Конструкции врубов и схемы их расположения

ВРУБ— искусственная полость в угольном или породном массиве, создаваемая для облегчения его последующегоразрушения при выемке полезных ископаемых или проведении горных выработок. В зависимости от применяемой техники и технологии по способу врубообразования выделяют машинные, гидравлические и взрывные врубы.

Машинный вруб производится баром врубовой машины, врубово-навалочной машины или горного комбайна со стороны забоя горной выработки по пласту полезных ископаемых либо по одному из его прослойков. По месту расположения относительно почвы выработки различают врубы: нижние, средние, верхние, вертикальные и косые. В зависимости от типов применяемых баров форма машинных врубов может быть плоской, изогнутой, кольцевой и т.н. контурной. Параметры машинных врубов (глубина, высота) зависят от технических параметров баров.

Гидравлический вруб создаётся струёй гидромонитора в угольном или породном массиве. Дальнейшее разрушение (отбойка) подрезанной пачки производится слоями, параллельными врубу. Гидравлический вруб производится двумя способами. При первом — ствол гидромонитора равномерно перемещают от одного борта выработки или заходки к другому. Второй способ заключается в первоначальной выемке у бортов заходки или выработки, а затем в центральной части её сечения. Обычно врубы проходят у почвы заходки или выработки на высоту 0,5-0,8 м и всю ширину. При наличии крепкой пачки угля у почвы выработки гидравлических врубов производят в мягкой пачке непосредственно по границе с крепкой пачкой. При проходке подготовительных выработок на крутых мощных пластах иногда целесообразно производить наклонный вруб на разделе мягкой и крепкой пачек угля.

Вруб взрывной образуется в результате первоочередного взрывания зарядов группы шпуров или скважин, расположенных по принятой схеме; стенки врубовой полости служат в качестве дополнительных свободных поверхностей при инициировании остальных (расположенных в шпурах по периферии забоя) зарядов. В зависимости от крепости и строения горных пород, сечения выработок, применяемых средств бурения, требуемой глубины уходки за взрыв применяют врубы: наклонные — со шпурами, пробурёнными наклонно к поверхности забоя; прямые — со шпурами, пробурёнными перпендикулярно поверхности забоя; комбинированные — состоящие из наклонных и перпендикулярных поверхности забоя шпуров. В свою очередь, наклонные врубы подразделяются на односторонние (боковые, верхние, нижние, веерные) и многосторонние (горизонтально-клиновые, вертикально-клиновые, пирамидальные, воронкообразные, "ножницы").

Вруб односторонний боковой (рис. 1, а) направлен к одному из боков выработки; применяют при проведении выработки у границ залежи при ясно выраженном контакте или вертикальной слоистости пород. Вруб верхний (рис. 1, б) направлен к кровле выработки; используют при проведении горизонтальных выработок по слоистым или трещиноватым породам с падением слоёв (трещин) от забоя. Вруб нижний направлен к почве выработки; применяют в тех же условиях, но при падении слоёв (трещин) к забою. Вруб веерный (рис. 1, в) образуется группой шпуров, расположенных в одной плоскости и пробурённых по мягкому прослойку; используют при проведении горизонтальных или наклонных выработок с подрывкой пород почвы или кровли.

Вруб многосторонний горизонтально-клиновой (рис. 2, а) характеризуется горизонтальным расположением клина (несколько пар сходящихся шпуров на расстоянии 0,2-0,8 м друг от друга); применяют при проведении выработок небольшого сечения. Вруб вертикально-клиновой (клин расположен вертикально; рис. 2, б) используют при вертикальной слоистости пород. Вруб "ножницы"; (рис. 2, в) — разновидность горизонтального клинового вруба; образуется только двумя встречными шпурами, расположенными в параллельных плоскостях, проекции шпуров пересекаются между собой; применяют в выработках, проводимых по углю. Вруб пирамидальный образуется 3-4 наклонными шпурами, сходящимися к общему центру (рис. 2, г); используют в крепких монолитных породах.

Вруб воронкообразный отличается от пирамидального большим количеством шпуров и круговым их расположением; применяют в породах высокой крепости и главным образом при проходке шахтных стволов. Среди прямых врубов, которые обеспечивают компактный развал отбитой горной массы, выделяют призматические, бочкообразные, спиральные, щелевые. Призматический вруб — прямой симметричный, образуется центральным незаряжаемым и несколько заряжаемыми шпурами, расположенными по углам треугольника (рис. 3, а), четырёхугольника (рис. 3, б) или шестиугольника (рис. 3, в). В породах большой вязкости количество незаряжаемых шпуров увеличивают.

Вруб бочкообразный — прямой симметричный, образуется центральным и группой параллельных ему врубовых шпуров, расположенных по окружности, на одинаковом расстоянии от центрального; последний оставляется незаряженным, его стенки являются дополнительной открытой поверхностью для заряжаемых шпуров; применяют в выработках любого сечения. Вруб спиральный (рис. 3, г) — прямой несимметричный, образуемый центральным незаряжаемым и несколько заряжаемыми шпурами, взрываемыми последовательно и расположенными по спирали от центра. Вруб щелевой (рис. 3, д) — прямой, образуется несколько шпурами, расположенными в одну линию; часть шпуров оставляют незаряженными, их стенки — дополнительные открытые поверхности, в сторону которых направлено действие взрыва зарядов остальных врубовых шпуров; образуемая взрывом врубовая полость имеет вид щели.

 

Основные типы врубов и условия их применения.

Тип вруба	Условия применения, характеристика
Пирамидальный	В крепких породах (в основном при проходке вертикальных выработок). Число шпуров 4. Рациональная глубина заходки 1.5 - 2 м. Длина врубовых шпуров 1.8 - 2.3 м. Угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя 65 - 75^0. Врубовые шпуры распологаются в виде четырехгранной пирамиды
Клиновой	в породах любой крепости однородного строения при вертикальном направлении трещин или напластования, в основном в горизонтальных и наклонных выработках площадью сечения не менее 6 м^2, реже в стволах. Число врубовых шпуров 2 - 10, в стволах - более 10. Ось вруба в стволах распологают по простиранию. Угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя 60 - 70^0. Рациональная глубина заходки 1.5 - 2.4 м. Длина врубовых шпуров 1.8 - 2.6 м. Для уменьшения развала породы и повышения эффективности взрыва по оси выработки бурят 1 - 6 шпуров перпендикулярно к плоскости забоя. Глубина их в 2 раза меньше глубины заходки.
Двойной клиновой	При проведении выработок по особо крепким монолитным породам. Область применения та же, что и при клиновом врубе.
Щелевой	В породах крепких и средней крепости или при наличии прослойки более мягкой породы, в выработках любой площади сечения. Шпуры бурят в один ряд через 10 - 20 см, заряжают через один, взрывают одновременно. Для повышения КИШ центральный шпур вруба бурят на 20 - 30 см длиннее, заряжают 0.3 - 0.6 кг ВВ и взрывают после остальных врубовых шпуров с замедлением 25 - 30 мс. Рациональная глубина шпуров 2.2 - 2.5 м.
Простой прямой	В породах средней крепости, слабых и в угольных забоях, преимущественно при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок в шахтах опасных по газу или пыли, где не допускается сближение зарядов менее 0.45 м по породе с f < 7 и 0.6 м по углю. Число шпуров 4 - 10. Расстояния между шпурами: в породах с f = 204 - 0.6м, с f = 4-6 - 0.5-0.55 м, с f = 7-12 - 0.35-0.5 м. Рациональная глубина заходки 2 - 3 м.
Цилиндрический	В монолитных или с горизонтальным и пологим напластованием породах всех категорий преимущественно при проходке стволов. Для уменьшения разлета породы в центральной части вруба бурят 1- 4 вспомогательных шпура глубиной 2/3 средней глубины комплекта шпуров. Глубина шпуров 2.5 - 4 м.
Треугольный	При проведении выработок любой площади сечения по крепким и очень крепким породам или при наличии прослойки более слабой породы. Расстояние между врубовыми шпурами 10 - 20 см. Часть шпуров в центре вруба не заряжается.
Крестообразный	В породах всех категорий, но преимущественно в крепких и весьма крепких. Расстояние между крайними шпурами вруба в породах с f = 6-14 составляет 18-20 см. В породах с f = 2-3 - 30 см и при f = 2-3 - 35 см. В центральной части бурят 1 - 2 шпура обычного или увеличенного диаметра и не заряжают. Рациональная глубина заходки 203 м.
Спиралеобразный	В горизонтальных и наклонных выработках малой площади сечения, а также в восстающих выработках. В монолитных крепких и очень крепких породах или с напластованием, приблизительно параллельным забою. Центральный шпур не заряжают. Расстояние между шпурами вруба по спирали увеличивают с 8-15 до 30-50 см. Число шпуров 5-10. Глубина шпуров 2-3 м.
Ступенчатый	При проведении выработок в крепких трдновзрываемых породах. Вруб состоит из 9-15 шпуров, распологаемых в виде прямоугольника, квадрата, ромба и пр. Длина шпуров увеличивается с 0.8-1.2 до 2-3 м через 0.2-0.5 м. Заряды взрывают группами, начиная с менее заглубленных. В ряде случаев для лучшей проработки вруба группы шпуров 1 или 1-3 бурят на полную глубину и заряды размещают в два яруса.
Спиралеобразный ступенчатый	При проведении выработок в крепких трудновзрываемых породах. Вруб состоит из 4-8 параллельных шпуров. Длина шпуров, начиная с первого, увеличивается с 0.9 до 2.8 м. Заряды взрываются за один прием последовательно в порядке нумерации шпуров. Расстояние между шпурами по спирали увеличивается с 15 до 50 см.
Простой со скважинами	При проведении выработок в крепких трудновзрываемых породах при глубине заходки 2.5-5 м. Вруб состоит из 1-4 незаряжаемых скважин диаметром 80-165 мм, иногда сближенных для образования общей компенсационной полости, и 4-10 шпуров, распологаемых на расстоянии 10-30 см от стенок скважин.