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

457

в шпур. После разряжения пневмопатрона отбойный вентиль быстро перекрывается, а пружина приводит золотник в исходное положе­

Характеристика пневмопатронов, применяемых на угольных шах­ тах, приведена в табл. 90.

При бурении шпуров под пневмопатроны диаметр угольного резца должен превышать диаметр пневмопатрона на 5—6 мм. Диаметр буровой штанги должен быть равным или больше диаметра пневмо­ патрона.

Ввод пневмопатрона в шпур производят только при условии полной очистки шпура от буровой мелочп.

Длина шпуров под пневмопатроны / группы при отбойке угля в очистных забоях не должна превышать 0,8—1,0 м, а для II и III групп при наличии одной обнаженной поверхности длина шпу­ ров должна быть 1,0—1,1 м. При двух обнаженных поверхностях длина шпуров для пневмопатронов I и II группы должна быть около 1,4—1,6 м, а для пневмопатронов III группы — 1,8—2,0 м.

При одной обнаженной поверхности для создания вруба в под­ готовительных забоях первый шпур бурят под углом 25—35° к пло­ скости забоя. Последующие шпуры бурят веерообразно параллельно вновь образованной поверхности.

Взрывать пневмопатроны необходимо по одному. Перед отбойкой проверяют забойное оборудование от забойного вентиля до пневмо-

458

патрона. Подавать сжатый воздух в пневмопатрон можно только тогда, когда пневмопатрон находится в шпуре, а забойный вентиль можно открывать, когда все вентили, расположенные впереди отбой­ ного, будут закрыты. Персонал, производящий отбойку угля, дол­ жен находиться не менее чем в 15—18 м от забоя, но не в направле­ нии выброса пневмопатрона.

Запрещается выполнять любые операции с трубопроводами, если они находятся под давлением. После окончания отбойки пневмо­ патрон должен быть отсоединен от трубопровода.

Пользоваться отбойным вентилем и пневмопатронамн имеют право только горнорабочие, допущенные к отбойке (прошедшие курс обучения).

Все три вида средств беспламенного взрывания обеспечивают: высокую безопасность взрывных работ в шахтах сверхкатегорных и III категории по газу и опасных по пыли, а также в особо

опасных тупиковых забоях; выход крупнокускового угля и снижение выхода мелочи;

улучшение санитарно-гигиенических условий труда шахтеров в результате снижения концентрации витаемой угольной пыли и от­ сутствия ядовитых газов.

возможность получения прибыли от реализации сортового угля с меньшим содержанием штыба и наличием крупных классов угля; возможность осуществлять совмещение во времени операций

выемочного цикла; создание механизированных выемочных и проходческих комплек­

сов; хранение средств беспламенного взрывания в любом сухом про­

ветриваемом месте, т. е. для хранения не требуется специальных помещений.

К недостаткам следует отнести:

низкую работоспособность этих средств по сравнению с бризант­ ными ВВ;

малую эффективность заряда при отбойке пород, увеличение диаметра шпура, трудоемкости и стоимости работ;

невозможность одновременного взрывания группы патронов бес­ пламенного взрывания;

невозможность эффективного использования средств беспламен­ ного взрывания при отсутствии второй обнаженной поверхности; несовершенство технологии заряжания патронов кардокс, что влечет за собой большую трудоемкость и длительность доставки снаряженных патронов в шахту и наличие случаев утечки кислоты. Особое внимание заслуживает применение средств беспламенного взрывания в особо опасных забоях, где запрещено применение даже высокопредохранительных ВВ, в связи с чем добычу угля, прове­ дение подготовительных и нарезных горных выработок ведут отбой­

ными молотками.

Применение патронов беспламенного взрывания взамен отбойных молотков экономит время, необходимое на проведение 1 м выработки

459

ивыемку 1 т угля, в 1,5—2 раза, резко снижает трудоемкость работ

иулучшает санитарно-гигиенические условия труда. Стоимость проведения 1 м выработки, а также выемки 1 т угля по статье буро­ взрывных работ снизилась на 25—30%.

Впрактике ведения взрывных работ в основном встречаются три условия для расположения шпуров в зависимости от наличия одной, двух или трех свободных поверхностей. Как известно, при наличии одной свободной поверхности имеются наиболее тяжелые условия работы взрыва. Поэтому задача отбойки в этом случае сводится, по существу, к необходимости образования второй обнаженной поверхности. Для этой цели шпуры длиной 1—1,2 м располагают веерно, сначала под углом не более 30° и далее постепенно увеличи­ вая этот угол приближая шпуры к перпендикулярному расположе­ нию относительно первой обнаженной поверхпостп. В этом случае

образуется вторая обнаженная поверхность, по отношению к которой и ориентируют последующие шпуры.

§ 106. Разрушение массива средствами беспламенного взрывания

Независимо от источника энергии сжатых газов, производящих разрушение среды, процесс разделяют на две стадии — стадию на­ копления энергии; стадию разряжения, т. е. высвобождение энергии сжатых газов после прорыва диафрагмы.

Основными параметрами, влияющими на эффективность разру­ шения массива, являются: запас потенциальной энергии в замкнутом сосуде; длительность и равномерность давления на стенки шпура; амплитуда давления газов.

Длительность и равномерность давления газов на стенки шпура, в свою очередь, зависят от величины заряда, диаметра патрона и зазора между стенками шпура и патроном. Практически величина зазора определяется проходимостью патрона по шпуру и не может быть менее 3—4 мм и более 5 мм.

Время истечения газов в шпур зависит от диаметра патрона и находится в прямой зависимости от объема газов или от величины энергии в патроне.

При постоянном давлении газов на стенки шпура энергия, выде­ ляющаяся из патрона, пропорциональна квадрату диаметра патрона:

Е = ^ - 1 р при Z= const,

где Е — энергия; р — давление; I — длина патрона; d — диаметр патрона.

Время истечения газов из патрона в шпур £ист при прочих равных условиях должно быть больше или равно времени разрушения массива Zpa3p.

На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что для эффективного применения средств беспламеи-

460

иого взрывания необходимо соблюдение следующих условий: при разрушении пород с коэффициентом крепости/ = 4-^6 масса заряда должна быть увеличена не менее чем в 2,8 раза по отношению к за­ ряду, предназначенному для отбойки угля и пород с / = 1,0-^2,5, а обнаженная плоскость должна быть на расстоянии не менее 40го (г0 — радиус заряда); время истечения газов из патрона в шпур должно быть равным или больше времени разрушения массива:

^нст ^ ^разр*

Эффективность отбойки сжатым воздухом высокого давления опре­ деляется главным образом тремя факторами: объемом сжатого воз­ духа в пневмопатроне, давлением в нем перед разрядкой и скоростью, с которой воздух может быть выпущен из него.

После прорыва диафрагмы в пневмопатроне наступает вторая стадия процесса — возникает нестационарное движение газа. Дви­ жущийся газ является носителем энергии, производящей разруше­ ние среды. Энергия сжатого воздуха, идущая на разрушение среды, зависит от расхода Q, т. е. от количества газа, проходящего через поперечное сечение пневмопатрона в единицу времени. Расход воз­ духа является функцией рабочего давления р, скорости течения сжатого воздуха и и площади поперечного сечения s пневмопатрона.

Установлено, что скорость истечения сжатого воздуха из пневмо­ патрона для давлений порядка 700—800 кгс/см2 является величиной постоянной. Эта величина охватывает лишь область критической ско­ рости течения газа, представляющей максимальную скорость исте­ чения сжатого воздуха, которая может быть достигнута на выход© из разрядной головки при данном начальном состоянии газа, и су­ щественно не зависящей от дальнейшего повышения рабочего давле­ ния. При критическом режиме истечения газа из пневмопатрона полного расширения сжатого воздуха высокого давления до внешней среды не происходит. Это приводит к уравновешиванию давления

ходит истечение). Следовательно, скорость истечения сжатого воз­ духа практически относится к факторам нерегулируемым и работа, по существу, сводится к определению энергии сжатого воздуха

взависимости от объема рабочих камер и давления.

Воснову их взаимосвязи положено два установленных экспери­

ментально факта:

1) часть газа, сжатого до высокого давления, прилегающего

кдиафрагме, после ее прорыва движется как несжимаемая жидкость;

2)волна разрежения возникает не непосредственно у диафрагмы, как принято считать в теории идеального газа, а в конце несжима­ емого потока.

Волна разрежения, образующаяся в конце несжимаемого потока, движет газ в том же направлении, в котором движется головной поток.

461

§ 107. Механизация отбойки угля и пород в подготовительных выработках при использовании средств беспламенного взрывания

Средства беспламенного взрывания в силу малой бризантностп, нечувствительности к внешним воздействиям и безопасности в обра­ щении позволяют механизировать процессы буровзрывного ком­ плекса.

Имеющиеся средства беспламенного взрывания типа гидрокс весом 190 и 270 г и металлические патроны к ним диаметром 48 и 54 мм обеспечивают разрушение не только углей, но и пород кре­ постью / = 3; для разрушения более крепких пород требуется уве­ личение массы заряда и диаметра патрона, что влечет за собой повы­ шение стоимости средств беспламенного взрывания, а также трудо­ емкости в отношении бурения шпуров. Главным препятствием ис­ пользования металлических патронов большого диаметра (130 мм) является то, что бурение одиночных скважин для таких патронов трудноосуществимо и экономически нецелесообразно.

ВИГД им. А. А. Скочинского для отбойки пород крепостью до

/= 4 в подготовительных выработках разработан вариант выносной взрывной камеры для инициирования зарядов типа гидрокс различ­ ного веса. Давление в камере регулируется толщиной срезывающего диска. Разрядной головкой камеры служит полая буровая штанга

свыхлопными отверстиями. Бурение совмещено с заряжанием и взрыванием.

На основании этих положений разработаны рабочие чертежи исполнительного рабочего органа проходческого комбайна на базе средств беспламенного взрывания.

Исполнительный орган комбайна выполнен для инициирования в нем зарядов типа гидрокс весом до 1000 г.

Такое решение позволило создать исполнительный орган со сле­ дующими конструктивными параметрами: внутренний диаметр ра­ бочей камеры высокого давления 80 мм, длина 400 мм, длина пусто­ телой штанги 1,5 м, внутренний диаметр 27 мм, наружный — 70 мм.

Исполнительный орган, работающий от гидросистемы, был уста­ новлен на стенде. Лабораторные исследования проводили с зарядом массой 560 г. Замеряли скорости истечения газов по каналу пусто­ телой штанги, давления на стенки шпура и величины обратной отдачи в момент прорыва газов в шпур через выхлопные отверстия.

Работа исполнительного органа осуществлялась в такой после­ довательности. Заряд гидрокса и металлическую диафрагму закла­ дывали в выдвинутый лоток выносной взрывной камеры. При помощи гидросистемы лоток с зарядом вводили внутрь выносной камеры, а металлическая диафрагма (предварительно вложенная в гнездо) создавала вместе с затвором уплотнение внутри камеры. Гидроци­ линдр, поворотом запирающей гайки, соединял затвор с вынос­ ной камерой. После подачи импульса на электроконтакты взрывали заряд гидрокса.

462

При достижении давления внутри выносной камеры, превыша­ ющего предел прочности диафрагмы, последняя срезалась. В резуль­ тате этого газы высокого давления высвобождались по пустотелой штанге в разрядную головку и далее в шпур, производя разрушение массива.

Испытание исполнительного органа в производственных условиях проводили на шахте «Пролетарская-Глубокая» при проведении выра­ ботки сечением 9,4 м2 вчерне с целью определения принципиальной возможности проведения горных выработок с применением источни­ ков импульсного нагружения с низкими давлениями (типа аэрдокс, гидрокс) по породам с f = 4-^6. При этом решались следующие задачи: установление максимальной линии наименьшего сопротивле­ ния, рациональное расположение шпуров, установление силы отката при отбойке горной массы.

Для проведения испытаний стендовый образец исполнительного органа был смонтирован на одном из манипуляторов бурильной машины БУ-2. Шпуры бурили установкой, закрепленной на втором манипуляторе машины БУ-2.

После обуриваиия забоя установку отводили в сторону, а пусто­ телую штангу вместе с коронкой вводили в шпур. Затем в рабочую выносную камеру исполнительного органа закладывали заряд гпдрокса массой 560 г и устанавливали диафрагму. Камеру автома­ тически закрывали, после чего подавали электрический импульс на заряд.

В результате проведенных испытаний установлено, что расстоя­ ние между шпурами и л. и. с. при применении исполнительного ор­ гана были примерно равны параметрам при обычном ведении взрыв­ ных работ и составляли 0,6—0,7 м; параметры машины БУ-2 вполне удовлетворяют условиям ведения взрывных работ по усилиям отдачи и удобству работы с выносной взрывной камерой.

Г л а в а XXVI

ОТБОЙКА РУДЫ ВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ В ПОДЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ

При подземной разработке месторождений отбойку руды осуще­ ствляют несколькими методами (шпуровыми зарядами, скважинными зарядами и минными зарядами). Наиболее широкое применение получили способы отбойки руды скважинными зарядами.

§ 108. Метод скважинной отбойки

Метод скважинной отбойки характеризуется использованием для разрушения горных пород удлиненных колонковых зарядов ВБ, размещаемых в скважинах большого диаметра. Масса таких зарядов составляет 100 кг и более.

46»

В отечественной горной практике скважинная отбойка впервые была применена в Криворожском бассейне в 1931—1932 гг. при раз­ работке железной руды и в дальнейшем получила широкое приме­ нение при подземной разработке месторождений руд черных и цвет­ ных металлов.

В настоящее время более 60% железной руды в СССР (Криворож­ ском бассейне более 80%), добываемой подземным способом, отби­ вается скважинными зарядами. При скважинной отбойке создаются условия эффективного использования высокопроизводительной бу­ ровой техники, погрузочных машин и транспортных средств, что позволяет повысить эффективность взрывных работ, уменьшить стоимость 1 т добываемой руды за счет снижения удельной трудо­ емкости работ и удельных затрат материалов.

Метод скважинной отбойки эффективно используется в условиях разработки мощных рудных тел. При незначительной же мощности рудного тела трудно расположить скважину в пределах рудного тела, что обусловливает при взрывании скважинных зарядов сильное разубоживание полезного ископаемого пустой породой, а при сла­ бой кровле — обрушение кровли с большими вывалами пород. Этот метод также эффективен в рудных залежах при системах с прину­ дительным обрушением, а также при выемке целиков.

В зависимости от направления скважин к горизонту различают следующие способы отбойкп — горизонтальными, вертикальными и наклонными слоями. Расположение скважин бывает параллельное (рис. 225, а, б), веерное (рис. 255, в, г), пучковое (рис. 255 д) и ком­ бинированное (рис. 255, е).

Способ расположения скважин в разрушаемом массиве является столь же важным параметром буровзрывных работ, как и диаметр

с л о я м и применяют при системе разработки подэтажнымп штре­

штреков в условиях пологопадающпх и наклонных пластов полез­ ного ископаемого.

Глубина скважин составляет 20—50 м, диаметр — 55—120 мм, однако с усовершенствованием технических средств эти размеры могут быть увеличены. Толщина разрушаемого слоя лежит в преде­ лах 1,5—2,0 и 5,5—6,0 м, в зависимости от крепости рудного тела, диаметра заряда и типа применяемого ВВ.

При параллельной схеме расположения скважин расстояние между скважинами и между рядами скважин принимают постоянным, а при веерной схеме расположения скважин расстояние между скважинами, расположенными в одной плоскости, является пере­ менным.

Параллельное расположение скважин обеспечивает более равно­ мерное дробление рудного тела вследствие равномерного распреде­

464

ления ВВ по всей длине скважины, а также незначительные затраты рабочего времени.

Скважины бурят станками алмазного, дробового и шарошечного бурения, колонковыми перфораторами и погружными пневмоудар­ никами. На рудниках СССР наиболее широкое распространение получили агрегаты с погружными пневмоударниками, которые дали возможность внедрить в промышленность скважинную отбойку

ивысокопроизводительные системы с массовым обрушением руды

ипород.

Рис. 255. Схемы расположения скважпн прп подземной отбойке руды

Минимальный удельный расход буровых выработок на 1000 т добычи достигается при пучковом расположении скважин. В таком случае в отбиваемом блоке (панели) из диаметрально противополож­ ных отрезных (оконтуривающих) восстающих выработок проходят специальные буровые камеры, располагаемые на определенной вы­ соте одна от другой. Из этих буровых камер обычно при одной уста­ новке станка разбуривают отбиваемый слой на всю высоту (опреде­ ляемую расстоянием между буровыми камерами по вертикали). Бурение производят таким образом, чтобы концы скважин одного пучка немного не достигали концов скважин противоположного пучка. Такое размещение скважин имеет, несмотря на некоторые положительные стороны (например, малый удельный расход буровых выработок и ограниченное число стоянок бурового агрегата), серьез­ ные недостатки, главными пз которых являются неравномерность распределения энергии взрыва в отбиваемом массиве и, как след­ ствие, неравномерность дробления массива.