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

бот. В зависимости от условий число шпуров, их расположение и глу­ бина бывают различными.

Для обрушения кровли в лавах, разрабатывающих мощные пласты, в некоторых случаях применяют взрывание пород кровли или почвы под или над стойками с целью раскрепления обрушаемого участка лавы. Глубину шпуров при этом принимают от 0,8 до 1,2 м, величину заряда в шпуре — 0,4—0,6 кг. Все шпуры взрывают одно­ временно. В шахтах, не опасных по газу и пыли, для посадки кровли в лавах иногда используют заряды ВВ, размещаемые в шпурах, про­ буренных в элементах крепи, оставшихся после ее разрядки над обрушаемым участком кровли. При этом в стойках или верхияках бурят шпуры диаметром 35—36 мм, в которые помещают заряды весом 30—50 г.

§ 98. Коэффициент использования шпуров

Коэффициент использования шпуров (к. и. ш.) ц представляет собой безразмерную величину, получаемую от деления величины подвигания забоя за взрыв 10 на полную забуренную глубину шпура 10.

Эффективность буро­ взрывных работ часто оце­ нивается оптимальным зна­ чением к. и. ш., обеспе­ чивающим при заданной глубине шпуров, наиболь­ шее подвигание забоя за взрыв при минимальной

пересекающих слабые пластичные и выбросоопасные породы, может быть равным или больше единицы.

С увеличением удельного расхода ВВ при прочих равных усло­ виях (сечений выработок, крепости породы, количества, глубины и диаметра шпуров, коэффициента заполнения шпуров ВВ и др.) к. и. ш. вначале увеличивается и достигает своего оптимального значения, обеспечивая высокие показатели взрыва (рис. 201). На участке кривой за оптимумом увеличение расхода ВВ идет интен­ сивнее, чем увеличение значения к. и. ш., а в отдельных случаях значение к. и. ш. будет снижаться. Это дюжет быть объяснено сле­ дующим: для размещения увеличенного расхода ВВ необходимо либо увеличить коэффициент заполнения, либо количество шпуров, соответственно уменьшив расстояние между нидш. Это приводит к тому, что происходит переизмельчение массива, а часть энергии теряется, ибо газы взрыва работают вхолостую. Так, при обратнодг

инициировании и водяной забойке, к. и. ш. шпура увеличивается примерно на 5—10%. В этих условиях основными причинами увели­ чения к. и. ш. является удлинение периода воздействия продуктов детонации на разрушаемый массив, в нижней части шпура.

Значительное влияние на величину к. и. ш. оказывают физико­

правило, образуются «стаканы» при значительном перерасходе ВВ. Независимо от сечения, направления горной выработки и других горно-геологических условий к. и. ш.увеличивается с увеличением диаметра шпурового заряда (рис. 202) на 6 —8 % в пределах измене­ ния диаметра с 31 до 45 мм. В выработках ограниченного сечения при использовании наклонных врубов к, и. ш. также изменяется в зависимости от глубины шпуров (рис. 203). С ростом глубины шпу­ ров к. и. ш. сначала, растет, а затем снижается. Ухудшается дробимость породы слоев массива, прилегающих к забою, а в придон­ ной части увеличивается зона растрескивания породы'. Это объяс­

386

няется тем, что с увеличением глубины шпуров часть заряда ВВ, находящаяся в донной части шпура, работает в условиях, харак­ терных для зарядов камуфлета, т. е. энергия ВВ тратится на переизмельченпе и пластические деформации среды.

Максимальное значение к. и. ш. не всегда является его оптималь­ ной величиной, которая обычно меньше максимума. При проведении гориых выработок необходимо стремиться получить такой к. и. ш., который бы обеспечил наименьшую трудоемкость и расход материа­ лов при наибольшем подвигании горной выработки за цикл.

§99. Конструкции зарядов и способы инициирования

Впоследнее время большое внимание уделяют конструкции заря­ дов, изменение которой позволяет повысить степень управления энергией взрыва. Под конструкцией заряда понимают:

форму и расположение заряда ВВ в зарядной камере; место расположения инициатора в заряде; величину и качество забойки.

Взависимости от формы зарядной камеры заряд ВВ может быть;

сферический, кубический и т. д; рассредоточенный.

Рассредоточение заряда может быть осуществлено либо остав­ лением пустот между частями зарядов ВВ или зарядом и забойкой, так называемых воздушных промежутков, либо промежутки между частями заряда заполняют различными инертными материалами.

Инициирование всего заряда или каждой его части можно осу­ ществлять одним или несколькими детонаторами или детонирующим шнуром.

Место инициирования колонкового заряда оказывает существен­ ное влияние на эффективность взрыва. При расположении боевика в заряде ВВ первым от устья шпура способ инициирования называют прямым, а при расположении патрона боевика у забоя шпура или скважины — обратным.

Для детонации малочувствительных ВВ необходим мощный на­ чальный импульс, осуществляемый с помощью более чувствительных и мощных ВВ, в связи с чем весьма важным является определение места расположения патрона-боевика в колонковом заряде для ини­ циирования всего заряда.

От конструкции заряда во многом зависит качество оконтуривания выработки, т. е. величина переборов и недоборов породы, вызы­ вающих удорожание стоимости проведения горных выработок и ухудшающих условия их поддержания.

Коэффициенты заполнения шпура по сечению и плотность ВВ связаны с конструкцией заряда и определяют его объемную концен­ трацию энергии.

На основании теоретических и экспериментальных работ, про­ веденных под руководством акад. Н. В. Мельникова, разработаны теоретические основы по выбору наиболее целесообразной конструк­ ции колонкового заряда и выполнены инженерные расчеты по опре­ делению параметров воздушных промежутков при взрывании зарядов в различных горно-геологических условиях.

Сущность этого метода ведения взрывиых работ заключается в том, что для эффективного использования энергии взрыва колон­ ковых зарядов с точки зрения дробления среды необходимо рассре­ доточение последних по длине шпура или скважины с оставлением между ними воздушных промежутков. Физический смысл происхо­ дящих при этом явлений состоит в том, что при рассредоточении осуществляется снижение пикового давления ударной волны и равно­ мерное перераспределение энергии ВВ по всей длине скважины или шпура в результате чего увеличивается полезное использование энергии взрыва. Это обеспечивает получение равномерного дробле­ ния горной массы заданной кусковатости из условий максимального использования погрузочно-транспортных средств, снижения рас­ хода ВВ и стоимости работ.

При наличии в заряде воздушных промежутков время воздей­ ствия продуктов взрыва на взрываемую среду удлиняется, тем са­ мым создаются условия эффективного ее разрушения.

Напряжения, возникающие в среде при взрыве зарядов с возду­ шными промежутками в первый период времени ниже, чем при обычных. В то же время в разрушаемом массиве разрыв поверхно­ стного слоя происходит быстрее, чем при обычных зарядах. Таким образом, при наличии воздушных промежутков снижаются скорости распространения процесса возмущения среды в начальный период, удлиняется время взрывного воздействия на среду и снижается пиковое давление с сохранением энергии и последующим перерас­

мощью деревянных катушек, картонных цилиндров, бумажных

Акад. Н. В. Мельников и докт. техн. наук Л. Н. Марченко реко­ мендуют при высоте уступа до 20 м и относительной однородности пород рассредотачивать заряд на две-три части. В скважинах более глубоких количество рассредоточений может быть и больше. Расчет параметров таких зарядов производится по схеме, показанной на рис. 204.

388

Общую массу скважинного заряда определяют из выражения

рассредоточенных зарядов на горных предприятиях страны.

На многих шахтах воздушные промежутки осуществляли между зарядом и забойкой. По сравнению с зарядами обычной конструкции применение воздушных промежутков между зарядами и забойкой при взрывной отбойке угля в очистных забоях улучшает каче­ ство отбиваемого угля за счет значительного сокращения выхода штыба.

Экспериментальные взрывания шпуровых зарядов с воздушными промежутками между зарядом и забойкой и в середине шпуро­ вого заряда при двух обнаженных плоскостях показали, что такая

389

конструкция дает лучшие показатели взрыва по величине к. и. ш., удельному расходу ВВ, уменьшению выхода негабарита и т. д.

При проходке вертикальных стволов шахт «Буденовская-Глу- бокая» и «Мушкетовская-Заперевальная» исследовалась эффектив­ ность зарядов различных диаметров (31, 45 и 55 мм при глубине шпуров 3—4 м). При увеличении диаметра заряда число шпуров сократилось в 3 ,5—4 раза, улучшились все показатели взрыва, но увеличился выход негабарита и только при помощи рассредоточения заряда ВВ удалось ликвидировать негабарит и успешно вести взрыв­

ные работы.

Взрывание рассредоточенного заряда на шахте «БуденновскаяГлубокая» производили электродетонаторамп, помещаемыми в ка­ ждой части заряда, а на шахте «Мушкетовская-Заперевальная» де­ тонирующим шпуром. В результате было получено значительное увеличение эффективности взрыва и равномерное дробление породы. При взрывании не наблюдалось большого разлета отбитой породы, что исключало повреждение оборудования, расположенного в стволе.

Взрывы зарядов, рассредоточенных фалыппатронами, менее эф­ фективны по сравнению со взрывами зарядов с водзушными проме­ жутками. Учитывая, что при помощи рассредоточеиия достигается снижение бризантного действия взрыва, применение этого прогрес­ сивного способа для оконтурпванпя выработок повысит точность оконтурпванпя и снизит переборы породы.

Таким образом, применение колонковых зарядов с воздушными промежутками между частями зарядов и между зарядами и забой­ кой является положительным фактором, обусловливающим эффек­ тивное производство буровзрывных работ.

При прямом инициировании волна детонации направляется к забойной части заряда. В этом случае воздействие взрыва на мас­ сив породы и раскрытие трещин происходит в направлении к сво­ бодной поверхности. В результате потерь энергии и прорыва продук­ тов детонации через трещины в атмосферу энергия взрыва стано­ вится недостаточной для разрушения породы в донной части шпура или скважины.

При обратном инициировании детонация распространяется от забоя шпура или скважины к устыо.

Существует еще многоточечное и промежуточное инициирование, когда один или несколько инициаторов располагают где-то в середине заряда, в результате чего детонация распространяется в обоих на­ правлениях — к поверхности и к забойной части заряда.

Существенное влияние на эффективность разрушения породы имеет продолжительность воздействия на них продуктов детонации. С увеличением времени воздействия газов взрыва разрушение среды увеличивается, и наоборот. Это положение имеет особое значение для части шпура или скважины, находящейся в зоне зажима.

При обратном инициировании период воздействия продуктов детонации на породу увеличивается на величину, равную отношению длины заряда к скорости детонации ВВ. При этом соответственно

390

увеличивается количество энергии, перешедшее в разрушаемую среду.

Энергия увеличивается также и за счет повышения полноты дето­ нации заряда ВВ, так как в этом случае ВВ успевает полностью прореагировать.

В шахтах, опасных по газу или пыли, обратное инициирование считается опасным, потому что в этом случае продукты взрыва за­ ряда ВВ выбрасываются в атмосферу выработки, имея более высокую температуру, чем при прямом инициировании, и могут вызвать воспламенение газа или пыли.

Применение обратного инициирования при групповом взрывании зарядов опасно в случае отказа заряда, что при последующей оборке и обуривании забоя может привести к несчастным случаям.

Однако работами, проведенным ИГД им. А. А. Скочинского и МакНИИ, доказано преимущество этого способа инициирования как по производительности, так и в отношении безопасности.

Т а б л и ц а 82

391

С увеличением глубпны шпура и соответственно длины заряда увеличивается эффективность обратного инициирования за счет

ОW 80 ПО гм Расположение патрона-боевика

шпура. На рис. 206 показана зависимость к. и. ш. от расстояния от начала заряда до инициатора, из которой следует, что с удалением патрона-боевика от устья шпура коэффициент использования шпура

увеличивается.

С увеличением скорости детонации ВВ разница в эффективности прямого и обратного инициирования в крепких породах уменьшается. Так, при взрывании скальным аммонитом № 1 и глубине шпура 2 м результаты взрыва при обратном и прямом инициировании по

392

сравнению с аммонитом № 6 ЖВ получились одинаковыми (табл. 83).

В данном примере подвигание забоя за взрыв при обоих типах ВВ при обратном инициировании составляло 1,7 м, а при прямом — 1,3 м.

Едиными правилами безопасности при взрывных работах преду­ сматривается ликвидация отказавшего заряда путем бурения парал­ лельного шпура и взрывания в нем дополнительного заряда. Необ­ ходимо отметить, что данный способ ликвидации отказавших за­ рядов не является безопасным. Не во всех случаях возможно

того, данный способ ликвидации отказавших зарядов требует зна­ чительных затрат времени и труда.

Обратное инициирование позволяет применить для ликвидации отказавших зарядов более безопасный способ. Для этого специаль­ ным забойииком очищают шпур от забойки, после чего посы­ лают новый патрон-боевик к заряду п производят взрывание. Этот способ не только безопаснее, но и меиее трудоемок.

Ликвидация отказавших зарядов путем дозаряжания их с по­ следующим взрыванием возможна не во всех случаях. Иногда за­ бойка настолько уплотнена, что не поддается выемке. В этом слу­ чае приходится применять обычный способ ликвидации отказавших зарядов. Но переуплотнение забойки встречается не часто.

Направление инициирования существенно влияет на результаты взрыва: в зависимости от расположения инициатора в заряде резуль­ тат взрыва может быть различным. Если детонация заряда происхо­ дила бы мгновенно, то направление инициирования не играло бы роли.

393

Для выявления физической сущности процессов, происходящих при разрушении горных пород взрывом при прямом и обратном на­ правлении нницпированпя шпуровых и скважинных зарядов, рас­ сматриваются три случая соотношения скоростей распространения детонацпонных п ударных волн:

1)скорость детонации D меньше скорости ударных волн £>уц;

2)скорость детонации равна скорости ударных волн D = Dyll;

3)скорость детонации больше скорости ударных волн D >> £>уд. При увеличении времени воздействия на породу максимально

где z-l — расстояние от устья шпура до заряда ВВ, м; z2 = z3 — расстояние от центра заряда до его торца, м.

При обратном инициировании (рис. 208, б) соответственно будет иметь место:

Следовательно, время разрушения массива от момента иницииро­ вания во втором случае (при обратном инициировании) больше, чем при прямом, на величину At — l3apID.

394