lukyanov-взрывные работы

Взрывной способ проходки шурфов может быть применён в мягких легкосжимаемых породах – глинах, суглинках, супесях и лёссах. При этом способе при взрыве удлинённого заряда, размещенного в скважине, в результате деформации пород образуется полость, близкая к цилиндрической, – шурф (рис. 7.8). Во влажных породах процесс образования горной выработки протекает более эффективно. При относительно правильной форме поперечного сечения, представляющей собой круг, диаметр выработки на различных её участках не остается постоянным, однако в однородных породах отклонения его от среднего значения невелики (расположение инициаторов в донной части заряда обеспечивает большую стабильность диаметра выработки). В верхней части выработки, как правило, образуется воронка выброса (особенно в выработках диаметром более 1 м).

Диаметр скважинного заряда ВВ dз (м), необходимого для получения полости шурфа диаметром Dп (м), определяют по формуле

Формула (7.27) в основном пригодна для случая, когда используют аммонит 6ЖВ или аналогичные ему по работоспособности ВВ. Для других ВВ необходим пересчёт величины заряда по работоспособности. Глубина заряда определяется глубиной шурфа. Для уменьшения размеров воронки в устьевой части полости верхняя часть заряда ВВ должна не доходить до поверхности земли на 1,5…2 м.

Взрывной способ характеризуется незначительными затратами времени, труда и средств на проходку выработок и наиболее целесообразен в тех случаях, когда шурфы используют в качестве вскрывающих выработок, а геологическую информацию получают при проходке рассечек из этих шурфов.

Вследствие ограниченных поперечных размеров шурфов и стволов, проводимых при геологоразведке, взрывы зарядов осуществляются в условиях значительного зажима, что затрудняет работу зарядов по дроблению. В таких условиях возрастает роль врубовых шпуров, которые, как правило, нужно располагать в более слабых участках породы в забое.

Применяемые при проходке вертикальных нисходящих выработок типы врубов не столь разнообразны, как при проведении горизонтальных выработок. Разведочные шурфы имеют по сравнению со стволами небольшую площадь, поперечное сечение обычно прямоугольной формы. При площади поперечного сечения до 2 м2 комплект шпуров скла-

321

дывается из врубовых и оконтуривающих, при больших площадях сечений добавляются отбойные.

Пирамидальный вруб состоит из четырёх шпуров, образующих в пространстве перевернутую пирамиду и располагаемых в средней части забоя. Применяется в монолитных или слаботрещиноватых крепких и средней крепости породах при проходке стволов прямоугольной формы при горизонтальном и пологом напластованиях пород. Этот вруб является наиболее эффективным.

Клиновый вруб обычно располагают вдоль меньшей оси шурфа и применяют в крепких и средней крепости породах при крутом напластовании или трещиноватости. Если угол наклона трещин составляет 30…60°, то целесообразно применять клиновый вруб, направленный по простиранию пород.

Призматический вруб применяется при проходке шурфов малой площади сечения, когда из-за стесненных условий невозможно пробурить наклонные шпуры.

Щелевой и боковой врубы применяются в забоях с выраженной слоистостью, ориентированной трещиноватостью, включением участков более слабых пород, тектонических нарушений и т. п.

Типы врубов при проходке стволов шахт применяются такие же, как и при проходке шурфов.

Конический вруб отличается от вышерассматриваемого пирамидального тем, что шпуры (более четырех) образуют в пространстве конус. Применяется в стволах круглого сечения в монолитных или с горизонтальным и пологим напластованиями пород различной крепости. Для уменьшения разлета породы в центре конуса пробуривают один-три вспомогательных шпура на 2/3 средней глубины шпуров комплекта.

Бочкообразный вруб образует в пространстве цилиндр, ось которого совпадает с осью ствола. Применяется в стволах круглого сечения

вкрепких породах различного залегания.

Встволах прямоугольной формы отбойные шпуры пробуривают вертикальными рядами, а в стволах круглого сечения они располагаются по окружностям. Оконтуривающие шпуры пробуривают с наклоном к контуру ствола с тем, чтобы получить качественное оконтуриваниие.

Основные параметры комплекта шпуров при проходке вертикальных горных выработок рассчитываются по той же методике, что и при проведении горизонтальных выработок. Усреднённые диаметры окружностей, по которымрасполагаются отбойныешпуры, определяются по формуле

322

где D0 – диаметр окружности, по которой располагаются отбойные шпуры, м; n – порядковый номер окружности отбойных шпуров, начиная с первой, следующей за врубом; т – общее число окружностей шпуров, включая окружности врубовых и оконтуривающих шпуров; Dвр – диаметр окружности врубовых шпуров, м; Dпр – диаметр ствола в проходке, м.

Контрольные вопросы

1.Какова область применения взрывного способа проходки шурфов?

2.Какие комплекты шпуров используют при проходке шурфов небольшой площади поперечного сечения?

3.В чём состоит сущность взрывного способа проходки шурфов в мягких легкосжимаемых породах?

4.Какие типы врубов применяются в геологоразведке при проведении стволов?

5.Как рассчитываются параметры комплекта шпуров при проходке стволов?

7.5. Взрывные работы при проходке восстающих

Применение взрывных работ при проходке восстающих при разведке месторождений полезных ископаемых ограничено сложностью, трудоёмкостью и высокой стоимостью. Проходка восстающих может вестись мелкошпуровым способом или секционным взрыванием скважинных зарядов.

Площадь поперечного сечения восстающих обычно находится в пределах 2…4 м2, поэтому глубина шпуров составляет 1,2…1,7 м. В комплекте шпуров используют клиновые, пирамидальные, боковые и прямые призматические врубы, располагаемые с таким расчётом, чтобы отбойка породы производилась в направлении к рудоспускному отделению.

Наиболее перспективными являются прямые призматические врубы с незаряжаемой скважиной диаметром от 60 до 90 мм. Расход ВВ на 1 м выработки для таких врубов снижается в среднем на 12 % по сравнению с клиновыми врубами.

Технология проходки восстающих взрыванием зарядов в глубоких скважинах предусматривает выбуривание в контурах восстающего на всю его глубину комплекта параллельных взрывных скважин, их заряжание и взрывание.

Существенным преимуществом этого способа проходки является выполнение технологических операций без присутствия людей в забое проходимой выработки.

323

Взрывание зарядов в скважинах производится в одну или две стадии. Соответственно различают одностадийную («безврубовую») и двухстадийную проходку. Во втором случае в первую стадию взрывается одна или несколько врубовых скважин, а во вторую – осуществляется взрывание зарядов в других скважинах с целью расширения вруба до контуров поперечного сечения восстающего.

В комплекте скважин при безврубовой проходке предусматривается бурение одной скважины большого (по сравнению с другими) диаметра. Эта скважина не заряжается и на неё осуществляется отбойка породы при взрыве зарядов в других скважинах.

Отбойка породы осуществляется за один приём сразу на всю длину выработки или с разбивкой на участки, называемые секциями. В условиях геолого-разведочных работ этот способ проходки используется редко. С учётом относительно небольших параметров технических восстающих из перечисленных разновидностей технологии проходческих работ в геологоразведке предпочтительна проходка выработки с двухстадийным посекционным взрыванием зарядов в скважинах. При этом отпадает необходимость в бурении скважин различных диаметров и появляется возможность корректировки и более качественного формирования выработки за счёт соответствующих изменений массы и конструкций зарядов.

Расчётом были установлены следующие параметры отбойки породы при взрыве удлиненного заряда аммонита 6ЖВ диаметром 76 мм, расположенногоперпендикулярно кповерхностизабоя, сзабойкойдлиной0,3 м.

Эти расчётные данные позволяют судить о параметрах воронки разрушения породы при взрыве заряда в первой (врубовой) скважине. В расчётах длина заряда принималась 0,5…1,5 м, наибольшие размеры воронки соответствовали заряду размером 1 м, которая и была принята в качестве оптимальной. Отбойка породы происходит при наличии вруба, образовавшегося при взрыве первого заряда.

Расстояние между скважинами а (м), взрываемыми во вторую стадию, отскважин, взрываемыхпервую, рекомендуютопределятьпоформуле

а глубину заряжаемой части этих скважин (с учетом нижней забойки) –

324

где d – диаметр скважины, мм; ρвв – плотность ВВ, кг/м3: q1 – удельный расход ВВ, кг/м3; fо – коэффициент структуры пород; γ = 3,34…4,94 – коэффициент зажима; e – коэффициент работоспособности ВВ; L, l – глубина заряда и нижней забойки, м.

С учётом коэффициента использования заряженной части скважин подвигание забоя восстающего за цикл определяется по формуле

Контрольные вопросы

1.Чем ограничена область применения взрывных работ при проходке восстающих в геологоразведке?

2.Какие врубы наиболее перспективны при проходе восстающих шпуровыми зарядами?

3.Опишите технологию проходки восстающего с двухстадийным посекционным взрыванием скважинных зарядов.

325

ГЛАВА 8 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

8.1. Особенности взрывания мёрзлых пород

Рыхление мёрзлых пород взрывным способом осуществляется как при открытых, так и при подземных разработках.

На открытой поверхности рыхление мёрзлых грунтов осуществляется скважинной отбойкой (рис. 8.1).

Качество дробления мёрзлых пород достигается с помощью внедрения эффективных типов ВВ, применения многорядного короткозамедленного взрывания, рациональных схем коммутации взрывной сети, выбора эффективных параметров взрывания.

Рис. 8.1. Схема рыхления мёрзлых пород на уступах скважины:

1 и 2 – мелкие и глубокие шпуры

При проведении подземных выработок площадью сечения 3…8 м2 число шпуров на забой и их глубину определяют в зависимости от физи- ко-механических свойств горных пород, способа бурения и организации работ. Как правило, бурят 7…12 шпуров на забой глубиной 1,2…1,5 м. Удельный расход ВВ составляет 1,2…1,8 кг/м3.

Эффективное дробление мёрзлых пород обеспечивается при глубине шпуров не более 0,95 глубины промерзания пород.

При сооружении котлованов, каналов и траншей часто применяют щелевзрывной способ рыхления мёрзлых пород, сущность которого состоит

326

в том, что при помощи баровой или дискофрезерной баровой машины нарезаютсяпарныещелисрасстояниеммеждуними0,9…1,3 глубиныщели.

При взрыве зарядов мёрзлая порода дробится и смещается в сторону компенсационной щели. Щель, в свою очередь, создаёт дополнительную свободную поверхность, способствующую улучшению дробления пород.

При щелевом методе рыхления мёрзлых пород определяют следующие параметры: толщину слоя мёрзлого грунта Н, м; глубину щели hщ = 0,9 H, м; глубину заложения заряда hз, м; ширину щели b, м; расстояние между щелями а, м. Величина аlhщ = т носит название коэффициента сближения щелей.

При взрывных работах рассчитывают основные параметры: удельный расход ВВ; массу сосредоточенного и линейного зарядов ВВ.

Расстояниемеждущелями

где q – удельный расход ВВ, кг/м3; Vщ – объём грунта в щелях, м3; V – объём щели

При скважинной уступной отбойке скважины бурят с некоторым перебуром с целью увеличения величины преодолеваемой с.п.п. и качественной проработки подошвы уступа. Масса заряда для рыхления мёрзлых пород скважинными зарядами

Расчёт параметров взрыва сводится к определению предельных с.п.п.

где – плотностьзаряда, г/см3 ; γ– плотностьпороды, г/см; е– относительный коэффициентработоспособностиВВ; d – диаметрзаряда, м; kт = 1…1,2 – коэффициенттрещиноватости, зависящийотстроениямассиваитрещиноватости.

Полученное значение уточняется по проверочной формуле

327

где т = 1…2,5 – коэффициент сближения скважин.

С целью эффективного и безопасного ведения взрывных работ составляют технический расчёт и паспорт на производство взрывных работ с учётом их особенностей и требований Единых правил безопасности при взрывных работах.

Контрольные вопросы

1.Каково оптимальное соотношение глубины шпуров и глубины промерзания?

2.В чём состоит сущность щелевзрывного метода рыхления мёрзлых пород?

3.По какой формуле определяется предельная с.п.п. при скважинкой уступной отбойке пород?

8.2. Контурное взрывание

При проведении взрывных работ обычными способами наблюдается разрушение массива горных пород за пределами проектного контура выработки, вследствие чего образуются шероховатости, заколы и трещины, снижается устойчивость бортов, уступов, боковых стенок и кровли выработок. При проведении горных выработок фактические размеры превышают проектные.

Характер разрушения законтурного массива при обычном взрывании зарядов оконтуривающих шпуров неодинаков в выработках различного поперечного сечения (рис. 8.2). Глубина распространения трещин hт (см) пропорциональна отношению давления продуктов детонации в шпуре в моментвзрываРп кпределу прочностипороднасжатиеσсж, т. е.

где k – коэффициент пропорциональности.

Среднее значение коэффициента пропорциональности k равно 1,6. Глубина распространения зоны трещинообразования в песчаниках составляет 70…75 см, а в сланцах– 120…125 см. Это обстоятельство следует учитывать при определении расстояния между линиями расположения отбойных и оконтуривающих шпуров, особенно при обычном

способе взрывания.

При проведении выработок с длительным сроком службы, когда необходимо получить контур выработки, близкий к проектному с возможно наименьшим нарушением законтурного массива, применяют

328

способ контурного взрывания, при котором используется последующее или предварительное щелеобразование.

При предварительном щелеобразовании шпуры по контуру выработки взрывают в первую очередь для образования контурной щели. Взрывание зарядов в центральной части выработки происходит с экранированием энергии волн напряжений щелью, что значительно ослабляет действие взрыва на стенки и кровлю.

Рис. 8.2. Линии максимальных глубин трещинообразований, измеренные по реперам 1–20 в замкнутом пространстве в выработках прямоугольной (а) и арочной (б) форм поперечного сечения

Предварительное щелеобразование широко применяется при проведении выработок обычного сечения. Минимальное нарушение законтурного массива достигается следующими способами: взрыванием оконтуривающих шпуров рассредоточенными зарядами, сплошными зарядами малого диаметра, сближением оконтуривающих шпуров в трудновзрываемых крепких породах или применением специальных вкладышей в оконтуривающих шпурах со стороны стенок выработки. Заряды оконтуривающих шпуров взрывают после взрыва предконтурных зарядов.

Контурное взрывание с предварительным щелеобразованием применяют при проведении выработок большой площади сечения, для чего по контуру выработки шпуры на расстоянии 20…40 см один от другого заряжают зарядами малого диаметра. Этот метод можно применять там, где допустимо отставание крепи от забоя. Первоочередное взрывание оконтуривающих шпуров часто приводит к разрушению крепи выработки.

Недостатки контурного взрывания: на 15…20 % увеличивается число шпуров, возрастают затраты труда на заряжание оконтуривающих шпуров из-за сложности конструкции зарядов.

329

При применении последующего щелеобразования (гладкое взрывание) одновременно взрываются сближенные заряды особой конструкции по контуру горной выработки. Конструкция зарядов должна обеспечивать максимально возможное ослабление действия взрыва в сторону охраняемого массива. Это достигается применением рассредоточенных зарядов, низкобризантных ВВ, патронов ВВ уменьшенного диаметра с продольной кумулятивной полостью, обращённой в сторону ядра выработки, и зарядов, у которых со стороны законтурного массива уложены продольные деревянные планки. Основными факторами, оказывающими влияние на качество оконтуривания выработки, являются: величина, диаметр и конструкция заряда, расстояние между оконтуривающими шпурами, л.н.с.

При взрыве вокруг каждого шпурового заряда образуется цилиндрическое поле напряжений. Через некоторый промежуток времени происходит взаимодействие полей напряжений соседних зарядов, вследствие этого повышается концентрациянапряжений полинииразмещениязарядов.

Волна сжатия от взрыва оконтуривающих шпуров, достигая открытой поверхности, образованной взрывом зарядов врубовых и отбойных шпуров, отражается от неё. Отраженная волна, распространяясь вглубь массива, может привести к значительному разрушению законтурной части массива. В результате повышения концентрации напряжений по линии оконтуривающих зарядов образуется трещина, которая препятствует распространению отражённых волн в законтурное пространство.

Таким образом, разрушение законтурной части массива снижается, если к моменту подхода отраженной волны к контуру выработки по линии оконтуривающих зарядов уже образованы трещины. Это возможно при условии

где t0 и tп – время движения соответственно прямой волны сжатия до открытой поверхности и отраженной от нее волны растяжения до линии зарядов, с.

Время образования трещины между двумя смежными полостями, образующимися при взрыве (с),

где ак – расстояние между шпурами по контуру выработки, м; υт – скорость развития трещин в данной породе, м/с; Cпр, Споп – скорости продольной и поперечной волн, м/с. С учётом этого

где Wк – л. н. с. для оконтуривающих шпуров. Подставив значения tп и t0, получим:

330