Методика расчета параметров буровзрывных работ при проведении горныхвыработок

Комплект шпуров на забой при проведении горных выработок состоит из нескольких групп, названия которых соответствуют их назначению, а именно: врубовые, вспомогательные или отбойные, контурные и почвенные шпуры. В соответствии с назначением указанных групп шпуров основные параметры их расположения (расстояние между шпурами, ЛНС), масса заряда шпуров каждой группы  и их конструкции будут различны. Поэтому приведенная ниже методика расчета предусматривает определение параметров каждой группы шпуров.

Задачей расчета параметров взрывной отбойки является определение числа и взаимного расположения шпуров в забое, массы заряда.

Для составления типовых паспортов БВР для проведения горных выработок на подземных рудниках АО «Апатит»  расчет параметров буровзрывных работ необходимо вести в  следующей последовательности. Основные параметры для расчета количества шпуров приведены на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Основные параметры для расчета количества шпуров

Необходимое количество шпуров N на забой определяется суммой числа шпуров каждой группы по формуле:

(1),

где - число контурных, почвенных, отбойных и врубовых шпуров соответственно, шт.

Количество контурных шпуров получим из выражения:

(2),

где - количество контурных шпуров по своду выработки, шт.;

- количество контурных шпуров по стенкам выработки, шт.

Количество контурных шпуров по своду выработки определим из выражения:

 (3),

где - длина линии расположения контурных шпуров в своде выработки, м;

- ширина выработки с учетом отступа () контурного ряда от проектного контура по стенкам выработки, м;

- расстояние между контурными шпурами в своде выработки (принимается по табл.4.1 и табл.4.2), м.

Таблица 4.1 - Расстояние между шпурами в кровле выработки для патронированных и эмульсионных ВВ, при их заполнении  на полное сечение

Коэффициент крепости пород	Расстояние ак между шпурами в зависимости от степени трещиноватости пород, м
	Монолитные	Слаботрещиноватые	Сильнотрещиноватые
6-8	0,55	0,65	0,75
8-10	0,55	0,55	0,65
10-14	0,45	0,55	0,65
15-18	0,4	0,45	0,55
19-20	0,35	0,4	0,5

 

Таблица 4.2 - Расстояние между шпурами в кровле выработки при заполнении шпура на не полное сечение  ЭВВ «Сабтэк»

Характеристика руд и пород	Группы пород	Плотность, кг/м^3	Коэффициент Пуассона	Скорость продольной волны, м/с	Предел прочности на растяжение, МПа	Рекомендуемые расстояния, м
Руды		Средние значения
Богатые апатит-нефелиновые руды: пятнистые, пятнисто-полосчатые, сфено-апатитовые, богатая брекчия (содержание апатита >16%)	A	3000	0,29	4500	5,5	0,55
Апатит-нефелиновые руды: линзовидно-полосчатые, полосчатые, блоковые (содержание апатита 10-16%)	B	2950	0,3	4600	7,0	0,50
Руды бедной зоны: линзовидно-полосчатые, сетчатая, апатитовая брекчия, уртит с апатитом, ийолит с апатитом (содержание апатита <10%)	C	2840	0,25	5200	7,8	0,50
Породы		Средние значения
Пегматиты уртитового и ийолит-уртитового состава, сфеновый ийолит, крупнозернистый уртит, неравномерный и среднезернистый уртит	D	2790	0,25	5000	10,0	0,40
Мелкозернистые массивные и трахитоидные ийолиты и мельтейгиты, полевошпатовые уртиты и ийолиты, ювиты, пироксеновые рисчорриты	E	2800	0,22	5250	9,5	0,40

Примечание. Рекомендуемые расстояния рассчитаны по методике, приведенной в приложении 2.

 

 Количество контурных шпуров по стенкам выработки определяется из выражения:

(4),

где - длина линии расположения контурных шпуров в стенках выработки с учетом отступа () контурного ряда от почвы выработки, м;

– высота выработки, м;

- расстояние между контурными шпурами по стенкам выработки (принимается равным ЛНС контурных шпуров и определяется по формуле 5), м.

ЛНС контурных шпуров определяется следующим образом:

(5),

где - расстояние между контурными шпурами в своде выработки (принимается по табл.4.1 и табл.4.2), м;

  m - коэффициент сближения контурных зарядов (принимается в зависимости от крепости пород   f  по табл.4.3).

Таблица 4.3 - Коэффициент сближения контурных зарядов

f	7-9	10-14	15-18	18-20
m	0,85	0,8	0,75	0,75

Количество почвенных шпуров вычисляется по формуле:

 (6),

где  - ширина выработки по подошве с учетом отступа от контурного ряда, м;

  - расстояние между почвенными шпурами (определяется по формуле 7), м.

(7),

где - ЛНС почвенных шпуров (определяется по формуле 8), м;

 -  коэффициент сближения между почвенными шпурами (принимается по табл.4.4).

Таблица 4.4 - Расстояния между почвенными и отбойными шпурами в ряду и расстояния между рядами отбойных шпуров в долях ЛНС

Шпуры	Отбойные	Почвенные
Расстояние в долях ЛНС:  между шпурами в ряду  между рядами шпуров	0,8-1,0 0,9-0,95	0,8-1,0 0,7-0,85

 

 (8),

где - ЛНС отбойных шпуров (определяется по формуле 9), м;

 -  коэффициент сближения между рядами почвенных шпуров (принимается по табл.4.4).

 (9),

где - коэффициент влияния плотности заряжания (принимается по табл.4.5);

 - коэффициент работоспособности ВВ (принимается по табл.4.5);

- сечение выработки в проходке, м²;

 – относительный коэффициент дробимости апатит-нефелиновых руд (получен по результатам теоретических и экспериментальных исследований по развитию зон разрушения от взрыва зарядов ВВ):

Для руд: XII категории  = 1; XIY категории  = 1,15; XYI категории  = 1,28.

Таблица 4.5 – Коэффициенты работоспособности и плотности заряжания для различных ВВ

Способ заряжания
обычными патронами ВВ – Аммонит 6ЖВ	0,9	0,9
с раздавливанием патронов аммонита 6ЖВ	1,0	1,0
механизированное заряжание гранулированными ВВ	1,1	0,8
механизированное заряжание эмульсионными ВВ	1,05	1,13

Количество отбойных шпуров определяется по формуле:

(10),

где  - периметр, по которому размещаются отбойные шпуры (определяется по формуле 12), м;

 - расстояние между отбойными шпурами (определяется по формуле 11), м.

(11),

где - ЛНС отбойных шпуров (определяется по формуле 9), м;

 - коэффициент сближения между отбойными шпурами (принимается по табл.4.4).

Если отбойные шпуры расположены на нескольких периметрах, то они суммируются.

Периметр, по которому размещаются отбойные шпуры, будет в каждом случае вычисляться по формуле:

 (12),

где – высота по линии расположения отбойных шпуров (для первой линии отбойных шпуров уменьшается на величину ЛНС контурных шпуров и ЛНС почвенных шпуров, а в каждый последующий раз, уменьшается на величину ЛНС отбойных шпуров и ЛНС почвенных шпуров), м;

  – ширина по линии расположения отбойных шпуров (для первой линии отбойных шпуров уменьшается на две величины ЛНС контурных шпуров, а в каждый последующий раз, уменьшается на две величины ЛНС отбойных шпуров).

Общий периметр, по которому размещаются отбойные шпуры, является арифметической суммой полученных значений.

Исходя из (12), периметр для первой линии отбойных шпуров будет определяться по формуле:

(13),

где - высота первой линии расположения отбойных шпуров, м;

   - высота выработки, м;

- отступ от почвы выработки до линии расположения почвенных шпуров, м;

 - ЛНС контурных шпуров (определяется по формуле 5), м;

- ЛНС почвенных шпуров (определяется по формуле 8), м;

- ширина первой линии расположения отбойных шпуров, м.

Периметр для второй и каждой последующей линии отбойных шпуров будет определяться по формуле:

 (14),

где - высота второй линии расположения отбойных шпуров, м;

- ширина второй линии расположения отбойных шпуров, м.

Тогда, по формуле (10), общее количество отбойных шпуров будет равно:

Количество врубовых шпуров принимается в зависимости от типа применяемого вруба.

Наиболее отработанным для подземных рудников является вруб с четырьмя холостыми скважинами диаметром 76 мм. Скважины расположены в углах ромба, а в его центре располагается центральный врубовый шпур. Остальные врубовые шпуры отстраиваются по углам квадрата от компенсационных скважин (рис.4.2). Расстояние от центрального врубового шпура до холостых скважин по диагонали ромба (D/2) определяется радиусом интенсивного дробления шпурового заряда R_Р. Радиус интенсивного дробления шпурового заряда диаметром 43 мм для апатит-нефелиновых руд (получен по результатам теоретических и экспериментальных исследований по развитию зон разрушения от взрыва зарядов ВВ) принимается равным  и составляет:

При применении патронированного аммонита 6ЖВ

Для руд: XII категории R_Р = 0,30м; XIY категории R_Р = 0,25м; XYI категории R_Р = 0,25м.

При применении эмульсионного ВВ «Сабтэк» для шпурового заряда диаметром 45мм

Для руд: XII категории R_Р = 0,35м; XIY категории R_Р = 0,3м; XYI категории R_Р = 0,25м

Рисунок 4.2 - Рекомендуемый тип прямого вруба и очередность взрывания шпуров

Построение остальных врубовых (вспомогательных) шпуров осуществляется по принципу квадрата. Второй квадрат отстраивается на расстоянии от первого квадрата (t) для руд XII категории – t=10-20см, а для XIY и XYI категории – t = 0,0-10,0 см. Остальные квадраты отстраиваются без отступа от предыдущего квадрата. Такие параметры расположения врубовой полости при указанной очередности взрывания позволяют обеспечить отрыв руды (породы) на всю глубину врубовых шпуров (Рис.4.3).

Рисунок 4.3 - Образовавшаяся врубовая полость

Пример расчета паспорта БВР по данной методике приведен в приложении 1.

Глубина шпуров

Рациональное значение глубины шпуров следует устанавливать с учетом всех операций проходческого цикла, используя для этой цели один из трех основных критериев: минимальную стоимость проведения 1 м выработки, минимальную трудоемкость проведения 1 м выработки или максимальную скорость проходки.

Выбор критерия должен быть обоснован, исходя из конкретных условий и задач проведения выработок. Если горные работы требуется проводить при минимальной их стоимости и трудоемкости, то глубину шпуров следует принимать соответственно по критерию минимальной стоимости или трудоемкости. Если скорость проходки является решающим фактором, то рациональная глубина обосновывается критерием максимальной скорости.

Для условий подземных рудников АО «Апатит» наиболее целесообразно с целью улучшения показателей отбойки, обеспечения ровной поверхности забоя и условий забуривания, снижения отклонения шпуров от проектного положения принимать глубину шпуров при использовании аммонита 6ЖВ не более 3,5-3,8 м в зависимости от крепости пород. При использовании эмульсионного ВВ «Сабтэк» глубина шпуров может быть увеличена до 4,5, а врубовых – 4,7 м.

При использовании прямолинейного вруба с холостыми скважинами диаметром более 70 мм, как правило, обеспечивается полная проработка врубовой полости. 

Устья оконтуривающих шпуров необходимо размещать не далее 150 - 200 мм от стенок выработки с выводом дна шпура за проектный контур не более чем на 80-100 мм. Концы оконтуривающих шпуров в слабых породах следует располагать на проектном контуре выработки. Оконтуривающие шпуры должны буриться в одной плоскости, также как и концы их должны располагаться в одной плоскости. Особенно тщательно следует выдерживать направления шпуров по кровле выработки. Угол их наклона от горизонтальной плоскости не должен превышать 5°. Нарушение этого требования приводит не только к необоснованному завышению высоты выработки, но и к образованию опасных заколов в законтурной части массива горных пород.

Бурение отбойных шпуров предконтурного ряда в целях сохранения постоянной ЛНС по всей глубине шпуров необходимо производить параллельно оконтуривающим шпурам. При наличии второго ряда отбойных шпуров их также необходимо обуривать параллельно оконтуривающим шпурам и шпурам предконтурного ряда.

Бурение врубовых и вспомогательных шпуров для образования врубовой полости необходимо бурить параллельно оси выработки.

Величина недозаряда.

Величина недозаряда определяется эквивалентным зарядом, участвующим в формировании воронки выброса и углом раскрытия воронки выброса (рис.4.4).

Рисунок 4.4 - К определению величины недозаряда

Центр эквивалентного заряда находится от груди забоя на расстоянии равном ЛНС, а угол раскрытия воронки выброса составляет 110º. Тогда для принятых параметров БВР величина недозаряда должна составлять: для врубовых, почвенных и надпочвенных шпуров с целью обеспечения лучшей проработки вруба и подошвы выработки – 0,2-0,3 м; для контурных, предконтурных и отбойных шпуров - 0,6-0,8 м. При применении эмульсионных ВВ, ввиду их более бризантного действия величина недозаряда во всех шпурах, кроме врубовых, может быть принята равной 0,8 м. Конкретное значение принимается после проведения опытных взрываний.