Буровзрывные работы при сооружении стволов

 

Буровзрывные работы (БВР) предназначены для разрушения по­род в забое ствола. Основные опе­рации при БВР: бурение шпуров, их заряжание, монтаж электровз­рывной сети и взрывание шпуров.

Основными документами при выполнении БВР являются «Единые правила безопасности на взрывных работах» и «Паспорт буровзрывных работ».

БВР должны выполняться при наименьших затратах труда, времени и средств, высоком качестве взрыва. Необходимо разрушать породу в пределах проектного контура поперечного сечения ствола с минимальными переборами. Равномерное мелкое дробление породы должно обеспечить максимальную производительность погрузочной машины. БВР необходимо выполнять таким образом, чтобы взрывание пород произошло на полную глубину шпура, был обеспечен минимальный выброс кусков породы вверх при взрыве, а разрушение породного массива осуществлялось в пределах проектного контура ствола.

Эффективность БВР зависит от физико-механических свойств горных пород (прочности, абразивности, взрываемости, буримости, трещиноватости и др.), а также от правильно составленного паспорта БВР.

Выбор взрывчатых веществ (ВВ) и средств инициирования (СИ) производится с учетом пылегазового режима шахты, обводнённости, диаметра ствола и физико-механических свойств горных пород.

В зависимости от прочностных свойств пород рекомендуются ВВ со следующими значениями работоспособности: при коэффициенте крепости пород f = 1-3 работоспособность рекомендуемого ВВ - 220 см³, при f = 3-6 - 220-320 см³; при f = 6-10  - 320-400 см³ , при f >10 - 400-600 и более.

При проходке стволов шахт во всех случаях взрывание шпуров разрешается производить только с поверхности или с действующе­го горизонта электрическим способом или детонирующим шнуром. При подходе забоя ствола на 10 м к угольному пласту, опасному по газу или пыли, а также на протяжении 20 м ниже пласта должны применяться постоянный ток и предохранительные ВВ и СВ.

 

Расход взрывчатых веществ

 

Расход ВВ является одним из факторов, влияющих на показатели буровзрывных работ. При недостаточном количестве ВВ умень­шается коэффициент использования шпуров, ухудшается оконтуривание породных стен ствола, увеличивается выход крупных фракций пород. При повышенном количестве ВВ происходит переизмельчение породы, повышается трудоёмкость буровзрывных работ и их стоимость, увеличивается трещиноватость породных стен ство­ла.

Общий расход ВВ на цикл , кг определяется по формуле

 

    ,                               (2.23)

 

где V - объем обуренной породы, м³;   

 - площадь попереч­ного сечения ствола вчерне, м²;   

- средняя глубина шпуров, м;

- удельный расход ВВ, кг/м³, определяемый по формуле проф. Н.М. Покровского

 

,                                     (2.24)

 

где  - удельный расход ВВ, зависящий от крепости пород (при f = 10-15  = 1,3-1,5 кг/м³; при f = 8-10  = 1,0-1,2 кг/м³; при f = 4-6  = 0,7-0,9 кг/м³);

 - коэффициент структуры, определяемый опытным путем (для вязких, упругих и пористых пород =2,  для остальных =1,4;

 - коэффициент за­жима породы, определяемый по формуле П. Я. Таранова

 

                                                            (2.25)

или           

 

                                     (2.26)

 

 - коэффициент работоспособности ВВ, = 380/Р,

где   380 - работоспособность эталонного ВВ, см³;  

Р - работоспо­собность применяемого ВВ, см³;

m - коэффициент, учитывающий изменение расхода ВВ в зависимости от диаметра патрона, т=32/ d _п, (d _п - диаметр патрона ВВ, мм).

 

Удельный расход ВВ , кг/м³ можно определить по формуле

 

,                        (2.27)

 

где =450 / Р; m =36/ d _п;

D _вч - диаметр ствола вчерне, м.

 

Конструкция заряда

 

Конструкция заряда при проходке стволов рекомендуется ко­лонковая, при которой патроны располагаются вплотную друг к другу. Патрон-боевик должен быть расположен первым от устья шпура (прямое инициирование). Электродетонатор необходимо по­мещать в ближайшей к устью шпура торцевой части патрона-боевика так, чтобы дно гильзы было направлено ко дну шпура. Допус­кается расположение патрона-боевика первым от дна шпура (обрат­ное инициирование), при этом дно гильзы электродетонатора долж­но быть направлено к устью шпура. Обратное инициирование заря­дов ВВ требует применения электродетонаторов с длиной проводов больше стандартной (2м). По согласованию с заводом-изготовите­лем длина проводов может быть до 4,5 м.

При обратном инициировании энергия взрыва используется бо­лее эффективно, так как разрушение начинается в глубине масси­ва пород и направлено к плоскости обнажения. Качество взрыва наряду с другими факторами зависит от ка­чества внутренней забойки, ее длины и плотности. Чем больше длина и плотность забойки, тем больше сопротивление движению газов взрыва к устью шпура.

Длина забойки в шпуре нормирована по СНиПу коэффициентом заполнения шпура а, м

                                                             (2.28)

где   l _з - длина заряда шпура, м;  

l_m - глубина шпура, м.

 

Коэффициент а изменяется от 0,4 до 0,65: = 0,4-0,5 при d _п = 32 мм и d _п = 36 мм; = 0,5-0,65 при d _п = 40 мм и d _п = 45 мм.

В обводненных забоях необходимость в забойке отпадает, так как ее роль выполняет вода. В этом случае перед взрыванием за­бой подтапливают.

 

Число и глубина шпуров

Число шпуров влияет на качество дробления породы, точность оконтуривания поперечного сечения ствола, коэффициент использо­вания шпуров и другие показатели взрыва.

В практике проходки стволов для упрощения технологии буро­взрывных работ широко применяют одинаковое количество шпуров для пород с разными свойствами. При этом паспорт БВР составляют для пород более крепких и преобладающих по мощности. Изменение удельного расхода ВВ регулируют коэффициентом заполнения шпу­ров. Число шпуров N определяют по формуле

 

            N =1,27 q S _вч /(a ∆ d ² _n ),                              (2.29)

где а - коэффициент заполнения шпура;

∆ - плотность ВВ, кг/м³.

 

    Глубина шпуров является важным фактором, влияющим на про­должительность работ проходческого цикла и объем работ. На глубину шпуров оказывают влияние геологические, технические и организационные факторы. При бурении шпуров ручными перфорато­рами скорость бурения с увеличением глубины шпуров от 1,5 до 4,5 м уменьшается в 1,7-2 раза. При бурении шпуров установками БУКС глубина шпуров оказывает меньшее влияние.

Одним из существенных факторов, влияющих на глубину шпуров, является технологическая схема строительства ствола. Средняя глубина шпуров из условия заданной продолжительности проходческого цикла определяется по методу профессора, доктора техничес­ких наук Н. М. Покровского.

При последовательной и параллельной схемах с временной крепью, когда в забое производят только выемку породы и возво­дят постоянную крепь,  глубина шпуров , м определяется по формуле

 

.                    (2.30)

 

 

При совмещенной схеме проходки, когда в забое ствола про­водят последовательно работы по выемке породы и возведению бе­тонной крепи с передвижной опалубкой, глубина шпуров , м определяется по формуле

.                 (2.31)

 

При параллельно-щитовой схеме проходки ствола работы по возведению крепи полностью совмещаются с выемкой породы, а глубина шпуров , м равна

 

.                       (2.32)

 

В приведенных формулах (2.30)- (2.32) приняты обозначения:

Т_ц - продолжительность цикла, при котором трудовые затраты      на 1 м ствола минимальные, час.;

N - количество шпуров, шт.;

t ₃ - время заряжания одного шпура, мин.: для ВВ в патронах диаметром 36 мм t ₃ =4-6 мин. с использованием забойки, t ₃ =3-5 мин. с подтоплением; для ВВ в патронах диаметром 40 и 45 мм t ₃ = 6-8 мин. и t ₃ =5-7 мин. соответственно с забойкой и подтоплением;  

п₃ - число проходчи­ков, занятых заряжанием, п₃₌ S _вч / S ₁ (S ₁ - площадь забоя на  одного заряжающего, равная 6-8 м²);

_з - коэффициент одновременности работы заряжающих, равный 0,7-0,9;  

t _в - время про­ветривания забоя ствола, равное 30 мин.;

∑ t _вс - суммарное  время вспомогательных работ: подъём бурового оборудования и полка перед взрывными работами (12-25 мин.), осмотр ствола и приведение забоя в безопасное состояние (10-20 мин.), спуск полка (20-30 мин.);  

t ₀ - время выравнивания породы в забое (с опалубкой без поддона), спуска и центрирования опалубки, равное 2-3 ч.; 

Q _б - производительность бурения, м/ч;

μ - коэффициент изменения сечения (КИС), равный 1,03-1,1;  

η - коэффициент использования шпуров (КИШ), равный 0,8-0,95;

К_р - ко­эффициент разрыхления породы, равный 1,7-2,0;  

Р_п - произво­дительность погрузки породы в разрыхленном состоянии, м³/ч;

Н_в - норма времени на возведение одного кольца временной крепи, Н_в = К D _св (К=1,85-2,2), D _св - диаметр ствола в све­ту, м;  

l ₁ - шаг колец временной крепи, равный 0,75-1,0 м;

n _к - число проходчиков, занятых на возведении временной кре­пи; 

 - коэффициент совмещения работ по возведению временной или постоянной крепи с погрузкой породы, равный 0,8-1,0;

V _б - объём бетона на 1 м крепи ствола, м³;

P _б - производительность укладки бетона за опалубку, м³ / ч (P _б = 6-8 при одном бетонопроводе и P _б = 10-12 м³/ч при двух).

 

В приведенных формулах не учтены некоторые работы (наращи­вание трубопроводов, ремонт оборудования и др.), они или пол­ностью совмещаются или должны учитываться в месячных графиках при определении общей продолжительности строительства ствола.

Продолжительность вспомогательных работ приблизительно можно принять: при бурении шпуров ручными перфораторами и пог­рузкой породы машиной КС-3 ∑ t _вс =0,5-1,0 ч; при бурении шпу­ров БУКС-1м и погрузке породы машиной КС-2У/40 ∑ t _вс =1,0-1,5ч; при последовательной и параллельной схемах с временной крепью ∑ t _вс =0,75-1,25 ч; при параллельно-щитовой схеме ∑ t _вс =0,5-0,8 ч. 

При заданной скорости проходки стволов Т, м/мес. глубину шпу­ров определяют по формуле

 

 ,                              (2.33)

 

где V - заданная скорость строительства ствола, м/мес.;

  - коэффициент готовности технологической схемы (для последовательной и параллельной схем с использованием временной крепи равен 0,7, для совмещённой - 0,8, для параллельно-щитовой схемы - 0,85);

m - число рабочих дней в месяц;  

п - число рабочих смен в сутки;

η - коэффициент использо­вания шпуров, равный 0,8-0 9.

t _см - продолжительность смены, ч;

 

Определив необходимую глубину шпуров, подбирают соответст­вующее оборудование, технологию и организацию работ так, что­бы все проходческие операции выполнялись в установленное вре­мя.