Комплекты шпуров и организация работ при проведении выработок в однор

КОМПЛЕКТ ШПУРОВ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЗРЫВОМ

Комплект шпуров и Факторы, влияющие на его конструкцию

Для отрыва породы на заданную глубину в забое бурится комп­ лект, состоящий из врубовых, вспомогательных и оконтуривапцих шнуров,.

Под конструкцией комплекта шпуров понимается их взаимное расположение в забое. Взаимное расположение шпуров и конструкция зарядов ВВ в площади вруба определяет тип последнего.

При выборе комплекта для забоя исходят прежде всего из ус­ ловий получения высокого коэффициента использования шпуров (к .и .ш .) с наименьшей затратой времени и средств. При этом стре­

мятся обеспечить точное оконтуривание выработки, исключение под­ рыва одного заряда ВВ другим, минимальное разбрасывание породы по выработке и равномерное дробление ее до необходимой крупнос­ ти кусков, наибольшее удобство при бурении забоя.

Для уменьшения расхода шпурометров на забой с помощью вру­ ба создается вторая обнаженная плоскость. В отличие от остальных шпуров в комплекте, врубовые работают на одну обнаженную поверх­ ность, поэтому на единицу площади забоя количество их во врубе значительно больше, чем среднее по забою.

После взрыва вруба и образования второй обнаженной плоскос­ ти создаются условия для успешного взрывания вспомогательных и оконтуривающих шпуров. Первые из них бурятся при большом рассто­ янии врубовых от оконтуривающих шпуров, способствуя увеличению второй обнажённой плоскости после взрыва вруба. Расположение их зависит от площади забоя, типа вруба и числа шпуров на забой.

Основным назначением оконтуривающих., или отбойных, шпуров является отрыв породы по контуру выработки на заданную глубину. Располагать отбойные шпуры рекомендуется таким образом, чтобы их забои были в плоскости продолжения стен выработки (в крепких породах выходили за контуры выработки), а устья располагались в 0,10 -0,20 м от контура выработки. Верхние шпуры (у кровли) не должны доходить до плоскости контура выработки в целях предот­ вращения вывала лишнего объема породы, а забои нижних (Полозо­ вых) шпуров необходимо располагать несколько ниже почвы.

В мягких и слабоустойчивых породах расположение шпуров отли-

шпуров, но и тип вруба. Если при небольшой глубине наиболее раци­ ональны клиновые врубы, то с увеличением ее вруб меняют сначала на комбинированный или двойной клиновый, а затем, при дальнейшем увеличении глубины, переходят на прямые врубы » врубы со скважи­ ной и щелями*

С увеличением глубины заложения заряда ВВ на изменение его работы (при других постоянных условиях) оказывают влияние четыре фактора: I) экспоненциальное снижение энергии взрыва, выходящей на обнаженную поверхность забоя, в связи с удалением центра ци­ линдрического заряда ВВ от этой поверхности; 2) величина и кон­ фигурация обнаженной поверхности; 3) изменение напряденного сос­ тояния массива с удалением его элементарного объема от обнажен­ ной поверхности забоя; 4) вероятностное отклонение шпура от его первоначального направления.

Для цилиндрических зарядов экспоненциальное снижение величи­ ны энергии с расстоянием от центра взрыва‘характеризуется квадра­ тичной зависимостью*

Если при клиновом врубе и небольшой глубине шпуров наблюда­ ется преимущественно двустадийное взрывание, при котором взрыва­

ние первых шпуров вруба, занимающих незначительную часть общего шпурометража забоя, не может существенно влиять на изменение ра­ схода ВВ, то при большой глубине шпуров уже существенную часть общего количества шпуров на забой занимают врубовые шпуры (от 20 до 45/6 его площади). При этом вруб определяется по площади полос­ ти, необходимой для эффективного взрывания цилиндрического заря­ да ВВ на две обнаженные поверхности, при которой дальнейшее уве­ личение площади полости, образуемой взрывом, не ведет уже к рос­ ту л .н .с . этого заряда и изменению удельного расхода ВВ*

Следует обратить внимание на существенную разницу в удельных расходах ВВ на единицу площади вруба и остальной части забоя. В пределах площади 8абоя удельный расход ВВ из расчета на одну се­ рию ступеней замедления изменяется от 330 (во врубе) до 1,7 кг/м3 . Поэтому с увеличением глубины опуров и осложнением работы врубо­ вых шпуров за счет повышения расхода шпурометров во врубе (при постоянном к .и .ш .) средний удельный расход ВВ на забой значитель­ но увеличивается.

Удельный расход ВВ с увеличением глубины шнуров возрастает также и з-за уменьшения влияния на эффект взрыва обнаженной по­

С увеличением глубины шпуров некоторая часть эаряда рабо­ тает в массиве9 находящемся в состоянии всестороннего сжатия, на разрушение которого требуется больше энергии, чем на разру­

шение массива, непосредственно прилегающего к обнаженной поверх­ ности. Иначе говоря, чем больше длина шпуров, тем* выше средняя интегральная прочность массива и больше удельный расход ВВ.

Таким образом, с увеличением глубины конструкция комплек­ та шпуров, определяемая в основном типом вруба, значительно меняется.

Различают следующие конструкции комплектов шпуров: I . Ком­ плекты шпуров, определяемые глубиной нормального клинового вру­ ба. 2 . Многоклиновые, пирамидальные комбинированные и веерные врубы. *3. Прямые врубы и их разновидности. 4 . Специальные врубы. 5. Комплекты шпуров увеличенного диаметра. 6. Врубы со скважи­ нами и щелями.

Такая классификация одновременно характеризует методы* из­ менения глубины шпуров и последовательность их применения при увеличении глубины шпуров. При постоянных сечении выработки и к.и.ш . диапазон изменения глубины шпуров может быть достаточно большим (1,5-3-кратным). Все вышеприведенные методы приводят

оптимальная глубина шпуров, при которой трудовые затраты на про­ ведение I м выработки минимальные, обычно больше половины сред­ него линейного сечения выработки.

Ниже излагаются конструктивные особенности комплектов шпу­

- 7 - Схемы расположения шпуров в забое

при небольшой их рлубире

Из большого числа применяющихся врубов, сконструированных по принципу клинового, наиболее распространены вертикальный кле­ новый, центральный пирамидальный, никний, верхний и боковой врубы»

Вертикальный клиновый вруб - наиболее удобный для бурения, широко распространен в практике. Он может применяться в породах сравнительно небольшой крепости, крепких и даже очень крепких.

Клиновый вруб обеспечивает бурение наименьшего числа шпу­ ров в комплекте и удельный расход ВВ, если глубина его неболь­ шая. Это обусловлено особенностями конструкции вруба данного типа.

Объяснить основные принципы конструирования клинового вру­ ба можно на следующем примере (рис. I ) . Если к плоскости забоя

Рис. I . Принцип конструирования клинового вруба

пробурить под прямым углом шпур достаточной длины и взорвать его, то воронка взрыва будет незначительна; оторвет только по­ роду в устье шпура, а в основном шпур останется ненарушенным взрывом. В противоположность этому, если удастся прорубить шпур параллельно груди забоя (например, из другой выработки), то при правильно выбранной линии сопротивления и при том же заряде от­ рыв породы будет полным, по всей длине шпура.

Следовательно, при создании второй обнаженной плоскости не­ обходимо учитывать преимущества параллельного шпура и бурить

комендуемого для данной крепости пород. Ери этом глубина шпуров увеличивается, но к.и.ш . падает и растет удельный расход ВВ и шпурометров. Практически бурение врубовых шпуров с большим цен­ тральным утлом ограничивается сечением вн^ботки (ее шириной).

Увеличение центрального утла вруба больше рекомендуемого также нерационально, так как глубина шпуров уменьшается, а рас­ ход шпуров на I м выработки почти не уменьшается или даже уве­ личивается. При бурении клинового вруба с рекомендуемыми цент­ ральными углами достигается наименьший удельный расход шпурометров и ВВ, который можно получить при данных сечении выработ­ ки, технических средствах (включая ВВ) и достигнутой степени совершенства методов ведения взрывных работ.

Глубина шпуров, при которой достигается наименьший удель­ ный расход ВВ и шпурометров, называется нормальной глубиной клинового вруба.

В забое при разметке шпуров нормального клинового вруба выработка по ширине делится тремя вертикальными линиями на четы­ ре части: центральная линия служит ооью вруба, а по двум другим линиям намечают устья врубовых шпуров. Бурению такого вруба обычно мешают стенки выработки, поэтому для удобства врубовые шпуры бурят, отступая о* этих намеченных линий на 10-15 см к центру выработки.

Глубина врубовых шпуров принимается на 10-20 см больше вспомогательных и отбойных. При одновременном взрывании все шпу­ ры вруба можно бурить так, чтобы они сходились в центре. При раздельном взрывании в крепкой породе забои врубовых шпуров, на­ правленных к центру выработки, должны отстоять друт от друга на 15-20 см. В забоях шахт, опасных по взрыву газа и пыли, это рас­ стояние определяется правилами безопасности.

Характерной особенностью данного комплекта Шпуров является бурение их (за исключением нижних) с небольшим наклоном вверх. При наличии в забое воды наклонный шпур при заряжании вэрнвчатым веществом всегда остается оухим.

В солевых породах вертикальный клжнсвый вруб применялся,

например, при проходке горизонтальных выработок по сильвинитовому пласту АБ на шахте Взрезниковского калийного комб!ната.

При ширине выработки 6 м и высоте 3 и глубина нормального клинового вруба равнялась 2 м. Вруб состоял из 10 шцуров (ри с.2 ), расположенных в два ряда, по пять шцуров в ряду и при расстоя-

Рис. 2. Комплект шпуров с вертикальным клиновым врубом по соли

i

нии между ними 0 ,2 5 -0 ,5 м. При таком расположении шцуров к.и.ш . достигал 0 ,9 4 . В данном случае глубина шпуров определялась не шириной, а высотой выработки, регламентирующей зону двухосной напряженности прилегающих к обнаженной поверхности пород. Шири­ на выработки также оказывает влияние на глубину шпуров, но в меньшей степени.

Центральный угол клинового вруба рекомендуется в следующих

аналогичных вертикальному клиновому врубу, подробно рассмотре­ ны в работе [ 2J .

Основной недостаток описанных врубов - невозможность ис­ пользования в полной мере мощности современного оборудования и з-за небольшой глубины шцуров. Поэтому они не рекомендуются для широкого применения.

Количество шпуров при глубине нормального клинового вруба может быть выбрано по данным практики или определено ориенти­ ровочно по эмпирическим формулам, например, по известной форму­

характеризующий относительное изменение энергйи взрыва, для ВВ типа 6ЖВ ё = I .

При незначительном увеличении глубины шпуров характер вру­ ба может не меняться, но при том же количестве шпуров и удель­ ном расходе ВВ к.и.ш . будет меньше первоначального. Для сохра­

угол клинового вруба изменился с 60 до 50°. При*таком угле еще возможно сохранение клинового вруба за счет увеличения количес­ тва шпуров (очень крепкие породы;«

Однако при дальнейшем увеличении средней глубины комплекта шпуров, но неизменности конструкции вруба высокий к .и .ш . обес­ печивается только при неоправданно больших затратах труда и средств. Поэтому для уменьшения удельного расхода ВВ и шпурометров при дальнейшем увеличении глубины шпуров требуется изме­ нение конструкции вруба. Клиновый вруб усложняется, применяются

При дальнейшем увеличении глубины шнуров необходимо не только увеличивать количество шпуров в забое, но и изменять тип вруба. Если глубина шпуров увеличивается по отношению к перво­ начальной ъ* в 1 ,5 , а в три раза и более, то центральный.угол клинового вруба уменьшается до двадцати градусов и менее. Шпуры вруба в этом случае бурят под углом к плоскости забоя, близким к прямому, и для сихранения высокого к.и.ш . бурят большое коли­ чество шпуров. Для уменьшения количества шпуров комплекта по сравнению с глубоким клиновым врубом бурят серию параллельных шпуров (цилиндрический и щелевые врубы).

Однако по сравнению с комплектом шпуров нормального клино­ вого вруба при использовании прямого вруба (цилиндрического) число шпуров в комплекте всегда больше, следовательно, он раци­ онален при глубине, значительно превышающей глубину шпуров пер­ вого.

Шпуры комплекта с цилиндрическим (прямым) врубом распола­ гаются по забою по концентрическим окружностям, наибольшая плот­