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

число которых зависит от длины лавы. Ширина окна изменяется, в пределах 3,0—3,5 м; по мощности пласта шпуры, как правило, располагают в три ряда. Расстояние между рядами составляет 0,6— 0,8 м, а расстояние между шпурами в ряду — 0,6—0,9 м. Глубина шпуров колеблется от 1,4 до 2,0 м. Угол наклона шпуров первого ряда к плоскости забоя принимается равным 50—55°, второго ряда —

436

ющий взрывной способ предварительного рыхления кровли впереди очистного забоя при механизированной выемке угля комплексами или комбайнами на пластах с труднообрушаемой кровлей.

Сущность способа передового торпедирования кровли состоит в том, что до начала очистных работ со штреков бурят длинные скважины и взрывают в них заряды ВВ. Основная кровля заранее

437

При двустороннем расположении скважин! угол наклона скважины

длина скважины

. _ 2т к

CKD 3sinP! ‘

Для взрывания торпедируемых скважин применяют специальные заряды в прочной оболочке — торпеды (рис. 240), изготовляемые из металлических или полиэтиленовых труб диаметром 85 мм; длина одной торпеды 1,0—1,5 м.

Рис. 240. Конструкция торпеды, применяемой для обрушеппя кровли

Боевая головка 2 торпеды изготавливается из труб диаметром 100 мм и имеет приспособление для вывода магистрального кабеля 6, который крепят к головке торпеды при помощи болта 3 п резинового уплотняющего кольца 4, контактов 7, смонтированных на капроно­ вой крышке 5. К контактам подсоединяют магистральный провод 8. Торпеды между собой соединяют муфтами 10. В каждой торпеде имеется отверстие 11 диаметром 6 мм для пропускания магистраль­ ного провода электродетонаторов 9. К головке торпеды прикреплена направляющая трубка 12 для досылкп торпеды в скважину.

Для снаряжения торпед применяют патронпрованпые или насып­ ные ВВ, допущенные для шахт, опасных по газу или пыли (побе­ дит ВП-4, Т-19 и т. д.), в качестве средств взрывания — электро­ детонаторы мгновенного и короткозамедленного действия. Торпеды доставляются к устью скважины без электродетонаторов; а свобод­ ные концы магистрального провода при этом должны быть закоро­ чены и изолированы.

До заряжания скважин торпедными зарядами следует: произвести предварительную проверку скважины на проходи­

мость торпед; соединить торпеды между собой и смазать резьбовые соединения

солидолом; завести в устье скважины отдельно первую торпеду, затем вто­

рую, третью и т. д.; подсоединить магистральный провод, проходящий внутри тор­

пед, к электродетонаторам;

438

пропустить через все отверстия, имеющиеся в торпедах, двойной ряд магистральных проводов, к которому присоединяют электроде­ тонаторы с патроном-боевиком, а параллельно дублирующую маги­ страль; общее число электродетонаторов в данной магистрали не должно превышать 10—12 шт.;

предусмотреть для монтажа торпед у устья скважины специаль­ ные деревянные полки;

не применять при снаряжении и сборке торпед инструменты, дающие искры;

производить взрывание торпед одновременно.

После того как все торпеды будут досланы в скважину, произво­ дят проверку электрической цепи. При этом все люди, занятые на заряжании скважин, удаляются в безопасное место. Засылку торпед в скважину можно производить с помощью бурильного станка.

В Кузнецком бассейне взрывную посадку кровли производят с помощью угленита № 5 в патронах массой 150 г каждый. Переби­ вание крепежных стоек осуществляется зарядами угленита № 5.

Подготовку к проведению работ по обрушению кровли в очистных забоях производят под руководством начальника участка или его помощника в соответствии с Правилами безопасности. После выемки угля на шаг посадки во втором ряду стоек со стороны забоя возводят предохранительную органную крепь согласно паспорту управле­ ния кровлей данного забоя.

В стойках, подлежащих разрушению, пробуривают шпуры под заряды угленита № 5 диаметром 40—42 мм, глубиной 120—140 мм, но не более 2/3 диаметра стойки. Шпуры бурят ручными электросвер­ лами со специальными резцами. Число обурнваемых стоек в каждом конкретном случае определяется состоянием кровли забоя и сохран­ ностью забойной и старой крепи. Перебиванпе стоек органного ряда производят в шахматном порядке. Шпуры в соседних стойках при этом должны быть смещены по высоте относительно друг друга на 40—60 см, что обеспечивает полное перебивание стоек. Шпуры бу­ рят в средней части стойки.

С целью сохранения новой органной крепи от разрушающего действия взрывной волны стойки контрольной ленты крепи, приле­ гающей к органному ряду, со стороны выработанного пространства не обуривают и не подрывают. Все стойки крепи выработанного пространства обуривают только со стороны завала, за исключением; стоек старой органной крепи, которую обуривают со стороны забоя.

шим наклоном вниз, что предотвращает самопроизвольное выпада­ ние из них патронов ВВ.

Влавах пластов пологого, наклонного падения и в горизонталь­ ных слоях стойки обуривают в шаге посадки и в старой органной крепи.

Влавах пластов крутого падения при обрушении допускают обуривание стоек только верхних двух третей лавы и стоек старого

43а

органного ряда, так как в данном слзшае часть выработанного про­ странства заполняется за счет перепуска обрушенных пород, но при

товкой забоя к обрушению и только после удаления за пределы опас­ ной зоны всех людей, не занятых на заряжании и монтаже взрывной сети.

Перед заряжанием мастер-взрывник проверяет содержание ме­ тана в выработанном пространстве от забоя до старого органного ряда.

При одновременном взрывании до 100 зарядов ВВ применяют схему последовательного соединения электродетонаторов; при взры­ вании большого числа патронов можно применять смешанное соеди­ нение электровзрывной сети: электродетонаторы в группах соеди­ нены последовательно, а группы между собой — параллельно. Число параллельных ветвей прп этом не должно быть более 5.

Общее сопротивление взрывной сети не должно быть ниже 60 Ом при взрывной машинке КВП-1/100 и 50 Ом — при ВМК-1/100.

Сопротивление каждой параллельной ветви не должно превышать

380 Ом прп КВП-1/100 и 300 Ом при ВМК-1/100.

Разность сопротивлений отдельных параллельных ветвей элек­ тровзрывной сети не должна превышать 10% среднего значения сопротивления ветвей.

§ 104. Отбойка угля плоскими зарядами

Механизм разрушения среды при взрывании цилиндрическими зарядами изучен достаточно полно. Прп взрыве цилиндрического заряда плотность потока энергии с расстоянием убывает очень быс­ тро, что объясняется геометрическим возрастанием площади поверх­ ности фронта волны п диссипативными потерями. Кроме того, под действием тангенциальных напряжений прп взрыве цилиндриче­ ского заряда в среде возникают радиальные трещины, вызыва­ ющие поглощение большей части энергии и сильное перепзмельчение среды в ближней зоне взрыва.

Исследованиями установлено, что определяющим фактором в ме­ ханизме разрушения взрывом является величина удельного импульса. Этот параметр изменяется при изменении активной массы заряда ВВ. Это обстоятельство и привело к разработке плоской формы заряда.

П л о с к и м з а р я д о м п р и н я т о с ч и т а т ь з а р я д , д л и н а и ш и р и н а к о т о р о г о з н а ч и т е л ь н о б о л ь ш е е г о т о л щ и н ы . Тонкая пластина из взрывчатого вещества может служить примером идеального плоского заряда.

Сущность действия плоского шпурового заряда при взрывчатом превращении состоит в следующем:

при взрыве плоского заряда от поверхности раздела заряд— среда в сторону свободной поверхности движется плоская ударная

440

волна, амплитуда которой с расстоянием падает медленно по сравне­ нию с цилиндрическим зарядом;

под действием волн сжатия и разгрузки происходит образование и развитие трещин преимущественно в направлении обнаженной поверхности и в конечном итоге — сдвиг породы.

При взрыве плоского заряда имеет место более равномерное рас­ пределение энергии по массиву; удельный импульс взрыва снижается до оптимума в результате уменьшения времени воздействия макси­ мальных давлений, что в конечном счете позволяет сократить переизмельчение разрушаемого материала.

При плоском заряде им­ пульс взрыва используется наиболее полно.

Критический диаметр (толщина) плоского заряда в несколько раз меньше, чем критический диаметр цилин­ дрического заряда. Так, для аммонита № 6ЖВ эта величина меньше в 2—2,5 ра­ за, а для гексогена—в 4 раза.

Столь разное изменение критической толщины обу­ словливается именно формой заряда. При плоской форме

заряда, характеризующейся большим периметром, образуются спе­ цифические условия для протекания химической реакции, сни­ жается разброс ВВ, что обеспечивает стабильную детона­ цию ВВ.

Применение плоских зарядов позволяет в широких пределах регулировать кусковатость отбитой массы, снизить удельный рас­ ход ВВ более чем в 2 раза, уменьшить объем работ по бурению^ увеличить расстояние между зарядами в 2 раза.

Область применения плоских зарядов — отбойка антрацитовых углей, при добыче которых требуется увеличение выхода крупных классов и сокращение выхода штыба, кроме того, эта конструкция заряда применяется для отбойки угля в механизированных забоях при мощности пласта 0,75—3 м.

Последовательность работ при этом способе заключается в сле­ дующем: в забое нарезают тонкие прямоугольные щели-шпуры ши­ риной 14—16 мм, высотой 225—230 мм. Для нарезки плоских шпу­ ров используют специальный буровой станок, построенный на принципе врубовой машины, рабочий орган которой состоит из ре­ жущего бара. Глубина плоских шпуров достигает 2 м, однако, в за­ висимости от шага механизированной крепи, эта величина может быть сокращена до 0,9—1 м. Расстояние между плоскими шпурами меняется от 1,5 до 3,5 м и зависит от глубины нарезания щели. Схема расположения плоских зарядов показана на рис. 241.

441

Заряжают плоские шпуры патронированиями или россыпными гранулированными ВВ с применением ппевмозаряжающих устройств. Взрывание зарядов производят последовательно на вторую свобод­ ную поверхность.

Для погрузки отбитого угля на конвейере предусматриваются специальные лемеха, укрепленные по всему ставу со стороны забоя. Загрузка угля на конвейер осуществляется при надвигании конвейера на отбитый уголь с помощью гидродомкратов.

Объем отбитой массы при применении плоских зарядов увеличи­ вается на 30% по сравнению с взрыванием цилиндрическими заря­ дами. Одновременно с этнм выход мелких фракций уменьшается в 3—4 раза по сравнению с добычей врубовой машиной с последу­ ющим взрыванием.

Г л а в а XXV

БЕСПЛАМЕННОЕ ВЗРЫВАНИЕ

§ 105. Основные сведения о беспламенном взрывании и областях его применения

В условиях угольных шахт, опасных по газу пли пыли, производ­ ство взрывных работ сопряжено с опасностью возникновения взры­ вов газа метана п угольной пылп, что предъявляет особые требова­ ния к взрывчатым материалам п технологии ведения взрывных работ, ограничивающие в конечном счете производительность труда и объем добычи угля.

Современные промышленные предохранительные ВВ не полностью удовлетворяют требованиям безопасности в условиях шахт п выра­ боток с высокой газообильностыо или концентрацией угольной пылп.

Однпм пз способов, обеспечивающих высокую безопасность веде­ ния взрывных работ, в указанных выше условиях является беспла­ менное взрывание. Сущность беспламенного взрывания заключается в том, что полезная работа по разрушению масспва производится либо за счет внезапного высвобождения газов высокого давления (600—

либо за счет испаренпя жидкой углекислоты, либо при заполнении такого патрона сжатым воздухом под высоким давлением.

Превращение потенциальной энергии в кинетическую, произво­ дящую разрушение массива, происходит без образования пламени при относительно низкой температуре. Продуктами этого превраще­ ния являются инертные газы.

Запас потенциальной энергии сжатых газов в металлических патронах может создаваться различными способами и средствами. Существует три вида средств беспламенного взрывания: гидрокс, кардокс и аэрдокс.

442

1. ГИДРОКС

Название г н д р о к с происходит от греческого слова «гидро» — вода. Принцип действия первых типов патронов гидрокс основы­ вался на образовании внутри металлической гильзы перегретого пара при быстром нагревании воды термоэлементом до температуры выше 374° С (критической).

Принцип действия современного патрона гидрокс основан на химической реакции заряда, помещенного в замкнутый металли-

Рис. 242. Патрон беспламенного взрывания типа гидрокс:

ческий патрон, в результате которой образуется значительное коли­ чество газов (паров воды — 70%, углекислого таза и азота — 30%), которые создают в патроне высокое давление около 1600 кгс/см2.

Металлический патрон для заряда гидрокс (рис. 242) состоит из стального корпуса, зарядной и разрядной головок, соединитель­ ной муфты, изготовляемых из холоднокатаных труб и проката, леги­ рованной стали.

Зарядная головка имеет центральное отверстие с гнездом кони­ ческой формы для вывода проводов электротермического элемента и установки резиновой пробки. На головке имеется кольцеобразная проточка, на которую надевается резиновое уплотнительное кольцо, обеспечивающее герметизацию внутренней полости патрона.

Разрядная головка представляет собой металлическую ' трубу с резьбой, а в утолщенной части имеются выхлопные отверстия, рас­ положенные под зилом 60° к оси головки. Такое расположение от­ верстия предотвращает возможность выброса металлической гильзы пз шпура при выходе газов из патрона.

Соединительная муфта представляет собой металлическую втулку, имеющую резьбу, прорезь для металлического срезного диска и упор­ ное кольцо. Металлический срезной диск изготовляют из мягкой стали.

Штатный заряд гидрокс БВ-48, выпускаемый отечественной про­ мышленностью (рис. 243), состоит пз электротермического элемента, инициирующего и основного составов, бумажной гильзы, пропитан­ ной ингибитором (раствор сульфата или двухзамещенного фосфорно­ кислого аммония). Иннцппрз'ющий состав заряда содержит следу­ ющие компоненты: аммиачную селитру, персульфат аммония, хло-

443

ристую медь и древесную муку. Реакция этого состава, происходит при атмосферном давлении без выделения пламени. Основной состав заряда БВ-48 включает аммиачную селитру, азотно-кислый магний и древесную муку. При атмосферном давлении основной состав не разлагается и не чувствителен к удару.

По своим свойствам заряд БВ-48 не относится к взрывчатым ве­ ществам, безопасен в обращении и хранении. По предохранительным свойствам средство беспламенного взрывания гидрокс относится к VI классу (сверхпредохранительным ВВ).

Рис. 243. Заряд гидрокс БВ-48:

1 — электротермический элемент; 2 — бумажная гильза; з — инициирующий состав заряда; 4 — основной состав; 5 — резиновая пробка

Необходимым условием срабатывания основного состава заряда является наличие избыточного давления газов порядка 40— 50 кгс/см2. Это давление в замкнутом объеме патрона создается га­ зами в результате химической реакции инициирующего состава. Химическая реакция этого состава возникает от тепла, выделяемого электротермическим элементом (после подачи на него импульса электрического тока).

Разлагаясь, основной состав заряда в течение нескольких мил­ лисекунд создает в полости патрона давление около 1600 кгс/см2, при котором срезается металлический диск и газы через разрядную головку проникают в шпур, производя при этом полезную механи­ ческую работу по разрушению массива.

Длительность химической реакции инициирующего состава со­ ставляет 5—7 с (за это время давление газа в патроне достигает 40—50 кгс/см2). Длительность же процесса срабатывания основного состава составляет около 20 мс (за это время давление газа в патроне достигает максимального значения).

Оптимальное соотношение между основным и инициирующим составом, в соответствии с МРТУЗ 163—65, составляет 1 : 4 (одна часть инициирующего состава, четыре части основного состава).

Общая масса заряда гидрокс БВ-48 складывается из 190—200 г вещества основного состава и 40—50 г инициирующего. На долю электротермического элемента, бумажную гильзу и провода прихо­ дится 25—30 г.

Главные особенности средств беспламенного взрывания гидрокс состоят, во-первых, в высокой степени их безопасности в отношении воспламенения метано- и пылевоздушных сред, во-вторых, в особом механизме воздействия газов на разрушаемый объект.

444

Безопасность достигается благодаря низкой температуре про­ дуктов химической реакции (250—300° С), что исключает воспламе­ нение газа метана или угольной пыли. Кроме того, выделяемые при реакции заряда газы являются активными пламегасителями. Отно­ сительно низкое давление (по сравнению с ВВ) образующихся при прорыве диафрагмы газов позволяет получать уголь крупных клас­ сов п снизить выход мелких фракций.

Патроны гидрокс выпускаются серийно двух типоразмеров: В-1 диаметром 48 мм, длиной 1210 мм и В-2 диаметром — 53 мм, длиной 1320 мм. Для патронов В-1 применяют заряды БВ-48 массой 190 г, а для патронов В-2 — массой 270 г.

Для бурения шпуров под патрон диаметром 48 мм применяют резцы диаметром 51 мм и витые буровые штанги диаметром 48 мм, а при диаметре патрона 53 мм резцы имеют диаметр 60 мм, а витые буровые штанги — диаметр 57 мм. Приведенные типоразмеры па­ тронов подбирают в зависимости от горно-геологических и горно­ технических условий разработки угольных пластов или других

материалов.

Техническая характеристика патронов и зарядов гидрокс при­

ведена в табл. 89.

Металлические патроны используются многократно — до 350—

400 раз.

Результаты применения патронов гидрокс в угольных шахтах сверхкатегорных и третьей категории по газу и опасных по пыли подтвердили их высокую безопасность: не было ни одного случая воспламенения метана или угольной пыли.

Патроны беспламенного взрывания применяют в целях повыше­ ния сортности антрацитовых углей, что пмеет важное народнохозяй­ ственное значение. Так, например, при применении патронов гидрокс

Т а б л и ц а S9

445