RU2029083C1

RU2029083C1 - Method for rock mass breaking

Info

Publication number: RU2029083C1
Authority: RU
Inventors: И.Ю. Буров; С.И. Буров
Original assignee: Московский горный университет
Priority date: 1992-04-29
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: method for rock mass breaking includes drilling of rows of blastholes at preset base with subsequent action of breaking force on blasthole walls and excavation of broken mass. Two neighboring blastholes on one base of each row are drilled convergent with overdrill to a depth not in excess of 10-15% of length of convergent part. Then, alternately breaking force is acted on blasthole walls over their working length in direction of shortest distance between generating lines in neighboring blastholes in vertical plane and in counterdirection parallel to bottom hole plane between neighboring blastholes in horizontal plane. After excavation of outlined by cracks and broken part of rock mass, preparation is performed and breaking of next layer of rock mass by its drilling from blasthole sleeves is proceeded. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технологии отработки горного массива. Оно может быть использовано также при строительстве дорог в горах и там, где нежелательно применение буровзрывных работ по экологи- ческим причинам. The invention relates to the mining industry, and in particular to mining technology. It can also be used in the construction of roads in the mountains and where the use of drilling and blasting is undesirable for environmental reasons.

Известен способ разрушения горных пород, включающий бурение скважин и заполнение их расширяющейся при отвердении массой [1]. A known method of destruction of rocks, including drilling wells and filling them with expanding mass during hardening [1].

Недостатки этого способа - необходимость наличия двух плоскостей обнажения, низкая производительность и химическая активность невзрывчатых разрушающих веществ. The disadvantages of this method are the need for two exposure planes, low productivity and chemical activity of non-explosive destructive substances.

Известен способ отбойки горного массива, включающий бурение рядов шпуров с заданной базой, заряжание их взрывчатым веществом, взрывание зарядов и проветривание выработки после взрыва [2]. Этот способ принят в качестве прототипа. Способ, наряду с высокой производительностью, имеет технологические и экологические недостатки: необходимость длительного проветривания выработки от ядовитых продуктов, образующихся при взрыве в.в., сильное разрушающее воздействие взрыва на окружающий горный массив, взрывоопасность в. в. при его транспортировке - которые являются источником опасных условий труда. A known method of breaking the massif, including drilling rows of holes with a given base, loading them with explosives, blasting charges and airing the mine after an explosion [2]. This method is adopted as a prototype. The method, along with high productivity, has technological and environmental drawbacks: the need for long-term ventilation of the production of toxic products formed during the explosion of explosives, the strong destructive effect of the explosion on the surrounding mountain range, explosiveness c. in. during its transportation - which are a source of hazardous working conditions.

Цель изобретения - обеспечение непрерывной, экологически чистой и безопасной технологии горных работ. The purpose of the invention is the provision of continuous, environmentally friendly and safe mining technology.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе отбойки горного массива, включающем бурение рядов шпуров с заданной базой с последующим воздействием разрушающего усилия на стенки шпуров и экскавацией разрушенной части массива, два соседних шпура на одной базе в каждом ряду бурят сходящимися и с перебуром на глубину не более 10-15% от длины их сходящейся части. Затем поочередно воздействуют разрушающим усилием на стенки шпуров по их рабочей длине в направлении кратчайшего расстояния между образующими соседних шпуров в вертикальной плоскости и во встречном направлении, параллельном плоскости забоя, между соседними шпурами в горизонтальной плоскости. После экскавации оконтуренной трещинами и разрушенной части массива осуществляют подготовку и отбойку следующего слоя массива путем его разбуривания из стаканов шпуров. This goal is achieved due to the fact that in the method of breaking the massif, including drilling a series of holes with a given base, followed by the destructive force on the walls of the holes and excavating the destroyed part of the array, two adjacent holes at one base in each row are drilled converging and with an excess of depth not more than 10-15% of the length of their converging part. Then, in turn, they act by destructive force on the walls of the holes along their working length in the direction of the shortest distance between the generators of neighboring holes in the vertical plane and in the opposite direction, parallel to the face plane, between adjacent holes in the horizontal plane. After excavation by the contoured cracks and the destroyed part of the massif, the next layer of the massif is prepared and chipped by drilling it from drill holes.

Бурение двух соседних шпуров на одной базе в каждом ряду сходящимися позволяет образовать в горном массиве несколько блоков заданной формы. При воздействии разрушающих усилий на стенки шпуров каждого блока в горизонтальной плоскости и направленных встречно происходит формирование горизонтальных трещин в верхней и нижней плоскостях блока. При аналогичном воздействии разрушающих усилий в вертикальной плоскости происходит формирование вертикальных трещин в боковых плоскостях блока. Формирование блоков массива сходящимися шпурами и воздействие разрушающих усилий на стенки шпуров в вышеописанных направлениях позволяют полностью оконтурить открытыми трещинами блоки внешнего слоя, что обуславливает их свободную экскавацию, и разделить горизонтальными трещинами выступы столбов блоков следующего слоя массива. Бурение аналогичных сходящихся шпуров в следующем слое массива с последующим приложением разрушающих усилий в заданных направлениях позволяет разделить горизонтальными и вертикальными открытыми трещинами углубленную в массив часть столбов этого слоя на отдельные блоки и экскавировать их. Поскольку все операции способа можно осуществлять одновременно в нескольких блоках на различных участках забоя и не требуется прерывания их на непроизводительные операции, процесс отбойки получается непрерывным и производительность данного способа может быть выше, чем у способа, взятого в качестве прототипа. Бурение последующего слоя массива из стаканов шпуров предыдущего слоя технологически облегчает и делает более точным процесс забуривания и тем оптимизирует процесс отбойки. Процессы бурения шпуров и направленного воздействия разрушающего усилия, создаваемого под действием механического инъектора, на стенки шпуров от их устья до места сбойки, являются экологически чистыми и безопасными процессами. Drilling two neighboring holes at one base in each row converging allows you to form several blocks of a given shape in the massif. When destructive forces act on the walls of the holes of each block in the horizontal plane and counter-directed, horizontal cracks form in the upper and lower planes of the block. With a similar effect of destructive forces in the vertical plane, the formation of vertical cracks in the lateral planes of the block occurs. The formation of blocks of the array by converging holes and the effect of destructive forces on the walls of the holes in the above directions make it possible to completely outline the blocks of the outer layer with open cracks, which leads to their free excavation, and to divide the ledges of the columns of blocks of the next layer of the array with horizontal cracks. Drilling similar converging holes in the next layer of the massif, followed by the application of destructive forces in the given directions, allows us to divide the horizontal part of the pillars of this layer into horizontal blocks and open vertical cracks into separate blocks and excavate them. Since all operations of the method can be carried out simultaneously in several blocks at different sections of the face and do not need to interrupt them for unproductive operations, the blasting process is continuous and the productivity of this method can be higher than that of the method taken as a prototype. Drilling the next layer of the array of glasses of holes of the previous layer technologically facilitates and makes the drilling process more accurate and thereby optimizes the breaking process. The processes of drilling holes and the directed influence of the destructive force created by the mechanical injector on the walls of the holes from their mouth to the place of failure are environmentally friendly and safe processes.

На фиг. 1 показана схема отбойки первого слоя горного массива; на фиг. 2 - направления действий разрушающего усилия при оконтуривании блока трещинами в горизонтальной плоскости; на фиг. 3 - то же, в вертикальной плоскости; на фиг. 4 - схема отбойки блоков второго слоя массива. In FIG. 1 shows a diagram of the breaking of the first layer of the massif; in FIG. 2 - directions of action of the destructive force when contouring the block with cracks in the horizontal plane; in FIG. 3 - the same, in a vertical plane; in FIG. 4 is a diagram of breaking blocks of the second layer of the array.

Способ осуществляется путем последовательного выполнения следующих операций. The method is carried out by sequentially performing the following operations.

В горном массиве 1 с одной обнаженной плоскостью производят разметку сетки шпуров, в каждом узле которой бурят сходящиеся шпуры. Боковые оконтуривающие выработку шпуры 2 бурят перпендикулярно забою, а два соседних шпура 3 на одной базе в каждом ряду бурят сходящимися и с перебуром на глубину не более 10-15% от длины сходящейся их части (фиг. 1). Порядок обуривания всей рабочей поверхности забоя определяется целесообразностью проведения одновременно операций по бурению шпуров и отбойке блоков в одном забое. После окончания бурения нескольких рядов шпуров или всех шпуров в пробуренные шпуры вводят разрушающие устройства, обеспечивающие направленное воздействие разрушающего усилия на стенки шпуров по их рабочей длине от устья до места сбойки. Вначале разрушающие устройства помещают в сходящиеся шпуры нижнего блока левого или правого столба блоков массива и ориентируют их таким образом, чтобы усилия действовали на стенки шпура во встречном направлении и параллельно плоскости забоя (фиг. 2). После этого создают посредством устройства давление на горную породу, под действием которого в межшпуровом пространстве образуется открытая горизонтальная трещина. Далее разрушающее устройство из нижнего ряда этого столба переносят в вышерасположенный ряд и аналогично вышеописанному разрушают его межшпуровое пространство. Этот процесс продолжается до образования горизонтальных трещин во всех блоках крайнего столба. Затем в той же последовательности - снизу вверх - вводят разрушающие устройства в шпуры того же столба блоков и ориентируют их таким образом, чтобы их разрушающие усилия действовали по рабочей длине шпуров в направлении кратчайшего расстояния между образующими соседних шпуров (фиг. 3). После воздействия разрушающим усилием на стенки шпуров в отрабатываемых блоках массива создаются открытые вертикальные трещины. Аналогично разрушают межшпуровое пространство другого вертикального ряда шпуров крайнего столба блоков. В результате этого первый столб блоков породы разрывается открытыми горизонтальными и вертикальными трещинами, что разделяет столб горной породы на отдельные блоки и тем позволяет осуществить их экскавацию. Аналогично оконтуривают трещинами остальные блоки внешнего слоя массива. In the massif 1 with one exposed plane, a grid of holes is marked out, in each node of which converging holes are drilled. Lateral contouring the production of bore-hole 2 is perpendicular to the face, and two neighboring bore-holes 3 at one base in each row are drilled converging and with an excess of no more than 10-15% of the length of the converging part (Fig. 1). The procedure for drilling the entire working surface of the face is determined by the appropriateness of simultaneously conducting operations for drilling holes and breaking blocks in one face. After drilling several rows of holes or all holes, destructive devices are introduced into the drilled holes, which provide a directed effect of the destructive force on the walls of the holes along their working length from the mouth to the place of failure. First, the destructive devices are placed in the converging holes of the lower block of the left or right column of blocks of the array and are oriented in such a way that the forces act on the walls of the hole in the opposite direction and parallel to the face plane (Fig. 2). After that, a device creates pressure on the rock, under the action of which an open horizontal crack is formed in the inter-hole space. Next, the destructive device from the lower row of this column is transferred to the upstream row and similarly to the above, its inter-hole space is destroyed. This process continues until the formation of horizontal cracks in all blocks of the extreme column. Then, in the same sequence, from bottom to top, destructive devices are introduced into the holes of the same column of blocks and oriented so that their destructive forces act along the working length of the holes in the direction of the shortest distance between the generators of neighboring holes (Fig. 3). After the destructive force acts on the borehole walls, open vertical cracks are created in the processed blocks of the array. Similarly, the inter-hole space of another vertical row of holes of the extreme column of blocks is destroyed. As a result of this, the first pillar of rock blocks is torn open by horizontal and vertical cracks, which divides the rock pillar into separate blocks and thereby allows their excavation. Similarly, the remaining blocks of the outer layer of the array are outlined with cracks.

Для обеспечения отбойки следующего слоя массива необходимо после окончания оконтуривания открытыми трещинами блоков внешнего слоя произвести разделение на горизонтальные слои 4 (фиг. 4) обуренной части столбов следующего слоя путем приложения разрушающих усилий во встречном направлении в пространстве между парами сходящихся шпуров соседних баз. To ensure breaking of the next layer of the array, it is necessary, after contouring with open cracks to outline the blocks of the outer layer, to divide into horizontal layers 4 (Fig. 4) the buried part of the columns of the next layer by applying destructive forces in the opposite direction in the space between pairs of converging holes of neighboring bases.

Извлечение блоков следует производить с верхнего блока каждого столба во избежание самопроизвольного их обрушения. Таким же образом извлекаются соседние столбы блоков горной породы. После отбойки первого слоя горной породы забой имеет пилообразную форму (фиг. 4). Block extraction should be made from the top block of each column in order to avoid their spontaneous collapse. In the same way, neighboring pillars of rock blocks are extracted. After breaking the first layer of rock, the face has a sawtooth shape (Fig. 4).

При подготовке к отбойке следующего слоя массива разбуривают стаканы шпуров предыдущего слоя, которые задают направления сходящимся скважинам, разделяющим следующий слой массива на блоки. Далее процесс отбойки горной массы повторяется. При наличии достаточного количества разрушающих устройств формирование вертикальных и горизонтальных трещин возможно одновременно в нескольких блоках горного массива. In preparation for breaking the next layer of the array, drill holes in the previous layer, which set the directions for converging wells that divide the next layer of the array into blocks. Further, the process of breaking the rock mass is repeated. In the presence of a sufficient number of destructive devices, the formation of vertical and horizontal cracks is possible simultaneously in several blocks of the massif.

В зависимости от мощности разрушающего устройства и физических свойств разрушаемой породы определяют максималь- ную величину межшпурового расстояния для данной породы, которую принимают за базу бурения между сходящимися шпурами и за расстояние между гороизонтальными рядами шпуров. Угол наклона сходящихся шпуров является функцией упругих и прочностных свойств породы и по расчетным данным оптимален в границах 20-30^о для слабых и пластичных пород и до 60-70^о для скальных упругих пород. Технологически целесообразно провести операцию трещинообразования сразу по всему забою или хотя бы на его половине (при большом числе столбов блоков в забое), чтобы машины и механизмы, осуществляющие различные технологические операции, не мешали друг другу.Depending on the power of the destructive device and the physical properties of the rock being destroyed, the maximum inter-hole distance for a given rock is determined, which is taken as the drilling base between converging holes and the distance between horizontal horizontal rows of holes. The angle of inclination converging drilling is a function of the strength and elastic properties of the rock and the calculated data is optimal within borders 20-30 and ^a weak plastic rocks and ^about 60-70 for the elastic rock formations. It is technologically feasible to carry out the cracking operation immediately along the entire face or at least half of it (with a large number of pillars of blocks in the face) so that machines and mechanisms performing various technological operations do not interfere with each other.

После образования горизонтальных и вертикальных трещин в столбах блоков внешнего слоя производят их экскавацию Экскавацию разрушенной части массива производят с отставанием не менее чем на 3-4 столба от места образования трещин, начиная с верхнего блока крайнего столба в направлении к нижележащим блокам посредством автопогрузчика или других механизмов. После экскавации блоков внешнего слоя начинают отбойку следующего слоя разбуриванием стаканов шпуров. After the formation of horizontal and vertical cracks in the columns of the blocks of the outer layer, they are excavated. Excavation of the destroyed part of the massif is carried out with a gap of at least 3-4 columns from the crack formation site, starting from the upper block of the outermost column towards the underlying blocks by means of a forklift or other mechanisms . After excavation of the blocks of the outer layer, they begin to break off the next layer by drilling glasses of holes.

Описанный способ отбойки горного массива осуществлен на Джезказганском месторождении со следующей горно-геологической характеристикой: мощность пласта 4 м, крепость пород 14-16. The described method of breaking the mountain massif was carried out at the Dzhezkazgan field with the following mining and geological characteristics: reservoir thickness 4 m, rock strength 14-16.

Для формирования горизонтальных и вертикальных трещин в горном массиве использовано гидроразрушающее устройство типа ГРУ. База между двумя соседними шпурами в каждом горизонтальном ряду и расстояние между горизонтальными рядами в вертикальной плоскости определены по расчетным формулам ГОСТа 21153.3-85 и равны 0,7 м. Угол наклона каждого из сходящихся шпуров к забою определен экспериментально и равен 67^о. В результате этого длина сходящейся части шпура составила 0,75 м, а длина перебурка 7-10 см. По полученным данным производят разметку вертикальных и горизонтальных рядов шпуров на забое: 21 вертикальный и 7 горизонтальных рядов, т.е. по 6 блоков в каждом столбе и 20 столбов на отрабатываемом забое. Два соседних шпура на одной базе в каждом ряду бурят под углом 67^о к плоскости забоя посредством серийно выпускаемых буров с кареток с устройством для ориентирования инструмента под заданным углом к плоскости забоя. Таким образом, из каждого узла сетки бурят два сходящихся с соседними по базе шпура, а оконтуривающие шпуры в вертикальных рядах бурят перпендикулярно плоскости забоя.For the formation of horizontal and vertical cracks in the rock mass, a hydraulic fracturing device of the GRU type was used. The base between two adjacent boreholes in each horizontal row and the distance between the horizontal rows in the vertical plane are determined by the calculation formulas of GOST 21153.3-85 and equal to 0.7 m. The angle of inclination of each of the converging boreholes to the face was determined experimentally and is equal to 67 ^about . As a result of this, the length of the converging part of the borehole was 0.75 m, and the length of the borehole was 7-10 cm. According to the data obtained, the vertical and horizontal rows of holes in the face were marked: 21 vertical and 7 horizontal rows, i.e. 6 blocks in each column and 20 columns on the working face. Two adjacent the hole on one base in each row 67 are drilled at an angle to the plane ^of the face by means of commercially available drills with carriages with a device for orientation of the instrument at a predetermined angle to the face plane. Thus, from each mesh node, two holes are drilled converging with those neighboring in the base, and contouring holes in vertical rows are drilled perpendicular to the face plane.

Отработка каждого слоя массива производилась двумя гидроразрушающими устройствами, что позволило одновременно создавать трещины только в одной плоскости одного блока одного столба. В каждом шпуре, оконтуривающем блок одного столба, для образования вертикальных и горизонтальных трещин необходимо, чтобы разрушающие усилия, создаваемые ГРУ, были направлены встречно. Встречное направление действия сил ГРУ обеспечивается встречной ориентацией стрелок-индика- торов, находящихся в одной плоскости с клиньями гидроразрушаемого устройства, и располагаемых у устья шпуров при установке в них ГРУ. Операцию по ориентации клиньев в основных шпурах производят четырежды, в приконтурных - трижды, а в угловых - дважды, в зависимости от количества соседних шпуров. The development of each layer of the array was carried out by two hydraulic fracturing devices, which allowed to simultaneously create cracks in only one plane of one block of one column. In each hole contouring the block of one column, for the formation of vertical and horizontal cracks, it is necessary that the destructive forces created by the GRU be directed in the opposite direction. The counter direction of action of the GRU forces is provided by the counter orientation of the indicator arrows located in the same plane as the wedges of the hydraulic fracture device and located at the mouth of the holes when the GRU is installed in them. The operation to orient the wedges in the main bore holes is performed four times, in the side holes three times, and in the corner holes twice, depending on the number of neighboring holes.

Этот способ отбойки горной массы может быть использован при отработке подземных залежей, обеспечивая экологически чистую и безопасную технологию. This method of breaking the rock mass can be used when mining underground deposits, providing environmentally friendly and safe technology.

Способ наиболее эффективен в породах с коэффициентом крепости от 8 до 24 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. The method is most effective in rocks with a coefficient of strength from 8 to 24 on the scale of prof. M.M. Protodyakonova.

Достигнутая в эксперименте производительность отбойки горной массы при указанной мощности составила 2 м³ на одного забойного рабочего в смену.The rock breaking output achieved in the experiment at the indicated power was 2 m ³ per one downhole worker per shift.

Claims

METHOD FOR BREAKING MOUNTAIN ARRAY, including drilling a series of holes with a given base, followed by a destructive force on the walls of the holes and excavating the destructible part of the array, characterized in that two adjacent holes at one base are drilled converging and with a search to a depth of not more than 10-15% of the lengths of the converging part, then alternately exert a destructive force on the walls of the holes along their working length in the direction of the shortest distance between the generators of adjacent holes in the vertical plane and in the opposite direction, steam face-parallel plane between adjacent holes in the horizontal plane, and after excavation contoured cracks and degraded portion of the array carry out preparation and breaking of the next layer by its array of drilling cup holes.