книги из ГПНТБ / Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения

С наибольшим основанием для крупных туннелей может быть применена формула Н. М. Покровского [51]

патронов. Для крепких пород он меняется в широких пределах — от 8 до 23. В частности, при / = 10, скальном аммоните в стандарт­ ных патронах к = 11,2, т. е. близок к значению в формуле (94).

Число шпуров при горизонтальном бурении и при двух плоско­ стях обнажения может быть подсчитано с точностью до 10% по фор­

Число шпуров в забое рекомендуется уточнять после решения вопроса о наиболее эффективном диаметре шпуров. Для каждого конкретного случая проходки существует определенный оптималь­ ный диаметр шпура (патрона ВВ), который целесообразно учитывать при составлении паспортов буровзрывных работ.

Удельные расходы ВВ и бурения. Для проверки полученных вели ­ чии можно рекомендовать зависимости удельных расходов бурения q6 и взрывчатых веществ двв от площади поперечного сечения тун­ неля S (или его верхней части) для крепких скальных пород (IX и выше категории по СНиП).

Статистическая обработка данных практики, проведенная анало­ гично описанной выше при выводе формулы (94), позволила получить следующие эмпирические зависимости:

удельный расход бурения (при относительной погрешности 12%)

В большинстве отечественных туннелей большого сечения число шпуров и удельные показатели за счет применения менее мощных взрывчатых веществ оказываются несколько выше (примерно на 10— 15%), чем определенные по формулам (94), (99), 100), поэтому при пользовании этими формулами целесообразно пока увеличивать получаемые показатели, введя коэффициент, равный 1,1—1,15.

Для двух плоскостей обнажения полученные по формулам удель­ ные расходы следует умножить на коэффициент 0,55—0,65 (при трех плоскостях обнажения этот коэффициент равен 0,40—0,47). Площадь выработки надо вычислять по вертикальному сечению забоя.

216

Рекомендуемые формулы позволяют сократить удельный расход взрывчатых веществ по сравнению с регламентированным СНиП

ІІІ-Б. 8—68, по которому для туннелей площадью более 20 м2 в поро­ дах IX—XI категорий удельный расход ВВ в пересчете на скальный

аммонит </вв = 1,6 кг/м3.

Имеется ряд примеров проходки туннелей с резко повышенным расходом числа шпуров, удельных расходов шпурометров и ВВ по сравнению с вычисленными по вышеприведенным формулам. Это, как правило, относится к тем случаям, когда для погрузка породы применяют ковшовые погрузочные машины, а не подземные экскаваторы.

Следует отметить, что для выработок большого сечения, в кото­ рых работают экскаваторы, при значительном перерасходе взрыв­ чатых веществ и шпурометров против необходимого (обеспечива­ ющего отсутствие негабаритов) эксплуатационная производительность экскаваторов повышается сравнительно мало, особенно при емкости ковша 1 м3 и более. Нецелесообразность чрезмерного повышения расхода ВВ и шпурометров при экскаваторной погрузке видна из следующих данных, полученных на основе анализа влияния расхода ВВ на измельчение породы и последней на производитель­ ность экскаватора:

показан график для приближенного определения линии наимень­ шего сопротивления W, расстояния между скважинами а, длины скважин I, диаметра скважин dCKи величины заряда Q в зависимости от высоты нижнего уступа Ну. Этот график предназначен для вер­ тикальных скважин, рассчит&н по формулам Технических правил ведения взрывных работ на дневной поверхности и подтверждается практикой взрывных зарядов в уступах ряда туннелей и камер. В расчетах для составления графика принималось, что относитель­ ное расстояние между скважинами т линейно меняется от 1,3 (при I = 2 м) до 0,9 (при I = 15 м). В верхней части графика показаны рекомендуемые диаметры шпуров или скважин dCK и патронов dn.

В качестве ВВ принят аммонит № 6, удельный расход которого 0,55 кг/м3.

Для ориентировочных расчетов величину W мояшо также при­

217

Q , кг

Рис. 94. Зависимость параметров буровзрывных работ от высоты уступа

для средневзрываемых пород

для трудновзрываемых пород

Для наклонных скважин на основании аналитических расчетов получены поправочные коэффициенты к„ и ßH, которые следует вводить в величины, найденные по графику, приведенному на рис. 94. С учетом этих коэффициентов параметры взрывных работ при наклон­ ных скважинах определяются по формулам:

Уклон уступа обычно равен 3 : 1 , 4 : 1 и 5 : 1 , или соответственно 71° 30', 76° и 78° 40'. Оптимальными можно считать углы между

70 и 80°.

2 1 8

ности в форме клина или трапеции, так как это уменьшает разброс

туннелей возникают случаи разработки целика между порталом туннеля и водоемом. Параметры взрыва таких целиков определя­ ются по индивидуальным проектам в зависимости от конкретных условий.

Интересен пример разработки целика между туннелем и морем. При проходке туннеля в Финляндии шириной 9,5 м от атомной электростанции к морю для сброса охлаждающей воды (см. § 2) был оставлен целик на выходном портале. Этот целик было решено разработать одним взрывом со сбросом породы в углубление объемом 100 м3 специально образуемом для этого в туннеле. Работы выпол­ няли в 1972 г. в три этапа (рис. 95).

На I этапе туннель проходят до отметки, отстоящей от поверх­ ности моря на 5 м. Пробуривают горизонтальные шпуры, заряжают

219

от моря также на 5 м. Шпуры пробуривают вертикально вверх.

На III этапе продолжают работу по созданию углубления. Заря­ жают вертикальные шпуры. Все взрывные коммуникации выводят через шурф, устраиваемый у портала с поверхности. Сверху шурф перекрывают сеткой для амортизации ударной волны.

После взрыва зарядов во всех шпурах большая часть породы обрушивается в выполненное углубление и вода заполняет туннель.

1 — аммонита Кв 6; 2 — аммонита ПЖВ-20; 3 — детонита 10А в патронах диаметром 20 мм

Рис. 97. Зависимость коэффициента заряжания контурных шпуров от^прочности породы при применении:

1 — аммонита № 6; 2 — аммонита ПЖВ-20; 3 — детонита 10А в патронах диаметром 20 мм.

Контурное взрывание. За последние годы контурное (гладкое) взрывание как в Советском Союзе, так и за рубежом получило весьма широкое распространение. Это вызвано тем, что контурное взрывание в конкретных инженерно-геологических условиях обеспечивает наи­ большее приближение профиля выработки к проектному, а следова­ тельно, наименьшие переборы породы и переклады бетона, кроме того, оно позволяет существенно уменьшить сейсмическое действие взрыва на массив, что снижает трещиноватость породы, увеличи­

взрывания имеется ряд серьезных и успешных работ треста Гидроспецстрой, института Гидроспецпроект, Московского горного инсти­

организаций. Основные результаты экспериментальных работ инсти­ тута Оргэнергострой по отработке контурного взрывания, главным образом методом сближенных зарядов, на отечественных подземных сооружениях большого сечения различного назначения за послед­ ние 10 лет изложены в работах [63, 64].

220

Метод сближенных зарядов. Этот метод, при котором контурные заряды взрываются в последнюю очередь, наиболее целесообразно использовать в крепких (/ > 6) малотрещиноватых однородных породах, а также в выработках, проводимых вкрест или по прости­ ранию мощных пластов пород. Расстояние между контурными шпу­ рами ак в зависимости от типа ВВ и прочностной характеристики породного массива можно определить по графику (рис. 96), а коэф­ фициент заряжания, т. е. отношение объема заряда к объему заря­ женной части шпура, — по графику (рис. 97). Для сплошных удлиненных зарядов

Линия наименьшего сопротивления до предконтурного ряда шпуров WKс учетом значения ак в зависимости от крепости породы имеет следующие значения:

Установлено, что для уменьшения разброса по времени замедле­ ние электродетонаторов для контурных зарядов не должно превы­ шать 1,5 с. Увеличение времени замедления приводит к несвоевре­ менному взрыву на контуре, т. е. к возникновению местных воздей­ ствий на породу, от отдельных зарядов, вызывающих выколы породы и повышение переборов.

Расстояние от контурных шпуров до проектного контура выра­ ботки должно составлять не более 5—6 см, а в сильнотрещиноватых породах и в нависающих пластах 15—20 см.

Метод предварительного щелеобразования. Этот метод, при ко­ тором контурные заряды взрываются в первую очередь, целесо­ образно применять для оконтуривания стен подземных выработок

221

а

целиков между туннелями) и бетонной крепи от сейсмического дей­ ствия взрыва, а также наряду с методом сближенных зарядов в силь­ нотрещиноватых и нарушенных породах.

Применение метода предварительного щелеобразования для оконтуривания сводов выработок требует специального технико-эконо­ мического обоснования из-за значительных расходов бурения.

222

б

Рис. 98. Характерные паспорта буровзрывных работ:

Ориентировочно можно указать, что расстояние между контурными шпурами должно быть при этом ак = 30 -ь 40 см, линия наимень­ шего сопротивления ѴѴК = 40 -4- 50 см, а коэффициент заряжания к3 = 0,2 -у- 0,3. Величина заряда в шпуре составляет 0,3—0,4 кг/м шпура.

Метод предварительного щелеобразования должен быть в наи­ большей степени использован для оконтуривания стен в нижних уступах выработок с применением скважин диаметром 75 мм и более. При этом расстояние между вертикальными скважинами в уступе («строчка») диаметром 100—110 мм составляет 60—80 см, наиболее часто применяемые ВВ — аммониты № 6 ЖВ, ПЖВ-20, диаметр

223

скважины должен превышать диаметр заряда не менее чем в 1,5— 2 раза. Плотность заряда в крепких породах 0,4—0,6 кг/м, в нару­ шенных и мягких породах — 0,3—0,4 кг/м.

Паспорт буровзрывных работ. При проектировании паспорта буровзрывных работ в выработках большого сечения шпуры целе­ сообразно размещать в соответствии с рекомендациями, приведен­ ными в табл. 37 и 38. Очередность взрывания обычно устанавли­ вают в следующем порядке: вруб, последовательное расширение вруба участками по ширине и высоте, стены, почва, контур. Воз­ можны пекоторые изменения очередности взрывания серии зарядов.

Необходимо отметить, что вследствие неоднородности породы и ряда неучтенных факторов фактический паспорт буровзрывных работ как в забоях горизонтальных выработок, так и в уступах может отличаться от проектного. Однако приведенные выше реко­ мендации по определению параметров буровзрывных работ поз­ воляют в наибольшей степени приблизиться к реальным данным и требуемым величинам и сократить тем самым число обязательных пробных взрывов. Следует отметить, что каждый опытный взрыв в условиях строящейся выработки большого сечения представляет собой серьезную помеху производству.

"Утвержденный паспорт буровзрывных работ целесообразно кор­ ректировать только в сильно меняющихся инженерно-геологиче­ ских условиях, а не от заходки к заходке, как это иногда практи­ куют. Описание характерной экспериментальной работы, проведен­ ной институтом Оргэнергострой и трестом Гидроспецстрой по опти­ мизации и типизации паспортов буровзрывных работ при проходке туннелей большого сечения, дано в работе [59]. Проведенная работа

224

позволила значительно повысить эффективность буровзрывных ра­ бот на этом объекте.

Опыт показывает, что результаты взрывных работ могут счи­ таться удовлетворительными, если фактический коэффициент исполь­

На рис. 98 показаны некоторые фактические паспорта буро­ взрывных работ в отечественных туннелях большого сечения, полу­ ченные в последние годы.

В Швеции фирмы Атлас-Копко и Нобель-Нитро совместно в 1970 г. закончили разработку программы расчета паспортов буро­ взрывных работ на ЭВМ при проходке подземных выработок [86]. Для составления программы были использованы предпосылки рас­ чета паспортов, изложенные в работе [31]. В программу закладыва­ лись данные по размерам и форме выработки, характеристика пород и тип ВВ, диаметр патронов, тип вруба, глубина бурения. В ре­ зультате расчета на машине для каждого шпура определяли его координаты х н у , направление, длину, массу заряда и его длину (рис. 99). К преимуществам использования ЭВМ для расчета пас­ портов относятся не только механизация расчета и его ускорение, а повышенная точность и возможность проверки любого числа вариантов.

§ 18. Погрузочно-транспортные работы

Для обеспечения эффективности погрузочно-транспортных работ необходимо правильно выбрать тип экскаватора, вычислить его эксплуатационную производительность, подобрать оптимальную гру­ зоподъемность автосамосвала, а также определить число автомашин для обслуживания экскаватора.

Вопрос выбора типа экскаватора имеет первостепенное значение. Например, как показывают расчеты, для выработок сечением 80 м2 повышение емкости ковша экскаватора с 1,0 до 1,35 м3 позволяет увеличить скорость проходки на 25%, для выработок сечением 100—110 м2 применение экскаватора с ковшом емностыо 2,3 м3 вместо 1,35 м3 повышает скорость проходки на 35%, а для вырабо­ ток сечением 150 м2 при экскаваторе с ковшом емкостью 3 м3 вместо 2,3 м3 скорость проходки увеличивается примерно на 25%. Таким образом, повышение емкости ковша экскаватора приводит к резному увеличению скорости проходки.

Выбор типа экскаватора связан с габаритными размерами выра­ боток. Следует сравнить варианты применения экскаваторов с ков­ шом большой емкости, для которого заданные размеры выработки являются минимальными, и экскаватора с ковшом несколько мень­ шей емкостью при условии более свободного размещения в этой выработке.