RU2209308C2

RU2209308C2 - Method of pillar breaking under conditions of high rock pressure

Info

Publication number: RU2209308C2
Application number: RU2001102006A
Authority: RU
Inventors: Г.М. Бурмин; Б.В. Покровский; П.А. Филиппов; В.В. Дорогунцов; А.П. Гайдин; В.Л. Меер; В.В. Приб; В.Н. Филиппов; А.В. Пестерев
Original assignee: ОАО "Восточный научно-исследовательский горнорудный институт"
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: ore mining industry, methods of ore breaking by drilling and blasting operations; applicable in ore deposit mining under conditions of high rock pressure. SUBSTANCE: method of pillar breaking includes drilling of borehole rows, charging and blasting of boreholes. In course of short-delay blasting, imparted to ore pillar, in horizontal section, is shape of one sheet hyperboloid of rotation with permissible minimum thickness whose value is determined by formula given in invention description. Boreholes on side of bare pillar are located over generating line of hyperboloid of rotation and charges of these boreholes are blasted by short-delay method, for instance, every other one. Boreholes along pillar axis are located rectilinearly in one row with charge weight rising from center to flank of pillar and blasted in the last. EFFECT: higher quality of ore crushing, reduced consumption of explosives, volumes of drilling operations and borehole losses in block provided safety for workers drawing rock from block. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горнорудной промышленности, в частности к способам отбойки с помощью буровзрывных работ, и может быть использовано при разработке месторождений в условиях повышенного горного давления. The invention relates to the mining industry, in particular to methods of breaking using drilling and blasting, and can be used in the development of deposits in conditions of high rock pressure.

Известен способ массового обрушения целиков зарядами ВВ параллельно-сближенных скважин, которые располагают рядами на расстоянии один от другого, равным или близком к величине ЛНС (W). There is a method of mass collapse of pillars by explosive charges of parallel-contiguous wells, which are arranged in rows at a distance from one another, equal to or close to the value of LNS (W).

При этом количество скважин в пучке в каждом ряду принимают одинаковыми независимо от места их расположения и условий работы каждого заряда (см., например, а. с. 160134 от 18.04.61 г., В.Н. Мосинец и др. Разрушение горных пород. М., Недра, 1975 г.). In this case, the number of wells in the beam in each row is assumed to be the same regardless of their location and the operating conditions of each charge (see, for example, A. p. 160134 from 04/18/61, V.N. Mosinets and others. Rock destruction . M., Nedra, 1975).

Такое расположение зарядов ВВ характеризуется низкой степенью взаимодействия между собой при взрыве за счет того, что условия работы зарядов ВВ в каждом ряду и между рядами не остаются постоянными, а изменяются по площади блока (целика) в зависимости от напряжений, условий зажима, возникающих в каждом поперечном сечении блока, причем согласно исследованиям (см., например, А.В. Вагаев. Оценка влияния глубины разработки на удельный расход ВВ при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. - Горный журнал "Известия ВУЗов", 1978, 6, с.22-23) с понижением горных работ возрастает удельный расход ВВ на отбойку. Such an arrangement of explosive charges is characterized by a low degree of interaction between themselves during an explosion due to the fact that the operating conditions of explosive charges in each row and between rows do not remain constant, but vary in the area of the block (pillar) depending on the stresses and clamping conditions that occur in each the cross section of the block, and according to research (see, for example, A.V. Vagaev. Assessing the influence of the development depth on the specific consumption of explosives during underground mining of mineral deposits. - Mining journal Izvestiya VUZov, 1978, 6, p.22- 2 3) with a decrease in mining operations, the specific consumption of explosives for breaking increases.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ разрушения целиков, включающий бурение рядов скважин, заряжание их зарядами ВВ и взрывание с образованием зон растягивающих напряжений в изолированных друг от друга участков массива столбообразной формы с неограниченным количеством плоскостей обнажения, которые разрушаются в последнюю очередь мощными зарядами ВВ (см., например, а.с. 1453001, СССР, кл. Е 21 С 41/06, F 42 d 3/04). Closest to the proposed solution in terms of technical nature and the achieved result is a method of destroying pillars, including drilling rows of wells, charging them with explosive charges and blasting with the formation of zones of tensile stresses in isolated sections of a columnar-shaped array with an unlimited number of outcrop planes that are destroyed in last of all, with powerful explosive charges (see, for example, AS 1453001, USSR, class E 21 С 41/06, F 42 d 3/04).

Однако недостатком данного способа является то, что естественные сжимающие напряжения в разрушаемом целике в момент работы зарядов значительно снижаются и не оказывают существенного влияния на дробление горных пород, т.е. горное давление не способствует снижению энергоемкости отбойки. However, the disadvantage of this method is that the natural compressive stresses in the destructible pillar at the time of operation of the charges are significantly reduced and do not significantly affect the crushing of rocks, i.e. rock pressure does not reduce the energy consumption of breaking.

Единый технический результат предлагаемого изобретения - снижение расхода ВВ на отбойку, объемов бурения и потерь скважин за счет использования сжимающих напряжений в разрушаемом рудном целике на дробление горных пород. A single technical result of the present invention is the reduction of explosive consumption for breaking, drilling volumes and well losses due to the use of compressive stresses in the destroyed ore pillar for crushing rocks.

Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем бурение рядов скважин, их заряжание и взрывание, рудному целику в процессе КЗВ придают форму в горизонтальном сечений однополостного гиперболоида вращения с предельно минимальной толщиной, величину которой определяют по формуле

где В_бл - ширина блока нормально к действию сжимающих напряжений, м;
[σ_сж]- предел прочности пород на сжатие рудного целика, МПа;
К_Н - предельно допустимый коэффициент удельной нагрузки от предела прочности целика, дол.ед.;
σ₂- фактически действующие сжимающие напряжения в районе расположения разрушаемого рудного целика, МПа.The specified single technical result is achieved by the fact that in the known method, including drilling a series of wells, loading and blasting them, the ore pillar is shaped in the horizontal section of a single-sheeted hyperboloid of rotation with an extremely minimum thickness, the value of which is determined by the formula

where In _bl - the width of the block is normal to the action of compressive stresses, m;
[σ _Sg ] is the compressive strength of the rocks of the ore pillar, MPa;
K _N - the maximum allowable coefficient of specific load from the ultimate strength of the pillar, dol.ed .;
σ ₂ - actually operating compressive stresses in the area of the destruction of the ore pillar, MPa.

При этом скважины со стороны обнажении целика располагают по образующей гиперболоида вращения и взрывают заряды этих скважин короткозамедленным способом, например, через один в первую очередь, а по оси целика скважины располагают прямолинейно в один ряд с увеличением массы зарядов скважин от центра к флангам целика и взрывают их в последнюю очередь. In this case, the wells from the side of the pillar exposure are positioned along the generatrix of the hyperboloid of rotation and detonate the charges of these wells in a short-delayed manner, for example, through one in the first place, and along the pillar axis the wells are placed in a straight line in line with the increase in the mass of the charges of the wells from the center to the flanks of the pillar and explode them last.

При этом массу зарядов ВВ 6 центральной части целика и зарядов 4-5, расположенных по образующей гиперболоида вращения, определяют расчетным путем для обычных условий отбойки, а величину угла (ρ) наклона образующей к линии контакта рудного тела по простиранию определяют по формуле

град.In this case, the mass of explosive charges 6 of the central part of the pillar and charges 4-5 located along the generatrix of the hyperboloid of rotation is determined by calculation for the usual breaking conditions, and the angle (ρ) of the inclination of the generatrix to the contact line of the ore body along the strike is determined by the formula

hail.

Разрушаемый целик после такого расположения и взрывания зарядов ВВ со стороны обнаженных плоскостей приобретает в горизонтальном сечении форму гиперболоида вращения, находящегося в сложном напряженно-деформируемом состоянии. Destructible pillar after such an arrangement and detonation of explosive charges from the side of exposed planes takes on a horizontal section in the form of a hyperboloid of revolution in a complex stress-strain state.

Рассматривая такой целик как балку, защемленную с двух сторон и подверженную горному давлению, можно считать, что естественные сжимающие напряжения в ней на момент разрушения центральными зарядами ВВ достигают величины, близкой к пределу прочности рудного целика. Considering such a pillar as a beam, pinched on both sides and subject to rock pressure, we can assume that the natural compressive stresses in it at the time of destruction by central explosive charges reach a value close to the ultimate strength of the ore pillar.

Большие напряжения возникают в центральной части целика и меньшие у флангов. Larger stresses occur in the central part of the pillar and lesser at the flanks.

Отсюда следует, что массу зарядов ВВ, расположенных по оси целика, необходимо рассчитывать с учетом взрываемого объема каждым зарядом, удельного расхода ВВ, уменьшенного в соответствии с коэффициентом концентрации естественных напряжений, действующих вдоль целика, а также коэффициента, учитывающего величину зажима взрываемого участка массива, и определять по формуле
Q=q_o • V_i • K_i • И_i, кг, (3)
где q_o - удельный расход ВВ на отбойку без учета напряженного состояния взрываемой среды, кг/м³;
V_i - объем горной массы, приходящийся на один заряд, м³;
K_i - коэффициент, учитывающий величину зажима взрываемой среды, дол.ед.;
И_i - коэффициент концентраций на момент разрушения центральной части целика.It follows that the mass of explosive charges located along the axis of the pillar must be calculated taking into account the explosive volume by each charge, the specific explosive flow rate reduced in accordance with the concentration coefficient of natural stresses acting along the pillar, as well as the coefficient taking into account the amount of clamping of the explosive section of the array, and determined by the formula
Q = q _o • V _i • K _i • And _i , kg, (3)
where q _o is the specific consumption of explosives for breaking without taking into account the stress state of the explosive medium, kg / m ³ ;
V _i is the volume of rock mass per charge, m ³ ;
K _i - coefficient taking into account the magnitude of the clamp of the explosive medium, dol.ed .;
And _i is the concentration coefficient at the time of destruction of the central part of the pillar.

Определяются по формуле

где К_Н - расчетная величина коэффициента нагружения пород от предела прочности, при котором возникает динамическая форма разрушения горной породы при сжатии.Determined by the formula

where K _N is the calculated value of the coefficient of rock loading from the ultimate strength at which a dynamic form of rock destruction occurs during compression.

По данным исследований института ВостНИПРИ, К_Н=0,7÷0,85 и зависит от физико-механических свойств пород целика и определяется экспериментальным методом.According to research by the VostNIPRI Institute, К _Н = 0.7 ÷ 0.85 and depends on the physical and mechanical properties of the pillar rocks and is determined by the experimental method.

Напряжения, действующие вкрест простирания рудного целика (блока) с учетом глубины отработки определяются по формуле
σ₂ = 0,01•H•γ•K_к, МПa, (5)
где Н - глубина расположения обращаемого целика от земной поверхности, м;
γ - плотность налегающих пород, т/м³;
К_к - коэффициент концентрации горизонтальных тектонических напряжений, действующих на целик, дол.ед.Stresses acting across the strike of the ore pillar (block) taking into account the depth of mining are determined by the formula
σ ₂ = 0.01 • H • γ • K _k , MPa, (5)
where N is the depth of the reversible pillar from the earth's surface, m;
γ is the density of the overlying rocks, t / m ³ ;
To _to - the concentration coefficient of horizontal tectonic stresses acting on the rear, dol.

Определяется экспериментальным путем. It is determined experimentally.

Для железорудных месторождений Юга Западной Сибири К_к=3,5÷8,0 в зоне влияния очистной выемки.For iron ore deposits in the South of Western Siberia, K _k = 3.5 ÷ 8.0 in the zone of influence of the treatment excavation.

Увеличение массы зарядов ВВ, расположенных по оси целика в зависимости от объема разрушения, обеспечит равномерное дробление по всей площади блока, а взрывание их в последнюю очередь в условиях предельно-напряженного состояния пород на сжатие обеспечит снижение расхода ВВ на отбойку за счет использования энергии горного давления на дробление пород и, как следствие, уменьшение объема буровых работ. An increase in the mass of explosive charges located along the axis of the pillar depending on the volume of destruction will ensure uniform crushing over the entire block area, and blasting them last, under conditions of the ultimate stress state of the rocks in compression, will reduce the explosive consumption for breaking due to the use of rock pressure energy on crushing rocks and, as a result, a decrease in the volume of drilling work.

Предложенное техническое решение отличается от известного а.с. 1453001 следующими отличительными признаками:
- оконтуривающие скважины со стороны обнажений целика располагают по образующей гиперболоида вращения;
- центральная часть целика на последнем этаже КЗВ принимает форму гиперболоида вращения, а ее размеры обеспечивают условия, при которых начинает возникать динамическая форма разрушения целика при сжатии;
- напряжения сжатия не снимаются в момент взрыва, а используются на полезную работу разрушения горных пород;
- заряды ВВ, расположенные по оси целика с увеличением их массы от центра и флангам, взрывают в последнюю очередь в условиях предельно допустимой нагрузки от предела прочности горных пород, что способствует равномерному и качественному дроблению.The proposed technical solution differs from the known A.S. 1453001 with the following distinguishing features:
- contouring wells from the outcrops of the pillar are placed along the generatrix of the hyperboloid of rotation;
- the central part of the pillar on the top floor of the KZV takes the form of a hyperboloid of rotation, and its dimensions provide the conditions under which the dynamic form of collapse of the pillar begins to appear during compression;
- compressive stresses are not removed at the time of the explosion, but are used for the useful work of rock destruction;
- explosive charges located along the axis of the pillar with an increase in their mass from the center and flanks, explode last of all under conditions of maximum permissible load from the rock's tensile strength, which contributes to uniform and high-quality crushing.

Сущность предлагаемого способа разрушения целиков в условиях высокого горного давления поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показан план бурового горизонта с расположением зарядов ВВ; фиг.2 - поперечный разрез добычного блока. The essence of the proposed method for the destruction of pillars under high rock pressure is illustrated in figures 1 and 2. Figure 1 shows the plan of the drilling horizon with the location of explosive charges; figure 2 is a cross section of a mining block.

Указанный способ осуществляется следующим образом. В целике 1 проходят выработки 2, расстояние между которыми равно t_min. Из выработок 2 проходят заходки 3, из которых бурят скважины 4 и 6 с ЛНС, равной W₁, а скважины 5 располагают по образующей однополостного гиперболоида вращения - это линии, проведенные под углом ρ к линии нормальной к оси целика на скважины 5', расположенные на границе t_min. По оси целика из выработки 7 бурят скважины 8, количество массы зарядов которых увеличивают от центра к флангам блока в соответствии с объемом разрушения.The specified method is as follows. In pillar 1 are the workings 2, the distance between which is equal to t _min . From workings 2, passes 3 pass, of which wells 4 and 6 are drilled with LNS equal to W ₁ , and wells 5 are located along the generatrix of a single-cavity hyperboloid of rotation - these are lines drawn at an angle ρ to the line normal to the axis of the pillar at the wells 5 ', located at the border of t _min . Wells 8 are drilled along the axis of the pillar from the working hole 7, the amount of charge mass of which is increased from the center to the flanks of the block in accordance with the volume of destruction.

Массу зарядов ВВ во всех случаях принимают дифференцированно и определяют по формуле (3). The mass of explosive charges in all cases is taken differentially and determined by the formula (3).

В первую очередь короткозамедленным способом взрывают заряды скважин 6 в центральной части целика по обе стороны от осевой выработки 7. Затем заряды скважин 4 и 5 КЗВ, например, через один. После чего горизонтальное сечение целика принимает форму однополостного гиперболоида вращения с параметрами, при которых напряжения в нем достигают максимальной величины, соизмеримой с пределом прочности горных пород. В последнюю очередь также КЗВ взрывают заряды скважин 8, расположенные по оси целика (параболоида вращения). Работа этих зарядов происходит в условиях предельного нагружения пород, при котором возникает динамическая форма разрушения горных пород при сжатии, что способствует повышению дробления без дополнительных энергозатрат. First of all, in a short-delayed manner, the charges of wells 6 are blown up in the central part of the pillar on either side of the axial output 7. Then, the charges of wells 4 and 5 of the well, for example, through one. After that, the horizontal cross-section of the pillar takes the form of a one-sheeted hyperboloid of revolution with parameters at which the stresses in it reach a maximum value commensurate with the ultimate rock strength. Last but not least, blast holes explode the charges of the wells 8 located along the axis of the pillar (rotation paraboloid). The work of these charges occurs under extreme rock loading, in which there is a dynamic form of rock destruction during compression, which contributes to an increase in crushing without additional energy costs.

Предлагаемый способ взрывной отбойки целиков по сравнению с прототипом (а.с. 1453001) позволяет
повысить качество дробления руды при массовом обрушении блоков;
сократить расход ВВ на отбойку за счет использования высокого горного давления при наличии тектонического поля напряжений;
снизить объемы буровых работ и потерь скважин в блоке.The proposed method of explosive blasting of pillars in comparison with the prototype (AS 1453001) allows
to improve the quality of ore crushing during mass collapse of blocks;
reduce explosive consumption for breaking through the use of high rock pressure in the presence of a tectonic stress field;
reduce the volume of drilling and well losses in the block.

4. Обеспечить безопасность труда рабочих на выпуске руды из блока. 4. To ensure the safety of workers on the release of ore from the block.

Claims

A method of destroying pillars in conditions of high rock pressure, including drilling a series of wells, loading and blasting, characterized in that the ore pillar is shaped in the horizontal section of a single-sheet rotational hyperboloid with an extremely minimal thickness in the process of short-blown blasting, the value of which is determined by the formula

where B _bl. - block width along strike, m;
[σ _sg ] - ultimate strength of ore pillars, MPa;
To _n - the maximum allowable coefficient of specific load from the ultimate strength, dol.ed .;
σ ₂ - actual stresses acting across the strike in the area of destruction of the ore pillar, MPa,
in this case, the wells from the side of the pillar outcrops are placed along the generatrix of the hyperboloid of rotation and detonate the charges of these wells in a short-delayed manner, for example, through one, and along the axis of the pillar of the well they are placed in a straight line in a row with the increase in the mass of charges of the wells from the center to the flanks of the pillar and blow them last turn.