Способы отбойки горной породы

Способы отбойки руды

Отбойка— это процесс отделения части руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски. Она должна обеспечивать более полное отделение руды от массива в преде­лах проектного контура, минимальные законтурные обрушения массива и хорошее качество дробления. Отбойка руды осуще­ствляется с применением буровзрывных работ, механических средств и самообрушения. Выбор способа отбойки руды зави­сит от таких факторов, как физико-механические свойства руды, горно-геологические условия и принятая система разработки.

При подземной добыче в основном применяют взрывную отбойку. Ее превалирующее значение в обозримом будущем со­храняется. Применяют следующие способы взрывной отбойки: шпуровой, скважинный и минный (сосредоточенными зарядами).

При шпуровойотбойке в рудном массиве бурят шпуры глу­биной до 5 м и диаметром до 75 см. Наиболее распространены шпуры глубиной 2-3,5 м, диаметром 40-50 мм. Применяют вращательное, ударно-поворотное и ударно-вращательное бу­рение шпуров. Вращательное бурение электросверлами на руд­никах применяют довольно редко, при крепости руд до 4-6. В основном применяют ударно-поворотное бурение пневматическими перфораторами или ударно-вращательное бурение пнев­матическими или гидравлическими перфораторами. Применя­ют ручные (на пневмоподдержке), телескопные и колонковые перфораторы на самоходных буровых установках.

В качестве взрывчатых веществ применяют патронирован­ные порошкообразные (аммонит № 6 ЖВ, скальный аммонит, детонит) или рыхлые гранулированные ВВ (гранулит, зерногранулит). Применяют как ручное, так и механизированное заря­жание шпуров.

Выемка руды при шпуровой отбойке может быть слоевой, потолкоуступной и подэтажной (рисунок 28).

Выемка слоев может осуществляться как в нисходящем, так и в восходящем порядке. Шпуры в слоях располагают горизон­тально или вертикально. Их рекомендуется бурить перпендику­лярно к основной системе трещин.

Основные показатели шпуровой отбойки: удельный расход ВВ — 0,6-3 кг/м 3 , производительность труда бурильщика – 5-50 м 3 /чел.смену при бурении ручными перфораторами. Она значительно возрастает при применении современных буриль­ных машин.

К достоинствам шпуровой отбойки следует отнести: мелкое и более равномерное дробление руды, возможность применения в маломощных рудных телах и при неустойчивых вмещающих породах, меньше потери и разубоживание. Недостатки: сравни­тельно высокая трудоемкость, неблагоприятные условия труда при обслуживании бурильных машин.

Основные условия применения шпуровой отбойки: рудные залежи мощностью до 5-8 м при любых углах падения; мощ­ные залежи при отбойке руды из очистного пространства; сис­темы разработки с искусственным поддержанием очистного пространства; ценные руды со сложным залеганием.

а — слоевая выемка в нисходящем порядке с отбойкой горизонтальными шпурами; б — слоевая выемка в нисходящем порядке с отбойкой вертикальными шпурами; в — слоевая выемка в восходящем порядке с отбойкой горизонтальными шпурами; г — слоевая вы­емка в восходящем порядке с отбойкой вертикальными шпурами; д — потолкоуступная выемка; е — подэтажная отбойка

Рисунок 28 — Схемы шпуровой отбойки руды

При разработке мощных рудных тел (больше 6-8 м) широ­ко применяется отбойка руды взрыванием зарядов в скважинах глубиной до 40-60 м и более, диаметром 60-150 мм. Скважи­ны большого диаметра (100-150 мм и больше) применяют при массовой отбойке, т.е. при одновременном обрушении значи­тельных объемов руды.

Скважинная отбойка руды может осуществляться на откры­тое компенсационное пространство или в зажиме (рисунок 29), т.е. на пространство, заполняемое раздробленной горной массой. Чтобы получить нормально разрыхленную руду, объем руды, отбиваемой на компенсационное пространство, не должен бо­лее чем вдвое превышать объем этого компенсационного про­странства. Отбойка в зажиме применяется в мощных залежах при крепких и средней кре­пости рудах, не склонных к слеживанию. Отбойка в зажиме по­зволяет снизить выход негабарита и интенсифицировать про­цесс выпуска и доставки руды.

1 — подсечка камеры; 2 — компенса­ционная камера; 3 — скважина; 4 — руда в зажиме

Рисунок 29 — Схема отбойки руды скважинами на компенсацион­ное пространство (а) и в зажи­ме <б)

Скважинная отбойка руды осуществляется вертикальными, горизонтальными или наклонными слоями. Наиболее распро­странена отбойка вертикальными слоями. Перед началом от­бойки руды буровзрывными работами образуют вертикальную отрезную щель, являющуюся начальным открытым компенсаци­онным пространством. Как правило, в нижней части очистного блока над выпускными выработками делают подсечку в виде го­ризонтальной щели.

Расположение скважин в отбиваемом вертикальном слое может быть параллельным и веерным (рисунок 30). При параллель­ном расположении скважин в ряду достигается более равно­мерное дробление руды, но увеличиваются затраты на буро­взрывные работы, что связано с необходимостью проведения буровых выработок, перемещением бурового станка и пр. При веерном расположении скважин дробление руды оказывается неравномерным, но меньше затраты на их бурение, так как все скважины веера бурят с одной установки бурового станка.

Рисунок 30 — Параллельное (а) и веер­ное (б) расположение скважин

Обычно применяют многорядное (до 5 слоев) короткозамедленное взрывание скважин. Расстояние между рядами сква­жин и между скважинами в ряду 2—2,5 м.

В практике отбойки руды применяют также параллельно сближенные и пучковые комплекты скважин.

В настоящее время при­меняются следующие спосо­бы бурения скважин:

• штанговое— тяже­лыми телескопными колон­ковыми перфораторами. Диаметр скважин 50—70 мм. Глубина бурения от 12—15 до 20—25 м и более при крепости руды от 6 до 14. Производительность бу­рения 30—70 м/смену. Широко применяются самоходные буро­вые установки;

• погружными пневмоударниками. Диаметр скважин 85, 100 мм и более. Производительность бурения зависит от крепости руд и колеблется от 5—7 (очень крепкие руды) до 15— 20 м/смену;

• шарошками, армированными твердыми сплавами. Диа­метр скважин 150 мм и более. Глубина бурения 50-60 м. При­меняется в крепких и весьма крепких рудах. Производитель­ность шарошечного бурения выше пневмоударного в 2-3 раза;

• вращательное твердосплавными и алмазными кольцевы­ми коронками. Диаметр скважин 80-100 мм. Крепость руд 6-8. Производительность бурения 20-40 м/смену.

Заряжают скважины, как правило, гранулированными ВВ. Детонирование заряда ВВ в скважине осуществляется детониру­ющим шнуром, проходящим вдоль заряда по всей длине сква­жины. Короткозамедленное взрывание осуществляется специ­альными электродетонаторами или пиротехническими замедли­телями. Заряжают скважины пневмозарядниками.

Преимущества скважинной отбойки заключаются в увели­чении производительности труда по отбойке в 2—3 раза, по­вышении безопасности работ, снижении запыленности руднич­ного воздуха, возможности применения более производитель­ных систем разработки. К недостаткам следует отнести более высокое разубоживание руды, повышенный выход негабарита, что ведет к росту затрат на вторичное дробление, увеличение потерь руды при выпуске рудной массы и др.

Миннаяотбойка представляет собой отбойку руды взрыва­нием сосредоточенных зарядов большой массы, размещаемых в специально проводимых выработках. Она применяется при раз­работке мощных рудных тел, представленных крепкими руда­ми, а также при обрушении междукамерных целиков и потоло­чин, в которых имеются необходимые выработки для размеще­ния сосредоточенных зарядов.

Механическаяотбойка применяется при добыче относи­тельно мягких руд (марганца, калийной соли) с помощью ком­байнов.

Самообрушениекак наиболее экономичный способ отделе­ния руды от массива применяется крайне редко. Оно происхо­дит в очистных блоках под действием собственного веса тре­щиноватых руд и давления налегающих пород. При этом спо­собе невозможно управлять качеством отбойки.

Дата добавления: 2016-06-18 ; просмотров: 8887 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Способ отбойки горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной отбойке преимущественно монолитных горных пород. Способ позволяет повысить эффективность дробления горных пород за счет энергонасыщения блока путем использования резонансного эффекта. Способ отбойки горных пород включает бурение в блоке основных вертикальных скважин, их заряжание взрывчатым веществом и порядное короткозамедленное взрывание. Далее производят оконтурирование блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, после чего производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных вертикальных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности забоя уступа с расчетной длительностью фазы сжатия взрывного импульса. При этом вынужденные колебания в блоке совпадают с его собственной частотой колебаний, создавая резонансный эффект. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной отбойке горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых, преимущественно в монолитных породах.

Известен способ отбойки горных пород взрывом, при котором в блоке бурят вертикальные ряды скважин, заряжают последние взрывчатым веществом (ВВ) и осуществляют последовательное короткозамедленное взрывание в скважинах [1] Недостатком этого способа является недостаточная эффективность отбойки горной массы из-за жесткой связи блока с массивом горных пород.

Известен также способ отбойки горных пород, при котором бурят в блоке вертикальные ряды скважин, производят их заряжание ВВ и последующее короткозамедленное взрывание [2] Недостатком этого способа отбойки горных пород является неэффективная отбойка горной массы, обусловленная с одной стороны повышенным расходом ВВ, а с другой неполным использованием энергии взрыва скважинных зарядов. Так как блок жестко связан с массивом горных пород, то энергия взрыва каждого скважинного заряда расходуется не только на дробление блока, но и на его отделение от массива. Распределение энергии взрыва на дробление горной породы в блоке и отделение ее от массива носит неуправляемый характер, поэтому имеет место неравномерное дробление горной массы, приводящее к образованию негабаритов.

Жесткая связь блока с массивом горных пород ведет также к тому, что волны напряжения, образующиеся к блоке при взрыве скважинных зарядов, распространяются вглубь массива, теряя часть своей энергии на насыщение массива горных пород, лежащего за пределами блока.

Цель изобретения повышение эффективности дробления за счет энергонасыщения блока путем использования резонансного эффекта при одновременной экономии ВВ.

Достигается это тем, что в способе отбойки горных пород, включающем бурение в блоке размещенных в рядах параллельно бровке уступа основных скважин, их заряжание ВВ и порядное короткозамедленное взрывание, производят оконтуривание блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, а затем производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности откоса уступа, с определенной длительностью фазы сжатия взрывного импульса, при этом вынужденные колебания, возбуждаемые в блоке взрывными импульсами, совпадают с его собственной частотой колебаний, создавая резонансный эффект.

Кроме того, ряды основных скважин начинают взрывать с интервалом замедления, определенным временем распространения взрывной волны от последнего n ряда до свободной поверхности откоса уступа, отражением от нее и в момент прихода отраженной волны к предпоследнему (n-1)-му ряду производят его взрывание, причем последующие ряды взрывают аналогично.

На фиг. 1 изображен план уступа со схемой размещения скважин; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1 (стрелками обозначено направление движения продольной волны Р).

Способ отбойки горных пород осуществляют следующим образом.

По контуру подлежащего отбойке блока (фиг.1) бурят в четырех плоскостях вертикальные 1 и горизонтальные 2 дополнительные скважины, необходимые для образования экранирующих щелей, после чего в блоке бурят ряды (фиг.2, n.n-6) основных вертикальных 3 скважин, параллельных бровке уступа. Глубина вертикальных 1,3 скважин не превышает высоты уступа (фиг.2).

Вначале осуществляют взрывание вспомогательных зарядов ВВ в оконтуривающих блок вертикальных и горизонтальных скважинах, при этом образуется разрушенная и раздробленная горная масса, которая отделяет блок от горного массива с четырех сторон и выполняет роль экранирующих щелей. Масса заряда ВВ в оконтуривающих скважинах рассчитывается как для зарядов при контурном взрывании. Затем в отсеченном блоке взрывают в рядах основных скважин заряды ВВ с длительностью фазы сжатия t_cж взрывного импульса, обеспечивающей эффективность отбойки и соответствующей зависимости t_сж= , мс где f_o собственная частота колебания блока; К средняя жесткость горной массы (порода или руда) блока; М масса блока.

Эту зависимость можно представить в виде: t_сж= где t_сж длительность фазы сжатия взрывного импульса, мс; 10 переводной коэффициент; g ускорение силы тяжести, м/с 2 ; Е модуль Юнга, Па; S площадь поперечного сечения блока, м 2 ; плотность горной массы, кг/м 3 ;
V объем блока, м 3 ;
L длина блока, м.

При взрывании зарядов в рядах с указанной выше длительностью импульса обеспечивается динамическое периодическое воздействие на отсеченный экранирующими щелями от горного массива блок. После короткозамедленного взрывания основных скважинных зарядов ВВ в последнем ряде (n) уступа волна напряжения достигает свободной поверхности откоса уступа, отражается от нее и достигает скважинных зарядов в предпоследнем (n-1) ряде через интервал времени, определяемый из выражения
t₃= мс (2) где t_з время замедления, мс;
В_i расстояние от n ряда до свободной поверхности уступа забоя и обратно до (n-1) ряда, м;
V_ср средняя скорость распространения упругих волн в горном массиве, м/с.

В этот момент взрывают скважинные заряды ВВ (n-1) ряда с длительностью взрывного импульса, определяемого по формуле (1), при этом взрывная волна напряжений достигает свободной поверхности откоса уступа и, отражаясь от нее, достигает скважинных зарядов (n-2) ряда через интервал времени t₃, определеяемый по формуле (2). Порядок взрывания следующих рядов повторяется аналогично.

Таким образом, на блок воздействуют периодическими импульсными нагрузками, которые создают эффект раскачивания блока за счет взрывания рядов скважин с расчетной длительностью взрывного импульса и в определенной последовательности. В предлагаемом способе отбойки горных пород реализуется резонансный эффект, при котором собственные колебания блока, отделенного от горного массива экранирующими щелями, совпадают с вынужденными колебаниями, образующимися при взрыве зарядов ВВ, путем подбора длительности взрывного импульса.

Резонансный эффект достигается также за счет отделения блока от массива предварительным одновременным взрыванием вспомогательных зарядов в оконтуривающих вертикальных и горизонтальных скважинах.

Создание резонансного эффекта способствует более равномерному интенсивному дроблению пород за счет взаимодействия прямых и отраженных взрывных волн, усиливающих энергетический потенциал взрыва.

П р и м е р. Блок имеет следующие габариты: длина 50 м, ширина 50 м, высота 15 м. Модуль Юнга 6,2 10 10 Па, плотность породы 2,6 т/м 3 . Средняя скорость пpодольных волн в горном массиве 3600 м/с. Длительность фазы сжатия взрывного импульса, определенная по формуле (1), составляет 8,0 мс. Интервал времени замедления между взрыванием последнего n ряда и (n-1) ряда, определенный по формуле (2), составляет 21,1 мс.

1. СПОСОБ ОТБОЙКИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение в блоке размещенных в рядах параллельных бровке уступа основных вертикальных скважин, их заряжание взрывчатым веществом и порядное короткозамедленное взрывание, отличающийся тем, что производят окунтуривание блока бурением вертикальных и горизонтальных дополнительных скважин для создания в блоке экранирующих щелей, после чего производят одновременное взрывание дополнительных скважин, а ряды основных вертикальных скважин взрывают поочередно, начиная с последнего ряда от свободной поверхности откоса уступа, с расчетной длительностью фазы сжатия взрывного импульса для создания резонансного эффекта за счет совпадения вынужденных колебаний блока с его собственной частотой колебаний.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ряды основных скважин начинают взрывать с интервалом замедления, определяемым временем распространения волны от последнего n-го ряда до свободной поверхности откоса уступа, отражением от нее и в момент прихода отраженных волн к предпоследнему (n-1)-му ряду производят его взрывание, а последующие ряды взрывают аналогично.

Источник