книги / Технология и безопасность взрывных работ

находятся на расстоянии не менее 20 м от ближайшего заряда. При этомнаместезаряжаниянедолжнынаходитьсядетонаторы.

Опасная зона, определенная расчетом в проекте, вводится при взрывании электродетонаторами перед началом укладки боевиков с электродетонаторами в скважине. При взрывании с помощью ДШ людей выводят из опасной зоны перед началом монтажа взрывной сети.

При производстве взрывных работ обязательно применяют звуковые и световые сигналя, хорошо слышимые (или видимые) на границах опасной зоны и хорошо известные рабочим.

Значение звуковых сигналов:

1 – сигнал – предупредительный (1 продолжительный свисток или 1 ракета белого или синего цвета) подается перед заряжанием. По этому сигналу все люди, не связанные с заряжанием и взрыванием, должны удалиться горным мастером или другим лицом технического надзора за пределы опасной зоны

вбезопасное место. При этом у мест возможного входа людей

вопасную зону должны быть выставлены посты охраны и предупредительные аншлаги. Взрывание можно производить только при наличии постов охраны и аншлагов. После окончания работ по заряжанию и удалению всех присутствующих лиц взрывник производит монтаж электровзрывной цепи, а также проверку ее исправности с безопасного места.

2 – второй сигнал – боевой (2 продолжительных свистка или 2 ракеты красного цвета). По этому сигналу при электровзрывании включают ток, а при огневом взрывники зажигают ОШ и удаляются в укрытие или за пределы опасной зоны.

3 – третий сигнал – отбой (3 коротких свистка или 3 ракеты зеленого цвета) подаются после осмотра места взрыва на отсутствие отказавших зарядов и приведения его в безопасное состояние. При обнаружении опасных факторов принимаются меры к их устранению. После этого непосредственным руководителем взрывных работ выдается разрешение на окончание ВР и допуск рабочих к месту взрыва.

281

7.ВЗРЫВЫ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ

7.1.Технологии проведения выработок

сприменением буровзрывных работ

Вобозримом будущем разрушение горных пород при проведении выработок в породах с крепостью по М.М. Протодьяконову f > 6…8 будет осуществляться с помощью взрыва. В породах меньшей крепости будет увеличиваться процент проведения выработок с помощью проходческих комбайнов.

Взависимости от условий проведения выработок меняется процесс и эффективность разрушения пород в забое, в связи

сэтим различают следующие условия взрывания:

1) В шахтах, не опасных по взрыву газа или пыли:

1)забои горизонтальных и наклонных выработок, проводимых по однородным и неоднородным породам;

2)забои вертикальных нисходящих и восстающих выра-

боток;

2)В шахтах, опасных по взрыву газа или пыли:

1)обычные забои;

2)забои с сотрясательным взрыванием;

3)забои с камуфлетным взрыванием;

4)забои в выбросоопасных породах;

5)забои при вскрытии выбросоопасных угольных пластов. При проведении выработок взрывным способом выпол-

няют следующие операции: бурение шпуров (скважин), заряжание и взрывание, проветривание, уборка породы и крепление выработки.

От выбранных параметров взрывания существенно зависят эффективность выполнения остальных процессов и техникоэкономические показатели проведения выработки в целом.

Взрывание забоя выработки производится в соответствии с составляемым паспортом буровзрывных работ (БВР), в котором указываются: свойства породы, число, диаметр и глубина шпу-

282

ров, тип вруба, тип ВВ, величины зарядов, схема взрывания, ожидаемые результаты взрыва. При изменении свойств пород, а также с учетом достигаемых результатов взрыва паспорт БВР должен периодически уточняется.

7.2. Расчет параметров буровзрывных работ

Технология и механизация буровзрывных работ при проведении горных выработок в шахтах и рудниках подробно рассмотрены в учебниках для вузов и учебных пособиях [28–30].

7.2.1. Диаметр и глубина основного комплекта шпуров

Внастоящее время нет общепризнанных формул, позволяющих определить оптимальный для данных горнотехнических условий проходки диаметр шпуров.

Это объясняется тем, что оптимальный диаметр шпуров следует выбирать с учетом ряда факторов:

1) сечения выработки,

2) мощности применяемой бурильной машины,

3) типа ВВ.

1. Существует предельно минимальное число шпуров, обеспечивающих нормальное разрушение пород и оконтуривание выработки. Поэтому чем меньше сечение выработки, тем целесообразнее уменьшение диаметра шпуров.

При наличии ВВ, способных устойчиво детонировать с высокой скоростью в патронах малого диаметра 20–22 мм (типа детонитов), целесообразно применять шпуры уменьшенного диаметра.

Вслучае применения ВВ с невысокой детонационной способностью (предохранительных аммонитов) целесообразно использовать патроны диаметром 36–40 мм, размещая их в шпурах соответствующего диаметра.

283

С увеличением диаметра шпуров увеличивается неравномерность дробления породы и ухудшается качество оконтуривания выработки. Поэтому даже в вертикальных и горизонтальных выработках большого сечения целесообразно применять оконтуривающие шпуры уменьшенного диаметра или патроны

ВВспециальной конструкции.

2.Мощность бурильной машины оказывает влияние на скорость обуривания забоя.

C увеличением диаметра коронки скорость бурения бурильным молотком уменьшится обратно пропорционально квадрату диаметра шпура.

Скорость бурения мощными бурильными машинами уменьшается менее интенсивно с увеличением диаметра, и в этом случае целесообразно применять шпуры увеличенного диаметра.

С увеличением крепости породы скорость бурения с увеличением диаметра шпуров снижается более интенсивно, в этом случае целесообразно применение шпуров уменьшенного диаметра в сочетании с мощными ВВ.

3. Мощные ВВ целесообразно применять в породах с коэффициентом крепости f ≥ 14.

Однако в некоторых случаях при механизированном заряжании шпуров гранулированными ВВ целесообразно применение дешевых ВВ с невысокими энергетическими характеристиками типа гранулитов, игданитов и т.д. Это способствует увеличению плотности заряжания с 0,9 до 1,2 г/см3, вследствие чего повышаются устойчивость детонации ВВ и величина энергии в массе заряда на единицу длины шпура и в целом увеличивается мощность взрыва.

Оптимальная глубина шпуров для пород с коэффициентом крепости f = 4…10 равна 1,8–2,0 м, причем с увеличением крепости пород оптимальная глубина шпуров уменьшается, а с увеличением сечения выработки – возрастает (табл. 7.1).

284

Таблица 7.1

Рекомендуемая глубина шпуров в зависимости от крепости пород и сечения выработки

Примечание. При бурении шпуров по каменной соли (f < 3) их длина принимается по данным практики равной 2–3 м.

7.2.2. Удельный расход взрывчатых веществ

Расчетный удельный расход ВВ зависят от физикотехнических свойств пород, сечения выработок, глубины и диаметра шпуров, типа ВВ и т.д.

Удельный расход ВВ q (кг/м3) определяется по таблице, составленной для эталонного ВВ (аммонита 6ЖВ) на основе обработки производственных взрывов (табл. 7.2). При применении других ВВ пользуются переходными коэффициентами, значения которых принимают обратно пропорциональными их энергетическим характеристикам.

Таблица 7.2

Удельный расход ВВ q (кг/м3) для эталонного ВВ (аммонита 6ЖВ)

Исходя из найденного удельного расхода ВВ определяют число и глубину шпуров.

285

Известно более 20 различных формул для определения числа шпуров на забой. Эти формулы можно разделить на две группы: эмпирические и аналитические.

Сущность эмпирических формул состоит в математическом описании данных, полученных на основе обработки экспериментов, поэтому они пригодны только для условий, подобных тем, на основе которых они построены.

Сущность аналитических формул состоит в определении необходимого числа шпуров для размещения в них расчетного заряда ВВ, например, формула проф. Н.М. Покровского [31]:

N = g S/p,

где N – число шпуров на забой; q – расчетный удельный расход ВВ, кг/м3; S – площадьзабоя, м2; р– количествоВВна1 мдлинышпура:

р ш d 2 /4 вв,

где ш – коэффициент заполнения шпура ВВ; вв – плотность

ВВ в шпуре, кг/м3.

Наиболее просто число шпуров на забой определяют, исходя из найденного по таблицам ВВ на 1 м3 обуренной породы (см. табл. 7.2). При этом глубину шпуров выбирают, исходя из требуемого подвигания выработки на один взрыв.

Количество ВВ на один взрыв Q (кг) определяют по формуле:

Q = q · lш · S · η,

где Lш – средняя длина шпуров, м; η – КИШ.

Полученную величину заряда Q умножают на поправочные коэффициенты: 1,2 – для врубовых шпуров; 0,8–0,9 – для отбойных, оконтуривающих, боковых и верхних шпуров (для нижних шпуров 1,0).

286

Число шпуров Nш на забой определяют, исходя из мксимально допустимого их заполнения ВВ. Обычно ВВ заполняют 2/3 длины шпура. Величина заряда в одном шпуре QЗ (кг):

QЗ 2/3lш d 2 /4 вв,

где d – диаметр шпуров, дм. Расчетное число шпуров N = Q/QЗ.

7.2.3. Типы врубов

При проведении выработок имеется, как правило, одна открытая поверхность – забой, в котором перпендикулярно или наклонно к ней бурят и взрывают комплект шпуров (от 10 до 60 и более). При этом взрыв шпуров должен отвечать следующим требованиям:

1)первоначально необходимо создать взрывом части шпуров врубовую полость призматической формы, направленную вдоль оси выработки, стенки которой создают дополнительную вторую открытую поверхность, чтобы усилить разрушительное действие остальных зарядов;

2)разрушить породу в сечении выработки на куски требуемых размеров, при этом навал породы получить компактным для эффективной работы погрузочных машин и исключения повреждения крепи и оборудования выработки;

3) образовать сечение выработки, максимально близкое к проектному, сведя к минимуму недоборы и переборы породы, обеспечить высокий коэффициент использования шпуров (КИШ), а также минимизировать нарушение массива за контуром сечения выработки.

Для достижения указанных результатов взрыва применяют следующие комплекты шпуров (рис. 7.1):

a) врубовые шпуры (№№ 1–4) – взрыв зарядов в них создает дополнительную (вторую) открытую поверхность в забое и улучшает условия взрывания остальных шпуров. Врубовые

287

шпуры обычно бурят на 0,2–0,3 м глубже остальных, а величину зарядов врубовых шпуров принимают на 15–20 % больше, чем в остальных;

б) отбойные шпуры (№№ 5–8), заряды которых взрывают после врубовых, предназначены для расширения полости, образованной врубом. При малых сечениях выработок отбойных шпуров может и не быть, а при большом сечении отбойными шпурами разрушают большую часть породы в забое;

в) оконтуривающие шпуры (№№ 9–24), заряды в которых взрывают последними, предназначены для придания выработке проектного сечения. Концы оконтуривающих шпуров в крепких породах выходят за пределы контура на 100–150 мм, а в мягких породах располагают на проектном контуре выработок.

Рис. 7.1. Схема расположения шпуров при проведении выработки: 1–4 – врубовые шпуры; 5–8 – отбойные шпуры; 9–24 – оконтуривающие шпуры; lш – длина шпура

по горизонтали; l1ш – длина по оси шпура

При проведении выработок шпуры длиной более 2,5 м называют глубокими, длиной 1,5–2,5 м – средними и длиной менее 1,5 м – мелкими (короткими).

288

Одним из основных критериев качества взрыва при проведении горных выработок является коэффициент использования шпуров (КИШ) – отношение величины подвигания забоя lзах за один взрыв к средней глубине шпуров lш:

lзах /lш.

При расчете КИШ для наклонных шпуров их глубина берется по нормали к поверхности забоя (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Конструкция шпурового заряда ВВ: а – устье шпура; б – стенки шпура; в – дно шпура; 1 – забойка; 2 – электродетонатор; 3 – взрывчатое вещество; lш – длина шпура по горизонтали; l1ш – длина по оси шпура; dш – диаметр шпура; α – угол наклона шпура к плоскости забоя

Взрыв считают неудовлетворительным при КИШ меньше 0,65–0,8, нормальным – при КИШ 0,8–0,9, хорошим – при КИШ больше 0,9.

Величина КИШ тесно связана с удельным расходом ВВ. Увеличение КИШ способствует увеличению объема разрушения за счет повышения подвигания забоя за взрыв, что при постоянном количестве ВВ приводит в уменьшению удельного расхода ВВ. Однако при этом необходимо увеличивать количество шпуров и соответственно увеличивать расход ВВ. Для конкретных условий за оптимальный принимается КИШ, соответствующий минимальному расходу ВВ.

При проведении выработок тупиковым забоем, основным элементом конструкции комплекта шпуров является вруб. Назначение вруба – создание второй (дополнительной к забою) обнаженной поверхности, параллельной продольной оси шпуров (или скважин). Взрывная волна сжатия разрушает массив на

289

небольшом расстоянии от заряда – не более 10–12 радиусов шпура (скважины).

Интенсивность и энергоемкость разрушения этого небольшого объема массива очень высокие. Порода переизмельчается высоким давлением ударной волны, сминается и истирается при деформировании до пылевидного состояния. Удельный расход ВВ при образовании врубовой полости во много раз превышает средний расход ВВ по взрыву.

Однако образование врубовой полости создает условия для отражения взрывных волн остальных шпуров комплекта и тем самым изменяет энергоемкий механизм разрушения породы сжатием на более экономичный механизм путем растяжения. Прочность массива на растяжение в 30–40 раз менее прочности на сжатие.

На расстоянии, большем 10–12 радиусов заряда, ударная волна давления трансформируется во взрывную несимметричную волну с большей длительностью, но меньшим давлением фазы сжатия, не способным разрушать породу путем ее сжатия. При выходе взрывной волны на обнаженную поверхность она отражается с обратным знаком и движется обратно к заряду в виде синусоидальной волны растяжения.

Поэтому разрушение оставшегося объема (70–90 %) происходит при воздействии отраженной волны растяжения.

Конструкция вруба меняется с увеличением глубины комплекта шпуров. При сравнительно не глубоких шпурах (до 2,5 м) рекомендуется применять врубы с наклонными шпурами к плоскости забоя, при более глубоких шпурах целесообразно применять цилиндрические врубы, а при использовании врубовых скважин или специальных выработок глубина комплекта шпуров теоретически не ограничивается.

При составлении схемы расположения шпуров необходимо учитывать характеристику взрываемых горных пород, размеры забоя, работоспособность применяемых ВВ и требуемое продвижение забоя на взрывной цикл. Выбор типа вруба при про-

290