4. Проходка буровзрывным способом

Основные положения. Наиболее эффективным способом разработки скальных и полускальных пород является их взрывание. Взрывной способ дешев, применим в породах различной крепости и обеспечивает высокие скорости проходки.

Для размещения зарядов ВВ при взрывном способе бурят шпуры, поэтому, говоря о нем, обычно употребляют термин «буровзрывные работы».

Все буровзрывные работы производят в соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах.

Цикл буровзрывных, работ представляет собой ряд последовательных операций, производимых для разрушения забоя на некоторую глубину, называемую глубиной заходки. В состав цикла входят основные работы (установка бурового инструмента, бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя после взрыва, оборка контура и забоя выработки, уборка взорванной породы и в случае необходимости установка временной крепи) и вспомогательные работы (наращивание путей, кабелей и трубопроводов, водоотлив и операции по разбивке оси и сечений выработки). Вспомогательные работы ведут одновременно с основными, их производство не влияет на продолжительность цикла.

Шпур, т.е. скважину диаметром менее 100 мм, в которую помещают заряд ВВ, располагают перпендикулярно или под углом к плоскости забоя, являющейся поверхностью обнажения. Разрушение породы происходит наиболее эффективно при действии взрыва в направлении кратчайшего расстояния от центра заряда до поверхности обнажения, называемого линией наименьшего сопротивления (ЛНС). Ось перпендикулярного к поверхности обнажения шпура совпадает с ЛНС, и эффект взрыва, образующего узкую конусообразную воронку, невелик. Поэтому обычно шпуры бурят под острым углом к поверхности обнажения, что уменьшает длину ЛНС и повышает эффект взрыва.

В результате взрыва заряда стенки шпура разрушаются не по всей его длине. Донная часть шпура (так называемый «стакан») подвергается лишь некоторому расширению, и часть шпура оказывается неиспользованной. Отношение длины W использованной части шпура к его полной длине l к называют коэффициентом использования шпура и определяют по формуле

η = W/l_к.

В горизонтальных выработках η обычно составляет 0,8—0,9. Взрываемая порода зажата окружающим горным массивом, поэтому целесообразно образовывать дополнительные поверхности обнажения, освобождающие породу от зажима и облегчающие условия ее взрывания. Для этого в первую очередь взрывают более глубокие врубовые шпуры 1, имеющие большие заряды, создавая в забое врубовую воронку 2 (рис. 124). Остальные шпуры (отбойные) работают при взрыве с уменьшенной ЛНС и разрушают породу более эффективно. Отбойные шпуры делят на вспомогательные 3 и контурные 4. В результате взрывания комплекта шпуров, забуренных на его глубину l_к, забой продвигается на глубину заходки W.

Рис. 124. Основные виды шпуров

5. Паспорт буровзрывных работ

6. Основные типы врубов и условия их рационального применения

Виды врубов. В практике проведения буровзрывных работ выработано большое число типов врубов, соответствующих разнообразным условиям подземных выработок (рис. 125). Эти врубы могут быть разделены на следующие основные группы. Односторонние врубы из наклонных шпуров, оконтуривающие врубовую воронку с одной стороны, применяют в породах с явно выраженной слоистостью или трещиноватостью. Взрывание врубовых шпуров, располагаемых поперек разделенных трещинами слоев или пластов, вызывает их перебивание. В зависимости от расположения пластов породы используют верхний, нижний или боковой вруб.

Рис. 125. Виды врубов

Врубы из сходящихся шпуров оконтуривают врубовую воронку с двух и более сторон. Вертикальный и горизонтальный клиновые врубы пригодны почти во всех породах. Частным случаем вертикального клинового вруба является весьма распространенный центральный клиновый вруб. Пирамидальный вруб, дающий наибольший эффект, применяют преимущественно в породах высокой крепости и при проходе вертикальных стволов.

Врубы из сходящихся шпуров обеспечивают хороший выброс породы из врубовой воронки и эффективное использование отбойных шпуров. Их недостатком является большой разброс взорванной породы, что часто нарушает устойчивость крепи и снижает производительность механизированной погрузки. Кроме того, глубина заходки при врубах из сходящихся шпуров ограничена возможностью бурения наклонных шпуров в выработках небольших размеров (особенно в крепких породах, угол вруба α в которых достигает 60—70°).

Прямые врубы из шпуров, параллельных оси выработки, лишены этого недостатка и не ограничивают глубины заходки. Роль дополнительной поверхности обнажения для врубовых шпуров в этом случае играют незаряженные шпуры. В результате взрыва разрушаются перегородки между шпурами и образуется воронка в виде призмы (призматический вруб) или щели (щелевой вруб). Все шпуры призматического вруба (4—8 шт.) взрывают одновременно; при щелевом врубе взрывание шпуров выполняют в последовательности, указанной на рис. 125. При спиральном врубе очередность взрывания шпуров обеспечивает последовательное расширение вруба.

Вместо холостых шпуров с успехом могут быть применены опережающие скважины диаметром 100 мм и более, образующие большую поверхность обнажения и способствующие повышению коэффициента использования врубовых шпуров и увеличению глубины заходки. Повышение коэффициента использования шпура может быть достигнуто также короткозамедленным взрыванием врубовых шпуров.

Прямые врубы независимо от сечения выработки обеспечивают возможность получения заходки необходимой глубины и требуемую кучность взорванной породы. К их недостаткам можно отнести некоторое повышение расхода ВВ и необходимость бурения дополнительных холостых шпуров или скважины.

Тип вруба выбирают с учетом удобства бурения врубовых шпуров. В горизонтальных выработках наиболее удобны для бурения горизонтальные шпуры; вертикальных стволах шахт — шпуры, буримые сверху вниз; в вертикальных ходках — шпуры, буримые снизу вверх с помощью телескопных перфораторов. Поэтому в горизонтальных выработках рекомендуется применение вертикального и центрального клинового врубов, дающих хорошие результаты при разном направлении слоистости; в вертикальных стволах — пирамидальный вруб и в вертикальных ходках, обуриваемых снизу, — призматический вруб. Если применение клинового вруба ограничивает глубину заходки, целесообразен переход к прямым врубам, особенно к призматическому. В выработках большого сечения прямые врубы не имеют существенных преимуществ по сравнению с клиновыми врубами. В крепких породах клиновые врубы могут быть усилены. Ниже приведены некоторые схемы усиления с указанием очередности взрывания врубовых шпуров (рис. 126).

Рис. 126. Усиленные клиновые врубы

Можно образовать неглубокую врубовую воронку шпурами, забуренными под углом вруба, соответствующим породе данной крепости (рис. 126, а). Основные врубовые шпуры бурят под меньшим углом, что позволяет получить более глубокую врубовую воронку.

С помощью коротких горизонтальных или наклонных шпуров можно создать вертикальную щель (рис. 126, б и в), облегчающую взрывание основных врубовых шпуров.

Размещение в середине клинового вруба незаряженной скважины диаметром 100 мм (рис. 126, г) образует для врубовых шпуров дополнительную поверхность обнажения. Одновременно скважина используется для уточнения геологических условий.

При глубоких заходках (3 м и более), особенно в крепких породах, целесообразен так называемый плужный вруб из наклонных шпуров, сходящихся в точки, расположенные у стен выработки (рис. 127), Последовательное взрывание шпуров вруба в направлении от середины к стенам выработки образует в забое расположенную горизонтально воронку, в которую отбивается порода отбойными шпурами. Удобство бурения шпуров такого вруба обеспечивается применением так называемых «лестничных» приспособлений.

Рис. 127. Плужный вруб