книги из ГПНТБ / Совершенствование контурного взрывания при проходке вертикальных стволов экспресс-информация механизаторам подготовительных работ
..pdf
М и н и с т е р с т в о у г о л ь н о й п р о м ы ш л е н н о с т и С С С Р
Центральный научно-исследовательский институт экономики и научно-технической информации угольной промышленности
Серия *Строительство и реконструкция угольных предприятий*
А.Я. Попов, А.Б. Морозов, И.А. Тихомиров, В.А. Яковенко
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
Москва 1974
39SS0 Ч ч -35801
ЦНИЗИуголь, 1974.
А.Я. Попов, А.Б. Морозов, И.А. Тихомиров, В.А. Яковенко
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
Ответственные редакторы С.Д. Терехов, Е.Н. Морозова Редактор А.С. Новикова
Техн. редактор Л.С. Степина Корректор С.М . Черкезова
Сдано в пр-во 19/УШ -74г.Подп. в печ. 11/Х -74г. Т-16758.
Формат 60x84*/16. Печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 1,51. Изд. N° ЭИ-2663. Тираж 1375 экз. Цена 15 коп. Заказ № 708
ЦНИЗИуголь. Ротапринт, 2-й Николо-Щеповский пер., 5
УДК 622.252.33:022.235.074.3
При проходке вертикальных стволов большое значение имеет точность оконтуривания выработок, которая характе ризует качество буро-взрывных работ. Проведенными ис следованиями установлено, что фактическое сечение шахт ных стволов превышает проектное на 16-20%, между тем "Строительными нормами и правилами на горнопроходчес кие работы" допускается следующее увеличение проектных размеров с каждой стороны проводимой выработки: в поро
дах с |
У |
« 0 , 4 Н , 5 не более |
50 |
мм, с |
/ = 1,5г8 не более |
|
70 мм |
и с |
У |
* 8*-20 не более |
100 мм. Причиной неудовлет |
||
ворительного |
оконтуривания |
выработок |
является применение |
|||
малоэффективной технологии ведения буро-взрывных работ, обусловливающей неизбежные отклонения фактического кон
тура выработки от проектного и |
излишний |
объем |
вынимае |
мой породы. |
|
|
|
Одним из методов совершенствования технологии взрыв |
|||
ных работ является применение контурного |
взрывания с |
||
продольными шпурами; при этом |
способе в первую |
очередь |
|
взрываются врубовые и отбойные |
шпуры и в последнюю оче |
||
редь - оконтуривающие. Контурное взрывание можно при менять как с использованием, так и без использования воз душных промежутков в конструкции заряда. Необходимыми условиями для обеспечения высокой точности•оконтуривания
выработок |
при использовании продольных |
шпуров являются |
|||
их строго |
правильное расположение и |
выдержанность на |
|||
правления, |
а также соблюдение |
оптимальных |
расстояний |
||
как вдоль |
линии контура, так и до обнаженной поверхности, |
||||
образованной взрывом зарядов отбойных шпуров. |
|||||
Оконтур'ивание продольными шпурами |
с |
использованием |
|||
воздушных промежутков обеспечивает |
наиболее |
широкие |
|||
возможности для регулирования разрушающего |
воздействга |
||||
|
|
|
|
|
3 |
взрыва зарядов на окружаюШую среду (породу). |
В наиболь |
||||||||||||
шей степени это относится к вариантам |
с |
уменьшенным ди |
|||||||||||
аметром зарядов, получившим в последнее |
|
время |
|
преиму |
|||||||||
щественное распространение. |
|
конструкций |
зарядов в |
||||||||||
Принципиальные схемы типовых |
|||||||||||||
оконтуривающих шпурах приведены на рис. 1. |
В первой схе |
||||||||||||
ме (а), |
воздушные промежутки расположены |
вдоль |
|
оси |
за |
||||||||
|
|
|
|
ряда (осевые промежутки;, |
|||||||||
|
|
|
|
во |
второй |
(б) - |
воздушный |
||||||
|
|
|
|
промежуток |
оставлен вдоль |
||||||||
|
|
|
|
всего заряда |
|
( радиальный |
|||||||
|
|
|
|
зазор), |
в третьей |
|
( в) |
— |
|||||
I j. |
|
|
_ jgggj |
кроме |
радиального |
зазора |
|||||||
|
|
предусматриваются |
|
также |
|||||||||
|
|
|
|
осевые |
воздушные |
|
проме |
||||||
|
|
|
|
жутки. |
Осевые |
промежутки |
|||||||
|
|
|
|
образуются путем |
размеще |
||||||||
|
|
|
|
ния между |
частями |
заряда |
|||||||
|
|
|
|
деревянных брусков. |
Пре |
||||||||
|
|
|
|
имуществом зарядов |
шлуров |
||||||||
Рис. |
1. |
Конструкция |
зарядов |
данных конструкций |
являет |
||||||||
ся |
возможность |
регулиро |
|||||||||||
оконтуривающих шпуров: |
|||||||||||||
а - с осевыми промежутками; |
вания действующего |
|
им |
||||||||||
б - |
с |
радиальным |
зазором; |
пульса |
взрыва |
в |
наиболее |
||||||
в - с |
радиальными и осевыми |
широких пределах. |
|
Недо |
|||||||||
|
|
промежутками |
|
||||||||||
|
|
статками |
конструкции |
за |
|||||||||
ряда с продольными воздушными промежутками |
|
являются |
|||||||||||
некоторое увеличение длины детонирующего |
шнура, |
времени |
|||||||||||
на заряжание шпуров и повышение на 20-40% |
числа окон^у- |
||||||||||||
ривающих шпуров. |
|
|
контурного |
взрывания |
|||||||||
В |
настоящее время параметры |
||||||||||||
разработаны в основном для условий проведения горных вы работок в крепких монолитных породах. При этом в каждом конкретном случае требуется предварительно проводить эк спериментальные работы по установлению наиболее эффек тивных параметров буро-взрывного комплекса. Такие пара метры должны обеспечивать высокий коэффициент использо вания шпуров, равномерное дробление породы, точное оконтуривание поперечного сечения горной выработки и получе ние ровной поверхности забоя при минимальном объеме зо ны растрескивания породы, экономию расхода материалов и анергии и безопасность работ.
К основным параметрам буро-взрывного |
комплекса от |
||
носятся удельный расход ВВ, конструкция заряда, |
диаметр, |
||
глубина и число шпуров, схема расположения |
их |
в забое, |
|
тип буровых |
машин и инструмента. |
оценивается |
|
Качество |
оконтуривания горной выработки |
||
степенью соответствия ее фактического сечения проектному,
которое зависит от правильности разметки |
оконтуривающих |
||
шпуров и от величины отрыва горной массы, |
а также |
сте |
|
пени шероховатости (неровности; контура |
|
ствола |
после |
взрывания. Последнее обусловлено типом и |
|
удельным |
рас |
ходом ВВ, конструкцией заряда и схемой |
|
расположения |
|
оконтуривающих шпуров. Следует отметить, |
|
что вследствие |
|
возникновения трещин в массиве пород (у |
стенок ствола; |
||
после производства взрывных работ могут |
происходить вы |
||
валы . |
|
|
|
С целью изучения Существующих параметров буро-взрыв |
|||
ного комплекса былр проведено обследование |
вертикальных |
||
стволов шахт. Замеры фактического контура выработки про изводились двумя способами - рулеточным и полярным. При рулеточном способе замеры производят рулеткой, при поляр ном - рулеткой и транспортиром, установленным на раздвиж ной стойке по оси ствола. Значение параметров буро-взрыв
ных работ и величины переборов породы |
по некоторым |
вер |
|||
тикальным стволам шахт Донбасса приведены в табл. |
1. |
|
|||
|
|
Т а б л и ц а |
1 |
||
|
Сечение |
Средний |
Объем из |
||
|
ствола |
коэффици лишне вы |
|||
Шахта, ствол |
вчерне по |
ент пере |
нимаемой |
||
проекту, |
бора по |
породы |
с |
||
|
м^ |
роды , к п |
1 м ство |
||
|
|
|
ла, м3 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
'Суходольская* № 1,скипо |
46,6 |
1,18 |
8,38 |
|
|
вой ....................................... |
|
||||
' Самсоновская-Западная* |
|
|
|
|
|
вентиляционный № 1 . . . |
30,17 |
1,22 |
6,63 |
|
|
вентиляционный № 2 . . . |
30,17 |
1,21 |
6,45 |
|
|
*Дуванная* № 2 |
46,6 |
|
|
|
|
клетевой ........................... |
1,20 |
8,85 |
|
||
скиповой ..................... .. |
46,6 |
1,19 |
8,84 |
|
|
5
|
|
|
Продолжение |
табл. |
1 |
||||
__________ |
1 __________ 1 |
2 |
1 |
|
3 |
1 |
|
4 |
|
*Суходольская—Восточная*' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вентиляционный № 2 - 2 . . . . |
30,17 |
|
1,21 |
|
|
6,45 |
|
||
М? 1-2 *Нагольчанская* |
63,6 |
|
1,18 |
|
11,4 |
|
|||
главный . . . . . . . . . . |
|
|
|
||||||
Анализ |
паспортов для обычного |
способа |
ведения |
буро |
|||||
взрывных работ показал, что параметры |
их не |
|
являются |
||||||
оптимальными. Так, коэффициент сближения |
заряда |
т (от |
|||||||
ношение расстояния между шпурами |
а |
к величине |
линии |
||||||
наименьшего сопротивления зарядов |
этих |
шпуров |
W |
) |
в |
||||
отдельных случаях достигает 1,25-1,4, что превышает опти мальные значения в 1,5-1,8 раза. Даже в тех случаях, ког
да коэффициент сближения зарядов близок! |
к |
оптимальным |
||||
значениям, имеют место большие переборы |
|
горной |
массы |
|||
за Счет излишней концентрации |
зарядов |
в оконтуривающих |
||||
шпурах. Величина заряда в оконтуривающих |
|
шпурах |
колеб |
|||
лется в пределах 1,6-3,6 кг. Количество ВВ, |
приходящееся |
|||||
на единицу длины заряда, составляет 2,2 кг. |
|
|
|
ли |
||
Расположение оконтуривающих |
шпуров |
относительно |
||||
нии проектного контура существенно влияет |
на величину пе |
|||||
реборов породы. Расстояние устья оконтуривающих . |
шпуров |
|||||
до проектного контура устанавливается |
в |
зависимости |
от |
|||
конкретных горногеологических условий и колеблется в пре-, делах от 0,1 до 0,3 м.
Причинами недостаточно высокого качества оконтуривания при ведении взрывных работ в вертикальных ство лах являются увеличенные размеры ' $етки оконтуривающих шпуров (расстояние между оконтуриваюшими шпурами и ли нией наименьшего сопротивления), а также отсутствие при* проходке стволов эффективных разметочных приспособлений, обеспечивающих правильное расположение шпуров. Кроме того, имеет место большая концентрация ВВ в донной час ти оконтуривающих шпуров, а также отклонение от задан ного направления дна шпура (при его глубине более 2,5 м) на 15-18 см.
Определение технологических параметров______контурного взрывания. Одним из основных параметров буро-взрывного комплекса, определяющих качество оконтуривания, является коэффициент сближения зарядов 7П• Л•IV
6
Для определения коэффициента |
сближения |
зарядов |
были |
|
проведены эксперименты на моделях |
из плексигласа |
с фо |
||
торегистрацией поля напряжений |
в |
поляризованном |
свете. |
|
Изучалось взаимодействие полей |
напряжений |
от взрывания |
||
зарядов оконтуривающих шпуров при различных коэффициен тах сближения.
Установлено, что в первые мгновения после взрыва во круг каждого заряда развивается цилиндрическое поле на пряжений, которое приводит к повышенной концентрации на пряжений по линии зарядов. На этой линии возникают уси ленные растягивающие напряжения, что вызывает образова ние трещин между зарядами, Такая же картина разрушения (с образованием трещин между зарядами) имеет место и при заряжании оконтуривающих шпуров патронами ВВ умень шенного диаметра, независимо от ориентации заряда с за зором между стенкой шпура и боковой поверхностью заряда относительно линии зарядов.
При подходе к свободной поверхности падающая волна отражается и в глубь массива распространяется отраженная волна, В некоторый момент времени разность между напря
жениями, |
вызванными прямой |
и отраженной волной, может |
|
превзойти |
предел прочности |
среды и вызвать разрушение |
|
массива. |
|
|
|
Выведена следующая |
расчетная формула для определения |
||
коэффициента сближения |
зарядов оконтуривающих шпуров: |
||
|
|
|
т *.49-][йШ Ш ПШ . , |
|
|
ш |
|||||
|
|
|
v |
E ga -ju) |
|
|
|
|
|||
где |
1Г - |
средняя скорости развития |
трещин, |
м /сек; |
|||||||
|
б |
- |
объемный вес породы, кг/смЗ- |
|
|
|
|
||||
|
JU - коэффициент Пуассона; |
|
|
кг/см2; |
|
|
|
||||
|
£ |
- |
модуль упругости |
породы, |
|
|
|
||||
|
д - ускорение силы тяжести, см/сек2. |
|
|
|
|||||||
|
Предлагаемая формула для определения |
коэффициента |
|||||||||
сближения зарядов оконтуривающих |
шпуров |
может |
быть ре |
||||||||
комендована при наличии измеренных |
|
средних |
|
скоростей |
|||||||
развития трещин в различных горных породах. |
|
|
длину |
||||||||
|
Вначале |
целесообразно определить |
|
оптимальную |
|||||||
забойки, а затем величину заряда |
в |
оконтуривающем |
шпу |
||||||||
ре. |
Длина забойки должна быть |
такой, |
чтобы |
в |
процессе |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
разрушения массива обеспечивалась герметизация зарядной камеры на период времени, необходимый для прохождения трещины между зарядами оконтуривающих шпуров.
£Э ~ Ьд + trp % |
^2) |
где tj — время вылета забойки, сек;
-время прохождения детонации по колонке заряда, сек;
trp - время прохождения трещины между |
зарядами |
|
при их одновременном взрывании, сек. |
|
|
Оптимальная длина забойки |
находится из выражения |
|
|
е > |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
^ |
- |
диаметр шпура, м; |
|
|
|
|
|
|||
8 3 |
=2000 к г /м3 |
- |
объемный вес |
забоечного |
материала I су |
||||||
|
|
|
глинок, содержащий примерно 50% мелко |
||||||||
|
Р |
|
го песка при влажности 16,5%); |
|
|
||||||
|
- |
среднее давление |
продуктов |
взрывания, |
|||||||
|
|
|
кг/м^; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£ |
- |
коэффициент пропорциональности |
1для |
|||||||
|
|
|
пластической |
забойки $ =0,08, |
для за |
||||||
|
|
|
бойки из зернистых материалов Я =0,11; |
||||||||
|
£вв - длина заряда, м; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
JJ |
т- |
скорость детонации ВВ, м /сек; |
|
|
||||||
|
а |
— расстояние |
между оконтуривающими шпу |
||||||||
|
Ттр =0,7x10® |
- |
рами ; |
|
сил |
внутреннего |
|
трения |
|||
|
интенсивность |
|
|||||||||
|
|
|
забоечного материала, кг/м^. |
|
|
|
|||||
|
Вычисленная по формуле АЗ) |
оптимальная |
длина забойки |
||||||||
оконтуривающих шпуров не превышает 0,4 м. |
Следует отме |
||||||||||
тить, что данный расчет не может быть |
применен для рас |
||||||||||
чета длины забойки на шахтах, опасных по газу |
и |
пыли. |
На |
||||||||
таких шахтах длина забойки должна |
составлять |
|
минимум |
||||||||
0,5 |
м. |
оконтуривающем шпуре |
|
находится |
по |
||||||
|
Вес заряда в |
|
|||||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цаш -- 0 |
J |
8 |
5 |
d |
\ |
кг, |
*41 |
|
8
ше |
Ео.ш - |
Длина оконтуривающего шпура, м; |
|
|
а - |
плотность патронирования ВВ, кг/м^; |
|
|
cL3 - диаметр патрона ВВ, м. |
предложен спо |
|
|
На основании выполненных исследований |
||
соб |
контурного |
взрывания, заключающийся |
в применении |
патронов ВВ уменьшенного диаметра в оконтуривающих шпу
рах стандартного диаметра. |
Определение |
давления взрывных |
|||||
газов на стенки шпура при применении зарядов |
|
ВВ |
умень |
||||
шенного диаметра производится по следующей методике. |
|
||||||
При взрыве заряда ВВ с |
радиусом 2з |
продукты |
взрыва |
||||
ния распространяются по |
концентрическим |
окружностям |
с |
||||
центром в точке Oj и через |
какой-то промежуток времени |
||||||
заполняют весь объем шпура с радиусом |
Zut |
(рис. 2). При |
|||||
увеличении радиуса разлета |
продуктов взрыва |
Zi ( Zui |
+ |
||||
+ & > Zi>Z3) увеличивается |
объем, занимаемый |
продуктами |
|||||
взрыва, и соответственно |
уменьшается давление |
на |
стенки |
||||
шпура, которое находится |
следующим образом. |
|
|
|
|
||
Рис. 2. Схема для определения давления взрыва зарядов ЬВ на стенки шпура