2527
.pdf
ударник. Частота ударов достигает 3000 в минуту, вращение изменяется от 140 до 400 оборотов в минуту.
3.2. БУРОВЫЕ РАБОТЫ В ТОННЕЛЯХ
Для производства буровых работ при проходке тоннелей в скальных породах применяют самоходные бурильные установки
ибуровые рамы портального типа.
Втоннелестроении используют отечественные установки типа СБУ (СБУ-2М, 1СБУ-2К) – на гусеничном ходу (рис. 3.6), УБШ (УБШ-322Д, УБШ-532Д) – на пневмоколесном ходу и БУР
– на колесно-рельсовом ходу. На бурильных установках имеется от 2 до 6 стреловых манипуляторов, на которых монтируются буровые машины вращательно-ударного действия или тяжелые перфораторы, и аппаратура управления. За рубежом применяют аналогичные бурильные установки таких фирм, как «Атлас Копко» (Швеция), «Ингерсолл-Рэнд» (США), «Тамрок» (Финляндия), «Секома» (Франция) «Фурукава» (Япония) и ряд других. Самоходные бурильные установки достаточно производительны и маневренны, но имеют ограничения по числу бурильных машин и по площади обуривания забоя, т.е. в основном применяются при обуривании забоев штолен, калотт и тоннелей малого сечения.
Рис. 3.6. Самоходная бурильная установка 1СБУ-2К: 1 – бурильные машины; 2 – манипуляторы; 3 – тележка с ходовой ча-
В последнее время создана установка УБШ-662ДК с 6-ю бурильными машинами, которую можно использовать в тоннелях большого сечения. Она имеет крупные габаритные размеры, и при
218
транспортных операциях в тоннелях малого и среднего сечения ее необходимо выводить за пределы тоннеля, чтобы освободить место транспорту (ширина установки 3,5 м).
В настоящее время некоторыми иностранными фирмами: «Атлас Копко» (Швеция), «Тамрок» (Финляндия), «Фурукава» (Япония), «Перард Торк» (Англия) и др. – созданы автоматизированные бурильные установки, которые оснащены микропроцессорами, сервоприводом и сенсорным управлением и могут работать в автоматическом режиме без участия человека с помощью компьютера по заданным паспортам буровзрывных работ.
Для обуривания забоев тоннелей больших сечений наиболее целесообразно использовать буровые рамы портального типа – металлические конструкции на колесно-рельсовом ходу. Портал устанавливается для пропуска транспорта под рамой. На буровой раме имеется 2 или 3 яруса платформ, на которых размещают стреловые манипуляторы, позволяющие обуривать 5 8 м2 площади забоя каждый. На манипуляторах монтируют бурильные машины вращательно-ударного действия или колонковые перфораторы с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность бурения шпуров в любой точке забоя двумя бурильными машинами.
На буровой раме размещены: пульт управления, воздушные ресиверы, механизмы для установки арочной крепи и наращивания вентиляционных труб, подъема инструмента и материалов, буровой станок для бурения врубовой скважины и выдвижные или откидные боковые рабочие площадки. Буровая рама также используется для разметки шпуров, их заряжания, оборки кусков породы после взрыва, бурения анкерных шпуров и установки анкеров в своде.
В нашей стране выпускают рамы подобного типа с индексом ПБА и УБШ с 6-ю бурильными машинами (рис. 3.7). При строительстве тоннелей на БАМе применяли буровые рамызарубежныхфирм«Фурукава»и«Тамрок»(рис. 3.8).
При проходке тоннеля уступным способом для разработки пород нижнего уступа применяют две схемы бурения шпуров и скважин: горизонтальное расположение шпуров и нисходящее расположение скважин (рис. 3.9).
219
Рис. 3.7. Бурильные установки портального типа ПБА-2 (а) и УБШ-661ПК (б): 1 – механизм для установки арочной крепи; 2
– бурильный стреловой манипулятор; 3 – механизм для наращивания вентиляционных труб; 4 – ходовая часть; 5 – буровой станок; 6 – портальная конструкция; 7 – выдвижные или откидные рабочие площадки
Рис. 3.8. Буровой агрегат фирмы «Фурукава»: 1 – грузовая лебедка; 2
– труба для отвода отработавших газов; 3 – площадки для заряжания на гидроподъемнике; 4 – домкратная выносная опора; 5 – бурильная
220
машина РД-100; 6 – станок МУ20С для бурения скважин диаметром 100 мм; 7 – ходовая часть с электроприводом; 8 – ограждение площадок; 9 – обделка тоннеля
Рис. 3.9. Схемы расположения шпуров и скважин в нижнем уступе: а – горизонтальное; б – нисходящее
При горизонтальном расположении шпуров для их бурения используют то же оборудование, что и при разработке сплошным забоем, т.е. бурильные установки СБУ и УБШ. При этом достигается равномерное дробление породы и ровная поверхность подошвы тоннеля. Но работы по бурению шпуров и погрузке взорванной породы в этом случае проводятся последовательно, и, как следствие, снижается скорость проходки, потому что увеличивается продолжительность проходческого цикла.
Чаще на практике применяют нисходящее (вертикальное или наклонное) расположение скважин. Здесь обеспечивается полная независимость работ по бурению и погрузке породы. Буровые станки располагаются на подошве калотты, а погрузка ранее взорванной породы производится с подошвы нижнего уступа. Таким образом, сокращается продолжительность проходческого цикла за счет совмещения во времени двух трудоемких операций. Но при этом необходимо иметь специальные буровые станки вертикального бурения. В тоннелестроении применяют станки вра- щательно-ударного и вращательного действия типа СВБ-2, СБМК-5, СБА-500 и т.п. с диаметром бурения до 150 мм. К недостаткам нисходящего бурения относятся менее равномерное дробление породы и более сложное получение ровной поверхности подошвы тоннеля.
221
3.3. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ
Для производства взрывных работ применяют выпускаемые промышленностью взрывчатые вещества (ВВ), которые по химическому составу представляют собой смеси различных компонентов. Наиболее широко применяются смеси аммиачной селитры с тротилом в порошкообразном (аммониты) и гранулированном (гранулиты, граммониты) видах. ВВ выпускают в виде патронов диаметром 24 45 мм или россыпью (в мешках).
При проходке тоннелей используют ВВ различной мощности в зависимости от крепости пород:
для крепких пород (f 7) – аммонит № 1 скальный, аммонал № 3 скальный, детонит М, аммонал (патронированные); аммонал А-8 и гранулит АС-8В (россыпные);
для пород средней крепости и крепких (f = 3 7) – аммонит № 6ЖВ, динафталит (патронированные); граммонит 79/21-Б, гранулит АС-4В (россыпные);
для пород слабых и средней крепости (f = 1 3) – аммониты ПЖВ-20 и Т-19 (патронированные); гранулит М (россыпный).
Из них наиболее распространены скальный аммонит № 1 – самое мощное ВВ из аммонитов, аммонит № 6ЖВ – ВВ средней мощности, граммонит 79/21-Б.
В последнее время за рубежом (Швеция, Финляндия, США, Япония и др.) стали применять более эффективные и стабильные виды ВВ: гелеобразные (динамекс), эмульсионные (эмулиты – водно-нефтяная эмульсия в патронах с добавлением алюминиевой пудры), пластичные (гуриты).
Возбуждение взрыва (детонация) зарядов ВВ достигается с помощью средств взрывания (СВ). Промышленностью выпускаются следующие СВ: капсюли-детонаторы для огневого взрывания, электродетонаторы, детонирующие шпуры, огнепроводные шпуры. В тоннелестроении преимущественно применяют электрическое взрывание, поэтому основными СВ являются электродетонаторы.
222
По времени срабатывания различают электродетонаторы мгновенного, короткозамедленного и замедленного действия, по мощности – нормальной и повышенной инициирующей способности, по условиям применения – предохранительные для обводненных забоев и непредохранительные для сухих забоев.
Электродетонаторы мгновенного действия состоят из металлической (стальной, алюминиевой) или бумажной гильзы, заполненной первичным и вторичным инициирующим ВВ, в гильзу вмонтирован электровоспламенитель (рис. 3.10, а). Первичные инициирующие ВВ – гремучая ртуть, азид свинца; вторичные – тетрил, гексоген, тэн. Масса ВВ в электродетонаторе составляет: первичного 0,15 г, вторичного 1 1,5 г.
|
|
3 |
|
2 |
|
1 |
|
а) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
б)
2 4 1
Рис. 3.10. Электродетонаторы: а – мгновенного действия; б – замедленного действия; 1 – воспламенительная головка; 2 – первичный заряд ВВ; 3 – вторичный заряд ВВ; 4 – замедляющий состав
Электродетонаторы мгновенного действия выпускают следующих марок: ЭД-8-Э (водостойкий непредохранительный), ЭД-8-Ж (водостойкий предохранительный) и ЭДП (предохранительный водостойкий повышенной мощности).
Электродетонаторы короткозамедленного действия (ЭДКЗ) и замедленного действия (ЭДЗД) отличаются от электродетонаторов мгновенного действия тем, что между зарядом ВВ и электровоспламенителем помещен замедляющий состав, горящий в течение определенного времени (рис. 3.10, б). Время замедления зависит от длины столбика замедляющего состава и его компонентов.
223
Втоннелестроении применяют предохранительныеэлектродетонаторы короткозамедленного действия марок: ЭДКЗ-ПМ-15
синтервалами замедления 15, 30, 45, 60, 75, 105, 120 мс; ЭДКЗ с интервалами замедления 25, 50, 75, 100,150, 250 мс и электродетонаторы замедленного действия ЭДЗД, имеющие большие ин-
тервалы замедления: 0,5; 0,75; 1; 2; 4; 6; 8; 10 с.
Электродетонаторы мгновенного действия взрываются в момент подачи электрического тока, а электродетонаторы замедленного действия – через определенное время после включения электрического тока (время продолжительности сгорания замедляющего состава).
Втоннелестроении применяют также детонирующие шнуры ДШ. Они служат для передачи и возбуждения детонации в заряде ВВ, состоят из высокобризантного ВВ (тэн) в нитяной оплетке, покрытой водонепроницаемой мастикой или пластиком, взрываются от зажигательной трубки или электродетонатора. Для взрывания капсюлей-детонаторов при огневом взрывании применяют огнепроводные шпуры ОША, заполненные бездымным порохом (скорость горения 1 см/с).
Источниками тока при электрическом взрывании служат специальные конденсаторные взрывные машинки типа КПМ-1А, КПМ-3, ВМК-500, силовая и осветительная сети.
За рубежом широко применяют разработанную в Швеции неэлектрическую схему взрывания с использованием детонаторов типа «Нонел». Эти детонаторы выполнены в виде пластиковых трубок диаметром 3 мм, покрытых изнутри порошкообразным детонирующим составом (0,02 г на 1 пог. м трубки) и передающих взрывную волну со скоростью 2 км/с. Они не подвержены, как электродетонаторы, опасному действию блуждающих токов и статического электричества. Применяют также электронные детонаторы замедленного действия с интервалами замедления от 1 мс до 6 с.
3.4. КОНСТРУКЦИЯ ЗАРЯДОВ ВВ
224
При использовании патронированных ВВ обычно принимают колонковую конструкцию заряда с расположением патронов
ВВв шпуре в виде сплошной колонки (рис. 3.11).
Вколонковом заряде ВВ существенное влияние на эффективность взрыва оказывают место расположения патронабоевика, а также материал и величина забойки. При заряжании устраивают прямое или обратное инициирование взрыва ВВ, т.е. размещают патрон-боевик у устья или дна шпура (рис. 3.12).
При обратном инициировании вследствие более продолжительного воздействия продуктов взрыва на породу происходит более полное, чем при прямом инициировании, использование энергии взрыва. Благодаря этому повышается степень дробления взрываемой породы, уменьшается расстояние ее отброса от забоя при взрыве, снижается запыленность подземной атмосферы и удельный расход ВВ. Но в этом случае при массовом взрывании шпуров существует опасность преждевременной перебивки проводов электродетонаторов и невзрывания («отказа») отдельных зарядов ВВ.
1 |
2 |
3 |
4 |
ln
lз
lk
Рис. 3.11. Конструкция заряда отбойного шпура: 1– патроны ВВ; 2 – патрон-боевик; 3 – провод с электродетонатором; 4 – забойка;
225
а)
б)
в)
Рис. 3.12. Порядок расположения патронов в шпурах: а – прямое инициирование; б – среднее инициирование; в – обратное инициирование
Обратное инициирование рекомендуется при большой глубине шпуров (3 4 м), а также в крепких породах с f 9. В породах средней крепости (f = 4 8) эффективно встречное (чередующееся) инициирование, при котором один заряд имеет па- трон-боевик в устье, а соседний – у дна шпура.
Патроны ВВ при помещении в шпур надрезают по длине и уплотняют деревянным забойником, заполняя весь объем шпура.
Для более эффективного использования мощности ВВ и их экономии в крепких породах применяют комбинированные заряды: у дна шпура размещают более мощные ВВ, типа скального аммонита № 1 или детонита М, а к устью – ВВ меньшей мощности, типа аммонита № 6ЖВ, которым заполняют до 60 длины заряда. При этом мощное ВВ действует на более монолитную породу внутри массива, а на долю слабого ВВ приходится часть породы, прилегающей к забою и имеющей трещины и выколы вследствие действия предыдущего взрыва.
В устье шпура заряд ВВ закрывают забойкой, которая служит для задержки преждевременного выхода продуктов взрыва и повышения эффекта взрывания. В качестве забойки рекомендуется применять преимущественно сыпучие материалы с упругими свойствами: гранулированный шлак, щебень, влажный песок, буровую мелочь. На практике широко распространена смесь глины с песком (в составе 1 4). При этом глина является вяжущим эле-
226
ментом, а упругий песок принимает на себя энергию взрыва. Рациональная длина забойки составляет 0,35 0,5 длины заряда. В последнее время успешно внедряется водяная забойка из полиэтиленовых ампул, заполненных водой. Длина ампул 35 40 см, диаметр 37 38 см. Водяная забойка повышает действие взрыва за счет своих упругих свойств, снижает запыленность воздуха и поглощает часть ядовитых газов – окись углерода и окись азота.
3.5. ДИАМЕТР И ГЛУБИНА ШПУРОВ
Диаметр шпуров определяется в основном диаметром применяемых патронов ВВ. В нашей стране изготавливаются патроны ВВ диаметрами 28, 32, 36 и 45 мм. Патрон должен легко входить в шпур, но разница в их диаметрах не должна быть большой, т.к. наличие воздушного пространства снижает взрывное действие заряда. Рациональное отношение диаметров шпура и патрона считается равным 1,2. Буровые стандартные коронки и резцы выпускаются с учетом этого и имеют диаметр 32 52 мм. Опытом работы установлено, что рациональный диаметр шпуров в тоннельных выработках составляет 34 38 мм при применении ручных перфораторов и 42 46 мм при использовании бурильных машин враща- тельно-ударного действия и тяжелых колонковых перфораторов.
Глубиной шпуров определяется трудоемкость всех основных операций проходческого цикла и полнота использования горнопроходческого оборудования. Исходя из этого, а также с учетом скорости бурения при разработке различных по крепости пород обычно глубина бурения шпуров составляет в выработках малого сечения (до 20 м2) до 2 3 м и в тоннелях до 3 4 м. Вместе с тем, выбор глубины шпуров связан со структурно-геологическими условиями строения горного массива. В породах трещиноватых, неоднородных и слоистых, которые в основном представлены на трассах тоннелей, глубина шпуров более 4 м нецелесообразна из-за больших потерь энергии взрыва по трещинам и слоям в породе, а
227