Расчет параметров и составления паспорта БВР

В настоящее время буровзрывной способ проходки является основным. В цикл проходческих работ при этом входят следующие операции: бурение и заряжание шпуров, взрывание шпуровых зарядов, проветривание забоя, привидение забоя в безопасное состояние, погрузка и транспортирование породы, возведение крепи, настилка рельсовых путей и устройство водоотливной канавки.

На выбор средств бурения шпуров оказывает влияние:

- крепость пересекаемых пород;

- вид энергии;

- величина площади поперечного сечения;

- необходимая скорость подвигания забоя;

- направленное бурение.

Тип применяемых бурильных машин, их количество, способ установки, буровые штанги и породоразрушающий инструмент выбирают по справочникам.

При выборе буровых штанг следует обратить внимание на необходимость соответствия размеров хвостовика по диаметру и типу бурильной машины. Диаметр буровой коронки (резца) должен соответствовать диаметру применяемых патронов ВВ.

В соответствии с горнотехническими условиями проходки горной выработки и требованиями Единых Правил Безопасности при взрывных работах обосновать способ взрывания, тип взрывчатого вещества и средства взрывания.

Расчёты основных параметров буровзрывных работ (БВР) сводятся к определению показателей, необходимых для составления паспорта БВР.

Выбор типа ВВ производится по «Перечню рекомендуемых промышленных взрывчатых материалов».

Для расчёта количества ВВ необходимого на взрывание 1 м³ породы, т.е. удельного расхода ВВ можно воспользоваться формулой М.М. Протодьяконова:

q = 1, 6 * е * * k,

где q – удельный расход ВВ, кг/м³;

е – коэффициент относительной работоспособности ВВ;

f – коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова;

S – площадь поперечного сечения выработки, м²;

k – коэффициент, учитывающий количество обнажённых плоскостей в забое.

Значение удельного расхода ВВ можно принять по справочной литературе. При этом следует иметь в виду, что удельный расход ВВ приведён на взорванный, а не взрываемый объём породы (который будет меньше на величину коэффициента использования шпура).

Для расчёта количества шпуров на весь забой можно применить формулу М.М. Протодьяконова:

N = k * ,

где N – количество шпуров на забой, шт.;

k – коэффициент, зависящий от диаметра шпура и крепости пород, принимается 2; 2, 3; 2, 7; (большее значение при меньшем диаметре и большей крепости пород).

Глубина шпуров определяет трудоёмкость всех операций проходческого цикла и зависит от физико-механических свойств горных пород, площади забоя, применяемого оборудования, организации проходческих работ.

Глубина шпуров может быть определена также, исходя из срока проведения выработки:

l_ш = L / t_p * t_c. * n_см. * n_ц. * , м,

где L – длина выработки, м;

t_p – число рабочих дней в месяце (обычно 25);

t_c – срок проведения выработки, мес.;

n_см – число рабочих смен в сутки;

n_ц – число циклов в смену;

- коэффициент использования шпура.

Обычно глубина шпуров составляет l_ш = (0,5 – 0,8)В, м, где l_ш – глубина комплекта шпуров, м; В – средняя ширина выработки, м.

При проведении подземных разведочных выработок выбуривается комплект шпуров, в котором различают три группы шпуров, играющих различную роль: врубовые шпуры, взрыв зарядов которых производится в первую очередь и обеспечивает формирование врубовой полости, облегчающей процесс отбойки породы остальными зарядами; отбойные шпуры – производят отбойку породы в сторону врубовой полости и оконтуривающие шпуры – заряды в которых, взрываются в последнюю очередь и обеспечивают формирование заданного контура поперечного сечения выработки.

Глубина врубовых шпуров_______________ l_вр. = l_ш./cos + 0,15, м;

Глубина оконтуривающих шпуров_________ l_ок. = l_ш./cos , м;

Глубина вспомогательных шпуров_________ l_всп. = l_ш, м.

При проходке горно-разведочных выработок на практике глубина шпуров принимается равной 1,5 – 2,0; реже 2,5 м.

Глубина отрыва и степень разрушения породы отбойными и оконтуривающими шпуровыми зарядами во многом зависит от глубины и поперечных размеров образованной врубовой полости. Поэтому выбору типа и конструкции вруба следует уделять главное внимание, учитывая в первую очередь опыт, накопленный в аналогичных условиях, поскольку конкретных рекомендаций по наиболее эффективному типу и параметрам вруба в зависимости от характеристик пород и сечения выработки дать трудно.

Наиболее распространенный в горно-разведочной практике – вертикальный клиновой вруб. Его можно применять в породах любой крепости, монолитных, а также при вертикальной трещиноватости или напластований. Данный вруб обеспечивает наименьшее число шпуров в комплекте и меньший удельный расход ВВ. Рациональная глубина заходки 1,5 – 2,2 м, площадь сечения на менее 5 м². При проведении стволов шахт применяются пирамидальный и воронкообразный врубы.

Прямые врубы (особенно призматический) широко используют в выработках малой площади сечения, в отдельных случаях при проведении выработок большой площади сечения, особенно в крепких и крупнообломочных породах.

Клиновой вруб располагают в центральной части забоя, для расчёта глубины врубовых шпуров можно использовать зависимость:

l_вр. = (0,25B + 0, 05) * tg , м,

где B – ширина выработки, м;

- угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя, градус.

Соотношение между числом врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров принимают 1: 0,5: 1,5 и 1: 0,5: 2. Таким образом:

N =n_вр. + n_всп.+ n_ок.,

n_вр. = N * 1/3__________________ число врубовых шпуров,

n_всп. = N * 0,5/3________________ число вспомогательных шпуров,

n_ок. = N * 1,5/3_________________ число оконтуривающих шпуров.

где N - количество шпуров в комплекте.

С увеличением крепости пород и площади забоя число врубовых шпуров изменяется от 2 до 8 и при коэффициенте крепости f= 9-13 составляет 6-8 (при площади забоя более 4 м²). Расстояние между парами врубовых шпуров по вертикали составляет 40 – 50 см.

Расстояние между устьями врубовых шпуров, сходящихся на клин, можно определить по формуле:

а_вр.= 2 l_вр./ tg + в, м,

где в – расстояние между забоями (концами) шпуров, равное 0,2 – 0,25 м.

Углы наклона шпуров рекомендуется принимать равными 53 – 55⁰ в породах с f 12 и 65 – 70⁰ с f 12. Рекомендации могут быть выполнены только в широких забоях (более 2,5 м при глубине вруба более 1 м). Глубина врубовых шпуров принимается на 0,3 – 0,4 м больше глубины остальных шпуров.

Отбойные и оконтуривающие шпуры располагают друг от друга и от полости, образуемой взрывом предыдущих зарядов, на расстояние линии наименьшего сопротивления (л. н. с.), которую определяют по формуле:

W = ,

где p – вместимость 1 м шпура, кг;

q – удельный расход ВВ, кг/м³;

m – коэффициент сближения зарядов, который можно принять равным единице для отбойных и оконтуривающих шпуров.

Вместимость 1 м шпура:

p = * d² * /4

где d – диаметр патрона для патронированных ВВ или диаметр шпура для гранулированных ВВ, м;

- плотность заряда, кг/м³.

Оконтуривающие шпуры располагают друг от друга по контуру на расстоянии, равном в среднем л. н. с.Учитывая разные условия работы зарядов на контуре, расстояние между оконтуривающими шпурами можно принимать равным: (1 – 1,2) W – у кровли выработки, (0,8 – 0,9) W – у почвы и W – в боках.

Во избежание уменьшения ширины выработки в крепких породах с f = 10 – 20 устья оконтуривающих шпуров располагают на расстоянии 0,15 – 0,2 м от стенки, а забои этих шпуров должны выходить на будущий контур выработки на 5 – 7 см (не более 10 см в породах с f = 20). При этом угол наклона оконтуривающих шпуров к плоскости забоя составляет 85 – 87⁰.

Расстояние от боков выработки до устья оконтуривающих шпуров можно определить по формуле:

а_ок = l_ок. * cos , м,

l_ок. – глубина оконтуривающих шпуров, м;

- угол наклона оконтуривающих шпуров, градус.

Расстояние от устья врубовых шпуров до оси выработки определяется из выражения:

а_вр. = l_вр. * cos + b/2, м,

b – расстояние между концами врубовых шпуров, м;

l_вр. – длина врубовых шпуров, м;

- угол наклона врубовых шпуров.

В шахтах не опасных по газу и пыли:

- b = (0,1 – 0,4) м – для породных забоев;

- b = (0,4 – 0,6) м – для угольных забоев.

В шахтах опасных по взрыву газа и пыли:

- b = (0,3 – 0,45) м – по породе;

- b = (0,6) м – по углю.

При проведении разведочных выработок, вначале рассчитывается суммарный заряд (расход ВВ) на весь комплект шпуров, на заходку по формуле:

Q_заб. = q * S * l_к, м,

q – удельный расход ВВ, кг/м³;

S – площадь поперечного сечения выработки вчерне, м²;

l_к – средняя глубина комплекта шпуров, м.

Средняя величина заряда на один шпур определяется по формуле:

Q_ср. = Q_заб./N, кг,

Q_заб. – величина заряда на забой, кг;

N – количество шпуров в комплекте.

Для лучшего эффекта взрывания и рационального расхода ВВ, вес заряда врубовых шпуров рекомендуется принимать на 20 – 30% больше среднего веса заряда. Во вспомогательных и отбойных шпурах масса заряда равна средней массе. В оконтуривающих шпурах, расположенных у кровли, массу заряда принимают равной 0,8, в остальных – средней. Иногда для лучшей проработки почвы выработки массу заряда в этих шпурах увеличивают на 10 – 15% по сравнению со средней массой или уменьшают расстояние между шпурами. Тогда,

q_вр. = 1,2 * q_ср., q_всп. = q_ср. = q_ок.,

Количество патронов:

n’_вр. = q_вр./q_{п .}____________для врубовых шпуров;

n’_всп. = q_всп./ q_п.___________ для вспомогательных шпуров;

n’_ок. = q_ок/ q_{п.__________________} для оконтуривающих шпуров.

где q_п – масса патрона принятого ВВ, кг.

Количество патронов в шпуре должно быть только целое, ломать патроны запрещено. Поэтому фактическая величина зарядов в шпурах несколько отличается от расчётной.

Фактический расход ВВ на заходку (цикл):

Q_ф. = q_п. * (n’_вр * n_вр + n’_всп. * n_всп. + n’_ок. * n_ок.), кг.

Принятые заряды надо проверять на заполнение по формуле:

l_зар.= n * l_п. k₁ * l_ш., м,

где l_зар – длина заряда в шпуре, м;

n – число патронов в шпуре;

l_п. – длина одного патрона ВВ, м;

k₁ – максимальный коэффициент заполнения шпуров по длине;

l_ш – длина шпура, м.

Если фактическая длина зарядов в шпуре больше максимально допустимой, необходимо принимать более мощные ВВ или увеличить диаметр патронов. Далее определяем ожидаемые показатели результатов взрыва.

Подвигание (уходка) забоя за взрыв:

l_ц.= l_к. * , м,

где - коэффициент использования шпура (0,7 – 0,9).

Фактический объём отбитой породы в массиве за цикл:

V_ф. = l_ух.* S, м³.

Определение количества шпуро-метров на цикл:

L_ш-м.= l_вр./sin * n_вр + l_всп. * n_всп. + l_ок./sin * n_ок.

Удельный расход шпура на 1 м уходки:

l_шм.= L_ш-м/ l_ух.

Удельный расход шпура на 1 м³ горной породы:

l_шп.= L_ш-м/ V_ф.

Фактический расход ВВ на 1 м³:

q_ф. = Q_ф./ V_ф., кг/м³.

Удельный расход ВВ на 1 м проходки:

q’_ф. = Q_ф./ l_ух., кг/м.

Завершаем разработку паспорта БВР выбором способа взрывания, расчётом интервалов замедления, взрывной сети и расхода средств инициирования.

3.3.4 Составление паспорта проветривания горной выработки.

 

Проветривание подземной геологоразведочной выработки производится в строгом соответствии с паспортом проветривания, форма которого и инструкция по его составлению приведена в П.Б. при геологоразведочных работах.

В процессе проведения все разведочные выработки по условиям проветривания относятся к тупиковым, т.е. в них исключается сквозное движение вентиляционной струи. Способ проветривания выбирается с учётом горно-геологических условий проходки, длины и площади поперечного сечения выработки и в соответствии с правилами безопасности.

Необходимое количество воздуха для проветривания тупиковых разведочных выработок определяется по трём факторам:

- количество людей в забое

Q_заб.= 6 * n, м³/мин.,

где n – максимальное количество людей, работающих одновременно в выработке;

6м³/мин. – норма подачи воздуха на одного рабочего.

- по скорости воздушной струи с учётом пылевого фактора

Q_заб.= V * S * 60, м³/мин.,

где V – скорость движения воздуха по выработке, м/с (согласно Н.Б. не менее 0,15 и не более 6 м/с, по пылевому фактору – 0,35 м/с).

- по условию разбавления и выноса газов, образующихся при взрывных работах, до безопасной концентрации

Q_заб. = 2,3 * z / t * , - для комбинированного способа

где А – количество одновременно взрываемых ВВ, кг;

S – площадь поперечного сечения выработки вчерне, м²;

l_з.о. – длина зоны выброса газов при взрыве зарядов (50 - 90) м;

b – объём вредных газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, м³/кг (40 м³/кг);

z – коэффициент запаса (1,3);

t – нормальное время проветривания выработки, мин (30 мин.).

Из всех значений Q_{заб .}, полученных с учётом различных факторов, заокончательное принимают наибольшее. Производительность вентилятора Q_в. должна быть больше Q_{заб .} с учётом утечки воздуха через неплотности в трубопроводе:

Q_в. = Q_заб. (1 + P * L/100),

где P – коэффициент утечек (на 100 м Р=0,1 – для тканевых труб, Р=0,1 – 0,22 – металлического вентиляционного трубопровода).

L – длина вентиляционного трубопровода.

Величина напора вентилятора:

h = 6, 48 * *(L/d⁵ ) * Q_в.², Па,

- коэффициент аэродинамического сопротивления;

Q - производительность вентилятора, м³/сек.

Диаметр вентиляционного трубопровода:

d_тр.= 0,22 * , м,

S_св. – площадь поперечного сечения в свету, м²;

Полный напор с учётом местных сопротивлений:

h_в = 1,2 * h.

После определения Q_в. и h_в. по справочникам подбираем вентиляторы.