книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

статками метода скважинных зарядов, по сравнению с шпуровым

методом, следует считать относительно неравномерное дробление породы при отбойке, вызывающее необходимость вторичного дроб­ ления и использования довольно сложных и громоздких буровых станков, отсутствие средств для высокопроизводительного бурения скважин в крепчайших породах недефицитными материалами.

Метод скважинных зарядов на открытых работах

Метод скважинных зарядов широко применяют на откры­ тых горных разработках в породах от VII до XIV кате­

горий твердости по шкале Н и Р.

Отбойка уступов на открытых разработках производится заря­ дами в вертикальных и наклонных скважинах. Преимущественное

распространение получили вертикальные скважины, пробуривае­ мые станками ударно-канатного бурения и станками с погруж­ ными перфораторами или пневмоударниками. Наиболее часто

применяют скважины диаметром ПО—225 мм. В последние годы, в

связи с увеличением емкости ковша экскаватора и мощности дро­ бильных установок, наблюдается стремление к увеличению диамет­ ра скважин, причем на очереди уже стоит применение скважин диаметром 300 мм. При необходимости получить малое дробление

применяются скважины ПО—150 мм, пробуренные погружным

перфоратором или пневмоударником.

Высота уступов в современной практике колеблется в большин­ стве случаев в относительно узких пределах от 7 до 20 м. При­ менение же уступов высотой более 20 м нерационально по причи­ нам, изложенным ниже.

В подавляющем большинстве случаев отбиваемые породные уступы на открытых горных разработках не вертикальны, а име­ ют угол откоса меньше 90°. При отбойке вертикальными скважи­ нами наибольшее сопротивление преодолевается по подошве ус­ тупа. Важнейшим условием качественной отбойки уступов на от­ крытых горных разработках является отсутствие порогов невзор-

ванной породы на подошве, вызывающих серьезные нарушения в

РЛС при использовании для отбойки вертикальных скважин при­ нимают горизонтальное расстояние по подошве уступа wn от оси скважины до стенки уступа у его основания. Величина wn при высоте уступа, равной Н, представляет собой сумму расстояния b

от оси скважины до бровки уступа и горизонтальной проекции от­

'330

Если угол откоса уступа равен а, то величину с при высоте усту­ па Н можно выразить так:

С увеличением высоты уступа длина горизонтальной проекции его, как это наглядно показано на рис. 136, возрастает. Соответствен­

нию высоты уступов. Следует, однако, заметить, что выбор той или

иной высоты уступа, являющейся в условиях открытых горных раз­ работок чрезвычайно важным техническим параметром, опреде­ ляется не только условиями взрывания.

Для лучшего преодоления сопротивления по подошве в креп­ ких породах скважины бурят ниже отметки подошвы уступа, делая некоторый п е р е б у р.

Для приближенного определения необходимой длины перебура при разной высоте уступа в породах различной крепости мож­ но пользоваться данными табл. 68.

Та часть заряда, которая необходима для преодоления сопро­ тивления по подошве уступа, должна (как показывает практика) размещаться сплошной колонкой в перебуре и выше его на высо­ ту не более 3—4 м, считая от подошвы уступа. Наблюдения пока­ зывают, что участки заряда, расположенные выше этой границы, оказывают лишь незначительное влияние на преодоление сопро-

331

Таблица 68

Длина перебура для уступов разной высоты в породах различной твердости

Длина перебура в м при категории твердости породы

тивления по подошве. Дальнейшее увеличение высоты заряда улучшает дробление верхней части уступа. Длина заряда в сква­ жинах ограничивается величиной забойки, минимальная величина которой равна 0,75 w, а при недостаточном диаметре заряда, при взрыве внизу останутся пороги невзорванной породы.

Иногда для преодоления большого сопротивления по подошве прибегают к простреливанию скважин, переходя, таким образом, на применение метода котловых зарядов (см. §■ 65).

Если на уровне подошвы уступа имеются ясно выраженные напластования или прослойки, способствующие относительно лег­ кому сдвигу породы по подошве, то надобность в перебуре отпа­ дает. Перебур значительно уменьшают или совершенно не делают в тех случаях, когда подстилающие породы отличаются значитель­

размера, а также получение навала взорванной породы определен­

ной высоты и ширины, позволяющего организовать бесперебой­

ную высокопроизводительную работу экскаватора. В связи с этим скважины необходимо располагать в строго определенном поряд­ ке или, как говорят, по определенной сетке. Если скважины рас­ полагаются вдоль уступа в один ряд, то сетка определяется дву­ мя размерами: длиной РЛС (расчетной линии сопротивления) и расстоянием между скважинами в ряду. При расположении сква­ жин в несколько рядов сетка скважин получает дополнительную характеристику — расстояние между рядами.

Для расчета параметров взрывных работ при скважинных заря­

дах известно много формул, отображающих эмпирические зависи­

мости, выведенные различными авторами.

332

В практике работ Союзвзрывпрома величину скважинного за­ ряда определяют перемножением фактического объема породы, под­ лежащего разрушению зарядом скважины, на величину удельного расхода ВВ для зарядов нормального дробления К', принимая ми­ нимальные значения этого показателя по табл. 59. Величина заря­

/- Z

т =:-------,

I

где z — длина забойки в скважине в м.

Приравнивая между собой правые части равенств (96) и (97), получаем:

откуда

Эта формула может служить расчетной для приближенного оп­ ределения допустимой длины РНС.

При определении весового количества ВВ, которое можно по­

местить в 1 пог. м скважины, следует иметь в виду, что для сква­ жин, пробуренных станком ударно-канатного бурения характерно

333

явление так называемого «разрабатывания», которое заключается в том, что диаметр их будет всегда заметно больше длины лезвия долота для бурения. Разница между диаметром скважины и дли­ ной лезвия долота будет тем больше, чем меньше твердость поро­ ды. Отношение длины фактического диаметра скважины к длине' лезвия долота называется коэффициентом расширения.

Значения этого коэффициента и фактические диаметры скважин,, полученных ударно-канатным бурением при различной длине лез­

75 до 270 мм порошкообразным аммонитом № 9 приведены в табл. 70.

В общем виде вес ВВ в пог. и скважины g можно определить

по формуле

g = 7,85d2A,

где d— диаметр скважины в дм\

Д —плотность ВВ в заряде (по табл. 60).

Глубину скважины I в формуле (99) для уступа заданной вы­ соты И можно определять по выражению

I = Н 4- /г,

где h — длина перебура, значения которой для разных условий при­ ведены в табл. 68.

334

Таблица 70

Весовое количество порошкообразного аммонита в 1 пог. м скважин разного

диаметра

Величину К' следует брать из общей табл. 59, принимая для всех пород указанные в таблице минимальные значения этого по­

казателя. В случае использования ВВ, отличных от аммонита № 9Х необходимо вводить поправку путем перемножения величины К' на переводной коэффициент Кп по табл. 60.

Величина относительного расстояния между зарядами т, по­

данным опыта Союзвзрывпрома, принималась в узких пределах 0,80—1,4.

В последнее время успешные результаты дает короткозамед­

ленное взрывание при относительном расстоянии 0,9—1,4.

Из приведенного выше равенства (98) можно, решив его отно­ сительно g и подставив его значение, получить формулу для опре­ деления необходимого диаметра скважин для заданной длины ЛНС по' подошве уступа шп :

многорядном взрывании расстояния между скважинами вдоль ус­ тупа во всех последующих рядах, а также расстояния между ряда­

ми необходимо принимать с таким расчетом, чтобы между любыми двумя соседними скважинами как в рядах, так и между рядами

335

было бы сохранено одинаковое расстояние, соответствующее рас­ стоянию между скважинами в первом ряду. Такое положение мо­ жет быть достигнуто при расположении скважин в шахматном по­ рядке в углах равностороннего треугольника, длина каждой сто­ роны которого будет равна расстоянию между скважинами в пер­ вом ряду а (рис. 137). Нетрудно видеть, что расстояние между ря­ дами скважин Wi в этом случае составит:

Рис. 137. Двухрядное расположение скважин

Wj = a sin 60е -- 0,87 а.

Расчет зарядов для скважин второго и последующего рядов

производится таким же путем, как и зарядов первого ряда. При этом за расчетную длину ЛНС во втором и в последующих рядах принимается расстояние между рядами, равное 0,87а.

Расчетный вес зарядов второго и последующих рядов, а также вес зарядов в крайних скважинах первого ряда, работающих в за­ жиме, рекомендуется увеличивать на 10—-20%.

Количество рядов скважин в серии обусловливается длиной фронта работ и суточной производительностью рудника или карье­ ра, свойствами взрываемых пород, размерами площадки для рас­ положения взорванной породы, высотой уступа и некоторыми другими факторами.

На открытых горных разработках при наличии высоких уступов важное значение в отношении безопасности работы людей и погру­ зочных механизмов имеет высота развала взорванной породы. Нор­

мальная высота развала при взрывании уступа показана на рис.

138.

Если максимальная высота черпания экскаватора будет значи­ тельно меньше высоты развала, то создается реальная угроза экс­ каватору от возможных обвалов и падения отдельных крупных кус­ ков породы. В этом случае во избежание аварий с погрузочными механизмами нужно произвести специальный спуск породы с верх­

ней части развала при помощи скрепера или путем взрывания не­ больших зарядов, закладываемых в щели между кусками породы, или, наконец, вручную. Работы по снижению высоты развала взор­

336

ванной породы довольно опасны. В частности, при взрывании за­ рядов, заложенных в щели, неизбежен значительный разлет кус­

ков, которые легко могут повредить механизмы, здания и сооруже­ ния. Для людей, работающих на спуске породы, имеется опасность

падения ,вместе с породой при обвале или ее оползании.

Рис. 138. Нормальный развал породы

При многорядном мгновенном взрывании условия образования нормального развала взорванной породы, равно как и условия обеспечения нормального эффекта взрыва вообще, существенно затрудняются. Для скважин второго ряда вследствие наличия перед уступом навала породы, только что взорванной скважинами первого ряда, сопротивление по подошве значительно увеличи­ вается, что может вызвать образование порогов. В то же время

существенно возрастает действие зарядов в сторону массива. По­ скольку заряды второго ряда скважин будут находиться в сильном зажиме, они будут стремиться работать вверх и образовывать во­ ронку дробления. Чем больше высота уступа, тем большим ока­ жется раствор этой воронки. В итоге наряду с образованием поро­ гов на подошве в породах верхней части уступа неизбежно обра­ зуются трещины и заколы. Бурение последующей серии скважин с соблюдением расчетной величины сопротивления по < подошве

поэтому окажется невозможным без предварительной подработки нижней части уступа. Подработка же потребует излишних затрат труда, материалов и, главное, времени и может вызвать простой погрузочных и откаточных механизмов. Кроме того, при образова­

нии заколов нередко^ нарушается прямолинейность фронта работ (линии уступа), что также затрудняет последующую отбойку.

Высота развала при многорядном расположении скважин всег­ да будет значительно большей, чем при однорядном их расположе­ нии. Если взрываемых рядов будет больше трех, то высота развала взорванной породы может оказаться даже больше, чем высота ус­

тупа (рис. 139).

Все изложенное свидетельствует о том, что в условиях карьер­ ной разработки пород всегда нужно иметь соответствие между

высотой уступа и погрузочным механизмом.

В настоящее время успешно осваивается взрывание большого

количества рядов, доходящих до 15, с целью увеличения взрывае­

мого объема на коротком фронте работ. Отмеченные выше недо­ статки мгновенного мног'орядного взрывания в значительной мере

устраняются при короткозамедленном взрывании.

При многорядном расположении скважин вследствие отмечен­ ных выше обстоятельств удельный расход ВВ на 1 jw3 породы, взрываемой зарядами последующих рядов скважин, значительно больше, чем в первом ряду. Аналогичное соотношение будет на­ блюдаться и между показателями удельного расхода бурения.

Рис. 139. Ненормальный, развал породы

Несмотря на недостатки многорядного расположения скважин,

все же при незначительной высоте уступа, ограниченном фронте работ, а также при проходке траншей скважины располагают в несколько рядов с целью создания достаточного запаса отбитой породы для производительной работы экскаватора. При этом второй и последующий ряды скважин располагают всегда парал­ лельно первому ряду. Для устранения изложенных недостатков при вертикальных скважинах в части неравномерности w в на­ стоящее время трестом Союзвзрывпром широко применяются на­ клонный скважины, причем применение этого метода все более возрастает особенно с появлением станков с погружными перфо­ раторами.

Отбойка наклонными скважинами применима при любом угле откоса породы и практически при любой высоте уступа. Бурение наклонных скважин осуществляется станками вращательного и ударно-вращательного бурения.

Диаметры наклонных скважин обычно составляют от 100 до 170 мм. Располагают их параллельно стенке откоса (рис. 140).

При этом длина ЛНС приблизительно одинакова по всей высоте уступа и равна:

w = b sin а,

где w — расстояние от оси скважины до бровки уступа в м-,

а — угол откоса уступа, равный углу наклона скважины к го­ ризонту, в град.

338

Величину d берут в дециметрах; численное значение А находят

по табл. 60; полную длину скважины вычисляют по формуле (102)ч

принимая длину перебура по табл. 68; относительную длину заря­ да т при ориентировочных подсчетах принимают равным 0,7—0,8; величину К' для аммонита № 9 берут из табл. 59 (минимальные