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

и их число не изменяются в зависимости от крепости пород, а изме­ няется величина удельного расхода ВВ. Изменение схемы располо­ жения шпуров в каждом случае, как правило, вызывает значитель­ ные организационные трудности и нарушает установленный режим работы проходческой бригады. При этом паспорт буровзрывных работ должен быть разработан применительно к условиям пересече­ ния более крепких пород.

Число шпуров в выработках, проводимых по неоднородным поро­ дам, определяется раздельно для каждой части забоя, исходя из установленного удельного расхода ВВ.

§ 94. Глубина шпуров

Под термином «глубина шпуров» чаще всего подразумевают наи­ меньшее расстояние от дна шпуров до свободной поверхности, а дли­ ной шпура называют расстояние от дна шпура до его устья.

Глубина шпуров определяется исходя из горно-геологических, технических и организационных условий. Установление глубины шпура только по одному из перечисленных выше факторов не дает

ееоптимального значения. .

Кгорно-геологическим условиям относятся: физико-механи­

ческие свойства горных пород, угол залегания, обводненность, назна­ чение выработки и сечение ее и пр.; к техническим: средства бурения, погрузки, транспортирования, заряжания, вентиляции, число и расположение шпуров в забое, свойства ВВ, расход ВВ, кусковатость породы, точность оконтуривания проектного сечения выра­ ботки и пр.; к организационным: условия, которые должны обеспе­ чить минимальные трудовые и стоимостные затраты, отнесенные к 1 м подвигания выработки за цикл, и оптимальную последовательность выполнения операций проходческого цикла. Например глубина шпу­ ров должна определяться из минимума затрат времени и материалов на проходку 1 м выработки и т. и.

Трудоемкость, отнесенная к 1 м подвигания выработки, опреде­ ляется по формуле

где N — число шпуров; пб — число бурильных машин, находящихся в работе; v6 — скорость бурения при глубине шпура 1,5 м; к1 — коэф­ фициент изменения скорости бурения в зависимости от глубины шпуров; к(, — коэффициент изменения скорости бурения в зависи мости от диаметра шпура; тб — число рабочих, занятых на буре­ нии; г) — коэффициент использования шпуров; тп=3. в — число ра­ бочих, участвующих в подготовительно-заключительных операциях

жании, взрывании, проветривании, осмотре забоя и подготови­ тельно-заключительных операциях при взрывании; t[, t», . . .,

— соответствующие затраты времени; тп — число рабочих, заня­ тых на погрузх<е; тп=3, п — число рабочих, занятых на выполнении подготовительно-заключительных операций при погрузке; П — про­ изводительность погрузочной машины; <п=3. п — продолжительность подготовительно-заключительных операций при погрузке; S — пло­ щадь сечения выработки; т0б. „ — число рабочих, занятых на обмене вагонеток; 70б_„ — общая продолжительность обмена вагонеток.

Чтобы определить оптимальную глубину шпуров при прочих равных условиях по относительной трудоемкости, следует выразить все величины, входящие в горнопроходческий цикл через соответ­ ствующие функции и исследовать полученную зависимость на мини­ мум трудовых затрат, считая аргументом I. Значение I соответству­

Глубину шпуров, установленную для конкретных условий про­ ходки, уточняют в зависимости от принятой организации труда — продолжительности цпкла (смена, сутки). В этих случаях глубппа шпуров должна соответствовать продолжительности цикла.

По глубине различают шпуры: короткие — 1,0—1,6 м, средние — 1,6 до 3,0 м и длинные — свыше 3 м.

Средние затраты времени на бурение 1 м шпура не постоянны, а изменяются в зависимости от глубины шпуров. При этом следует отметить, что оптимальная глубина шпуров для каждого конкретного случая не имеет строго однозначных значений и меняется в зависи­ мости от остальных параметров буровзрывных работ и средств по­ грузки, типа бурильных машин. Для условий бурения перфорато­

356

Общая скорость бурения увеличивается с глубиной шпуров, например зона относительно интенсивного прироста общей скорости при машинах ударно-вращательного действия соответствует глубине шпуров до 3,5 м при / до 12. Для ручных бурильных молотков в этом случае прирост общей скорости практически прекращается при глу­ бине шпуров 1,5—2,0 м (табл. 74).

Средние затраты времени на взрывание, проветривание и осмотр забоя практически остаются постоянными и мало зависят от глубины

Оптимальная глубина шпуров всегда имеет определенный интер­ вал для каждых конкретных условий и в пределах этого интервала при прочих равных условиях меняется, приближаясь к максималь­ ному пли минимальному значению, обеспечивая при этом устой­ чивые показатели взрыва.

Опыт применения коротких шпуров показал, что их применение не дало улучшения технических показателей по сравнению с обыч-

Т а б л и ц а 75

357

ными. При коротких шпурах к. и. ш. на 6—10% ниже, удельный расход ВВ на 7—10% выше. Следовательно, короткие шпуры по основным параметрам не только не обеспечивают преимуществ по сравнению со шпурами обычной глубпны, но и уступают нм по вели­ чине удельного расхода ВВ, к. и. ш. и другим показателям.

§ 95. Диаметр шпурового заряда

Диаметр шпурового заряда является важным параметром буро­ взрывного комплекса. Правильно установленный диаметр при про­ чих равных условиях предопределяет эффективность взрывных ра­ бот. От диаметра шпурового заряда зависит: концентрация заряда ВВ в шпуре, скорость детонации и расстояние ее передачи; скорость бурения и трудоемкость работ; качество оконтурнвання проектного сечения горной выработки и другие показатели.

С изменением диаметра шпурового заряда происходит изменение скорости детонации. При увеличении диаметра заряда от 31 до 60 мм (для аммиачно-селитренных ВВ) скорость детонации увеличивается на 8—12%. В большинстве случаев аммиачно-селитренные ВВ при­ меняют в патронах, диаметр которых больше критического, но зна­ чительно меньше предельного диаметра заряда, при котором детона­ ция приближается к максимальной скорости, присущей данному ВВ.

Диаметр шпурового заряда устанавливают исходя из величины объемной концентрации энергии применяемого ВВ, производитель­ ности буровых установок, средств механизации заряжания, условий безопасности и горнотехнических и геологических условий.

При проведении вертикальных стволов в настоящее время исполь­ зуют высокопроизводительное буровое оборудование и погрузочные средства. В Советском Союзе и в ряде зарубежных стран при про­ ходке стволов шахт диаметр шпуровых зарядов обычно составляет

45мм.

Вподземных условиях при проходке выработок п выемке полез­ ного ископаемого из очистных работ диаметр шпурового заряда составляет 34—70 мм. Заряды малого диаметра 24—28 мм, как пра­ вило, используют при добыче тонких жил, ценных руд с целью исклю­ чения разубоживания их пустой породой.

Вугольной промышленности в шахтах, опасных по газу или пыли, где по условиям безопасности ограничивается весовое количество ВВ в шпуре, запрещается разрезание и уплотнение заряда. Таким обра­ зом, концентрация ВВ в шпуре возможна только за счет увеличения диаметра шпурового заряда.

Увеличение диаметра шпуров и соответственно диаметра шпуро­ вого заряда ВВ имеет свои преимущества и недостатки. К преиму­ ществам относится:

сокращение числа шпуров до определенного оптимального зна­ чения;

улучшение качества дробления пород;

358

уменьшение количества породы, подлежащей разборке; сокращение времени обуривания забоя; уменьшение числа отказавших (невзорвавшихся) патронов ВВ>

так как с увеличением диаметра патронов ВВ увеличивается детона­ ционная способность ВВ;

повышение коэффициента использования шпуров; уменьшение удельного расхода ВВ; увеличение производительности труда;

уменьшение запыленности забоя как при бурении, так и при взрывании шпуровых зарядов.

К недостаткам применения патронов ВВ увеличенного диаметра следует отнести:

повышенную опасность для работающих в случае отказа заряда в шпуре, так как преждевременный взрыв патрона большого диа­

длины; ухудшение оконтуривания проектного сечения горной выработки,

так как приближение зарядов большого диаметра к периметру выра­ ботки вызывает излишнее разрушение за проектным контуром выра­ ботки;

невозможность эффективного использования их в выработках малого сечения ( 5 ^ 5 м2).

При определении экономически целесообразного диаметра патро­ нов ВВ для конкретных горно-геологических условий следует исхо­ дить не только из скорости бурения, но и из общих затрат времени на бурение, заряжание, уборку отбитой породы и другие операции горнопроходческого цикла, т. е. судить об эффективности следует по общетрудовым и стоимостным показателям, отнесенным к 1 м подвигаиия забоя за цикл.

При работе ручными электросверлами и пневматическими бу­ рильными машинами в горизонтальных выработках скорость буре­ ния снижается с увеличением диаметра шпуров, а при использова­ нии колонковых сверл при прочих равных условиях мало зависит от диаметра шпура.

Трудоемкость бурения шпуров в мягких породах, отнесенная к 1 м выработки при сечениях S до 20 м2, уменьшается с увеличением диаметра заряда до 40 мм и возрастет при диаметре заряда 45 мм. Это объясняется уменьшением числа шпуров, которые при зарядах диаметром до 40 мм компенсируют снижение чистой скорости буре­ ния.

На трудоемкость бурения также оказывает влияние продолжи­ тельность вспомогательных операций, которая не зависит от диа­ метра заряда, но с его увеличением уменьшается число шпуров в забое, в связи с чем будет уменьшаться и общая продолжительность вспомогательных операций при бурении в пределах цикла.

Общая трудоемкость бурения с увеличением диаметра заряда ВВ имеет тенденцию к снижению до определенных пределов, и тем боль­

359

360

Применение указанного диаметра патронов ВВ дри нроходке вертикальных стволов шахт позволяет:

сократить число шпуров, уменьшить удельный расход ВВ на 20—25%, не снижая при этом к. и. ш. и повышая в целом качествен­ ные показатели взрывных работ;

снизить объем породы, погружаемой с предварительной разбор­ кой, на 12—14%, а при применении механизированных комплексов на 20—24%;

сократить продолжительность горнопроходческого цикла, отне­ сенного к 1 м подвигания забоя ствола, на 25—28%;

обеспечить лучшую дробимость породы, а следовательно, и увеличение производительности механизированной погрузки на

1 1 - 1 2 % .

При проведении горизонтальных и наклонных горных выработок в шахтах, не опасных по газу и пыли, сечением более 5 м2 рекомен­ дуется: в выработках, проводимых по породам с / = 18-^-20 при заряжании шпуров с разрезанием, уплотнением патронов применять заряды, равные диаметру шпура (38—42 мм); при ведении взрыв­ ных работ в шахтах, опасных по газу или пыли, в выработках сечением более 4 м2, проводимых по породам с / до 18, применять ВВ

(/ = 20), рекомендуется применять патрон ВВ диаметром 32—36 мм. В выработках сечением менее 4 м2, проводимых по очень крепким породам и требующим точного оконтуривания проектного сечения,

применять патроны увеличенного диаметра нецелесообразно.

§96. Соотношение диаметров патронов

ВВи бурового инструмента

При использовании натренированных ВВ весьма актуальным является вопрос об оптимальном соотношении диаметров приме­ няемых патронов ВВ и шпуров.

Разница между диаметрами шпура и патрона ВВ должна быть минимальной, чтобы обеспечить максимальную плотность заряжания, сократить объем бурения и износ бурового инструмента. С другой стороны, между патроном ВВ и стенкой шпура должен быть зазор, обеспечивающий беспрепятственный проход патронов ВВ по всей длине шпура.

Диаметр шпура обычно соответствует диаметру бурового инстру­ мента, но в то же время эти величины далеко не тождественны. Практика бурения показывает, что при бурении поверхность шпу­ ров получается неровной. Как правило, происходит разрабатывание и образование выступов и каналов на стенке шпура вследствие вибра­ ции бурового инструмента, нежесткости соединения резца со штан­ гой, несоосности шпинделя сверла, штанги, резца и т. д. Величина разработки тем больше, чем меньше крепость пород и чем больше их трещиноватость.

361

При бурении шпуров ручными машинами прямолинейность шпу­ ров нарушается и осевая линия шпура получается винтообразной, что значительно затрудняет проходимость патронов ВВ. Помимо этого проходимость патронов ВВ зависит от способа бурения, обвод­ ненности пород, направления бурения по отношению к напласто­ ванию, типа и формы резцов или коронок, длины и диаметра штанг и резцов, режима бурения, качества очистки шпуров от буровой мелочи.

Многочисленными наблюдениями и исследованиями, проведен­ ными на шахтах угольных бассейнов страны, было установлено, что для повышения коэффициента заряжания должно быть выдержано оптимальное соотношение между диаметрами бурового инструмента и применяемого патрона ВВ путем установления минимально допу­ стимого зазора.

Таким образом, диаметр бурового инструмента должен слагаться из следующих величин: диаметра патрона ВВ; максимального зазора между конечным диаметром бурового инструмента и диаметром па­ трона ВВ, обеспечивающего свободную проходимость патрона ВВ по всей длине шпура, зазора, учитывающего износ режущего органа бурового инструмента, т. е. разницу между новым и изношенным диаметрами резца пли коронки.

Проходимость шпуров патронами ВВ прн ударно-поворотном бурении зависит в основном только от диаметра коронки. Конечный диаметр короикп, обеспечивающий проход патрона ВВ до дна шпура, определяется следующей зависимостью:

dK— (l,09dn + 1,85) мм,

где dKи dn — соответственно диаметры коронки и патрона ВВ, мм. При применении вращательно-ударных машин с длннноходовыми податчиками рекомендуется принимать следующее соотношение

диаметров коронки и патрона ВВ:

dK= 'l,09dn, мм.

При вращательном бурении наиболее существенное влияние на проходимость патронов в шпуре оказывает разность диаметров резца и штанги, которая может быть определена по формуле

где dp, dn, dmr — соответственно диаметры резца, патрона и штанги. Формула (ХХШ.1) справедлива при бурении шпуров вращатель­ ным способом без промывки. При бурении с промывкой диаметр штанги не оказывает влияния на проходимость патронов ВВ, в этом случае диаметр резца определяет диаметр шпура, а следовательно,

ипроходимость патронов ВВ.

Вмягких породах истирание твердого сплава коронки происхо­ дит только по главным режущим кромкам; в породах средней кре­ пости образуется некоторое округление уголков резца, которое

362

исчезает при заточке главных режущих кромок. Таким образом, износ конических резцов по диаметру в процессе бурения не превы­ шает пределов конусности тела резца. Поэтому зазор на амортиза­ цию для таких резцов принимают 2 мм, исходя из среднего угла ко­ нусности 4° и максимального износа пластинок по высоте 15 мм. При этом заточку резцов необходимо производить под переменным углом, что обеспечивает наибольший срок службы резца и лучшее использование твердого сплава.

Износ цилиндрических резцов по диаметру, как показывает практика, происходит также в пределах угла скоса пластинки твер­ дого сплава, что в конечном итоге не превышает 2 мм. Запас диа­ метра штанги на амортизацию принимают 3 мм.

Зазор па амортизацию буровой коронки определяется произве­ дением удельного износа по диаметру (на одну заточку) на число заточек. Последнее, в свою очередь, зависит от величины износа и способа заточки.

Оптимальное число заточек твердого сплава для ударно-поворот­ ного бурения с учетом 5—10% износа в среднем равно восьми.

Основным условием правильного выбора соотношения размеров и нормального износа является нормальный износ коронки по вы­ соте (4—5 мм) при уменьшении диаметра ее до величины, обеспечи­ вающей беспрепятственную проходимость патрона в шпуре.

Для определения начального диаметра новых резцов необходимо знать величину зазора, которая определяется как разница диаметров резца и штанги (dp—dmT). Для уменьшения зазора выгодно брать штангу такого же диаметра, как и резец, однако это будет приво­ дить к снижению скорости бурения вследствие трения штанги о стенки шпура. С увеличением разницы (dp—dmT) скорость бурения

стандартных патронов ВВ были рассчитаны требуемые диаметры бу­ рового инструмента при вращательном (табл. 76) и ударно-поворот­ ном (табл. 77) бурении.

Т а б л и ц а 76

П р и м е ч а н и е . Допуски в размерах штанг и резцов только положительные (+1 мы).

363

Т а б л и ц а 77

Из табл. 76 и 77 следует, что на практике размеры инструмента при вращательном бурении в большинстве случаев завышены. Диаметр новых штанг и резцов может быть взят на 1,5 мм меньше, что позволит увеличить скорость бурения и обеспечить экономию энергии и твердого сплава.

При ударно-поворотном бурении по породам с / = 8 , диаметр коронок может быть также уменьшен. Для крепких пород (/ > 16) дпаметр применяемых коронок совпадает с расчетным.

§ 97. Расположение шпуров. Врубы.

Расположение шпуров в забое оказывает большое влияние на общие показатели буровзрывных работ, и в частности на: величину подвигания забоя за цикл, т. е. на к. и. ш.; точность оконтуривания выработки; равномерность и степень измельчения породы; характер

ходимо учитывать следующие факторы: тип применяемых буриль­ ных машин и бурового инструмента, тип ВВ и средств взрывания, заданную величину подвигания забоя за взрыв, физико-механи­ ческие характеристики и структуру отбиваемых пород.

При проведении горных выработок шпуры располагают ком­ плектами, в каждом из которых различают (рис. 168):

I — врубовые шпуры (1—4), служащие для образования вру­ бовой полости, которая создает дополнительную обнаженную по­ верхность, облегчающую работу зарядов вспомогательных и отбой­ ных шпуров;

I I — вспомогательные и отбойные шпуры (5—12), производящие основную работу по отбойке породы; их располагают, как правило, под прямым углом к плоскости забоя и взрывают после врубовых, т. е. работают они при двух обнаженных поверхностях;

364