6.3. Число шпуров, их расположение в забое

Как и в горизонтальных выработках, шпуры в тоннелях подразделяют на врубовые, вспомогательные (отбойные) и оконтуривающие. Однако число шпуров в связи с большой площадью забоя возрастает в несколько раз, особенно отбойных и контурных. Возрастает и число серий взрывания, достигая 7-8. Иногда среди группы шпуров выделяют еще и почвенные.

Тип врубов. Как и в горизонтальных горных выработках, они могут быть клиновыми (отрывающими) и призматическими (разрушающими). Обычно вруб располагают по высоте в середине сечения, поскольку в этом случае не нарушается симметрия шпуров, что позволяет уменьшить число интервалов при взрыве зарядов. Иногда вруб располагают ниже геометрического центра забоя, чтобы уменьшить действие сейсмического эффекта от взрыва мощных врубовых зарядов на кровлю тоннеля и уменьшить разлет взрываемой породы. На место расположения вруба может оказывать влияние и трещиноватость породы, а также такой технологический фактор, как расположение ярусов на применяемой буровой раме.

Большой опыт проведения тоннелей сплошным забоем с помощью БВР показывает, что наиболее рациональным является клиновой вруб в варианте многоступенчатого клинового или веерного. Первый целесообразен в трудновзрываемых крепких породах, второй – в легковзрываемых породах средней крепости. Число «клиньев» многоклинового вруба зависит от ширины тоннеля. Развитием веерного вруба является треугольный вруб, который надежен и в крепких породах. Веерный и треугольный врубы могут быть рекомендованы также при неравномерном падении слоев породы, при концентрации слоистости с одной стороны сечения выработки, или при косых забоях, когда плоскость забоя не перпендикулярна оси выработки.

При большой ширине тоннеля на забое могут устраиваться два вертикальных вруба, расположенных по сторонам забоя.

Достоинства врубов с наклонными шпурами: универсальность, высокий КИШ, достигающий 0,9-0,95 независимо от их глубины, несколько пониженные требования к точности бурения по сравнению с прямыми врубами. Расстояние между рядами врубовых шпуров по вертикали должно составлять не более 0,8W_p, где W_p – расчетная линия наименьшего сопротивления шпуров. Угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя составляет 55-65°, а при веерных врубах – 35-40° (для шпуров, ближайших к плоскости забоя).

Число врубовых шпуров должно быть подобрано из условия, чтобы расстояние между вершинами смежных шпуров не превышало W_p. Заряды во врубовых шпурах должны взрываться с интервалами замедления, не превышающими 25 мс, при условии одновременного взрыва зарядов в двух шпурах, направленных друг к другу от центра к периферии в каждом ряду, а для веерных врубов – последовательность взрывов зарядов в шпурах в направлении от ближайших к плоскости забоя до располагаемых в глубине массива.

Глубину врубовых шпуров необходимо определять из условия, чтобы перпендикуляры, восстановленные из конца шпуров, доходили до свободной плоскости забоя, поскольку если они упираются в целик породы, вруб оторвется не полностью. Если имеются промежуточные врубовые шпуры, то глубину их необходимо назначать в соответствии с этим условием.

Вместе с тем, наиболее существенным недостатком клиновых врубов является то, что даже при КИШ, равном 0,9, около 15% длины шпуров не может быть использовано из-за их наклона к плоскости забоя. Кроме того, они более сложны по схеме расположения, отсутствие на бурильных установках приспособлений, позволяющих устанавливать требуемые углы наклона бурильных машин и буровых штанг, приводит к неточному бурению и снижению КИШ, требуется высокая квалификация бурильщиков, затруднительно полностью механизировать процесс бурения и др.

Все это обусловило заметное расширение применения в тоннелестроении призматических (разрушающих) врубов, достаточно хорошо зарекомендовавших себя при проведении горизонтальных горных выработок, обеспечивают высокую эффективность взрывных работ, особенно в крепких породах. По сравнению с клиновыми (наклонными) врубами, разрушающие врубы располагаются перпендикулярно забою, их сравнительно легко выбуривают всеми видами бурового оборудования. Они существенно снижают сейсмическое и ударное воздействия на окружающий скальный массив. Процесс бурения разрушающих врубов легко поддается полной механизации и автоматизации. К достоинствам параллельных врубов относится также некоторое повышение глубины подвигания за взрыв (примерно на 20 см) по сравнению с отрывающими врубами при глубине шпуров до 3-3,5 м.

В числе недостатков призматических врубов следует прежде всего упомянуть повышенное требование к точности бурения шпуров. Даже незначительное отклонение врубовых шпуров от проектного направления и другие неточности резко снижают эффективность взрыва и величину КИШ. Это требование трудно соблюсти при глубине шпуров более 4 м по причине изгиба штанги при бурении.

Экспериментально установлено, что в туннелях площадью 50-90 м², в породах средней крепости центральный шпур, входящий в конструкцию вруба, как правило, заряжать не следует, в крепких же породах в центральный шпур рекомендуется помещать заряд ВВ, равный 0,3-0,4 массы заряда ВВ в остальных врубовых шпурах и взрываться одновременно с зарядами в остальных шпурах вруба. При использовании шпуров глубиной 3,7-4,0 м заряд в центральном шпуре целесообразно взрывать спустя 25 мс после взрыва первой серии вруба.

Применение призматических врубов может быть рекомендовано для выработок большого сечения, а особенно для туннелей пролетом до 8 м, проходящих в крепких однородных слаботрещиноватых скальных породах, преимущественно при глубине бурения до 4 м.

В крепких скальных грунтах действие вруба может быть усилено размещением по оси вруба незаряженной скважины диаметром 75-100 мм и более, и глубиной, превышающей на 10- 15% остальные шпуры, образующей дополнительную поверхность обнажения и одновременно используемой для уточнения геологических условий перед забоем. Расстояние от центральной скважины до врубовых шпуров в зависимости от структурно-геологических условий и диаметра скважины составляет от 10 до 30 см.

Иногда разрушающие врубы размечают в комбинации с опережающими незаряжаемыми скважинами (обычно одна или две скважины) диаметром 105-125 мм.

Особое внимание должно быть обращено на выбор степени замедления между отдельными сериями зарядов в шпурах. В массивных или слаботрещиноватых крепких породах величина замедления между сериями должна быть 25 мс, в трещиноватых породах – 50 мс.