PL B1. Sposób wykonywania włomów prostych równoległych dwufazowych z milisekundową inicjacją grupy otworów włomowych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. E21C 41/22 ( ) F42D 3/04 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób wykonywania włomów prostych równoległych dwufazowych z milisekundową inicjacją grupy otworów włomowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 04/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/09 (76) Uprawniony i twórca wynalazku: Podchul Witold,Lubin,PL Małaczyński Krzysztof,Lubin,PL Dulko Tadeusz,Lubin,PL Jędrusiak Ryszard,Lubin,PL PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania włomów prostych równoległych z milisekundową inicjacją grupy otworów włomowych, który stanowi początkową fazę procesu urabiania surowców mineralnych techniką strzelniczą. Sposób ten szczególnie przydatny jest podczas urabiania rud w kopalniach podziemnych. W procesie urabiania twardych i zwięzłych minerałów podstawową stosowaną metodą jest technika strzelnicza. O efektywności robót strzałowych decyduje początkowa faza tego procesu, czyli wykonanie włomu. Przez wykonanie włomu uzyskuje się dodatkową powierzchnię odsłonięcia, ułatwiającą urabianie skały przez pozostałe otwory strzałowe. Obecnie powszechnie stosowane są włomy klinowe, które dobrze spełniają założone zadanie w warunkach przodków o dużych przekrojach i to w skałach miękkich i średnio zwięzłych. Jednak w pracach tunelowych, a także w górnictwie podziemnym, w skałach twardych i bardzo twardych przeważnie stosowane są włomy równoległe. W tej technice wszystkie otwory strzałowe są względem siebie równoległe i przeważnie poziome. Wokół pustych otworów wierci się otwory strzałowe, tworzące włom. Działanie materiału wybuchowego umieszczonego w otworach włomowych o typowej średnicy ukierunkowane jest w stronę otworów pustych, które stanowią dodatkową płaszczyznę odsłonięcia. W górnictwie podziemnym stosowany jest włom cylindryczny - armatni, polegający na odstrzeleniu 5 do 10 otworów rozmieszczonych na obwodzie, dookoła otworu pustego. Odmianą tej metody jest włom cylindryczny z otworem wymiatającym. Otwór środkowy wykonany jest o większej głębokości o 0,8 do 1,5 [m] i załadowany materiałem wybuchowym tylko w części głębszej od pozostałych otworów strzałowych. W tym sposobie odpala się otwory obwodowe, a na końcu otwór środkowy. Inny znany sposób nazwany został włomem pryzmatycznym prostym. Otwory strzałowe rozmieszczone są w środku wyrobiska w kwadrat, wewnątrz którego wywiercony jest otwór pusty wielkośrednicowy. Ta metoda stosowana jest w skałach monolitycznych, bardzo zwięzłych, w wyrobiskach o małych przekrojach, a szczególnie w kopalniach rud. Włom pryzmatyczny powstaje przez odstrzelenie 4 do 10 zbliżonych otworów równoległych, rozmieszczonych w odstępach od 0,1 do 0,2 [m] i wydrążonych na głębokość 3 do 4 [m]. Następny znany sposób - - to włom sekcyjny - pryzmatyczny, który powstaje przez odstrzelenie czterech sekcji po co najmniej cztery otwory strzałowe w sekcji. Otwory w sekcji są tej samej głębokości, lecz o różnej głębokości w przyległych sekcjach. Otwory w każdej sekcji rozmieszczone są w prostokąt, przy czym sekcje są rozmieszczone współosiowo, a przylegające do siebie sekcje są względem siebie obrócone o kąt około 45. W pierwszej kolejności strzela się pojedyncze otwory do głębokości np. 2 [m]. Nie załadowane części otworów sekcji wewnętrznej i sekcji zewnętrznej tworzą dodatkowe powierzchnie odsłonięcia ułatwiające wytworzenie włomu. Otwory krótsze zewnętrzne względem uprzednio odstrzelonych - - rozszerzają i częściowo pogłębiają włom. Natomiast właściwe pogłębienie włomu następuje po odstrzeleniu głębokich na około 4 [m] otworów sekcji centralnej. Znane sposoby wykonywania włomów w wyrobiskach podziemnych w skałach twardych mają szereg niedogodności. Włomy wykonywane bez otworów pustych charakteryzuje duża ilość otworów strzałowych o jednakowej średnicy, lecz o różnej głębokości oraz niezbyt wielka powierzchnia odsłonięcia włomu. Ilość i różnice głębokości otworów utrudniają i przedłużają ładowanie ich materiałem wybuchowym oraz komplikują sposób inicjacji ładunków wybuchowych. W zwięzłych skałach urabianych tym sposobem często pozostają tak zwane fajki rzędu 0,5 [m] i więcej, czyli występuje niezupełne urobienie calizny skalnej. Włomy równoległe z jednym wielkośrednicowym otworem pustym charakteryzuje przedłużony czas wiercenia otworu pustego, a także duża ilość otworów strzałowych rozmieszczonych bardzo blisko siebie - 0,1 do 0,2 [m] w 3 do 4-ch sekcjach, co znacznie zwiększa niebezpieczeństwo zwiercania się otworów. W konsekwencji obniża się skuteczność procesu urabiania skał. Wadą włomu sekcyjno - pryzmatycznego jest duża koncentracja energii materiału wybuchowego na jednostkę objętości skał, długi czas wiercenia otworów strzałowych, nadmierne zużycie materiału wybuchowego, jak również niewielka odległość pomiędzy otworami strzałowymi, a zatem niebezpieczeństwo zwiercania się tych otworów. Celem wynalazku jest uzyskanie wysokiego współczynnika wykorzystania otworów strzałowych podczas urabiania robotami strzałowymi szczególnie skał zwięzłych twardych i bardzo twardych. Ponadto celem wynalazku jest uniknięcie niedogodności dotychczas stosowanych sposobów wykonywania włomów równoległych. Cel ten został osiągnięty przez zmianę sposobu wykonywania włomów prostych, przedstawionego w rozwiązaniu zagadnienia technicznego zgodnie z wynalazkiem. Sposób wykonywania włomów

3 PL B1 3 prostych równoległych polega na rozmieszczeniu otworów strzałowych włomowych w centralnej części czoła przodka, wokół otworów pustych i odpalenie tych otworów według założonego planu. Otwory strzałowe włomowe wierci się w dwóch współosiowych grupach i po załadowaniu ich materiałami wybuchowymi odpala się w dwóch fazach. Wpierw odpala się otwory strzałowe grupy centralnej, rozmieszczone w pobliżu otworów pustych, w odstępach milisekundowych, a po przerwie odpala się otwory strzałowe grupy zewnętrznej, również w odstępach milisekundowych. Podczas odpalania otworów strzałowych w obu grupach stosuje się odstępy czasowe 25 milisekund. Przerwę pomiędzy odpaleniami obu grup otworów przyjmuje się od 75 do 150 milisekund. W technice tej zamiast pojedynczego wielkośrednicowego otworu pustego wykonuje się jako zastępcze, otwory puste o ponadnormatywnej średnicy, lecz w zwiększonej ilości. Otwory puste wierci się o średnicy od 0,051 do 0,105 [m]. Otwory puste i strzałowe rozmieszcza się w odległości od siebie co najmniej 0,25 [m]. Korzystne jest rozmieszczenie otworów strzałowych włomowych obu grup w czworokąt, przy czym otwory umieszczone są w narożach tych czworokątów. Równie korzystne jest rozstawienie otworów strzałowych grupy centralnej na okręgu, łącznie z otworami pustymi, przy czym w środku tego okręgu umieszczony jest jeden z otworów pustych. Natomiast otwory strzałowe grupy zewnętrznej rozmieszczone są w czworokąt. Otwory strzałowe włomowe napełnione są materiałem wybuchowym na całej długości, lecz z największą koncentracją ładunku w części dennej. Otwory strzałowe zamknięte są zatyczkami plastykowymi które blokują gazy postrzałowe i są umieszczone przy wylocie otworu strzałowego, bez kontaktu z ładunkiem materiału wybuchowego. Przedłużają one strefę urabiającego oddziaływania materiału wybuchowego na górotwór i pozwalają zmniejszyć jego zużycie. Zastosowanie sposobu wykonywania włomów, według wynalazku, pozwala przede wszystkim uzyskać zabiory o współczynniku wykorzystania długości otworów strzałowych nie mniejszym niż 0,95. Urobek po odstrzeleniu tworzy zwartą pryzmę, odległą od nowego czoła przodka najwyżej o 10 do 15 [m]. Rozrzut urobku w kierunku wyrobiska jest niewielki, co eliminuje mieszanie kopaliny użytecznej z kamieniem. Natomiast schemat wiercenia otworów jest prosty i czytelny oraz powtarzalny dla różnych skał. Zasadą jest niezmienność geometrii rozmieszczenia otworów grupy centralnej, natomiast rozstaw otworów grupy zewnętrznej należy dostosowywać do właściwości urabianego górotworu. Do wykonywania otworów strzałowych i otworów pustych używa się typowego sprzętu wiertniczego. Ze względu na mniejszą ilość otworów, ich średnice, jeden rodzaj sprzętu wiertniczego, sposób według wynalazku pozwala skrócić czas wiercenia przodka dla kolejnego zabioru. Jednocześnie obniża się zużycie materiałów wybuchowych, zwiększa się bezpieczeństwo załogi i to wszystko przy zwiększonej masie urobku. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia schemat rozmieszczenia otworów strzałowych włomowych w grupach czworobocznych - wariant karo, fig. 2 - przedstawia rozmieszczenie otworów strzałowych w grupie centralnej według okręgu, a w grupie zewnętrznej według kwadratu - wariant kierownica, fig. 3 - przedstawia schemat rozmieszczenia otworów strzałowych włomowych w grupach czworobocznych - wariant spłaszczony, fig. 4 - przedstawia konstrukcję ładunku materiału wybuchowego w otworze strzałowym z zastosowaniem zatyczek plastykowych. P r z y k ł a d 1. Ze względu na twardość skały w chodnikowym przodku urabianie prowadzi się z zastosowaniem techniki włomowania. Układ otworów strzałowych włomowych przedstawiony jest na fig. 1 rysunku. Wszystkie otwory strzałowe o jednakowej średnicy 0,045 do 0,051 [m] wierci się równolegle i na głębokość 3,0 do 4,5 [m]. Otwory strzałowe włomowe wierci się w środkowej części czoła przodka w dwóch grupach. Grupę centralną stanowią dwa otwory puste 1, usytuowane w pionie jeden nad drugim, oraz cztery otwory strzałowe 2. Otwory strzałowe 2 rozstawione są w formie rombu o dłuższej przekątnej pionowej, pokrywającej się z odcinkiem łączącym środki otworów pustych 1. Otwory puste 1 wierci się o średnicy 0,105 [m], a dwa takie otwory zastępują jeden otwór pusty o średnicy 0,148 [m]. W zależności od zwięzłości urabianych skał średnica otworów pustych może zmieniać się od 0,76 do 0,105 [m]. Wszystkie te otwory 1 i 2 wierci się we wzajemnej odległości od siebie wynoszącej od 0,25 [m] w układzie tworzącym razem wzór karo. Współosiowo z tymi otworami 1 i 2 grupy wewnętrznej wierci się cztery otwory strzałowe 3 grupy zewnętrznej. Te otwory strzałowe 3 rozmieszczone są w kwadrat o boku około 0,8 [m]. Następnie wierci się otwory strzałowe urabiające i ładuje

4 4 PL B1 wszystkie otwory strzałowe przodka materiałami wybuchowymi oraz uzbraja zapalnikami. Otwory strzałowe zamyka się w sposób przedstawiony na fig. 4, zatyczkami plastykowymi 4 umieszczonymi przy wylocie otworu strzałowego, bez kontaktu z ładunkiem materiału wybuchowego 5. Dla odpalenia otworów strzałowych włomowych stosuje się inicjację milisekundową z interwałem 25 [ms]. Jako pierwsze odpala się kolejno otwory strzałowe 2 grupy centralnej, które sąsiadują z otworami pustymi 1. Zatem opóźnienia w detonacji ładunków kolejnych otworów wynoszą 25, 50, 75 i 100 [ms], licząc od początku procesu inicjacji. W następstwie detonacji kolejnych ładunków materiału wybuchowego odłamki skalne zderzając się ze sobą dokładnie rozdrabniają się. Powstaje dynamiczna zawiesina gorących sprężonych gazów postrzałowych i miału skalnego, a to uniemożliwia zakleszczanie się urobionych odłamków skalnych w poszerzającym się włomie. Następuje wyrzut powstałej mieszaniny gazowo - skalnej ze strefy urabiania z prędkością [m/s]. Po odpaleniu otworów strzałowych grupy centralnej następuje przerwa 75 do 150 [ms], na opróżnienie strefy wybuchu. Po tej przerwie odpala się otwory strzałowe 3 zewnętrznej grupy z opóźnieniami 200, 225, 250 i 275 [ms] licząc od początku procesu inicjacji ładunków. Jest to druga faza odpalania otworów strzałowych włomowych. Te kolejne kroczące detonacje ładunków powodują powstanie wiru, który ułatwia i podtrzymuje wypływ urobku ze strefy wybuchu. Urobiona skała w ilości 2-3 [m 3 ] zostaje wyrzucona z przodka na odległość max. około 40 [m], a w caliźnie powstaje wnęka włomowa, zapewniająca odsłonięcie powierzchni dostatecznie dużej do dalszego normalnego urobienia calizny z opóźnieniami półsekundowymi za pomocą otworów strzałowych urabiających. Wylot gazów postrzałowych z otworu strzałowego jest zablokowany zatyczkami plastykowymi umieszczonymi w otworze jak na fig. 4, poza strefą odrzucanej części zabioru 6, tak aby detonacja otworów sąsiednich nie spowodowała ich amputacji. Przedłuża się w ten sposób strefę urabiania na nie załadowaną część otworu strzałowego, co pozwala znacznie zmniejszyć zużycie materiału wybuchowego. Jak się okazało w praktycznym zastosowaniu otwory strzałowe urabiające można ładować ładunkami o masie zmniejszonej poniżej 75% ładunku otworów włomowych. Dzięki ograniczeniu wielkości ładunku otworów urabiających i ukierunkowaniu jego działania w stronę wytworzonej wnęki włomowej urobek po odstrzeleniu tworzy zwartą pryzmę, odległą od nowego czoła przodka o 10 do 15 [m]. Natomiast skuteczność urabiania charakteryzowana jest współczynnikiem 0,95 do 0,98. P r z y k ł a d 2. Rozmieszczenie otworów strzałowych włomowych przedstawione jest na fig. 2 rysunku. Również i w tym przypadku urabianie prowadzi się w przodku chodnikowym. Przodek wiercony jest wiertnico-kotwiarką, na zabiór 2,6 [m]. W środkowej części czoła przodka wierci się otwór pusty 1 i następne trzy otwory puste 1 rozmieszczone równomiernie na okręgu o promieniu 0,25 [m], wokół tego pierwszego otworu pustego 1. Otwory puste wierci się o średnicy 0,051 [m], co w efekcie równe jest skuteczności jednego otworu pustego o średnicy 0,102 [m]. Otwory strzałowe 2 grupy centralnej o średnicy 0,038 do 0,042 [m] w ilości trzech wierci się symetrycznie na okręgu między otworami pustymi 1 w układzie tworzącym razem wzór kierownicy. Układ ten jest znamienny tym, że każdy z otworów strzałowych grupy centralnej współpracuje z trzema otworami pustymi niezależnie od pozostałych. Natomiast otwory strzałowe 3 grupy zewnętrznej w ilości czterech, rozmieszcza się współosiowo z grupą wewnętrzną w kwadrat. Inicjację tych otworów strzałowych włomowych prowadzi się podobnie jak w przykładzie 1, co oznacza odpalanie w dwóch fazach z przerwą czasową 125 [ms]. Skuteczność tej metody włomowania jest równa podanej w przykładzie 1. P r z y k ł a d 3. Rozmieszczenie otworów strzałowych włomowych przedstawione na fig. 3 rysunku dla uzyskania wyłomu przodka prowadzonego bardzo niską furtą o wysokości poniżej 1,2 [m] w skałach średnio zwięzłych jest bardzo podobne do podanego w przykładzie 1 z tą różnicą, że dwa otwory puste 1, usytuowane są w poziomie, jeden obok drugiego, a cztery otwory strzałowe 2 rozstawione są w formie rombu o dłuższej przekątnej poziomej, pokrywającej się z odcinkiem łączącym środki otworów pustych 1. Grupa zewnętrzna otworów włomowych 3 tworzy rozciągnięty czworokąt o wysokości dostosowanej do miąższości urabianej warstwy. Pozostałe czynności wiercenia i uzbrajania przodka materiałami wybuchowymi oraz dalszy opis jest identyczny jak w przykładzie 1. Skuteczność urabiania jest praktycznie niezależna od wysokości furty i charakteryzuje się współczynnikiem 0,95 do 0,98.

5 PL B1 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wykonywania włomów prostych równoległych dwufazowych z milisekundową inicjacją grupy atomów włomowych, w którym otwory strzałowe rozmieszczone są w centrum na płaszczyźnie przodka, regularnie wokół otworów pustych i odpalane w kolejności, znamienny tym, że otwory strzałowe wierci się w dwóch współosiowych grupach, przy czym otwory strzałowe odpala się w odstępach co 25 milisekund w dwóch fazach, początkowo otwory strzałowe grupy centralnej, w pobliżu otworów pustych, a po przerwie odpala się otwory strzałowe grupy zewnętrznej. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przerwa pomiędzy fazami odpalania grup otworów strzałowych wynosi od 75 do 150 milisekund. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory strzałowe otaczają grupę otworów pustych ponadnormatywnej średnicy od 0,051 do 0,105 metra. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że otwory puste i strzałowe grupy centralnej rozmieszcza się od siebie w odległości od 0,25 metra. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory strzałowe grupy centralnej rozmieszczone są w romb, natomiast otwory strzałowe grupy zewnętrznej rozmieszczone są w czworokąt. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory strzałowe grupy centralnej, łącznie z otworami pustymi rozmieszczone są na okręgu, w środku którego wywiercony jest otwór pusty, natomiast otwory strzałowe grupy zewnętrznej rozmieszczone są w czworokąt. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory strzałowe obydwóch grup napełnione są materiałem wybuchowym na całej długości, ale z największą koncentracją ładunku w części dennej otworu strzałowego. 8. Sposób wykonywania włomów prostych równoległych dwufazowych z milisekundową inicjacją grupę otworów włomowych, w którym otwory strzałowe rozmieszczone są w centrum na płaszczyźnie przodka, regularnie wokół otworów pustych i odpalane w kolejności, znamienny tym, że otwory strzałowe wierci się w dwóch współosiowych grupach, przy czym otwory strzałowe odpala się w odstępach co 25 milisekund w dwóch fazach, początkowo otwory strzałowe grupy centralnej, w pobliżu otworów pustych, a po przerwie odpala się otwory strzałowe grupy zewnętrznej, przy czym wyloty otworów strzałowych zamknięte są dla gazów postrzałowych zatyczkami. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zatyczki umieszczone są przy wylocie otworu, bez kontaktu z ładunkiem materiału wybuchowego.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.