Комплекты шпуров и организация работ при проведении выработок в однор
..pdfРис, 14. Комплекты шпуров с врубовыми скважина ми различного диаметра
бурильных машин, которые могли бы обеспечить высокую скорость бурения скважин диаметром больше 100-115 мм. Эта предельная ве личина диаметра в конечном счете ограничивает и глубину шпуров
вкрепких породах.
Вмягких и средней крепости поро дах применение скважин большого диа метра более перспективно.
Общим недостатком скважин мало го диаметра являются сравнительно не большая глубина шпуров и трудности обуривания забоя, связанные с необхо
димой точностью бурения врубовых шпу |
Рис. 15. Конструкция |
|
ров. Поэтому при возможности диаметр |
||
плоского вруба СД ) и |
||
скважин стремятся увеличивать. |
способ его бурения ( о ) |
|
|
Особенности конструкции вруба со скважиной
Выбор типа вруба, диаметра скважины и глубины комплекта шпуров, взрываемых на скважину, определяется в конечном счете эко номическими соображениями.
Применение скважин позволяет, с одной стороны, увеличить глубину шпуров до 5-6 м, снизить непроизводительные затраты вре мени в проходческом цикле, повысить эффективность использования
машин и производительность труда |
проходчика, |
снизить |
стоимость |
I м выработки. С другой стороны, |
для бурения |
скважин |
необходимы |
дополнительные трудовые, капитальные и другие затраты. Кроме того, с увеличением глубины комплекта шпуров число их на заоои растет, что дополнительно увеличивает трудозатраты.
Очевидно, чем больше скорость оурения скважин и шпуров, тем меньше трудовые затраты и более эффективно применение сква жин. Поэтому в мягкой, легко буримой породе применение - скважин более перспективно, а диаметр скважины и глубина шпуров могут быть большей величины, чем в крепкой породе. Совершенствование технических средств бурения и ,как следствие, повышение скорости бурения скважин и шпуров расширяют область применения скважины как по условиям крепости пород, так и по диаметру и глубине шпуров..
В конкретных условиях все перечисленные факторы учитывают ся и производится выбор наиболее целесообразных диаметра сква жины и глубины комплекта шпуров.
При выборе глубины комплекта шпуров необходимо учитывать за - висмость изменения количества шпуров в комплекте с глубиной. При взрывании на скважину с увеличением глубины шпуров так же, как и при мелкошпуровом бурении, число шпуров на забой увеличивает ся. Однако с увеличением диаметра скважин начальная глубина шпуров, до которой число шпуров остается постоянным, растет.
Для солевых пород эта зависимость характеризуется данными, при веденными в табл. I .
Таблица I Результаты опытных взрывов на врубовую скважину разных диаметров
Глубина |
Число |
Число |
Количес1гво ВВГ кг |
к.и.ш . |
||
шнуров, |
шпуров |
шпуров в |
во врубе |
в комплек |
||
м |
во |
вру |
комплек |
|
||
|
те |
|
||||
|
бе, |
шт. |
те . шт. |
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр скважины 215 мм |
||
2 |
|
10 |
34 |
16 |
49,6 |
I |
3 |
|
12 |
36 |
26,4 |
67,2 |
0,88 |
3 |
|
14 |
38 |
30,8 |
*71,6 |
0,84 |
4 |
|
12 |
36 |
36,0 |
97,2 |
0,76 |
Уходка : взрыв,
м
2
2,65
2,52
3,04
Глубина |
Число |
Число |
Количество |
ВВ. кг |
|
Уходка |
шпуров, |
шпуров |
шпуров в |
во врубе в |
комплек |
к.и.ш . |
за |
м |
во вру |
комплек |
|
те |
|
взрыв, |
|
бе. шт. те . шт. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
4 ' |
14 |
38 |
39,2 |
95,9 |
0,6 9 |
2.75 |
|
|
Диаметр скважины 400 мм |
0 ,8 |
3 ,2 |
||
4 |
19 |
|
|
|||
40 |
53,2 |
106,0 |
0,805 |
3,22 |
||
4 |
23 |
47 |
64,4 |
124,4 |
0,813 |
3,25 |
4 |
19 |
40 |
60,8 |
111,2 |
0 ,8 |
3 ,2 |
|
|
Диаметр скважины 500 мм |
|
- |
||
5 |
14 |
38 |
44,8 |
121,6 |
- |
|
5 |
14 |
38 |
56,0 |
152,0 |
0,98 |
4 ,9 |
5 |
10 |
34 |
44,0 |
130,4 |
0,79 |
3,95 |
.5 |
12 |
36 |
48,0 |
129,6 |
0,92 |
4 ,6 |
4 |
10 |
34 |
32,0 |
89,6 |
0,94 |
3,75 |
П р и м е ч а н и е,,.В знаменателе приведены данные по врубу.
Комплекты шпуров на различную глубину с врубовыми скважи нами отличаются друг от друга количеством шпуров во в^убе (рис. 16) и их расположением.
Рис. 16. Вруб со скважиной диаметром 0,215 м на глубину комплекта шпуров 4 м ( GL ) и то же при диаметре скважины
0,5 м на глубину 5 м ( б )
- 24 - Для успешной работы вруба со скважиной большое значение
имеет правильный выбор расстояния первого шпура от стенки сква жины. Это расстояние зависит в основном от диаметра скважины. При небольших диаметрах скважин л .н .с . первого шпура принимает ся больше диаметра скважины, а с увеличением диаметра скважины
отношение л .н .с . |
к диаметру снижается. Например, для солевых |
||
пород при диаметре |
скважины 200 мм л .н .с . принимается |
равной |
|
140 |
мм, а при диаметре 500 мм - 260 ш . |
|
|
|
Расположение других шпуров вруба принимается в соответст |
||
вии |
с общими правилами, описанными для прямых врубов. |
|
|
|
Для увеличения |
к.и.ш . и глубины шпуров в мягких |
породах |
(типа соли) могут применяться щели, изготовляемые врубовой ма шиной. Щель рациональнее размещать в нижней части выработки. Тогда почва выработки подучается ровной, что способствует приме нению самоходных машин. Первые шпуры к щели бурятся наклонно к ней, обеспечивая выброс породы из вруба. Расстояние первого шпура от щели выбирается в пределах ее двойной высоты.
Конструктивные особенности комплектов шпуров на различную глубину учитываются в конкретных условиях расчета паспорта бу ровзрывных работ.
Овладение методами увеличения глубины шпуров позволяет вы бирать оптимальную глубину шпуров, обеспечивающую при данных технологических средствах наименьшие затраты труда и средств при проведении выработок.
Различные типы врубов и конструкций комплектов шпуров ре комендуется применять в зависимости от выбранной глубины шпуров в соответствии с техническими средствами и поперечными размера ми выработки (табл. 2 ).
Таблица 2 Средняя глубина шпуров при различных типах врубов
в зависимости от наименьшего линейного сечения выработки £>
Типы вруба
Нормальный клиповый (£ г)
Клиновы1* с увеличенной глубиной шпуров ( t y j
Комбинированные
Краткое |
значение глубины |
s |
|
по |
отношению к |
В |
по отно |
пределы |
среднее |
„ \ |
шению к |
0 ,5 -0 ,7 0 |
значение*' |
h |
|
0,60 |
|
1,0 |
|
0 ,7 -0 ,7 5 |
0,72 |
|
1,2 |
0 ,7 -0 ,9 0 |
0,80 |
|
1 ,3 |
Типы вруба |
Краткое значение |
глубинЫ ШПУРОВ |
||||
по отношению к |
в |
|
по отно |
|||
|
|
пределы |
среднее |
т \ |
шению к |
|
|
|
|
значение*' |
1,8 |
||
Веерные |
|
0 ,8 -1 ,3 5 |
1,07 |
|
||
Многоклиновые |
1 ,0 -1,27 |
1,13 |
|
1 ,9 |
||
Прямые |
|
0 ,9 -1 ,4 0 |
1,15 |
|
1 .9 |
|
Со скважиной диаметром |
1,3 -2 ,0 0 |
1,65 |
|
2 ,8 |
||
больше 165 |
мм |
|
||||
^У словное |
значение, без |
учета крепости |
пород. |
|
|
|
|
П р и м е |
р ы ' |
|
|
|
1. Выбрать тип вруба, если |
коэффициент |
крепости пород |
10, |
||
сечение выработки |
7,5 м2 (2 ,7x2,8 ), глубина |
шпуров |
1,4 м и |
чис |
|
ло шпуров 23. |
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
При заданных условиях глубина |
шпуров нор |
мального клинового вруба может быть ориентировочно определена по формуле ( I ) .
Центральный угол ск/ определяется для этих пород равным 50°.
Подставляя данные, подучим ^ = 1,45 м. Заданная глубина |
нахо |
||
дится в |
пределах глубины нормального клинового вруба. |
|
|
2. |
Для условий проведения |
выработок, принятых в предыдущем |
|
примере, |
выбрать тип вруба для |
глубины шпуров 1 ,8 и 3 ,0 |
м, рас |
считать число шпуров на забой и определить удельный расход ВВ
на |
забой, |
если удельный расход ВВ при глубине шпуров 1 ,4 м р а - |
вен |
2,57 |
кг/м 3 . |
|
Р е ш е н и е . При глубине шпуров 1,4 м удельный расход |
|
шпурометров |
|
А/ |
23 |
|
|
|
|
п |
s p |
~ 7, 5 0 ,8 |
~ |
3’ 85 ш-"/'»3 |
|
|
С увеличением |
глубины шпуров |
до |
1 ,8 |
м удельный расход шпу |
||
рометров увеличится [2]: |
|
|
|
|
|
|
п*-= Л |
- 0 |
= А 8 5 * / , / ( j ^ |
-/)= * , Н |
* . |
- 26 - Тогда число шпуров на забой при глубине шпуров 1 ,8 м сос
тавит
Удельный расход ЕВ может быть подсчитан по формуле (3 ):
l)= 2,85 *•/„•.
По сравнению с начальной глубиной нормального клинового вруба увеличение числа шпуров р°вно двум. Очевидно, в этих усло виях вруб можно не изменять, а только увеличить число шпуров в нем.
Аналогично решение для шпуров глубиной 3 м. При этой глу
бине число |
шпуров равно 34, а удельный расход ВВ - 3,84 кг/м3 . |
|||
По данным табл. |
2 выберем при глубине шпуров 3 м и ширине выра |
|||
ботки 2 ,7 |
м прямой |
вруб. |
|
|
3. |
Определить, на сколько потребуется увеличить число шпу |
|||
ров на забой с увеличением их глубины с 1,5 до 2 м при следую |
||||
щих условиях: ^ |
= |
1 ,6 , сечение |
выработки 6,8 м2 (2 ,6 x 2 ,6 м), |
|
число шпуров на забой 19, к.и.ш . |
0 ,9 . |
|||
Определить тип вруба для увеличенной глубины шпуров. |
||||
Р е ш е н и е . |
При начальной глубине шпуров удельный рас |
|||
ход пщурометров на |
забой |
|
£ ? |
6,8 0,9 = 3 9 |
шм/м 3. |
|
.При увеличенной глубине шпуров удельный расход шпурометров |
|||
*x = a +af |
l j = 3,/+ |
1) =3,U? |
, |
а число шпуров на забой |
равно 21. |
|
|
Для определения типа вруба при увеличенной глубине |
шпуров |
необходимо знать степень увеличения глубины шпуров по отношению глубины нормального клинового вруба.
При о/ = 6 0 ° глубина нормального клинового вруба
v P - J L _ . |
ы |
~ /, /лг. |
|
У / / с/ |
U £р 30° |
||
|
|||
|
|
Пользуясь табл. 2, определяем тип |
вруба. В данных условиях может |
||||
быть рационален комбинированный или прямой вруб. |
|
||||
Решение может быть получено также по соотношению глубины |
|||||
шпуров к ширине |
выработки. Это соотношение |
равно 0 ,8 , |
что соот |
||
ветствует |
комбинированному врубу. |
|
|
|
|
4. |
По данным табл. I определить |
количество |
шпуров и удель |
||
ный расход ВВ для выработки, проходимой по |
солевым породам сече |
||||
нием 18 м^ |
(3x6 |
м ), для вруба со |
скважиной 215 и 500 мм и при |
||
глубине комплекта шпуров соответственно 3 и 5 м. |
|
||||
О т в е т . |
Число шпуров 36, |
удельный расход ВВ 1,40 и |
|||
1,56 кг/м 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
Контурное |
взрывание |
|
|
*
Критерием качества применяемого комплекта шпуров является обеспечение точного и ровного контура горной выработки. Превы шение проектного сечения сопровождается дополнительными работа ми по уборке, транспортированию под землей и на поверхности и подъему излишне вынутой породы, забучиванию закреиного прост ранства .
Метод, обеспечивающий качественное оконтуривание выработки, получил наименование "контурного" взрывания. Метод основан на применении параметров расположения оконтуривапцих шпуров и их зарядов, препятствующих растрескиванию законтурного массива породы при взрыве и возникновению неровностей, вывалов породы контура выработки.
Параметры оконтуривапцих шпуров характеризуются коэффици ентом их сближения, определяемым отношением расстояния между оконтуривающими шпурами к л .н .с . этих шпуров до обнаженной по верхности, образуемой взрывом предшествующих контурному ряду, шпуров. Для крепких пород этот коэффициент рекомендуется брать меньше двух.
Для уменьшения трещинообразования приконтурного массива пород заряд оконтуривапцих шпуров делают или с уменьшенной энер гией взрыва по отношению к зарядам обычных шпуров, или с направ ленной энергией взрыва на обнаженную поверхность. Для уменьше ния энергии, взрыва зарядов оконтуривапцих шпуров применяют рас средоточенные заряды с воздушными промежутками, заряды из ВВ пониженной мощности, с патронами малого д о м етр а, оставляя дна-
метр шпура прежним. Заряды с направленной энергией взрыва дела ет из составных патронов« разрезая их вдоль оси и заменяя полови ну патрона, прилегапцую к стенке шпура, инертным веществом (на пример, деревом), или делая вдоль патрона ВВ кумулятивную выемку, направленную на обнаженную поверхность.
Контурное взрывание имеет значительные преимущества перед обычным оконтуриванием выработки. Внедрение его особенно эффек тивно при бурении с автоматизированных кареток, в результате че го обеспечивается заданное направление шпуров и расстояние меж ду ними. Устойчивый, ела бонарушенный трещинами ровный контур выработки особенно необходим при использовании облегченных кре пей (штанговой, набрызг-бетона). При контурном взрывании сече ние выработки меньше, а гладкие стенки выработки обеспечивают снижение затрат на проветривание. Применение контурного взрыва ния дает значительную экономию средств.
й!бот) диаметра штгра
При выборе диаметра шпуре необходимо учитывать наиболее существенные факторы, влияющие на изменение скорости бурения, числа шпуров на забой, детонационных свойств ВВ и коэффициента передачи энергии удара по буру в породе.
С увеличением диаметра шпуров скорость бурения падает, осо бенно в крепких породах при использовании бурильных машин недос таточной мощности. Это выражается квадратичной зависимостью.
С увеличением, например, диаметра шпура в два раза чистая ско рость его бурения падает в четыре с а за .
Падение скорости бурения и, соответственно, увеличение времени бурения комплекта шпуров может быть в известной степени компенсировано снижением числа шпуров на забой* Однако число шпуров на забой* с увеличением их диаметра снижается только в прямой пропорции изменения диаметра и, следовательно, не может компенсировать потери времени бурения с увеличением диаметра шпуров. Поэтому в крепкой породе стремятся бурить шпуры возмож но меньшего диаметра.
Уменьшение диаметра шпура ограничивается изменением детона
ционных |
свойств ВВ: диаметр заряда ВВ не |
может |
быть меньше |
пре |
дельного Для данного типа ВВ, при котором |
ВВ не |
детонирует. |
Из |
|
вестно, |
что аммониты типа 6ЖВ имеют предельный диаметр 28-3G |
мм, |
||
некоторь^ ИНВ - 40 мм, скальный аммонит - |
20 мм-. |
|
|
Кроме того, уменьшение диаметра шпура ограничивается возмож ностью передачи энергии удара по буру к коронке. Согласно волно вой теории передачи энергии по буру душна и диаметр его должны быть в соотношении, при котором затухание ударной волны мини мальное.
Учитывая все эти факторы, в крепких породах, применяя ВВ с высокой детонационной способностью, не ограничивающей диаметр патрона, стремятся бурить шпуры диаметром 36-40 мм под патрон ВВ диаметром 32 мм. При этом учитывается, что диаметр бура дум колонковых машин равен 32 мм. Для ручных бурильных машин под диаметр ВВ 28 мм и диаметр бура 25 или 22 мм диаметр шпура мо жет быть 30-32 мм.
Для угольных шахт диаметр шпура рекомендуется под патроны ВВ диаметром 36 мм. Такой диаметр более рационален по причинам применения ВВ с меньшей энергией взрыва и детонационной способ ностью и меньшей степени падения скорости бурения менее крепких пород угольной формации.
Конструкции заряду ВВ и к.и.ш .
Конструкция заряда шпура непосредственно влияет на измене ние к .и .ш ., производительность труда проходчика и стоимость ве дения взрывных работ.
Конструкция заряда шпура обуславливается степенью заполне ния шцура ВВ и забойкой, применением воздушных промежутков, рас положением патрона-боевика в заряде. Она должна обеспечить взры вание шпуров с оптимальными глубиной и к.и.ш . и хорошее оконтуривание выработки.
Заполнение шпуров ВВЭнергия взрыва шпура может быть уве личена за счет плотности заряжания, а качество дробления может быть улучшено путем перераспределения энергии взрыва и примене ния воздушных промежутков.
Основными методами увеличения плотности заряжания являются применение пластичных ВВ, допускающих их уплотнение в шпуре, и механическое заряжание шпуров, особенно целесообразное при ис пользовании порошкообразных простейших и водонаполненных ВВ.
При ручном заряжании шпуров порошкообразными патронирован
иями ВВ душ увеличения плотности |
заряжания важно |
соблюдать |
соот |
|||
ветствие |
диаметра шцура |
диаметру |
патрона. Желательно, чтобы |
|||
разница |
между шпуром и патроном |
по |
диаметру была |
не более |
4-5 мм. |
|
- |
30 - |
|
Шпуры нормального |
клинового |
вруба заполняют БВ обычно на |
|
2 /3 их длины. В шахтах, |
опасных |
по взрыву газа или пыли, шпуры |
|
глубиной от 0 ,6 до I м заполняют |
забойкой на половину их длины, |
||
при глубине более I м - не менее |
чем на 0 ,5 |
м. |
|
Глубокие шпуры на шахтах, не опасных по взрыву газа и пыли, |
|||
заполняют ВВ на большую длину, чем короткие, |
особенно при приме |
||
нении цилиндрических врубов. |
|
|
Особое внимание следует уделять заполнению врубового шпура. При прямом*врубе эффективность его работы зависит в основном от полноты разрушения перегородок между заряженными и незаряжен
ными шпурами. Заполнение врубового шпура ВВ должно быть равномер ным по всей длине.
Однако при взрывании в пластичных породах увеличенный'рас
ход ВВ во |
врубовых |
шпура* приводит к эапрессованию |
породы. |
С увеличением |
глубины шпуров больше глубины нормального |
||
клинового |
вруба длина забойки остается постоянной, |
т .е . при |
этом увеличивается длина заряда ВВ. Если длина заряда не увели
чивается, |
то с глубиной шпуров все меньше энергии взрыва прихо |
|
дится на |
приустьевую часть шпура |
порода в этой части плохо |
дробится |
и при некоторой величине недозаряжания взрыв выброса |
|
переходит |
в камуфлетный. |
|
В пластичных породах для уменьшения вероятности запрессования породы во врубе рекомендуются рассредоточенные заряды или заряды из ВВ небольшой плотности, т .е . с относительно малой энер гией взрыва. Рассредоточение заряда может быть достигнуто за счет использования воздушных промежутков, благодаря которым осу ществляется более рациональное распределение энергии взрыва в массиве породы и ее равномерное дробление, а также экономия ВВ и изменение в лучшую сторону других показателей взрыва.
Величина забойки шпура и место "боевика" в заряде ВВ. Качес твенная и достаточной длины забойка шпура является одним из ос новных условий эффективного использования энергии взрыва. Вопрос о целесообразности ее применения не вызывает сомнений. Забойку нерационально заменять ВВ, перерасход которого нежелателен, как и его экономия в ущерб качеству взрыва. Применение качественной забойки улучшает показатели взрыва, способствует более полной детонации ВВ и уменьшает выделение ядовитых газов при взрыве. Механическая забойка улучшает качество вэрмва, особенно это от носится к забойке, цементирующей устье ш ура.
Рациональная ддппм забойки зависит от фивмко-механических