрыве, ее создают надолго; повысить долговечность работы сейсмоэкранирующих щелей за счет того, что их располагают за пределами карьерного поля между карьерным полем и охраняемым объектом, а значит и повысить безопасность ведения БВР с экранированием за счет того, что сейсмоэкранирующие щели располагают за пределами карьерного поля, а ударные волны будут полностью или почти полностью отражаться от сейсмоэкранирующих щелей.