книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

II. И. Барон и Л. Б. Глатмаы рекомендуют эффективность меха­ нического разрушения пород инструментом оценивать значением контактной прочности.

Важную роль в процессе бурения играет абразивность пород, которая должна учитываться в расчетных формулах, особенно опре­ деления износа инструмента.

Широкое распространение для укрупненных расчетов буровых работ получил коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Одним нз основных процессов при разработке горных пород является процесс пх разрушения.

§2. Способы разрушения горных пород

Внастоящее время широкое применение в горной промышлен­ ности нашли следующие способы разрушения: взрывное разруше­ ние с использованием энергии ВВ или атомной энергии; механиче­ ское разрушение; гидравлическое разрушение; термическое раз­ рушение.

Встадии разработки находятся следующие новые способы раз­ рушения: электрофизический; электро-лучевой; колебательный (вибрационный); лучамп лазера и др.

Сущность указанных способов состоит в следующем.

и термоядерных зарядов. Взрывное разрушение применимо для всех горно-геологических з'словий.

М е х а н и ч е с к о е р а з р у ш е н и е — отделение горных пород от массива или пх дробление (измельчение) путем воздействия на породу механического инструмента — резца, фрезы, шарошки, ударника, алмазных и абразивных кругов и коронок, скалывателей

воздействием на горную породу струй воды под высоким давле­ нием.

Т е р м и ч е с к о е р а з р у ш е н и е — разрушение под дей­ ствием температурных напряжений, возникающих в породе при быстром нагреве ее поверхности огнеструйными горелками. Тер­ мическому разрушению способствует низкая теплопроводность по­ роды, анизотропия ее, высокий коэффициент теплового расшире­

20

электронов, производящий разрушение за счет механического или теплового воздействия электронной эмиссии, в результате чего порода (в зависимости от режима воздействия) может подвергаться разруше­ нию за счет интенсивной эрозии, возникновения напряжений, испа­ рения, плавления, теплового взрыва.

Колебательное (вибрационное) разрушение — разрушение под действием знакопеременных нагрузок, возникающих при колебаниях слоев породы под воздействием периодически изменяющейся силы, приложенной к массиву породы (например, магнитострикция) или ее поверхности (механическое нагружение). При этом сила недоста­ точна для разрушения среды при ее однократном нагружении. Наиболее эффективное разрушение происходит в случае резонанс­ ного режима колебаний породы.

При разрушении породы лучами лазера могут быть использованыследующие режимы работы:

испарение или эрозия с поверхности — когда порода непроз­ рачная, а вспышка интенсивна, но кратковременна;

плавление или резание — когда излучение лазера непрерывно,, а порода способна плавиться без растрескивания;

термическое разрушение — когда порода хрупка, нетепло­ проводна и имеет высокий коэффициент температурного : расши­ рения;

взрывное разрушение — когда порода прозрачна, а излучениелазера фиксируется на некоторой глубине от поверхности, создавая в ней очаг испарения породы, действующей на последнюю подобновзрыву.

Данная книга посвящена рассмотрению только взрывного спо­ соба разрушения горных пород и связанных с ним процессов буре­ ния, составляющих в совокупности комплекс буровзрывных работ. Выполнение буровзрывных работ должно обеспечить:

1)равномерность дробления породы по заданной кусковатости,. что предопределяет высокую производительность погрузочных ме­ ханизмов по ее уборке;

2)оптимальный коэффициент использования шпуров, что пред­ определяет наименьшее количество затрат труда и материалов при заданных скоростях проходки выработок;

3)оконтуривание по проектному профилю поперечного сечения . выработки с минимальными заколами и трещинообразованием за

периметром, так как излишнее разрушение массива породы за пре­ делами проектного контура приводит к увеличению затрат труда при проходке и ухудшает устойчивость выработки;

4)кучность и недалекий отброс породы от забоя;

5)сохранение крепи и оборудования в неповрежденном состоя­

нии ;

21

6)выделение наименьшего количества пыли и ядовитых газов;

7)рациональное разубоживашге ископаемого пустыми породами;

8)безопасность работ.

Обеспечение выполнения этих основных технических требований зависит от правильного выбора основных параметров буровзрывных работ в соответствии с горнотехническими условиями работ. К ним относятся:

тип и качество ВВ; величина расчетного удельного расхода ВВ на 1 м3 обуренной

или взорванной породы; диаметр, глубина, число и расположение шпуров и скважин;

конструкция заряда ВВ в шпуре и скважине; тип материала и величина забойки; способы и место инициирования ВВ;

наличие средств пылеподавления и локализации пыления и вен­ тиляции.

§ 3. Классификация горных пород

Для нормирования горных работ применительно к различным ■технологическим процессам используются различные классификации горных пород. В основу классификаций положены те показатели

•свойств горных пород, которые в наибольшей степени влияют на процесс, для которого предназначена классификация.

Все показатели можно разбить на две категории: первая катего­ рия показателей свойств включает прочностные характеристики, полученные на образцах в лабораторных условиях; вторая категория включает горно-технологические показатели (пробы), полученные при каких-то стандартных режимах в производственных условиях. К последним относятся буримость и взрываемость горных пород. Как в первой, так и во второй категориях показателей дается краткое петрографическое описание пород.

Широкое распространение получила классификация пород, раз­ работанная в 1920 г. проф. М. М. Протодьяконовым (старшим). В основу классификации пород принят предел прочности на сжатие. При этой классификации коэффициент крепости характеризует «относительную крепость» породы по добываемости ручным методом; по буримости, взрываемости, устойчивости и т. д. Численно каждая ■единица крепости соответствует сопротивлению 100 кгс/см2 при одно­ осном сжатии.

Классификация горных пород проф. М. М. Протодьяконова при­ ведена в табл. 2. Классификация пород проф. М. М. Протодьяколова дает общую характеристику породы, что не всегда удовлетво­ ряет требованиям нормирования, из-за чего позднее были разра­ ботаны другие классификации.

Комиссией по буровзрывному делу ИГД АН СССР была разрабо­ тана классификация горных пород по буримости. В основу этой классификации было положено время чистого бурения 1 м шпура

22

Т а б л и ц а 2:

2S

Т а б л и ц а 3

24

25

26

27;

П р о д о л ж е и и е т а б л . 3

■стальными и армированными бурами при стандартных режимах (тип бурильной машины, давление сжатого воздуха, способ удаления буровой мелочи, диаметр и тип буровой коронки и т. д.). По чистому времени буренпя 1 м шпура устанавливается степень бурпмостп пород. Все породы по этой классификации разбиты на 16 классов от высшей степени труднобурпмых (1-й класс крепости) до легкобуримых (16-й класс крепости). В этой же классификации дается название горной породы и соответствующий ой класс бурпмостп.

Существуют отраслевые классификации пород, в основу которых положены буримость взрываемость и другие характеристики пород. Различными организациями и предприятиями были предложены в разное время классификации, предназначенные для данной отра­ сли горного дела или даже для данного бассейна.

В 1955 г. была предложена классификация пород по нормам вы­ работки и расценок на буровзрывные работы. По этой классификации все породы разделены на 16 категорий.

Опыт работы показывает, что нельзя иметь одну классификацию пород, которая могла бы соответствовать различным технологиче­ ским процессам, так как даже для нормирования одного и того же процесса часто используются местные классификации, учитывающие ■его специфику и условия залегания месторождения.

28

Поэтому для общей характеристики породы можно пользоваться классификацией пород по М. М. Протодьякопову, однако в каждом конкретном случае в зависимости от технологического процесса, типа проводимого расчета должны использоваться свои показатели пород (свои шкалы), характерные для данного процесса.

Существование большого количества ведомственных шкал бурнмости пород привело к различным нормам на буровые работы. По­ этому Центральным бюро промышленных нормативов по труду (ЦБПНТ) проведена унификация многочисленных шкал по буримости в одну шкалу, в которой породы характеризуются их прочностью на одноосное сжатие (табл. 3). Кроме этой общей шкалы ЦБПНТ разработало таблицу норм чистого бурения 1 м шпура, которые были приняты прямо пропорциональными пределу прочности пород на одноосное сжатие.

Г л а в а II

СПОСОБЫ БУРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ МАШИН

§4. Краткие исторические сведения

омеханических способах бурения

Археологами обнаружено, что более 25 тыс. лет назад первобыт­ ный человек бурил (сверлил) породы при изготовлении каменных орудий. Рабочим инструментом служил каменный бур.

Бурение скважин в древние времена было связано с получением соляных рассолов, с добычей воды и твердых полезных ископаемых. Изобретение пороха и других взрывчатых веществ, способных эффективно разрушать породу, позволило расширить объем буро­ вых и взрывных работ для разнообразных инженерных целей.

впервые в мире в 1895 г. пробурил скважину ударно-канатным спо­ собом с использованием паровой машины.

Успешному внедрению механических способов бурения в значи­ тельной степени способствовали широкие научно-исследовательские работы, выполненные Н. С. Успенским, В. Ф. Беспяткиным, М. А. Ка-

29