Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели

рудованием установки могут комплектоваться дополнительным манипулятором, на который подвешивается люлька, позволяющая поднимать проходчика для оборки кровли, установки временной крепи и других вспомогательных работ.

Таблица 5.2

Характеристики самоходных бурильных установок фирмы Atlas Copco

Промышленностью России и Украины выпускаются самоходные бурильные установки для проходки тоннелей серии УБШ и СБУ (табл. 5.4) в зависимости от типоразмера с 2 или 3 манипуляторами.

Для ускорения процесса бурения при проходке тоннелей используют буровые рамы портального типа, на которые навешивается 5–7 манипуляторов, каждый из которых обуривает свою часть забоя (рис. 5.2).

Буровые рамы проектируют индивидуально для габаритов конкретного тоннеля. Буровая рама обеспечивает размещение оборудования и пер-

121

сонала для обуривания забоя, заряжания шпуров, приведения забоя в безопасное состояние, возведения временной крепи. Буровая рама снабжена колесно-рельсовым или пневмоколесным шасси, располагаемым таким образом, чтобы в центральной части рамы образовался свободный проем для пропуска к забою погрузочно-транспортных средств.

Таблица 5.3

Характеристики бурильных установок для проходки тоннелей производства России и Украины

Рис. 5.2. Портальная буровая рама:

1 – механизм для установки арочной крепи; 2 – стреловой манипулятор с бурильной машиной; 3 – механизм для наращивания вентиляционных труб; 4 – ходовая часть; 5 – проем для пропуска к забою погрузочного оборудования; 6 – портальная конструкция

5.3 Расположение шпуров в забое тоннеля

По назначению шпуры делятся на 3 группы:

– врубовые – бурятся, как правило, в центральной части забоя или наиболее слабом слое (при неоднородности забоя) и взрываются в первую очередь. Они предназначены для образования врубовой полости и облегчения отбойки породы шпурами следующих серий замедления. Врубовые шпуры бурятся на 10–15 % длиннее остальных и имеют увеличенный заряд взрывчатого вещества;

122

–отбойные – предназначены для разрушения основной части забоя или уступа, взрываются во вторую очередь в одну или несколько серий замедления;

–контурные (оконтуривающие) – предназначены для придания тоннелю проектной формы поперечного сечения, взрываются в последнюю очередь. В контурные шпуры заряжают, как правило, уменьшенный заряд взрывчатого вещества с целью снижения взрывного воздействия на законтурный массив.

Пример схемы расположения шпуров в калотте приведен на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Расположение шпуров в калотте автодорожного тоннеля № 6 Обхода г. Сочи:

1–105 – номера (очередность взрывания) шпуров (размеры даны в см)

Большое значение для эффективности и качества взрыва имеет правильный выбор типа вруба. По своему действию врубы делятся на клиновые (отрывающие) и прямые (дробящие).

Клиновые врубы образуются несколькими парами шпуров, пробуренных под углом навстречу друг к другу (рис. 4.3). При этом клиновые врубы могут быть как простыми (одинарными), так и двойными или многоступенчатыми, предусматривающими несколько рядов врубовых шпу-

123

ров. Такие врубы применимы при породах средней крепости и слабых, а также наличии ярко выраженной по направлению трещиноватости пород.

В крепких, монолитных породах более рациональны прямые врубы, наиболее распространенные конструкции которых приведены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Характерные для тоннелей типы прямых врубов

Шпуры прямых врубов бурятся перпендикулярно забою, что облегчает бурение любым видом инструмента и оборудования, кроме того процесс бурения таких врубов легче поддается автоматизации.

5.4 Выбор взрывчатого вещества

Основными факторами, влияющими на выбор взрывчатого вещества (ВВ) при проходке тоннелей, являются:

–крепость и трещиноватость взрываемых пород;

–водообводненность забоя;

–газоносность пород.

Промышленные ВВ различаются по работоспособности, поэтому в более крепких скальных породах должны применяться более мощные ВВ.

Другим ограничением в выборе ВВ является наличие в пересекаемых породах свободных и сорбированных горючих и взрывоопасных газов (водорода, метана, этана, пропана и др.). Поэтому ВВ подразделяются на 2 группы:

– непредохранительные (для обычных условий), включающие I и II классы ВВ;

–предохранительные, включающие с III по VI и специальный классы, предназначенные для применения в условиях, опасных по газу. Эти ВВ являются менее работоспособными, поэтому их требуется большее количество.

Наибольшее распространение при проходке тоннелей получили следующие группы ВВ, различающиеся по химическому составу:

–аммониты – механические смеси аммиачной селитры, тротила и других добавок в порошкообразном виде;

–аммоналы – механические смеси аммиачной селитры, тротила, алюминиевой пудры и других добавок;

124

– гранулиты – бестротиловые ВВ, состоящие из гранулированной аммиачной селитры, минерального масла и мелкодисперсной горючей добавки.

Сведения о составе и области применения ВВ приведены в табл. 5.4.

Примечание: АС – аммиачная селитра; Т – тротил; NaCl – поваренная соль; Г – гексоген; Al – алюминиевая пудра; СМ – соляровое масло.

5.5 Заряжание и взрывание зарядов

Аммониты и аммоналы выпускаются в виде цилиндрических патронов массой 200 или 300 г, диаметром 32 или 36 мм, поэтому пригодны только для ручного заряжания.

Гранулиты выпускаются в рассыпном виде и упаковываются в мешки по 40 кг. Благодаря сыпучести их можно легко транспортировать по зарядным шлангам и с высокой плотностью укладывать в шпуры или скважины. Заряжание в этом случае производится с помощью пневматических зарядчиков (рис. 4.5).

Ручное заряжание производится мастером взрывником или его помощниками из числа проходчиков с помощью длинных деревянных забойников, которыми патроны ВВ по одному досылаются в шпур. Последним заряжается патрон-боевик – обычный патрон ВВ с закрепленным в нем электродетонатором или отрезком детонирующего шнура, предназначенный для инициирования заряда. Конструкция заряда в шпуре показана на рис. 5.6, а. Патрон-боевик может заряжаться первым от забоя шпура, такое инициирование называется обратным (рис. 5.6, б).

125

поверхности после вывода людей, проверки целостности сети (измерения

еесопротивления) и подачи взрывником соответствующего сигнала.

Вкачестве источников тока, подаваемого в электровзрывную сеть, используются приборы ПИВ-100 м, КВП-1/100 м, взрывная машинка КПМ-3 и др.

Внастоящее время в практику тоннелестроения внедряются неэлектрические системы инициирования (СИНВ, «Эдилин», «Нонель» и др.), основанные на передаче ударной волны по трубчатому пластикатному высокопрочному волноводу со скоростью 2 км/с. Это достигается за счет напыления на внутреннюю его поверхность тончайшего слоя ВВ (тэна или октогена).

Такое инициирование зарядов успешно применялось при сооружении 1-го тоннельного комплекса совмещенной дороги «Адлер – АльпикаСервис». При проходке калотты бурилось 170 шпуров (из низ 30 – незаряжаемых), длиной 3,3–3,5 м, диаметром 43 мм, в качестве ВВ использовались патроны аммонита 6ЖВ, инициирование которых осуществлялось с помощью системы «Эдилин», электродетонаторов и взрывной машинки.

5.6 Паспорт буровзрывных работ (БВР)

Паспорт БВР – это инструктивная карта, регламентирующая порядок проведения буровзрывных работ. На каждый забой составляется отдельный паспорт БВР.

Паспорт БВР должен содержать:

–наименование забоя, его площадь сечения вчерне и в свету, крепость пород;

–схему расположения шпуров в трех проекциях в масштабе 1:50 или 1:100 с указанием всех необходимых размеров;

–количество, диаметры, длины и углы наклона шпуров;

–наименование ВВ и СИ;

–конструкцию и массу заряда ВВ в каждом шпуре;

–схему монтажа взрывной сети;

–серии замедления и очередность взрывания;

–материал забойки и ее длину;

–схему проветривания с указанием мест укрытия и постов

5.7 Требования к взрывным работам и оценка их качества

Основными показателями, характеризующими качество взрывных работ, являются коэффициент использования шпура (КИШ) и коэффициент излишка сечения (КИС).

КИШ – отношение продвигания забоя за одно взрывание lзах к глу-

бине шпуров lш (рис. 5.7, а), т.е. η = lзах / lш. Нормативное значение КИШ равно не менее 0,8. На передовых проходках КИШ достигает 0,9–0,95,

иногда 0,97–1,0 в слабых породах.

127

КИС – отношение фактической площади сечения в проходке Sпр к площади проектного поперечного сечения вчерне Sвч (рис. 5.7, б), т.е. μ = Sпр / Sвч. Нормативное значение КИС равно 1,03–1,05.

Основные требования к буровзрывным работам заключаются в следующем:

–высокая безопасность;

–высокий КИШ;

–низкий КИС, т.е. правильное оконтуривание выработки;

–равномерное дробление породы на транспортабельные куски в соответствии с параметрами погрузочных машин;

–максимальное сохранение естественной прочности пород в законтурном массиве;

–минимальные удельные затраты (затраты времени и стоимость БВР на 1 м выработки).

Sпр

Sвч

Рис. 5.7. Схемы к определению коэффициентов: а – КИШ; б – КИС

Контрольные вопросы

1 Назовите основные и вспомогательные процессы проходческого цикла при буровзрывной технологии сооружения тоннелей.

2 Дайте определение шпура и скважины. В чем их различие?

3 Для чего предназначены взрывчатые вещества и средства инициирования?

4 Какое оборудование применяется при вращательном способе буре-

ния?

5 Назовите виды ударного бурения. В чем их отличительные особенности?

6 Какие установки и оборудование применяются для ударного бурения взрывных шпуров и скважин?

7 По каким критериям выбирается типоразмер бурильной установки?

128

8 Назовите мировых лидеров в производстве бурильного оборудования для проходки тоннелей.

9 В чем особенности применения буровых рам при проходке тоннелей буровзрывным способом?

10 На какие группы делятся шпуры? Каково назначение шпуров каждой группы?

11 Что такое вруб? Какие типы врубов используются при проходке тоннелей? От чего зависит их выбор?

12 Какие факторы влияют на выбор ВВ при проходке тоннелей? 13 На какие группы делятся ВВ? В каких условиях применяются

предохранительные ВВ?

14 Какие ВВ Вы знаете? Из каких основных компонентов они состо-

ят?

15 Назовите область применения ВВ различных типов.

16 Как осуществляется заряжание патронированных и россыпных

ВВ?

17Что такое патрон-боевик?

18Назовите средства механизации заряжания взрывных шпуров и скважин.

19Чем отличается конструкция заряда в шпуре при прямом и обратном инициировании зарядов?

20Для чего используют взрывные машинки и взрывные приборы?

21Каков принцип действия неэлектрических систем взрывания?

22Что такое паспорт БВР? Каковы его назначение и содержание?

23Какими показателями характеризуется качество взрывных работ?

24Назовите основные требования к буровзрывным работам при проходке тоннелей?

129

6 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОХОДКИ ТОННЕЛЕЙ КОМБАЙНАМИ, ЩИТАМИ И ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ

Сущность технологии заключается в механическом разрушении горных пород исполнительными органами тоннелепроходческих машин с дальнейшей погрузкой и транспортировкой породы из забоя на поверхность.

6.1 Комбайновая технология проходки

При комбайновой технологии сооружения тоннеля проходческий цикл включает следующие процессы:

–разрушение и погрузку породы проходческим комбайном;

–транспортировку породы;

–возведение временной крепи;

–возведение и гидроизоляцию постоянной обделки;

–вспомогательные процессы (наращивание коммуникаций, монтаж средств вентиляции, устройство водоотлива и др.).

По принципу действия (типу исполнительного органа) проходческие комбайны делятся на:

–комбайны избирательного действия (рис. 6.1, а), разрушающие за-

бой последовательно отдельными участками. Для них характерны стреловидные исполнительные органы, оснащенные резцами, шарошками или фрезами. Комбайны этого типа находят применение в породах крепостью f до 4–5;

–буровые комбайны роторного (рис. 6.1, б) или планетарного типа (рис. 5.1, в), разрабатывающие сечение тоннеля сразу на полный профиль, как бы выбуривая контур тоннеля в массиве пород. Рабочий орган комбайна роторного типа представляет собой массивную вертикальную вращающуюся планшайбу, оснащенную породоразрушающими элементами. Такие комбайны могут работать в породах крепостью f до 10–12 и более. Рабочий орган комбайна планетарного типа представляет собой вертикальную платформу с размещенными на ней 2, 4 или 6 фрезами, при этом фрезы вращаются в одну сторону, платформа – в противоположном направлении Область применения таких комбайнов ограничена породами крепостью до

8-9.

Мировыми лидерами в производстве проходческих комбайнов избирательного действия являются:

–Sandvik Mining and Construction (Финляндия) [31];

–Mitsui Miike Machinery Co (Япония) [32];

–Wirth Paurat (Германия) [33];

–Eickhoff GmBH (Германия) [34] и др.

Техническая характеристика проходческих комбайнов избирательного действия фирмы Sandvik приведена в табл. 6.1, фирмы Mitsui Miike Machinery Co – в табл. 6.2, фирмы Wirth – в табл. 6.3.

130