4 Производство работ по сооружению ствола

4.1 Общая организация работ по сооружению ствола

С учётом заданной оптимальной технической скорости проходки ствола (принимается по заданию на проектирование) и продолжительности смены (рекомендуется 6 ч) устанавливают число рабочих дней в неделю и месяц Z_н, продолжительность проходческого цикла Т_ц и количество циклов в сутки п.

4.2 Буровзрывные работы

Буровзрывные работы при проходке стволов включают: спуск-подъём бурильной установки, бурение шпуров и их заряжание, подъём подвесного проходческого полка на безопасную высоту, взрывание шпуровых зарядов, проветривание, спуск проходческого оборудования к забою и приведение его в безопасное состояние.

В общем цикле проходческих работ удельные затраты на буровзрывные работы составляют 25–30 % при породах с пределом прочности на одноосное сжатие 60–80 МПа и 45–50 % и более соответственно при 100–150 МПа.

Качественно выполненные буровзрывные работы должны обеспечить: точное оконтуривание поперечного сечения ствола с минимальными переборами; равномерное дробление породы, от которого зависит производительность погрузочных машин; наибольший коэффициент использования шпуров, определяющий скорость подвигания забоя; экономию расхода материалов и энергии; минимальные затраты времени на 1 м проходки ствола; безопасность работ.

В задание рекомендуется рассчитывать паспорт буровзрывных работ для участка преобладающих и наиболее крепких пород с приведением необходимых графических схем и эскизов.

В паспорте необходимо обосновать тип бурильных машин и диаметр коронки, определить глубину шпуров, выбрать схему вруба, определить схему расположения шпуров, взрывание которых обеспечило бы равномерное дробление породы и хорошее оконтуривание бортов выработки, принять конструкцию заряда, рассчитать удельный расход ВВ и общее количество ВВ на цикл, обосновать схему соединения электродетонаторов и составить паспорт БВР [29].

В пояснительной записке на рисунках показать порядок обуривания забоя.

4.3 Практические рекомендации по выбору параметров комплекса бвр

При проходке вертикального ствола с поверхности допускается применение непредохранительных ВВ – скальный аммонит № 1, аммонал скальный № 3 детонит М, аммонит 6ЖВ, динафтомин 200 – при следующих условиях [29, 30].

– содержание метана в забое должно быть меньше 1 %, оно должно быть перед заряжанием замерено газоанализатором;

– взрывание производить с поверхности при отсутствии людей в стволе и на поверхности в радиусе 50 м от ствола.

При подходе забоя к угольным пластам или пропласткам на расстояние до 5 м, а также после пересечения угольного пласта (пропластка) на расстояние 20 м обязательно применение предохранительных ВВ. Также необходимо применять сотрясательное взрывание заряда ВВ, которое предусматривает производство взрывания постоянным током и подтопление водой забоя ствола на 0,2 м выше самой высокой точки забоя.

Величина забойки шпуров должна быть не менее 0,5 м, взрывание шпуров без забойки запрещено.

Линия наименьшего сопротивления от заряда до обнаженной плоскости должна быть не менее 0,6 м.

Минимальное расстояние между зарядами соседних шпуров должно быть не менее 0,6 м по углю, 0,3 м по породе с f = 7 и 0,45 м по породе с f  7.

Число окружностей расположения шпуров в забое зависит от диаметра ствола в проходке и коэффициента крепости пород, принимается от 3 до 5 [2, 24, 25].

В качестве средства взрывания в стволах, неопасных по газу и пыли, применяют непредохранительные электродетонаторы (ЭД): мгновенного действия ЭД-8-Ж, ЭД-1-8-Т и короткозамедленного действия ЭД-КЗ с замедлением 25, 50, 75, 100, 150 и 250 мс.

В стволах, опасных по газу или пыли, применяют предохранительные электродетонаторы: мгновенного действия ЭД-КЗ-ОП и короткозамедленного действия ЭД-КЗ-ПМ с замедлением 15, 30, 45, 60, 80, 100,120 мс и ЭД-КЗ-П с замедлением 25, 50, 75, 100, 125 мс.

Расход ВВ зависит от физико-механических свойств пород, работоспособности ВВ, качества и плотности забойки, площади забоя, глубины шпуров, конструкции зарядов и других факторов.

В шпуре обычно применяют колонковую конструкцию заряда ВВ с расположением патрона-боевика первым от устья шпура. В качестве забойки применяют смесь песка и глины (1:3), вода или гранулированный шлак.

В настоящее время при проходке стволов применяют ВВ в патронах диаметром 32, 36 и 45 мм.

Шпуры в зависимости от назначения, очередности взрывания и местоположения в забое делят на: врубовые – в стволах располагают в средней части и взрывают первыми, служат для образования второй плоскости обнажения; оконтуривающие – располагают по контуру поперечного сечения ствола и взрывают последними; отбойные (вспомогательные) – располагают между врубовыми и оконтуривающими и взрывают после врубовых.

В стволах круглой формы шпуры располагают по концентрическим окружностям при горизонтальном или пологом залегании слоёв. При проходке стволов в породах с крутым залеганием оконтуривающие шпуры располагают по окружностям, а врубовые и отбойные – рядами.

В зависимости от положения шпуров в пространстве по отношению к плоскости забоя и по форме воронки, которая образуется после взрыва врубовых шпуров, различают следующие основные схемы врубов: конические, цилиндрические, клиновые.

В породах средней крепости рекомендуется применять конический вруб, образуемый 6–9 шпурами, располагаемыми по окружности диаметром 1,5–2,5 м. Их бурят под углом 70–80° к плоскости забоя. В центре забоя ствола следует отбурить шпур глубиной 0,8–1,2 м, который или заряжают уменьшенным зарядом, или не заряжают вообще. Он служит ориентиром для разметки шпуров, в него устанавливается шаблон при разметке, а его заряд способствует дроблению породы в верхней части вруба и уменьшает высоту выброса породы при взрывании зарядов врубовых шпуров. В крепких породах врубовые шпуры располагают по двум окружностям. Шпуры внутренней окружности бурят под углом 60–70°, глубиной в 2 раза меньшей, чем врубовые шпуры второй окружности.

Сосредоточенное расположение заряда конического вруба способствует лучшему разрушению и выбросу породы из воронки взрыва. Однако бурить наклонные шпуры труднее, особенно бурильными установками.

Клиновой вруб применяют при крутом падении пластов породы. Шпуры располагают по двум (одинарный) или четырём (двойной) рядам, в каждом из которых им придают наклон к средней линии ствола (под углом 70–80°), направленной по простиранию пластов. Такое расположение врубовых шпуров способствует лучшему формированию воронки при соответствующем залегании породы и увеличивает КИШ.

Цилиндрический вруб применяют в слабых и средней крепости породах. Шпуры располагают вертикально по одной или двум окружностям диаметром 1,5–2,5 м. Для улучшения условий взрывания в центре бурят один укороченный шпур, который не заряжают. Он облегчает разрушение породного целика, оконтуренного врубовыми шпурами. Врубовые шпуры по двум окружностям бурят преимущественно в породах средней крепости. Глубина шпуров на внутренней окружности и их заряд примерно в два раза меньше, чем на внешней.

При цилиндрическом врубе облегчаются условия разметки и бурения шпуров, уменьшается время на вспомогательные операции (регулирование угла наклона шпуров), уменьшается разлёт породы, но несколько увеличивается расход ВВ. В соответствующих горно-геологических условиях цилиндрические врубы получили широкое распространение.

В настоящее время на проходке стволов широкое распространение получили прямые призматические врубы, благодаря которым при механизированном бурении шпуров увеличивается скорость бурения и происходит меньший разлёт кусков породы при взрыве.

Отбойные (вспомогательные) шпуры предназначены для разрушения до определенной фракции основной массы породы. В зависимости от диаметра ствола и диаметра патронов ВВ их располагают по одной-четырём окружностям вертикально или наклонно.

Число окружностей расположения отбойных шпуров определится как

(43)

где С – расстояние устьев оконтуривающих шпуров от породной стенки ствола, м; W – расстояние между окружностями оконтуривающих и от­бойных шпуров (л.н.с.), м; D_вч – диаметр ствола вчерне, м; D_вр – диаметр окружности врубовых шпуров, м.

Диаметр окружности расположения оконтуривающих шпуров оп­ределится как

С_ок = D_вч – 2С. (44)

Диаметры окружностей отбойных шпуров будут равны (м):

– при размещении комплекта шпуров по трём окружностям, когда отбойные шпуры располагают по одной окружности:

(45)

– при размещении отбойных шпуров по двум окружностям:

(46, 47)

– при размещении отбойных шпуров по трём окружностям:

(48, 49)

(50)

где D_отб , D_отб , D_отб – соответственно диаметры первой, второй и третьей окружностей расположения отбойных шпуров, м.

Оконтуривающие шпуры предназначены для придания стволу проектной формы и размеров поперечного сечения. Их располагают по внешней окружности на расстоянии С, равном 150–200 мм от породной стенки ствола, с наклоном к внешнему контуру ствола. Расстояние С и угол наклона оконтуривающих шпуров устанавливают в зависимости от типа бурового оборудования, расстояния от забоя до постоянной крепи или опалубки, крепости породы. Эти значения определяют экспериментально с расчётом обеспечения минимальных переборов и наиболее ровного породного контура. В породах с <10 оконтуривающие шпуры бурят так, чтобы их забой располагался на проектном контуре ствола. В породах с 10 забой шпуров должен выходить за проектный контур на 100–150 мм.

Количество шпуров на 1 м² площади забоя в отечественной практике применяется от 1,0 до 2, в зарубежной – от 3 до 4 и более.

Глубина шпуров – важнейший параметр буровзрывного комплекса, определяющий подвигание забоя, трудоёмкость и продолжительность проходческого цикла.

Глубина шпуров определяется из условий: горно-геологических (физико-механических свойств пород, угла залегания, площади поперечного сечения ствола и др.), технических (средств бурения, погрузки, числа и расположения шпуров в забое, свойств ВВ, расхода ВВ, точности оконтуривания проектного сечения ствола и др.) и организационных (продолжительности цикла) и другие условия, обеспечивающие минимальные затраты труда, времени и средств, отнесённые к 1 м подвигания забоя.

Глубину отбойных и оконтуривающих шпуров принимают равной средней расчётной глубине шпуров, а врубовые шпуры бурят на 15–20 % длиннее средней глубины.

В зависимости от применяемой технологической схемы проходки ствола средняя глубина шпуров определяется из условия заданной продолжительности проходческого цикла. Окончательное определение глубины шпуров принимается с учётом возможностей применяемого бурильного оборудования.

Трудоёмкость бурения шпуров с учетом вспомогательных операций имеет минимальное значение при глубине шпуров l_ш = 34 м.

С практической точки зрения рекомендуется принимать одинаковое количество и единое расположение шпуров, разрабатывая паспорт БВР для преобладающих и более крепких пород, а удельный заряд регулировать изменением коэффициента заполнения шпуров. Кроме того, при применении бурильных установок типа СМБУ-4М, УБС, исходя из их конструктивных особенностей, рекомендуется рассчитанное количество врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров в забое ствола принимать кратным трём.

Величины зарядов отбойных и вспомогательных шпуров, кг, принимают равными средней величине заряда:

(51)

В породах с пределом прочности на сжатие менее 100 МПа величину заряда оконтуривающих шпуров уменьшают на 10–15 %.

Врубовые шпуры заряжают зарядами на 15–20 % больше средних. Окончательную массу всех шпуров уточняют с расчётом размещения в каждом шпуре целого числа патронов.

Окончательный расход ВВ , кг, на цикл определится как

Q = n_врq_вр + n_отбq_отб + n_окq_ок , (52)

где n_вр, n_отб, n_ок – соответственно число врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров; q_вр, q_отб, q_ок – масса зарядов соответственно врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, кг.

Соотношение между диаметрами окружностей, числом окружностей и числом шпуров в окружностях можно принять по табл. 8.

Таблица 8

Соотношение между диаметрами окружностей,

числом окружностей и числом шпуров в окружностях

Тип шпуров	Отношение диаметра окружности к диаметру ствола вчерне при числе окружностей			Соотношение числа шпуров по окружности при количестве окружностей
	3	4	5	3	4	5
Врубовые	(0,3–0,35)Dвч	(0,25–0,3)Dвч	(0,2–0,25)Dвч	1	1	1
Отбойные по окружностям:
I	(0,6–0,65)Dвч	0,5Dвч	0,45Dвч	2–2,5	2–2,5	2
II	–	(0,7–0,75)Dвч	(0,6–0,7)Dвч	–	3–3,5	2,5–3
III	–	–	(0,7–0,8)Dвч	–	–	3,5–4
Оконтуривающие	0,95Dвч	0,95Dвч	0,95Dвч	3–3,5	4–4,5	4,5–5

При заряжании шпуров патроны ВВ по одному опускают в шпуры и досылают деревянным забойником (трамбовкой) до забоя шпура или ранее уложенных патронов, при этом забойником несколько уплотняют патроны. При прямом инициировании последним в шпур досылают патрон-боевик, при обратном инициировании заряжание шпура начинают с патрона-боевика.

После укладки в шпур всего заряда оставшаяся его часть заполняется забойкой с периодическим уплотнением. Качество взрыва во многом зависит от качества забойки, которое определяется длиной и плотностью забойки. Чем больше длина и плотность забойки, тем больше сопротивление движению продуктов взрыва к устью шпура. В момент взрыва в нижней части забойки образуется зона повышенной плотности, которая заставляет работать продукты взрыва равномерно во всех направлениях, что увеличивает эффект разрушения породы.

Длина забойки в шпуре, м, нормирована коэффициентом заполнения

а = l_з / l_ш , (53)

где l_з – длина заряда шпура, м; l_ш – глубина шпура, м.

Значения коэффициента заполнения шпура в зависимости от его диаметра приведены ниже.

Диаметр патрона ВВ, мм 32 и 36 40 и 45

Коэффициент а 0,4–0,5 0,5–0,65

В стволах, проходимых по обводнённым породам, нет необходимости применять забойку, так как её роль может выполнять вода. После заряжания шпуров прекращают откачивание воды из забоя и подтапливают ствол не менее чем на 20 см. При взрыве вода играет роль ликвидатора свободного пространства в шпурах и поглотителя части газообразных продуктов взрыва.

Одновременно с забойкой в шпуры по двум окружностям вставляют деревянные колышки высотой 0,6–0,8 м, на которых монтируются 2–3 нитки антенны из неизолированного алюминиевого провода площадью поперечного сечения 6 мм² или из медного – не менее 4 мм². К антенне подсоединяют концы проводов электродетонаторов. Подсоединение электродетонаторов к антенне производят по параллельной, последовательной, параллельно-последо-вательной или последовательно-параллельной схемам.

При параллельной схеме каждый конец провода подсоединяется к отдельной нитке антенны.

При последовательной схеме проводники электродетонаторов соединяют между собой, а оставшиеся два провода подсоединяют к антенне. Это очень простая и менее энергоёмкая схема.

При параллельно-последовательной схеме электродетонаторы делят на группы. В каждой группе электродетонаторы соединяют параллельно, а группы между собой – последовательно. При этой схеме во всех электродетонаторах группы проходит ток одинаковой силы.

При последовательно-параллельной схеме электродетонаторы в группе соединяют последовательно, а группы между собой – параллельно. Эта схема требует менее мощный источник тока. Наибольшее распространение при проходке стволов получили две последние схемы.

После монтажа электрической сети должно быть проверено соответствие фактического сопротивления взрывной сети её расчетному сопротивлению. Расхождение измеренного и расчётного сопротивления сети не должно превышать 10 %.

Для механизированного бурения шпуров при проходке стволов диаметром 5,5–9 м широкое применение получили бурильные установки типов БУКС-1м и СМБУ-3м [11, 24–26].

Установки СМБУ-3м на три, а УБС-6 на шесть бурильных машин применяют в комплексе с любыми погрузочными машинами для бурения шпуров глубиной до 3,9 м [13].

Унифицированные бурильные установки типа БУКС на основе базовой модели БУКС-1м включают несколько модификаций. Бурильные установки БУКС-1у2, БУКС-1у3, БУКС-1у4, БУКС-1у5, БУКС-ly и БУКС-1мц имеют две, три, четыре и пять бурильных машин для бурения шпуров глубиной до 4,4 м и применяются в комплексе с погрузочными машинами типа КС.

С учетом опыта эксплуатации бурильных установок типа БУКС и СМБУ в ЦНИИподземмаше разрабатывается новая электрогидравлическая установка типа БУС, которая предназначена для совместной работы с погрузочной машиной МПГС [10, 23].