Буровзрывной Способ проходки

 

Основным способом проведения выработок по крепким породам до сего времени является буровзрывной.

При буровзрывном способе квершлаги и штольни проводят сплошным или уступным забоем в зависимости от размеров поперечного сечения. При поперечном сечении до 15-17 м² выработку целесообразно проводить сплошным забоем. В этом случае основные процессы проходческого цикла выполняют последовательно или частично совмещают.

Квершлаги с поперечным сечением более 17 м² можно проводить с разделением забоя на уступы, обычно на два. Площадь забоя опережающего уступа, как правило, составляет около 40 % всей площади поперечного сечения квершлага. В каждом уступе выполняется свой проходческий цикл, организационно увязанный с работами, выполняемыми в другом уступе. При проведении выработки уступным забоем возможно совмещение основных процессов проходческих циклов в том и другом уступах (забоях). Например, в одном уступе производится бурение шпуров, в другом – погрузка породы.

При проведении квершлагов по крепким породам буровзрывным способом в состав проходческого цикла входят следующие основные процессы:

· буровзрывной комплекс (бурение шпуров, заряжание и взрывание);

· приведение забоя в безопасное состояние;

· проветривание после взрывных работ;

· погрузка породы;

· настилка постоянного пути;

· возведение крепи.

Одновременно с основными выполняются вспомогательные процессы: прокладка труб и кабелей, возведение временной крепи и др.

При проведении горных выработок буровзрывным способом взрывные работы должны обеспечить:

· заданные форму и размеры поперечного сечения выработки;

· равномерное дробление породы, обеспечивающее производительную ее уборку погрузочными машинами;

· сосредоточенный отброс породы от забоя на дорогу погрузочной машины;

· высокий коэффициент использования шпуров, обеспечивающий заданное по паспорту подвигание забоя.

Эти требования в достаточной мере обеспечиваются правильным выбором типа ВВ, величины и конструкции заряда ВВ в шпуре, глубины шпуров, числа и расположения их в забое, а также бурильных машин и установочных механизмов.

Напомним, что в шахтах, опасных по газу и пыли, допускаются только предохранительные ВВ, причем они делятся на допущенные для взрывания по углю и породе и только по породе. Кроме того, область применения отдельных ВВ ограничивается категорией шахты по газу.

Взрывание в шахтах, опасных по газу или пыли, разрешается только электрическое и только при помощи гремучертутно-тетри­ловых детонаторов мгновенного действия. Короткозамедленные электродетонаторы (ЭДКЗ) разрешается применять на шахтах всех категорий по газу, в том числе на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа. ЭДКЗ приобретают широкое распространение во всех странах мира.

Расчет зарядов ВВ в шпурах. Для наиболее эффективного использования ВВ необходимо правильно определить величину удельного расхода ВВ, т.е. количество ВВ, потребное для взрывания 1 м³ породы в массиве.

Удельный расход ВВ на 1 м³ породы изменяется в широких пределах и зависит, в основном, от качества ВВ, физико-механичес­ких свойств пород, площади поперечного сечения выработки, качества забойки и заряжания шпуров, наличия дополнительных плоскостей обнажения в забое и пр.

Подсчет расхода ВВ на 1 м³ породы в массиве по известным эмпирическим формулам дает весьма приближенные результаты, поэтому на практике его обычно устанавливают опытным путем или берут по таблицам, составленным на основании опытных взрывов, произведенных в конкретных горно-геологических условиях (табл.1).

 

Таблица 1

расход ВВ (62-процентного труднозамерзающего динамита)

на 1 м³ породы в массиве при одной обнаженной поверхности

 

Категория устойчивости	f	Площадь сечения в проходке, м^2
для горизонтальной и наклонной выработки	вертикальных стволов
4-6	7-9	10-12	13-15	21-30	31-40	41-50
I	18-20	2,12	2,06	1,99	1,92	2,80	2,60	2,40
II	13-15	1,79	1,71	1,65	1,59	2,35	2,15	1,95
III-IIIа	8-10	1,45	1,37	1,30	1,23	1,90	1,70	1,50
IV-IVа	5-6	1,10	1,03	0,99	0,95	1,45	1,33	1,23
V-Vа	3-4	0,86	0,82	0,79	0,76	1,15	1,03	0,98
VI-VIа	2-1,5	0,66	0,62	0,58	0,55	0,55	0,68	0,58
____________________________ Примечание. При двух обнаженных поверхностях расход ВВ принимается с учетом поправочного коэффициента: 0,6 для удлиненного заряда и 0,5 для сосредоточенного.

 

Для определения удельных расходов иных ВВ к данным табл.1 применяют следующие коэффициенты:

 

Аммонал водоустойчивый	1,12
Аммонит скальный № 1 прессованный	0,80
Аммонит № 6 прессованный, зерненый, порошкообразный, аммонит ПВ-3, № 6 ЖВ	1,0
Аммонит ПЖВ-20	1,73
Аммонит АП-4ЖВ	1,61
Аммонит АП-5ЖВ, победит ВП-2	1,20
Тротил	1,35

 

При патронах диаметром 45 мм нормы расхода ВВ меньше; поправочный коэффициент 0,75-0,85.

Расход ВВ на расчетную величину подвигания забоя за цикл

,

где – расход ВВ, кг/м³ породы; – объем обуренной породы в массиве на одну заходку, м³, ; – площадь поперечного сечения выработки, м²; – средняя глубина комплекта шпуров, м.

Средняя масса заряда в шпуре

= ,

где – число шпуров в комплекте.

Масса отдельных зарядов выбирается с учетом длины шпуров и их назначения. В каждый шпур помещается целое число патронов ВВ. Масса зарядов врубовых шпуров принимается на 15-20 % большей , отбойных на 10-15 % меньше или равной .

Длина заряда

,

где – длина заряда ВВ, м; – максимальный коэффициент заполнения шпуров по длине, или коэффициент заряжания; – длина шпура, м.

Коэффициент заполнения (заряжания) шпуров при проведении выработок в шахтах, не опасных по газу или пыли, зависит от крепости породы следующим образом:

 

f	< 3	3-6	> 6
а	0,55-0,65	0,65-0,75	0,75-0,85

 

при взрывании по породе в шахтах, опасных по газу или пыли, в шпурах глубиной более 1,5 м заряд должен занимать не более , внутренняя забойка должна заполнять всю оставшуюся часть шпура, не менее 0,75 м.

Если полученные расчетом параметры зарядов не подходят по заполнению шпуров, необходимо увеличить число шпуров.

Уточненный общий расход ВВ на заходку

,

где и – масса врубовых и отбойных шпуров, кг; и – число соответствующих зарядов.

В зависимости от расположения ВВ в шпуре различают колонковые, котловые, рассредоточенные заряды. Наиболее распространенным при проведении горных выработок является колонковый заряд, в котором расположен патрон-боевик первым или вторым от устья шпура, а дно капсюля-детонатора направлено в сторону забоя шпура. В шахтах, опасных по газу или пыли, патрон-боевик необходимо располагать первым от устья шпура.

При котловом заряде ВВ располагается сосредоточенно в специальном уширении («котле») шпура. Это уширение образуется при предварительном взрывании нескольких небольших зарядов ВВ (прострел шпура) или путем разбуривания механическим расширителем (рис.21). Образование котла механическим способом не требует многократного проветривания забоя, что необходимо при образовании «котла» взрывом, но оно возможно лишь при породах средней крепости. Образование котла прострелом шпура в газовых шахтах запрещено. Котловые заряды обычно применяются в одном из врубовых шпуров в крепких и вязких породах.

		б

 

Рис.21. Образование котла механическим расширителем: а – расширение шпура;

б – извлечение расширителя из шпура; в – очистка котла; г – заряжание котла;

д – заряд котла

 

Рассредоточенные заряды рационально применять только в глубоких шпурах (более 3 м). В этом случае трудно обеспечить правильность чередования взрывов в отдельном шпуре и в забое выработки в целом.

Расчет числа и глубины шпуров. Число шпуров в забое зависит от ряда факторов, главными из которых являются твердость, плотность и вязкость пород, форма и размеры сечения выработки, свойства ВВ и диаметр патронов, конструкция заряда и величина заполнения шпура ВВ.

число шпуров в забое определяется предварительно по формулам или таблицам, составленным на основе обобщения практики горно-проходческих работ, а затем уточняется путем опытных взрывов и указывается в паспорте буровзрывных работ для каждого забоя.

при колонковом заряде число шпуров

, (2)

где – плотность ВВ в патронах, кг/м³; – диаметр патронов ВВ, м.

Глубина шпуров зависит от физико-механических свойств пород, площади и ширины забоя, типа бурового оборудования и общей организации работ в забое. Чаще всего выбор глубины шпуров исходит из требования выполнения работ проходческого цикла в заданное время, увязанное с конкретными горно-геологическими и техническими условиями. При проведении горизонтальных и наклонных выработок в однородной породе среднюю длину шпуров можно определить по методу Н.М.Покровского и по данным практики (табл.2).

Время, отводимое на бурение шпуров,

, (3)

на уборку породы

, (4)

где – число одновременно работающих бурильных машин в забое; – скорость бурения одной машиной, м/ч; – коэффициент, учитывающий совмещение во времени процессов бурения и погрузки породы, ; – угол наклона шпуров к плоскости забоя, градусы; – производительность погрузки породы в массиве, м³/ч.

 

Таблица 2