книги из ГПНТБ / Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Глава I

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 1. Основные физико-механические свойства горных пород

Горная порода состоит из отдельных минеральных частиц. Они могут быть связаны цементирующим веществом (кремне­

зем, карбонаты кальция, глина и др.) или не связаны друг с дру­

гом. В первом случае порода будет твердой, во втором — сы­ пучей. Промежуточное положение занимают рыхлые породы, имеющие очень слабую связь между частицами. Сыпучие поро­ ды, состоящие из весьма малых частиц и насыщенные водой, на­ зываются плывунами.

Буровзрывные работы обычно применяются в твердых поро­ дах, которые характеризуются следующими основными свойства­ ми: твердостью, прочностью, упругостью, вязкостью, или хруп­ костью, слоистостью, трещиноватостью, плотностью, степенью водоносности и разрыхляемостью.

Твердостью называется сопротивляемость породы проникно­ вению в нее относительно острого инструмента.

Прочностью породы называют способность ее, как и любого

твердого тела, сопротивляться механическому разрушению.

Упругостью называется свойство породы восстанавливать свою первоначальную форму и объем после прекращения дей­ ствия нагрузки.

Вязкостью называется сопротивляемость породы силам, стре­ мящимся отделить часть ее от массива или разъединить частицы, из которых порода состоит.

Под хрупкостью понимается свойство породы разрушаться без пластических деформаций.

Породы, обладающие малой вязкостью и большой твердо­ стью, весьма хрупки, что в значительной степени облегчает

взрывание, но на бурение таких пород затрачивается большая работа.

Слоистость характеризует свойство горных пород относитель­ но легко отделяться по плоскости наслоения.

При бурении слоистых пород шпуры следует располагать пер­

пендикулярно к плоскостям наслоения; это обеспечивает лучший эффект взрыва.

Трещиноватость показывает наличие в породе трещин, кото­

рые образуются под влиянием тектонических процессов, тем­ пературных изменений, выветривания.

В трещиноватых породах при бурении возможно застревание

буров, а при взрыве — утечка газов.

Плотностью называется вес единицы объема породы в целике,

или, как говорят, в плотном теле.

Разрыхляемостью называют способность породы занимать

больший объем после отделения от массива. Величина, показыва­

ющая, во сколько раз объем разрыхленной породы увеличился

по сравнению с тем объемомкоторый эта порода занимала в массиве, называется коэффициентом разрыхления.

Сопротивление, оказываемое горной породой разрушению при

бурении и взрывании, зависит от совокупности отмеченных выше

ее свойств. Сочетания их могут быть весьма разнообразными.

Кроме того, свойства одной и той же породы в различных участ­ ках массива неодинаковы, поэтому степень сопротивляемости по­ роды разрушению при добывании принято характеризовать отно­ сительным показателем — добываемостью горной породы. Отно­ сительный показатель, характеризующий насколько труднее

поддается добыванию одна порода по сравнению с другой, назы-

вают к о э ф ф и ц и е н т о м крепости. Впервые коэффициент

крепости горных пород был установлен М. М. Протодьяконовым.

Это явилось замечательным вкладом выдающегося русского уче­ ного в мировую горную науку.

Если коэффициент крепости достаточен для общей прибли­

женной оценки добываемоспи горных пород, то для целей норми­ рования необходимо знать их сопротивляемость бурению и взры­ ванию. Эти свойства принято называть соответственно бури­ мостью и взрываемостью горной породы.

Буримость обычно выражают чистой скоростью бурения в данной породе при определенных условиях (перфоратором опре­ деленного типа, при заданном диаметре бура, определенном дав­ лении воздуха и т. д.), условно принимаемых за стандартные, а взрываемость — необходимым удельным расходом ВВ для ее разрушения также при определенных стандартных условиях.

§ 2. Классификации горных пород

Научно обоснованная классификация горных пород имеет большое практическое значение при ведении горных работ. Она необходима при выборе буровых машин и метода взрывных ра­

бот, а также для определения производительности труда, норм выработки и расхода материалов.

Первые попытки создания классификации горных пород от­ носятся к XVIII в. В начале XIX в. была предложена классифи­ кация минералов по относительной твердости. Для решения прак­ тических задач горного дела эта классификация не нашла при­ менения, как и появившаяся в конце XIX в. классификация по уг­ лу обрушения пород.

В начале XX в. русским ученым проф. Б. И. Бокием была предложена классификация горных пород по добываемое™. Со­

гласно этой классификации горные породы делятся на пять групп:

I.Рыхлые и сыпучие (песок, торф и т. п.).

II. Мягкие (глина, суглинок, мел, каменная соль и др.).

III. Ломкие, хрупкие, слоистые и трещиноватые (известняки,

песчаники и т. д.).

IV. Крепкие (плотные крепкие сланцы, гранит, магнитный железняк, кварциты и др.).

V. Весьма крепкие (граниты, диабазы, кварциты и др.).

Эта классификация очень проста, но слишком схематична и не содержит четких критериев для отнесения пород к той или иной группе.

Согласно классификации М. М. Протодьяконова горные по­ роды разделяются на десять категорий по коэффициенту крепо­

сти f. За единицу коэффициента f принята крепость породы с вре­ менным сопротивлением одноосному сжатию (раздавливанию)

100 кг)см2.

Проф. М. М. Протодьяконов считал, что величина f характе­ ризует крепость породы в различных отношениях, имеющих про­ изводственное значение в горном деле. При этом он указывал, что в зависимости от состояния породы (например, ее трещино­ ватости) величину f для бурения и взрывания следует принимать разной. Шкалой крепости пород М. М. Протодьяконова до на­ стоящего времени широко пользуются во всех отраслях горной промышленности. Эта шкала приведена в табл,. 1.

Для оперативного нормирования шкала относительной кре­

пости недостаточна. Поэтому на рудниках для целей нормирова­

ния пользуются показателями буримости пород.

Шкала буримости, принятая на рудниках Криворожского бас­ сейна, приведена в табл. 2.

Разработано довольно много ведомственных классификаций,

которые применяются в различных отраслях горной промышлен­ ности для установления норм выработки (Главзолото, Главмеди,

Гипроцветмета, Союзвзрывпрома и др.). Сопоставление различ­

ных классификаций дано в табл. 3.

Наличие большого числа классификаций препятствует созда­ нию единых научно обоснованных норм выработки. Поэтому за последние годы в СССР велись и ведутся работы по созданию единой горнотехнической классификации горных пород.

Комиссией по буровзрывному делу при Институте горного де­ ла АН СССР был разработан (главным образом на основе ис­ следований проф. А. Ф. Суханова) проект Единой классифика­ ции пород по буримости. Буримость пород в этой классификации

характеризуется скоростью бурения в миллиметрах в минуту чистого времени бурения или продолжительностью (в минутах) чистого времени бурения 1 пог. м шпура стальными и армирован­ ными бурами.

Проект единой классификации содержит 16 классов. Приве­ денные показатели предусматривают следующие условия: 1) бу­

рение перфораторами типа НР-2, ПБ и РПМ с автоподатчиками; 2) давление сжатого воздуха 4,5—5 ати-, 3) забуривание шпура на 10—30 см не учитывается; 4) предельная глубина бу­ рения 1 м.

В случае перехода на более мощные машины или на другое

давление сжатого воздуха в расчеты вводятся поправочные ко­ эффициенты.

До установления более совершенного метода определения кре­ пости пород следует при ориентировочных расчетах пользовать­ ся шкалой М. М. Протодьяконова, а для нормирования — шка­

лой буримости.

При определении буримости важно соблюдать стандартность

условий в строгом соответствии с разработанными для этой цели

инструкциями (различными в разных районах и бассейнах). Ос­ новные положения инструкции, принятой в настоящее время для определения буримости горных пород на рудниках Кривбасса,

приводятся (как один из примеров) ниже.

5ати.

2.Обуривание производится контрольными исправными пер­ фораторами марки ПА-23, ОМ-506, ПТ-30 или другими, равными по производительности перечисленным перфораторам и закреп­

ленными за определенными бурильщиками, которые находятся в подчинении отделов организации труда рудников или шахт.

Если обуривание забоя производится перфораторами иных ти­ пов, то полученная при опыте скорость бурения должна быть раз­ делена на поправочный коэффициент, значения которого даны в табл. 5.

КС-50 ПК-60

3. При давлении сжатого воздуха у перфоратора менее 4,5 ати обуривание забоя для определения скорости чистого бурения, как правило, производить нельзя. Исключения допускаются для отдельных забоев, где давление сжатого воздуха постоянно ниже

указанного уровня, и для близко расположенных к компрессору забоев, где давление, наоборот, постоянно выше 5 ати. В этих

случаях время, затраченное на чистое бурение, надо корректиро­

вать (т. е. приводить к стандартным 5 ати) путем умножения на

поправочные коэффициенты, приведенные в табл. 6.

4.Съемные коронки или буры должны быть армированы твер­ дым сплавом ВК-15; стандартный диаметр коронки или головки бура — 46 мм.

5.В буровой комплект обязательно должен быть включен за­ бурник. Время, затрачиваемое на забуривание шпура (забурни-

ком) до глубины 0,2—0,3 м, в подсчет для определения средней скорости продвижения бура не принимается.

6. Отставание конца воздухопровода от забоя не должно

превышать 10 м (длина одного шланга).

7. Давление сжатого воздуха у перфоратора необходимо не­ прерывно контролировать манометром. Манометр включается

в воздухоподводящую трубу при помощи приспособления, состо­ ящего из отрезка трубы с внутренним диаметром не менее 25 мм

и длиной 300 мм, к которому с обоих концов приварены штуцеры;

манометр подключается через патрубок и шланг диаметром 18—

19 мм и длиной 1—2 м.

8. При обуривании обязательно фиксируется величина давле­ ния по манометру до начала бурения, во время бурения и после

окончания бурения. Нормальное понижение давления при вклю­ чении молотка 0,2 ати. При таком изменении показания мано­ метра рабочим давлением считается показание манометра до включения перфоратора. При большем снижении за рабочее дав­ ление принимается показание манометра после включения пер­ форатора.

9. Обуривание впервые открываемого забоя должно произво­ диться, как правило, после взрывания первого комплекта

шпуров.

10. В забое при определении буримости должно быть пробу­ рено не менее пяти шпуров глубиной, принятой для данного за­ боя в качестве стандартной, но в любом случае не менее 1 м. При

этом расположение шпуров принимается таким, чтобы были ох­ вачены все породы, характерные для данного забоя. При неод­

нородной структуре пород число шпуров должно быть увеличено.

11. Хронометражист и бурильщик должны до начала обури­ вания забоя внимательно проверить исправность бурового инст-

2 В. В. Недин, Ш. И. Ибраев

' —. ПУБЛИЧНАЯ

ИАУЧНОТСХНИЧЕСКАЯ

BMMNOTCNA СССР

румента и оборудования, состояние воздухопроводной магистра­

ли (шлангов, соединений, прокладок) и диаметры отверстий в со­ единениях, которые должны быть не менее 18—19 мм; уменьше­ ние диаметра пропускных отверстий на 3—4 мм понижает про­

изводительность перфоратора на 25%.

12.Длина хвостовиков буров должна точно соответствовать паспортным данным. Для перфоратора ПА-23 и ОМ-506 она рав­

на 108 мм. Уменьшение длины хвостовика на 2—3 мм снижает

производительность бурения на 15—20%.

13.Расход воды для промывки при бурении должен быть не менее 3 л/мин, при недостаточном расходе воды между лезвием бура и забоем шпура создается подушка из шлама, понижающая

скорость бурения на 15—20%.

14.Хронометражист должен находиться непосредственно око­ ло бурильщика, наблюдать за манометром, исключать из време­

ни чистого бурения время, затраченное на извлечение застрявше­ го бура, и время других перерывов в бурении.

Для определения скорости бурения принимается только чи­ стое время бурения без времени на забуривание, продувку, про­ шуровку, смену бура и коронки и т. п. Отсчеты времени произво­ дятся с точностью до 5 сек.

15.Результаты бурения забоя необходимо заносить в спе­

циальную нормировочную карту и представлять начальнику уча­ стка (шахты) и главному инженеру на утверждение.

16.Обуривание забоев производится:

Глава II

СВЕДЕНИЯ О БУРОВЫХ РАБОТАХ

ИТЕОРИИ БУРЕНИЯ

§1. Общие сведения о буровых работах

При разработке месторождений полезных ископаемых взрыв­ чатые вещества чаще всего размещают в массиве горных пород в особых цилиндрических углублениях — шпурах и скважинах.

Шпуром называют искусственное цилиндрическое углубление в горной породе, имеющее диаметр до 75 мм и глубину до 5 м.

Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубле-