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

ным особенностям — на шнековые и прессовые; по месту уста­ новки— на стационарные, отличающиеся более высокой про­ изводительностью, обслуживающие всю шахту или горизонт круп­ ной шахты, и забойные, пли передвижные, предназначенные для снабжения пыжами забойки одного-двух проходческих забоев

(рис. 214).

Процесс забойки с помощью песчано-глинистых или глинистых пыжей выполняется вручную.

К с ы п у ч и м з е р н и с т ы м з а б о е ч н ы м м а т е р п а -

допустимо в подземных условиях.

Для механизации процесса забойки шпуров разработаны и приме­ няют на практике различные виды пневмозабойников.

Ж и д к о с т н а я з а б о й к а является наиболее перспектив­ ной, так как ее применение наряду с улучшением эффективности взрывного разрушения за счет удлинения периода герметизации зарядной камеры позволяет повысить безопасность ведения взрывных работ в отношении воспламенения метано- и пыле­ воздушных сред, а также способствует снижению пылеобразования.

В отечественной и зарубежной практике ведения взрывных работ в настоящее время применяют следующие основные типы жидкостной забойки:

натренированную водяную забойку в виде водонаполненных пластиковых (чаще всего полиэтиленовых) ампул;

405.

забойку из воды, находящейся под избыточным давлением и удер­ живаемой в шпурах с помощью гидрозатворов или гидропробок; -забойку из пульпы и гидрогелевых паст;

комбинированную забойку, состоящую из воды или пульпы и за­ пирающей забойки — пробки из песка или глины и т. п.

Наиболее широкое применение получила патроиированная водя­ ная забойка. В настоящее время она выпускается промышленностью в трех видах:

полиэтиленовые ампулы с обратным клапаном длиной 30 см, диаметром менее диаметра шпура на 4—5 мм;

самоудлиняющиеся телескопические ампулы конструкции ИГД пм. А. А. Скочинского длиной 1—1,2 м, диаметром, на 2—3 мм боль­ шим, чем диаметр шпура;

саморасппрающпеся ампулы гидрозабойки с химреагентом (ВостНИИ).

Первый вид ампул заполняется водой перед введением в шпур, в шпур вводится 1 —3 ампулы, для их удержания необходимо допол­ нительно забить устье шпура пробкой из песчано-глинистой забойки длиной 10—15 см.

Самоудлиняющиеся ампулы представляют собой полиэтиленовую трубку, запаянную с одного торца, и с обратным клапаном на дру­ гом. Глухой торец ампулы подвернут внутрь к клапану. Ампулу вводят в шпур вслед за зарядом и заполняют водой через клапанную часть. Так как диаметр ампулы больше диаметра шпура, ампула распирается в нем, а подвернутая часть ее под давлением воды вы­ двигается до упора в заряд.

Основное преимущество этих ампул заключается в том, что они плотно прилегают к стенкам шпура и торцу заряда, исключая воз­ можность раздвижки заряда в процессе взрывания и прорыва про­ дуктов взрыва через радиальные зазоры между стенкой шпура и ампулой.

Для гпдрозабойкн восстающих шпуров ВостНИИ предложил помещать в ампулу гидрозабойки (первого типа) специальиый хим­ реагент, который при взаимодействии с водой образует в ампуле газоводяную смесь, в результате чего объем ампулы увеличивается и она полностью перекрывает сечение шпура, препятствуя выпаде­ нию заряда ВВ.

Забойка шпуров пробками из твердых материалов (деревянные или пластиковые расклинивающиеся пробки) и раствором из быстротвердеющих вяжущих веществ пока не получила широкого применения в связи с высокой стоимостью и нетехнологичностыо ее выполнения.

Для получения максимального эффекта взрыва забойка в течение всего времени разрушения массива должна оставаться в шпуре, т. е. она должна обеспечить герметизацию зарядной камеры до мо­ мента ее разрушения. Однако после детонации заряда забойка на­ чинает движение и выбрасывается из шпура.

Установлено, что движение забойки из жидких пластичных и зер­ нистых материалов в процессе взрыва происходит следующим образом:

406

1. Начало перемещения различных слоев забойки наступает не одновременно по всей ее длине. Забоечный материал, расположен­ ный непосредственно у заряда, начинает сдвигаться первым, после чего вовлекаются в движение более отдаленные слои забойки.

2. Часть забойки, примыкающая непосредственно к заряду, в результате ударного воздействия продуктов взрыва сильно пере­ уплотняется и становится монолитной, при этом резко возрастают силы внутреннего трения, что приводит к замедлению движения забойки. Остановка забойки из песка, щебня и самораспирающихся

вляет 50—65 м/с (рис. 215).

4. При обратном инициировании время начала сдвижения за­ бойки после детонации заряда несколько задерживается по сравне­ нию с инициированием зарядов со стороны устья шпура (на время равное времени детонации заряда). Это позволяет более длительное время поддерживать высокое начальное давление продуктов детона­ ции в зарядной камере, что способствует передаче среде более мощ­ ного разрушающего импульса.

Прорыв продуктов детонации из зарядной камеры, приводящий к снижению эффективности действия взрыва, может происходить либо через устье шпура (скважины), либо через трещины, образу­ ющиеся в результате разрушения массива. Следовательно, энергия заряда наиболее полно может быть использована в том случае, если забойка обеспечит задержку продуктов взрыва в зарядной камере до начала разрушения породы. Отрезок времени с момента завершения

407

Если время разрушения и подвижки породы для каких-то кон­ кретных условий составляет некоторую величину f„, то величину забойки, а следовательно, и скорость ее вылета из шпура можно подобрать так, что герметизация устья зарядной камеры будет под­ держиваться ровно до момента начала отрыва и сдвижения пород. В этом случае время вылета забойки t,af; будет равно tp. При умень­ шении длины забойки время ее вылета будет меньше величины tv на At, следовательно, продукты детонации будут воздействовать на массив не все время, а только в течение промежутка времени At, в результате чего полезно используемая энергия взрыва будет уменьшаться.

На основании этого можно заключить, что оптимальной является такая забойка, которая в процессе взрывного разрушения обеспечит герметизацию зарядной камеры на время, необходимое для отрыва и разрушения пород. Исходя из этих условий, оптимальная длина забойки для пластичных и зернистых материалов является функцией

408

Рис. 217. Схема проведения опыта по определению влияния забойки на

интенсивность волны напряжения:

Рис. 218. Совмещенные графики зависимости радиальной скорости сме­

щения и радиального напряжения:

ряда 300 г.

Зависимости радиальной скорости смещения при различных ма­ териалах забойки и напряжениях на расстояниях от взрыва г = 40го и г — ЮОг0 показаны на рис. 218.

а

Расчет радиальных напряжений аг по замеренной скорости сме­ щения проводили по формуле, известной из теории упругости:

падения.

Вид зависимостей радиальных напряжений ог и скорости сме­ щения vr от времени совпадает.

При увеличении длины забойки и изменении ее материала длина положительной фазы волны напряжений tu, а следовательно, и ве­ личина импульса увеличиваются. Это увеличение более значительно на близких расстояниях от центра заряда. На рис. 219 показана зависимость приращения импульса и длительности положительной: фазы волны напряжений на расстоянии г = 40г0 по сравнению с взрыванием без забойки в зависимости от ее длины для различных:

411

Т а б л и ц а 87

*Короткие ампулы (длиной 20 см).

**Две ампулы.

начала сдвижения забойки. Чем больше время задержки этой пробки в шпуре, тем большая длительность положительной фазы волны напряжений, а следовательно, и большее количество энергии взрыва заряда ВВ передано в породу.

Таким образом, для пород с большой акустической жесткостью качество забойки определяется длительностью задержки пробки. Для пород с малой акустической жесткостью эта пробка играет меньшую роль, так как определяющим в их разрушении являются не волны напряжений, а давление газов взрыва.

В табл. 87 приведены данные о длительности волны напряже­ ний /„ при различных материалах забойки и времени вылета забойки из шпура *ВЬ]Л.

По данным этой таблицы в крепких породах с высокой акусти­ ческой жесткостью забоечные материалы располагаются следу­ ющим образом: вода в полиэтиленовых ампулах с пыжом из щебня, песок, глина.

Для слабых пород (с малой и средней акустической жесткостью) аналогичный ряд будет иметь следующий вид: щебень, вода в ам­ пулах с пыжом, песок, глина.

§ 101. Влияние глубины разработки и сечения выработки на эффективность взрывных работ

Глубина разработки полезных ископаемых со временем постоянно увеличивается на угольных шахтах в среднем на 14—23 м за год. Большое число шахт во всех бассейнах страны отрабатывают глубо­ кие горизонты на глубинах 700—1000 м.

413

Технико-экономические затраты, связанные с освоением запасов полезных ископаемых, с увеличением глубины возрастают по при­ чинам, обусловленным влиянием различных факторов, основным из которых является горное давление.

От горного давления зависит изменение фпзико-механпческих свойств пород и горнотехнических условий их разрушения. Горное давление начинает существенно сказываться для условий Донбасса, начиная с глубины разработки примерно 700 м. При проведении полевых подготовительных выработок в этих условиях заметно меняются параметры буровзрывных работ, такие, как удельные расходы ВВ, средств взрывания и бурения и т. д.

Горные породы в массиве находятся в состоянии всестороннего объемного сжатия. При проходке выработки в таком массиве нару­ шаются условия равновесия, в результате чего в призабойной об­ ласти возникает поле статических напряжений, вид и величина кото­ рого в каждой точке определяется формой и размерами выработки, а также физико-механическими свойствами пород. Характер раз­ рушения породы при взрыве может быть определен как результат воздействия взрывного импульса на статически напряженную среду. В массиве горных пород различное напряженное состояние харак­ теризуется:

1) областью малых напряжений, в которой породы находятся в состоянии упругих деформаций;

2) областью повышенных напряжений, в которой вследствие их концентрации напряжения могут в 2 раза и более превышать напря­ жения в глубине массива;

3) областью упругих деформаций, напряжения в которой по мере удаления от забоя убывают, асимптотически приближаясь к напря­ жениям в нетронутом массиве.

При прозвучпванпп массива ультразвуком скорость ультразвука

ходит, что свидетельствует о сильной деформации пород в этой области. При расстоянии от забоя 1,4—1,6 м скорость ультразвука оказывается максимальной, что свидетельствует о местоположении на этом расстоянии зоны максимальных сжимающих напряжений. За зоной максимальных сжимающих напряжений величина ско­ рости ультразвука уменьшится, что связано с понижением напря­ жений.

Напряженное состояние пород сказывается и на их физико­ механических свойствах, в частности на прочностных показателях, но при этом важно знать вид поля напряжений. Так, в условиях объемного напряженного состояния прочность в обычных горных породах многократно возрастает, а отношение пределов прочности на сжатие и разрыв уменьшается. Кроме того, в этих условиях изменяется также характер разрушения пород.

Если на поверхности цилиндрического образца напряжение характеризуется величиной о 2, а разрушающее напряжение по

414