СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГЛУБОКИХ ПРОФИЛЬНЫХ ВЫЕМОК С ПОМОЩЬЮ ВЗРЫВОВ НА ВЫБРОС
METHOD TO ARRANGE DEEP PROFILED GROOVES BY MEANS OF EXCAVATING EXPLOSIONS

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и может быть использовано при сооружении относительно глубоких профильных выемок (котлованов, траншей, каналов, карьеров и т.п.) с помощью взрывов на выброс.
При взрыве на выброс в грунте образуется конусообразное углубление - воронка. Грунт, выброшенный взрывом, падает частично в воронку и частично вокруг нее.
Различают следующие элементы воронки взрыва: г - радиус верхнего основания воронки взрыва, W - линия наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности.
Действие взрыва характеризуют величиной отношения n=r/W, называемой показателем действия взрыва (показателем выброса).
При n=1 - заряд и воронка нормального выброса; при n>1 -усиленного выброса и при n<1 - уменьшенного выброса.
При n=0,35-0,75 не происходит выброса породы, а только рыхление в объеме воронки и выпучивание на поверхности, а при n<0,35 происходит разрушение ограниченной части породы вблизи заряда.
Масса заряда определяется по эмпирическим формулам, которые в большинстве случаев являются функциями удельного расхода взрывчатого вещества (ВВ), объема взрываемой породы и назначения взрыва (выброс, рыхление или камуфлет).
Известен способ сооружения выемок различной глубины, в том числе глубоких (более 25 м), с помощью взрыва зарядов выброса различной конструкции (сосредоточенных, удлиненных), располагаемых в один ярус (см. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М., «Энергия», 1972).
Этот способ нашел довольно широкое применение на земной поверхности в породах различной крепости, трещиноватости и обводненности. Основным недостатком способа является увеличение расхода ВВ, связанное с введением в расчеты массы зарядов повышающих поправочных коэффициентов, учитывающих влияние силы тяжести на результаты взрывов зарядов с ЛНС>25 м. При значениях ЛНС зарядов выброса (W), равных 30 м, величина такого коэффициента равна 1,06; для W=50 и 100 м соответственно 1,37 и 3,0. Ввиду того, что коэффициент вариации нормативного удельного расхода ВВ при сооружении глубоких выемок составляет в породах I-VI групп по шкале СНиП не более 0,3, а в породах VII-XI групп - 0,23, максимальная длина ЛНС, при которой еще не требуется введение повышающего коэффициента, равна в породах I-VI групп по шкале СНиП 25×1,3=32,5 м, а в породах VII-XI групп 25×1,23=31 м. С учетом точности выноса проектных параметров в натуру и надежности применяемых расчетных формул (3-5%) максимальная ЛНС может быть принята равной 35 м.
В случае увеличения расхода ВВ при использовании зарядов с такими ЛНС возрастают не только стоимость взрывных и проходческих работ, но и размеры опасных зон по разлету кусков породы, интенсивности воздействия сейсмических и ударных воздушных волн, распространению ядовитых газов взрыва.
Ближайшим техническим решением к заявленному является способ сооружения выемок на земной поверхности в результате взрыва, зарядов выброса, располагаемых в один, два или три ряда на одинаковой глубине (в один ярус) (см. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М., «Энергия», 1972 с. 38-44).
Однако прототип обладает существенным недостатком - снижением технико-экономической эффективности взрывов на выброс при сооружении глубоких, более 30-35 м, выемок в связи с ростом в таких условиях, как было показано выше, расхода ВВ и соответственно объемов работ, связанных с проходкой выработок и сроков подготовки взрывов, а также размеров опасных зон.
Задачей изобретения является дальнейшее совершенствование технологии взрывов на выброс и расширение области применения этого способа сооружения глубоких профильных выемок в различных горно-геологических и технических условиях.
Поставленная задача решается способом сооружения профильных выемок в результате взрывов на выброс, включающим проходку выработок, размещение в них зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и взрывание, в котором заряды взрывчатых веществ размещают в несколько ярусов по высоте, а взрывание зарядов осуществляют поочередно в направлении от верхнего яруса к нижнему, при этом взрывание зарядов в каждом последующем ярусе осуществляют после формирования воронки выброса после взрывания зарядов предшествующего яруса.
Предпочтительно размещение зарядов осуществлять в два или три яруса.
При этом предпочтительно, чтобы длина линии наименьшего сопротивления каждого заряда в каждом ярусе не превышала 35 м.
Также целесообразно, чтобы проходку выработок для размещения зарядов осуществляли индивидуально для каждого заряда.
Сущность изобретения состоит в следующем.
За счет многоярусного расположения зарядов выброса, взрываемых по ярусам разновременно, достигается сокращение расходов ВВ и проходки, а также размеров опасных зон по сейсмике, разлету кусков породы, интенсивности ударных волн, распространению ядовитых газов.
При этом длина ЛНС зарядов на каждом ярусе предпочтительно не должна превышать 35 м. В первую очередь осуществляется взрыв зарядов выброса на верхнем ярусе. В образованную воронку затем направляется горная масса, перемещаемая зарядами выброса (смежного нижнего яруса).
Число ярусов предпочтительно не должно превышать 2-3, т.к. при их большем числе может происходить «обратное» падение кусков породы в выемку и сползание с бортов воронок взорванной горной массы, вследствие чего не будут получены требуемые по техническому заданию ширина и глубина сооружаемых выемок. Инициирование зарядов на нижнем ярусе должно производиться только после формирования воронок выброса на вышерасположенном ярусе.
Я
Р
Я
За счет ярусного расположения зарядов выброса с длиной ЛНС (W) не более 35 м ограничивается негативное влияние силы тяжести на результаты взрывов, уменьшается расход ВВ и гарантируется снижение размеров опасных зон по разлету кусков породы, сейсмике, действию ударных воздушных волн и распространению ядовитых газов взрывов. Существенно также, что ярусное расположение зарядов дает возможность снизить потери территорий благодаря уменьшению ширины развала выброшенных пород (L), которая, как известно, зависит, главным образом, от величины ЛНС (в нашем случае осуществляются взрывы зарядов, длина ЛИС которых всегда меньше W зарядов, располагаемых в один ярус по высоте, т.е. W << W).
За счет заполнения воронок выброса, полученных на верхнем ярусе, горной массой от взрыва зарядов на нижних (смежных) ярусе (ярусах) обеспечивается уменьшение дальности перемещения (выброса) основного объема пород (соответственно и затрат энергии ВВ) для их транспортировки из пределов проектного контура сооружаемой выемки.
Интервал замедления между взрывами зарядов на верхнем и нижнем ярусах должен учитывать физико-механические свойства пород, их трещиноватость, обводненность и конкретные условия ведения взрывных работ. Принятый способ взрывания (замедленное или короткозамедленное) должен обеспечивать исключение подбоя зарядов на смежных ярусах.
Величина основного параметра - показателя действия взрыва зарядов (n) должна выбираться с учетом получения в результате взрывов по ярусам воронок, суммарная видимая глубина которых соответствует требуемой проектной глубине сооружаемой выемки. С целью оформления устойчивых откосов воронок (не менее 1:1,8 - 1:2,0), значения n должны составлять не менее 1,5-1,7. Геометрические размеры воронок должны прогнозироваться с учетом коэффициентов разрыхления перемещаемой горной массы на каждом ярусе.
Камеры для размещения зарядов расчетной массы могут быть пройдены как традиционным способом, так и получены в результате взрывов камуфлетных зарядов, располагаемых в выработках (скважинах, шпурах, шурфах и т.п.). При этом на каждом ярусе должны быть пройдены индивидуальные подготовительные выработки (или «пучки» выработок, при расстоянии между ними в «пучке» не более 5-7 их диаметров). Эти выработки не должны использоваться для размещения зарядов других ярусов.
При такой схеме расположения снижается вероятность предварительного прорыва газами взрыва участков массива пород в местах расположения зарядов выброса, инициируемых в первую очередь, за счет чего обеспечивается максимальный «запирающий эффект» и соответственно объем полезного выброса в случае последовательного взрывания зарядов по ярусам в направлении сверху вниз.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема ведения взрывных работ в породах типа суглинков, приведены основные параметры зарядов и ожидаемые результаты взрывов.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом (см. чертеж).
3
С земной поверхности производится бурение скважин для зарядов I и II ярусов. В скважинах затем располагают выбросные заряды 2 и 3 ВВ. На первом ярусе будут взорваны четыре заряда 2, на втором ярусе - один заряд 3. Величина показателя действия взрыва для зарядов 2 первого яруса составляет 1,5, для заряда 3 второго яруса - 1,75. Масса единичного заряда на первом ярусе будет равна 70 т, второго яруса - 176 т. Суммарный расход ВВ составит 456 т. Масса зарядов определялась по известной формуле М.М. Борескова при значениях ЛНС соответственно 25 и 30 м и расчетном удельном расходе ВВ для суглинков равном 1,8 кг/м.
Профиль 4, полученный в результате двух взрывов (интервал замедления между взрывами 2 с), определяется размерами воронок 5 и 6 выброса от взрывов зарядов I и II ярусов и профилем навала выброшенной породы на бортах выемки (борта 7 и 8 соответственно после взрывов зарядов I и II ярусов). Максимальная глубина выемки будет равна 46 м, ширина по дну 25 м и ширина по верху 95 м.
При проведении взрывных работ по обычной технологии суммарный расход ВВ составил бы не менее 1 кг, т.е. вырос более чем в два раза.
В таблице представлены основные параметры зарядов и результаты взрывов.
Основные параметры зарядов и ожидаемые результаты взрывов
Ярусы
Длина ЛНС по первому и второму ярусу (W<sub>1</sub> и W<sub>2</sub>), м
Показатели действия взрыва, (n)
Функция показателя действия взрыва f(n)
Расчетный удельный расход ВВ (К), кг/м<sup>3</sup>
Расстояние между зарядами (а), м
Число зарядов
Масса зарядов, т
Видимая глубина выемкм (P<sub>1</sub> и P<sub>2</sub>), м
Видимая ширина выемки, м
Площадь поперечного сечения выемки (S), м<sup>2</sup>
Максимальная длина развала (L), м
Средняя высота навала на бортах выемки (h<sub>p1</sub> и h<sub>p2</sub>), м
Единичные
Суммарная
По верху (г<sub>1</sub> и г<sub>2</sub>)
По низу (в)
Верхний (I)
25
1,5
2,45
1,8
34
4
70
280
19
95
65
1520
180
6,5
Нижний (II)
30
1,75
3,62
1,8
1
176
176
26
65
25
1170
260
11
Всего
5
456
2690