книги из ГПНТБ / Ляхов Г.М. Основы разработки угольных месторождений подземным способом учебник

Часть шпура между зарядом и его устьем заполняют мате­ риалом, не воспламеняющимся от высокой температуры, кото­ рая развивается при взрыве. Этот инертный материал называ­ ют забойкой.

После взрыва заряда газы, образовавшиеся в шпуре вслед­ ствие мгновенного сгорания взрывчатого вещества (ВВ), рас­ ширяются под действием высокой температуры взрыва. Стре­ мясь занять большой объем, газы отрывают часть породы от общего массива и дробят его.

Таким образом, буровзрывные работы состоят из трех пос­

взрывниками, сдавшими соответствующий экзамен и получив­ шими «Единую книжку взрывника».

При отбойке каменных углей в очистных забоях шпуры бу­ рят в среднем через 1 —1,5 м один от другого, а в антрацитах это расстояние увеличивается до 2—2,5.м.

При ведении взрывных работ приходится пользоваться та­ кими понятиями как линия наименьшего сопротивления, а так­ же коэффициент использования шпуров и коэффициент заря­ жания.

Линия наименьшего сопротивления (л.н.с.) — кратчайшее расстояние от центра заряда до открытой поверхности — слу­ жит основным параметром при определении величины заря­ да ВВ. Минимальная величина л. н. с. шпуровых зарядов в шахтах, опасных по газу и пыли, регламентирована Едиными правилами безопасности при ведении взрывных работ.

Коэффициент использования шпура (к. и. ш.) — безразмер­ ная величина, характеризующая эффективность действия взры­ ва шпуровых зарядов и определяемая отношением величины подвигания забоя при проведении выработок к глубине заложе­ ния шпуров. Целесообразное расположение шпуров, величина и последовательность взрывания зарядов в них, а также тщатель­ ность заряжания и забойка шпуров обеспечивают к. и. ш., рав­ ный или близкий единице.

Уменьшение значения к. и. ш. приводит к снижению скорос­ ти проходки выработок, увеличению удельного расхода ВВ, а также к повышению стоимости проходки.

При ведении буровзрывных работ следует учитывать коэф­ фициент заряжания, под которым понимается безразмерная величина, характеризующая степень заполнения шпура взрыв­ чатым веществом и определяемая отношением объема заряда ВВ к объему заряжаемой части шпура. Повышение коэффици­ ента заряжания шпура достигается уплотнением патронов и очисткой шпуров перед заряжанием от буровой мелочи. Акаде­ мик Н. В. Мельников доказал, что при глубоких шпурах рас­ средоточение зарядов ВВ повышает эффективность взрывных

40

работ. Шпуры разделяют на три группы: врубовые, предназна­ ченные для создания дополнительной поверхности обнажения— вруба; отбойные, предназначенные для расширения вруба; оконтуривающие, предназначенные для придания выработке необходимой формы и площади поперечного сечения.

§2. ПАРАМЕТРЫ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Кпараметрам буровзрывных работ относят: тип ВВ и средства взрывания (СВ), величину и конструкцию заряда ВВ, число и глубину шпуров, их диаметр, расположение в забое и порядок взрывания. При выборе ВВ и СВ руководствуются «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» и «Перечнем рекомендуемых промышленных взрывчатых ве­ ществ», составляемых ежегодно Междуведомственной комис­ сией по взрывному делу.

Определение расхода ВВ и числа шпуров. При шпуровом

методе ведения взрывных работ в подземных выработках сум­ марный расход ВВ на одну заходку определяется по формуле

Q = qV,

где q — удельный расход ВВ, кг/м3;

V — объем пород, взрываемый за одну заходку, л«3;

V = si-,

S — площадь забоя выработки, м2; I — глубина шпуров, м.

Удельный расход ВВ на 1 м3 обуренного объема породы в массиве принимается па основании данных практики. Вели­ чина его может определяться также по эмпирическим форму­ лам. Вычисленный или принятый по данным практики расход ВВ уточняется во время ведения взрывных работ. Диаметр шпуров берется на 3—5 мм больше диаметра патронов ВВ и изменяется от 35 до 50 мм.

Для уменьшения нарушений боковых пород заряды отбой­ ных шпуров берут на 20—25% меньше зарядов врубовых и вспомогательных. Расстояние между отбойными шпурами зави­ сит от крепости пород и принимается равным 0,5—0,8 м.

Глубину шпуров принимают по данным практики или опре­ деляют по специальным формулам.

Число шпуров на одну заходку определяют делением обще­ го количества ВВ на вес заряда одного шпура. Общее количе­ ство шпуров в забое зависит от физико-механических свойств пород, площади забоя, числа обнаженных поверхностей, конст­ рукции и диаметра заряда, свойств ВВ и других факторов.

Расположение шпуров в забое. Для получения выработки нужной формы и размеров поперечного сечения, достижения равномерного дробления и размеров кусков породы, удобных

41

для погрузки, уменьшения разброса кусков породы по выра­ ботке, недопущения повреждений крепи при взрыве, а также удобства бурения — следует обращать особое внимание на рас­ положение шпуров в забое.

Необходимая форма и размеры поперечного сечения выра­ ботки достигаются целесообразным расположением отбойных шпуров. При проведении выработки по крепким и вязким поро­ дам отбойные шпуры располагают на расстоянии 0,1 м от кон­ тура, при породах средней крепости — на расстоянии 0,2 м от контура.

Целесообразное дробление породы достигается равномер­ ным размещением шпуров по площади забоя, для этого поми­ мо отбойных и врубовых шпуров применяют еще шпуры вспо­ могательные. Вспомогательные шпуры обычно располагают па­ раллельно продольной оси выработки.

Уменьшение разброса взорванной породы и повреждений крепи, увеличение эффективности взрыва достигаются целесо­ образным расположением врубовых шпуров и последователь­ ным взрыванием серии шпуров врубовых, вспомогательных и отбойных. Сначала взрывают шпуры врубовые, затем вспомо­ гательные и, наконец, отбойные.

§ 3. ПАСПОРТ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Паспорт буровзрывных работ является необходимым доку­ ментом, дающим право на их выполнение. Без утвержденного паспорта разрешается вести лишь взрывание глыб породы, доводить сечение выработки до необходимых размеров, а также осуществлять опытные взрывы для совершенствования паспор­ та буровзрывных работ. В паспорте указывают порядок произ­ водства взрывных работ шпуровым методом. В нем содержится схема расположения шпуров, имеются данные о числе и диа­ метре шпуров, глубине и угле их наклона, типе ВВ и величине зарядов, числе серий одновременно взрываемых зарядов и пос­ ледовательности их взрывания, величине радиуса зоны, опас­ ной по разлету кусков породы, имеется указание о месте укры­ тия взрывника и рабочих во время взрыва, времени для проветривания забоя, длине забойки каждого шпура и необхо­ димом количестве забоечного материала, а также о расположе­ нии постов оцепления.

Паспорт составляется по установленной форме начальни­ ком участка и утверждается главным инженером или начальни­ ком шахты. С паспортом буровзрывных работ должны быть оз­ накомлены все рабочие и лица технического надзора, связан­ ные с ведением буровзрывных работ в данной выработке. При изменении горно-геологических условий паспорт должен пере­ сматриваться. Взрывниками в шахтах могут быть лица не мо­ ложе 19 лет, с образованием не ниже семи классов и стажем

42

работы не менее одного года, а в шахтах, опасных по газу или пыли, лица не моложе 22 лет, с образованием не ниже семи классов и стажем работы в подготовительных или очистных вы­ работках не менее двух лет. Для получения «Единой книжки мастер-взрывник» необходим стаж работы не менее трех лет.

При проведении взрывных работ двумя и более взрывника­ ми назначается бригадир со стажем работ не менее одного го­ да и законченным горнотехническим образованием или окончив­ ший специальные курсы, дающие право ведения буровзрывных работ.

§ 4. БУРЕНИЕ ШПУРОВ

Бурение шпуров или скважин может производиться разны­ ми методами: механическим, термическим и др. Однако в усло­ виях подземной разработки угольных месторождений механи­ ческий метод является основным. Он подразделяется на враща­ тельный, ударно-поворотный и ударно-вращательный.

Вращательное бурение шпуров производится по углю, а так­ же по мягким и средней крепости породам. Сущность враща­ тельного бурения состоит в том, что под действием статическо­ го осевого усилия лезвие резца вдавливается в породу и одно­ временно с этим под действием окружного усилия резец скалывает слой породы в виде стружки. Разрушенную бурени­ ем породу выдают из забоя шпура либо с помощью витой бу­ ровой штанги, либо воды.

По роду потребляемой энергии бурильные машины враща­ тельного действия — сверла подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические. Они характеризуются толщи­ ной снимаемой стружки, силой подачи, крутящим моментом и мощностью двигателя. Все электросверла выпускаются во взры­ вобезопасном исполнении и могут применяться в шахтах, опас­ ных по газу или пыли. Электроэнергию подводят к электросвер­ лам по гибкому четырехжильному кабелю. Четвертая жила служит для заземления корпуса электросверла путем присоеди­ нения его к заземляющей сети. Для обеспечения безопасности рукоятка электросверла изолирована слоем резины. В мягких углях бурение ведут стальными резцами, а для бурения креп­ ких углей резцы армируют пластинами из твердых сплавов. Ручные электросверла выпускают различных типов: СЭР-19м (рис. 19), ЭР-18ДМ и др.

Ручные электросверла имеют массу 12—20 кг, мощность электродвигателя 1 —1,4 кВт, скорость вращения шпинделя при бурении по углю 500—740 об/мин и при бурении по породе 330—350 об/мин.

Электросверла в зависимости от массы и способа их уста­ новки в забое при работе разделяют на ручные и колонковые.

Длинноходовые податчики электросверл. Для того чтобы бурить шпур на глубину 1,8—2 м без смены бу­

43

ровых штанг и освободить рабочего от необходимости поддер­ живать ручное электросверло при работе, применяются длинно­ ходовые податчики, которые перемещают сверло с инструментом по неподвижным направляющим. Применение длинноходо-

Рис. 19. Ручное электрическое сверло СЭР-19м:

/ — алюминиевый ребристый корпус; 2 — патрон шпинделя; 3 — ввод электрокабеля; 4 — рукоятка

вых податчиков электросверл увеличивает (за счет сокращения времени на смену буров) производительность труда в полторадва раза по сравнению с ручными электросверлами, кроме то­ го, снижает утомляемость рабочего и повышает безопасность работ.

Длинноходовые бурильные машины вращательного действия ДЭС-4 и ДЭС-7 устанавливают на навесном оборудовании по­ грузочных машин 1ПНБ-2Э и ПНБ-5.

Колонковые электросверла применяют для бу­ рения горизонтальных и наклонных шпуров в породах средней крепости. Электросверло монтируют на колонке, которую рас­

закрепляется в ней двумя штырями. Верхнюю раму упирают в кровлю выработки, нижнюю раму — в почву. Электросверла могут укрепляться также на распорных трубах и манипулято­ рах погрузочных машин. Колонковые электросверла выпускают двух типов: с механической и гидравлической подачей. К пер­ вым относят ЭБК-2м и СЭК-1, ко вторым — ЭСГП-4, ЭБГ-1 и ЭБГП-1.

44

Ударно-поворотное бурение шпуров. Бурение шпуров по по­ родам средней крепости и крепким при проведении горизонталь­ ных и наклонных выработок, а также бурение шпуров по по­ родам различной крепости при проходке вертикальных стволов осуществляется машинами ударно-поворотного действия. Сущ­ ность ударно-поворотного бурения состоит в следующем. При ударе поршня бурильной машины по хвостовику бура его лез­ вие, имеющее клиновидную форму, внедряется в породу, остав­ ляя в ней углубления. После каждого удара лезвие выходит из породы и поворачивается вокруг оси бура на 10—15°. При пос­ ледующих ударах происходит смятие и скалывание породы по всей площади шпурового забоя. Буровая мелочь удаляется из шпура с помощью воды или сжатого воздуха.

Машины ударно-поворотного действия приводятся в дейст­ вие обычно сжатым воздухом и называются еще бурильными молотками или перфораторами. В зависимости от условий экс­ плуатации и массы пневматические бурильные машины разде­ ляются на три группы: ручные бурильные машины массой от 10 до 30 кг; колонковые бурильные машины массой от 40 до 60 кт; телескопные бурильные машины массой от 30 до 50 кг.

По частоте ударов бурильные машины подразделяют на обычные с числом ударов до 2000 в минуту и быстроударные с числом ударов более 2000. в минуту, по способу очистки шпура от буровой мелочи — на бурильные машины с осевой промыв­ кой и продувкой, бурильные машины с боковой промывкой и бурильные машины с центральным пылеотсосом сжатым воз­ духом.

Ударно-поворотная бурильная машина представляет собой одноцилиндровый двигатель, в котором поршень иод действием сжатого воздуха совершает в цилиндре поступательно-возврат­ ные движения и наносит удары по хвостовику бура. Бурильная машина снабжена воздухораспределительным механизмом,

распределительного механизма состоит из двух частей — золот­ никовой и клапанной. Бурильная машина снабжена поворотным механизмом, обеспечивающим вращение бура после каждого удара поршня по хвостовику.

Ручные бурильные машины предназначены главным обра­ зом для бурения вертикальных и наклонных шпуров. При бу­ рении горизонтальных шпуров применяют специальные устрой­ ства для поддержания машины во время работы и уменьшения утомляемости бурильщика.

Установочные средства. Для удобства работы бу­ рильными машинами применяют специальные установочные средства: колонки, пневмоподдержки, манипуляторы, автопо­ датчики и буровые тележки.

Буровая тележка (каретка) представляет собой передвиж-

45

Рис. 20. Буровой инструмент

ной установочно-подающий механизм, па котором установлены два—пять несъемных манипуляторов с перфораторами. Буро­ вые тележки могут быть как на колесном, так и на гусеничном ходу. Применение буровых тележек позволяет сократить время, затрачиваемое на бурение шпуров, а также использовать бо­ лее тяжелые, чем при ручном бурении, типы бурильных машин, обеспечивающих бурение шпуров большей глубины с большей скоростью. Одной буровой тележкой можно обслужить несколь­ ко забоев. Применение буровых тележек дает наибольший эф­

46

непосредственно разрушает породу, штанги 2, буртика 3 и хво­ стовика 4, который вставляют во втулку бурильной машины. Буры делают сплошными (см. рис. 20, а) с закаленной корон­ кой и с коронкой, армированной пластинками твердого сплава, а также составные (см. рис. 20, б) со съемной закаленной ко­ ронкой и со съемной коронкой, армированной твердым сплавом. Применение съемных коронок позволяет уменьшить расход бу­ ровой стали, увеличить производительность труда, упростить снабжение бурами, так как в забой доставляют только одни коронки.

Для бурения различных горных пород разработано боль­ шое количество форм буровых коронок (см. рис. 20, в): одно­ долотчатых, двухдолотчатых, крестовых, а также типа буровых штанг.

Ударно-вращательное бурение шпуров. За последнее время в горной промышленности получили распространение высоко­ производительные бурильные машины ударно-вращательного действия, в которых соединены два принципа разрушения гор­ ных пород: ударный и вращательный. Для этих машин харак­ терно независимое вращение буровой штанги и нанесение по ней ударов с определенной частотой и энергией. Основными уз­ лами буровых машин ударно-вращательного действия являются ударный механизм и вращатель, объединенные в одном кор­ пусе.

Самоходная бурильная установка СБУ-2м (рис. 21) пред­ назначена для бурения шпуров в горизонтальных выработках высотой от 2 до 5 м в породах крепостью до 12. Бурильная ус­ тановка состоит из следующих основных узлов: двух бурильных машин ударно-вращательного действия, двух манипуляторов, левой и правой верхних тележек, левой и правой станин, гусе­ ничного хода и пульта управления.

В настоящее время сконструированы буропогрузочные ма­ шины БПМ-1, БПМ-2 и УБН-1, объединяющие в себе буровые и погрузочные машины.

§ 5. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Взрывчатыми веществами называют химические соединения или их смеси, способные под действием начального импульса— удара, нагрева, трения и т. п. — чрезвычайно быстро перехо­ дить в другое состояние с выделением большого количества тепла и газов. Этот процесс носит название взрыва, в результа­ те которого образующиеся газы нагреваются до температуры 1500—4500°С и в шпуре развивается давление на окружающую среду, достигающее десятков тысяч атмосфер.

Для оценки качества ВВ опытным путем определяют: рабо­ тоспособность (способность производить механическую рабо­ ту), бризантность (способность дробить окружающую среду),

47

V

Рис. 21. Самоходная бурильная устан овка СБУ-2м

чувствительность (способность взрываться под действием внеш­ него импульса).

Классификация ВВ. В соответствии с Правилами безопас­ ности ВВ разделяют на три группы:

I — допущенные к применению только на открытых разра­ ботках. Оболочку патронов этих ВВ окрашивают в белый цвет (непредохранительные ВВ);

II— допущенные к применению на открытых разработках и

вшахтах, не опасных по газу или пыли. Оболочку патронов этих ВВ окрашивают в красный цвет (непредохранительные ВВ);

III — допущенные к применению в шахтах, опасных по га­

зу и пыли. Патроны ВВ, применяемых для взрывания по углю и породе, окрашивают в желтый цвет, а для взрывания только по породе — в синий цвет (предохранительные ВВ).

По характеру действия на окружающую среду ВВ разделя­ ют на две группы: бризантные (дробящие), имеющие скорость взрыва более 2000 м/с; фугасные, или метательные, имеющие скорость взрыва менее 2000 м/с.

По способу получения ВВ разделяют на механические сме­ си и химические соединения. Промышленные ВВ представля­ ют собой механические смеси (динамиты, аммониты).

По составу и названию основного компонента ВВ разделяют на аммиачно-селитренные, нитроглицериновые и др. Наиболь­ шее распространение в СССР получили аммиачно-селитренные ВВ.

Предохранительные ВВ применяют в шахтах, опас­ ных по газу или пыли. Метан, смешиваясь с воздухом, образу­ ет взрывчатую смесь, температура вспышки которой 650— 700°С. Эта смесь наиболее опасна при содержании в воздухе метана 5—14%.

Угольная пыль также способна взрываться при содержании ее в 1 м3 воздуха свыше 30 г. Температура вспышки пыли

750—800°С.

Для воспламенения взрывчатой смеси требуется некоторое время для нагревания ее до температуры вспышки. Это время носит название периода индукции. Для метана при температуре 650°С требуется 10 с, а при температуре 1000°С — 1 с. При этом, если время воздействия высокой температуры будет мень­ ше периода индукции, взрыва не произойдет.

Для соблюдения этого условия созданы предохранительные ВВ с температурой взрыва 1700—2500°С и высокой скоростью взрыва. Продолжительность взрыва зарядов предохранитель­ ных ВВ значительно меньше периода индукции. В соответствии с установившейся практикой и требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах Междуведомственная ко­ миссия по взрывному делу разработала и опубликовала пере-