СПОСОБ КРУПНОМАСШТАБНОГО ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ МАССИВОВ СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО НА ОТКРЫТЫХ РАБОТАХ
METHOD FOR LARGE-SCALE EXPLOSIVE DESTRUCTION OF MINE ROCK MASSES OF COMPLEX STRUCTURE FOR SELECTIVE EXTRACTION OF MINERAL DEPOSIT AT OPEN-PIT MINING

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности на открытых горных работах при разработке рудных и нерудных блоков месторождений полезных ископаемых, участки которых существенно различаются по горно-геологической структуре и качеству полезного компонента, а именно к селективной выемке полезного ископаемого крупномасштабным взрывным разрушением горных массивов сложной структуры.
Известны способы многорядного взрывания уступов для выемки валовым способом, которые образуют различные варианты дробления массива горных пород взрывом, сопровождающиеся перемещением и перемешиванием горной массы в развале уступа, а шириной и направлением заходки экскаватора обеспечивающие последовательность выемки полезного ископаемого [В.В.Ржевский. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1974, стр.l29].
Недостатком данного способа является невозможность выемки полезного ископаемого, перемежающегося локальными произвольной формы и расположения участками породы внутри блока сложноструктурного месторождения, без перемешивания, различающихся по горно-геологической структуре и качеству полезного компонента участков.
Известен способ раздельной отбойки и раздельной экскавации при разработке рудных тел, который включает комбинированное раздельное взрывание, когда вертикальные или наклонные скважины располагают лишь по контуру, создавая экран, а внутри участка отбойку ведут вертикальными скважинными зарядами с раздельным взрыванием на разрезную траншею.
Раздельная разработка сложных скальных забоев характеризуется применением буровзрывных работ, позволяющих изменять характер разрушения горных пород за счет регулирования распределения энергии в разрушаемом объеме, изменения объемной концентрации энергии ВВ и запаса энергии в 1 м скважинного заряда, взрывами направленного действия с учетом особенностей геологического строения [В.Н.Мосинец, А.Д.Пашков, В.А.Латышев. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1975].
Недостатком данного способа является то, что применение многорядного взрывания в сложно-структурных массивах обуславливается обязательным наличием зажима или неубранной горной массы, величина которого имеет расчетное значение без учета изменения интенсивности разрушения горных пород по ширине и глубине блока. При таком способе взрывания не обеспечивается сохранность массива в пределах его начального геологического расположения. Другой недостаток связан с тем, что применение скважин одного и того же диаметра ведет к быстрому ограничению количества взрываемых рядов из-за образования некоторого предела по их количеству, связанного с необходимостью преодоления последующим рядом возрастающей нагрузки зарядами одного диаметра. То есть, возрастающая нагрузка не компенсируется постоянной энергией заряда.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ селективной выемки качественного полезного ископаемого в карьере, включающий бурение скважин в соответствии с проектом массового взрыва, выполнение маркшейдерской съемки блока, изучение естественной блочности горных пород, оконтуривание качественной руды, заряжание скважин взрывчатым веществом, взрывание скважин и экскавацию полезного ископаемого по планограмме добычи руды [Патент на изобретение №2208221, 14.10.1992 г. Авт. Еременко А.А., Эйсмонт С.Н., Смирнов С.М., Бурмин Г.М., Ермак Г.П. (прототип)].
Недостатком данного способа является низкая технологичность, выражающаяся в необходимости предварительного определения места образования врубовых компенсационных полостей бурением дополнительных компенсационных незаряжаемых скважин с их привязкой к основным системам трещин. Данному способу также присущ недостаток ранее описанного способа раздельной отбойки и раздельной экскавации при разработке рудных тел, так как диаметр скважин, как и в других способах, решающих подобную задачу, не изменен.
Целью изобретения является обеспечение сохранности геометрии мест расположения больших объемов горного массива в пределах их начального геологического расположения до и после крупномасштабного массового взрыва, достижение выборочности степени дробления при взрывоподготовке участков разнотипных горных пород как в плане, так и в глубину сложно-структурного блока при технологии обычного по форме, но крупномасштабного по существу массового взрыва на открытых работах, создание условий для стабильной и эффективной селективной экскаваторной разборки сложно-структурного забоя со снижением количества перемещений погрузочно-транспортной техники, достижение практически неограниченной многорядности массового взрыва, получение близкого к нулю смещения отбиваемой части массива, исключение необходимости зажима в виде неубранной горной массы путем разработки и применения новых параметров буровзрывных работ и комбинаций схем замедления вплоть до мгновенного взрывания всего блока.
Указанная цель достигается тем, что при способе крупномасштабного взрывного разрушения горных массивов сложной структуры для селективной выемки полезного ископаемого на открытых работах осуществляют порядное наращивание условного диаметра взрывной полости применением пучковых зарядов с переменным количеством скважин в пучке, увеличение количества скважин в каждом из которых, начиная со второго ряда, определяют из соотношения:
<mrow><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><mi>W</mi></mrow><mi>l</mi></mfrac></mrow>
, шт,
i
где N - количество скважин в групповом пучковом заряде i-го ряда, шт;
n - номер i-го ряда групповых пучковых зарядов, начиная со второго;
W - линия наименьшего сопротивления скважинных зарядов первого ряда, м;
l - размер свободной поверхности, приходящейся на один скважинный заряд, и численно равный расстоянию между зарядами в первом ряду скважин, м.
Объемную концентрацию энергии взрыва группового пучкового заряда i-го ряда или его условного диаметра изменяют обратно пропорционально изменению коэффициента разрыхления отбитой горной массы, определяемого по зависимости:
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
3
, МДж/м,
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup></mrow>
3
где
- объемная концентрация энергии взрывчатого вещества i-го ряда групповых пучковых зарядов, МДж/м;
BB
3
M - объемная концентрация энергии взрывчатого вещества первого ряда групповых пучковых зарядов, МДж/м;
<mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow>
- коэффициент разрыхления при взрывании i-го ряда групповых пучковых зарядов.
В соседних групповых пучковых зарядах как в ряду, так и между ними, устанавливают кумулятивные заряды с плоской симметрией линейной формы с ориентированием оси кумулятивной выемки по направлениям вертикальных или слабонаклонных контактов. В центральных скважинах групповых пучковых зарядов устанавливают кумулятивные заряды с плоской симметрией кольцевой формы с ориентированием оси кумулятивной выемки заряда по направлениям горизонтальных или пологих контактов. Короткозамедленное взрывание групповых пучковых зарядов производят, начиная со второго и последующего рядов, с увеличением ступени замедления каждого последующего ряда на величину не менее
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>W</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>m</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
где Δt - увеличение ступени замедления, мс;
i
W - линия наименьшего сопротивления группового пучкового заряда i-го ряда, м;
mp
C - скорость роста трещин в горной породе, м/с.
Последними взрывают скважинные заряды первого ряда.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана селективная выемка полезного ископаемого крупномасштабным взрывным разрушением горных массивов на открытых работах при отработке месторождений сложной структуры. На фиг.2 показано положение кумулятивных зарядов с плоской симметрией линейной формы со встречным расположением в крайних скважинах групповых пучковых зарядов. На фиг.3 показано расположение кумулятивных зарядов с плоской симметрией кольцевой формы, устанавливаемых по контакту участков разнотипных пород с ориентированием оси кумулятивной выемки заряда по направлению контактов разнотипных горных пород.
Способ крупномасштабного взрывного разрушения горных массивов сложной структуры для селективной выемки полезного ископаемого на открытых работах включает бурение в массиве 1 рядов одиночных скважинных зарядов 2, пучковых скважинных зарядов 3, 4, 5, количество скважин в которых возрастает пропорционально увеличению коэффициента зажима, заряжание скважин 6 и 7 штатными и конверсионными ВВ с изменяемой объемной концентрацией энергии, формирование комбинированных зарядов 8 с переменным запасом энергии в их нижней части, установкой в соседних групповых пучковых зарядах как в ряду, так и между ними встречных кумулятивных зарядов 9 с плоской симметрией, установкой в центральных скважинах групповых пучковых зарядов кумулятивных зарядов 10 с плоской симметрией кольцевой формы с ориентированием оси кумулятивной выемки по направлениям горизонтальных или пологих контактов 11 руды 12 и горных пород 13, короткозамедленное взрывание скважинных зарядов, начиная со второго и последующего рядов с увеличением ступени замедления каждого последующего ряда.
Способ реализуется следующим образом (фиг.1).
<mrow><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><mi>W</mi></mrow><mi>l</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mi>W</mi><mi>l</mi></mfrac></mrow>
В сложно-структурном массиве горных пород 1 производят порядную взрывную отбойку на зажим одиночных скважинных зарядов 2 с применением групповых пучковых зарядов 3, 4, 5, число которых в очередном ряду наращивается в зависимости от параметров отбойки. Для этого в каждом групповом пучковом заряде последующего, начиная со второго ряда, производят увеличение количества скважин, определяемое из соотношения
. В зависимости от характеристик горных пород, зависящих от взрываемости, величина
принимает значение от 0,7 до 1,5.
<mrow><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msubsup><mi>k</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
При нецелом количестве скважин в групповом пучковом заряде производят округление. Объемная концентрация энергии взрыва группового пучкового заряда скважин 6 и 7 изменяется обратно пропорционально изменению коэффициента разрыхления скважинных зарядов по зависимости
.
<mrow><msubsup><mi>Q</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup><mn>0,6</mn><msub><mi>W</mi><mi>i</mi></msub><mi>n</mi><msubsup><mi>M</mi><mrow><mi>B</mi><mi>B</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup></mrow><mrow><mn>4</mn><msubsup><mi>k</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
Таким образом, возрастание нагрузки на каждый из них из-за увеличения по нарастающей общего эффекта зажима вглубь взрываемого блока компенсируется увеличением энергии зарядов в последующих рядах. Дополнительная компенсация нагрузки на скважинные заряды реализуется созданием создания комбинированных по длине зарядов 8 мощных, в том числе, конверсионных взрывчатых веществ. Запас энергии в нижней части зарядов определяют по зависимости
. Главное отличие от техники подобных взрывных работ заключается в количестве взрываемых рядов, которое в обычной практике ограничивается небольшим их количеством, лимитированным возможностями и энергией взрыва одиночного скважинного заряда 2, принятого, исходя из технических возможностей буровой техники, диаметра. В новой технологии ограничение по энергии количества последующих слоев скважинных зарядов, обусловленное (лимитированное) возможностями буровой техники, в принципе отсутствует.
Формирование локальных участков горной массы руды и породы (фиг.2), не перемешанных взрывом на уступе и по высоте развала, сопоставимых с высотой уступа до взрыва, осуществляют установкой в соседних групповых пучковых зарядах как в ряду, так и между рядами кумулятивных зарядов 9 с плоской симметрией линейной формы, располагаемых по направлениям вертикальных или слабонаклонных контактов и навстречу друг другу в скважинах пучковых зарядов. Кумулятивные заряды 10 с плоской симметрией кольцевой формы (фиг.3) размещают по контакту 13 руды 11 и породы 12 с ориентированием оси кумулятивной выемки по направлениям горизонтальных или пологих контактов.
В рядах зарядов, пересекающих разнотипные горные породы, располагают скважинные и групповые пучковые заряды, причем групповые пучковые заряды располагают на участках, требующих усиленного дробления с направлением выпуклой поверхности группового пучкового заряда в сторону участка усиленного дробления.
Таким образом, в соседних скважинных и групповых пучковых зарядах как в ряду, так и между ними устанавливают кумулятивные заряды с плоской симметрией линейной формы с ориентированием оси кумулятивной выемки по направлениям вертикальных или слабонаклонных контактов;
- в скважинных и центральных скважинах групповых пучковых зарядов устанавливают кумулятивные заряды с плоской симметрией кольцевой формы с ориентированием оси кумулятивной выемки заряда по направлениям горизонтальных или пологих контактов;
- взрывание зарядов начинают одновременным подрывом кумулятивных зарядов, затем короткозамедленным взрыванием последующих рядов, начиная со второго, и с увеличением ступени замедления каждого последующего ряда на величину не менее
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>W</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>m</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
где Δt - увеличение ступени замедления, мс;
i
W - линия наименьшего сопротивления пучкового заряда i-ряда, м;
mp
C - скорость роста трещин в горной породе, м/с.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>W</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>m</mi><mi>p</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
Последними взрывают скважинные заряды первого ряда. Комбинациями схем замедления взрывания, включая мгновенное камуфлетное, достигается степень сохранности геометрии расположения разрушенного объема горного массива вплоть до состояния нулевой степени его смещения к исходному, что создает благоприятные условия для селективной экскаваторной разборки сложно-структурного забоя, существенно повышая ее эффективность. Для получения такой степени смещения части массива и исключения необходимости использования неубранной горной массы при взрывании первого ряда, вначале взрывают групповые пучковые заряды 3 и последующих рядов 4 и 5 с увеличением ступени замедления каждого последующего ряда на величину не менее
.