Технология проведения взрывных работ

При подземных выработках

Введение

При ведении взрывных работ в угольных шахтах в основном используются шпуровые заряды. Последовательность операций: в массиве по забою бурят шпуры, в шпуры помещают заряд ВВ, забойку, затем собирают взрывную сеть и взрывают заряды с заданной очередностью в соответствие с утвержденным паспортом буровзрывных работ

 

Шпуровые заряды ВВ

Шпур представляет собой полость, выполненная в виде цилиндра диаметром до 75 мм и длиной до 5 м, пробуренная в породе и предназначенная для размещения заряда ВВ. Начало шпура называют устьем, а конец шпура (торцевая часть) – забоем или дном шпура, боковую поверхность – стенками шпура. Основные параметры шпура: диаметр d_Ш, длина l¹_Ш и глубина l_Ш (рис.51). Из-за того, что стенки шпура имеют выступы до 1,5 мм и на патронах ВВ имеются также неровности (вмятины, уширения и др.), в угольных шахтах при бурении используют коронки диаметром 41 – 43 мм для патронов ВВ диаметром 36 и 32 мм. Коронками диаметром 51-53 мм бурят шпуры для патронов ВВ диаметром 45 мм.

Длина шпура – расстояние по оси шпура от дна до его устья (l¹_Ш). Глубина шпура – перпендикуляр, опущенный от дна шпура до поверхности забоя (l_Ш), т.е. это есть глубина заложения шпура в горном массиве:

l_Ш=l¹_Ш sinα,

где α – угол между забоем выработки и осью шпура.

Практика проведения взрывов в забоях с одной открытой поверхности показывает, что рациональные длины шпуров в зависимости от крепости пород следующие:

- в крепких породах: l¹_Ш=1,5-1,8 м;

- в породах средней крепости: l¹_Ш=1,8-2,2 м;

- в слабых породах: l¹_Ш=2,2-2,5 м.

При взрывах с двумя открытыми поверхностями длина шпуров составляет 1,8–5,0 м, но чаще l¹_Ш=2,2-3,0 м. При взрывании по углю и породе длина шпуров должна быть не менее 0,6 м. Как правило, шпуровой заряд разрушает породу в зоне, ближайшей к забою. Донная часть остается в неразрушенной породе в виде так называемого "стакана" (рис.52).

Рис.51. Основные параметры шпура.

 

Рис.52. Часть массива пород после взрыва шпурового заряда.

Запрещается во всех случаях разбуривать "стаканы" вне зависимости от наличия или отсутствия в них остатков ВМ. Строго запрещено бурить шпуры следующего цикла через стаканы, поскольку в стаканах часто остается ВВ.

Важным параметром является величина l_ЗАХ – продвигание забоя за одно взрывание или за один цикл; l_ЗАХ всегда меньше l_Ш. Отношение продвигания забоя за одно взрывание к глубине шпуров называется коэффициентом использования шпуров – К_ИШ:

К_ИШ=l_ЗАХ/l_Ш; (К_ИШ ≤ 1).

Нормативное значение К_ИШ равно 0,8. На передовых проходках К_ИШ достигает 0,9 – 0,95 иногда 0,97 – 1,0 в слабых породах. При проектировании буровзрывных работ значения К_ИШ рекомендуется выбирать следующие:

- на одну открытую поверхность 0,8 –0,85;

- на две открытые поверхности 0,9 – 0,95.

При проведении промышленных испытаний новых типов ВВ и новых технологий ведения взрывных работ КИШ устанавливают по продвиганию забоя за определенный период времени, как правило, за 10 взрываний за этот контрольный период (циклов).

 

Основные взрывные врубы

При проведении выработок имеется чаще всего одна открытая поверхность – забой, в котором перпендикулярно и наклонно к его поверхности бурят и взрывают комплект шпуров (от 10 до 60 и более). Взрыв комплекта шпуров должен отвечать следующим требованиям:

1 – первоначально необходимо создать взрывом части шпуров дополнительную вторую открытую поверхность, чтобы усилить разрушительное действие остальных зарядов;

2 – разрушить породу в сечении выработки на куски требуемых размеров, а навал породы получить компактным для эффективной работы погрузочных машин, обеспечить безопасность людей и исключить повреждения крепи и оборудования выработок;

3 – образовать сечение выработки, максимально близкое к проектному, сведя к минимуму недоборы и переборы породы, обеспечить высокий К_ИШ, а также исключить нарушение естественной прочности массива за контуром сечения выработки.

Критерием правильного оконтуривания является коэффициент излишка сечения (К_ИС) – отношение фактической площади поперечного сечения выработки в проходке S_Ф.ПР. к площади проектного поперечного сечения вчерне S_ВЧ.

К_ИС=S_Ф.ПР./S_ВЧ.

Нормативное значение К_ИС равно 1,03-1,05.

4 – затраты времени и стоимостные показатели БВР (удельные затраты) должны быть минимальные.

Для достижения указанных результатов взрыва в комплекте шпуров применяют врубовые, отбойные, оконтуривающие и наклонные шпуры, прямые (призматические врубы) и комбинированные врубы.

Врубовые шпуры (на рис.53 №№ 1–4) – взрыв зарядов создает дополнительную (вторую) открытую поверхность в забое и улучшает условия взрывания остальных шпуров. Врубовые шпуры обычно бурят на 0,2–0,3 м глубже остальных, а величина зарядов врубовых шпуров на 15–20% больше, чем в остальных.

Отбойные шпуры (на рис.53 №№ 5–9) взрывают после врубовых, предназначены для расширения полости, образованной врубом. При малых сечениях выработки отбойных шпуров может не быть, а при большом сечении отбойными шпурами разрушают основную часть породы в забое.

Оконтуривающие шпуры (на рис.53 №№ 10–22). Заряды в этих шпурах взрывают последними. Они предназначены для придания выработке проектного сечения. Концы оконтуривающих шпуров в крепких породах выпускают за проектный контур на 100–150 мм, а в мягких породах располагают на проектном контуре выработок. В выработках прямоугольного, трапециевидного и сводчатого сечения применяют наклонные и прямые врубы.

Наклонные врубы образуют шпурами, пробуренными наклонно под углом 60°–70° к поверхности забоя. Расстояние между концами шпуров 10–20 см. В трещиноватых породах шпуры располагают так, чтобы они пересекали поверхности трещин под углом 90°.

Прямые (призматические) врубы (рис.54) образуют шпурами, пробуренными перпендикулярно поверхности забоя (параллельно оси выработки). При этих врубах, как правило, один или несколько шпуров оставляют незаряженными для создания дополнительных открытых поверхностей, облегчающих разрушительное действие остальных шпуров. Расстояние между соседними шпурами 20–30 см, в очень крепких породах – 5–10 см.

Однако наиболее надежные врубы - щелевые, рис.54,а, призматические, рис.54,б, и спиральные шагающие, рис.54,в. Применение спирально-шагающих врубов требует использования только прессованных ВВ. Области применения прямых и наклонных врубов зависят от глубины

шпуров (l), сечения выработки (S), коэффициента крепости пород (f) и могут быть определены по графикам рис.55.

Из комбинированных врубов наибольший интерес представляет шагающий пирамидально-клиновой вруб, рис.56, состоящий из девяти шпуров. Шпур №1 – центральный, имеет наименьшую глубину (1 – 1,2 м) заряд из одного патрона ВВ. Этот шпур бурится перпендикулярно поверхности забоя. Шпуры №№ 2 – 5 располагаются на равных расстояниях от №1. Глубина этих шпуров, считая от центрального, постепенно увеличивается с интервалом 0,2 – 0,33 м. Заряды также увеличиваются на один патрон, т.е. на 0,25 – 0,3 кг в каждом последующем шпуре по сравнению с предыдущим. Бурят с некоторым наклоном к оси шпура №1. Очередность взрывания соответствует номерам шпуров. После взрыва шпуров 1 – 5 через 15 – 30 мс взрывают заряды в шпурах №№ 6 – 9.

Рис.53. Схема расположения врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров: а – пример размещения шпуров в сечении забоя; б – вид сбоку; в – вид сверху.

 

Рис. 6.4. Некоторые схемы расположения прямых врубов:

а – щелевой вруб; б – призматический вруб;; 1 – заряженный шпур; 2 – незаряженный шпур; в – спиральный шагающий вруб: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – номера зарядов и соответствующая последовательность их взрывания.

 

Рис.55. Графики зависимости области определения наклонных и прямых врубов от глубины шпуров (а) и сечения выработки (б).

Рис.56. Шагающий пирамидально-клиновый вруб

Прямые врубы с глубокими шпурами, в которых использован эффект взрывной запрессовки, свободной от заряда части шпуров, взрываемых с замедлением, а также прямые врубы с дополнительными очищающими врубовую полость зарядами, показаны на рис.57,а и 57,б соответственно.

На рис.58 приведены схемы врубов, которые наиболее часто применяются в шахтах при взрывных работах.

Целесообразный интервал замедлениямежду врубовыми и отбойными шпурами составляет 50 – 75 мс, а между отбойными и оконтуривающими шпурами – 15 – 25 мс. С увеличением крепости пород интервал замедления уменьшается. Увеличенный интервал замедления между врубовыми и отбойными шпурами объясняется тем, что время разрушения породы врубовыми зарядами, работающими при одной открытой поверхности, больше чем у отбойных и оконтуривающих.

Рис.57. Схема расположения прямых врубов с глубокими шпурами:

а – со взрывной запрессовкой; б – с очищающими врубовую полость зарядами; 1 – разрушающий заряд; 2 – очищающий заряд; 0, 50 – время замедления, мс.

Минимально допустимое расстояние между смежными шпуровыми зарядами должно составлять не менее величин, указанных в табл. 17.

В породах с f >10 расстояние между смежными шпуровыми зарядами должно определяться нормативами, разработанными по согласованию с организацией-экспертом по безопасности работ.