2. Проектирование и расчет буровзрывных работ
2.1. Выбор вв и оборудования для бурения шпуров
При проектировании БВР прежде всего учитываются такие свойства горных пород, как крепость и буримость. Соотношение между коэффициентом крепости горных пород по М.М. Протодьяконову и категорией пород по буримости приведено ниже:
Категория пород по буримости |
Коэффициент крепости |
Категория пород по буримости |
Коэффициент крепости |
1 |
0,3 |
XI |
5-6 |
II |
0,5 |
XII |
6-7 |
III |
0,6 |
XIII |
8-9 |
IV |
0,8-1 |
XIV |
9-10 |
V |
1,2 |
XV |
11-12 |
VI |
1,6 |
XVI |
13-15 |
VII |
2 |
XVII |
16-17 |
VIII |
2-3 |
XVIII |
17-18 |
IX |
3-4 |
XIX |
18-19 |
X |
4 |
XX |
20 |
Одним из критериев эффективности БВР является величина коэффициента использования шпуров (КИШ). Удовлетворительными значениями КИШ можно считать для монолитных скальных пород XVI-XX категорий – 0,75-0,8; в породах средней крепости (XI-XV категории) – 0,8-0,85; в породах ниже Х категории – 0,85-0,9.
Исходным параметром при составлении паспорта буровзрывных работ является глубина шпуров в комплекте. Она может быть определена по заданной месячной скорости проходки, м:
(1)
где L - проектная длина выработки, м; Т – время, отводимое на проходку выработки, мес.; n - число рабочих дней в месяц (25 или 30); m - число рабочих смен в сутки (от 1 до 4 смен); к – число циклов в каждой смене (1 цикл, реже 2); h - коэффициент использования шпуров.
На практике средняя глубина шпуров чаще всего находится в следующих пределах (табл. 4).
Таблица 4
Коэффициент крепости пород, f |
Глубина шпуров при площади поперечного сечения выработки, м | |
до 12 м2 |
более 12 м2 | |
1,5-3 |
3-2,5 |
3,5-3,0 |
4-6 |
2,5-2,0 |
3-2,5 |
7-20 |
2,5-1,5 |
2,5-2,0 |
Выбор взрывчатого вещества (ВВ) можно осуществлять в соответствии с рекомендациями, изложенными ниже:
Сухие шпуры в породах с f £ 12 |
Гранулиты М; АС-4; АС-4В; аммонит 6ЖВ |
То же в породах с f > 12 |
Гранулит АС-8В, детонит М, аммонал скальный № 3, акванал АРЗ-8Н |
Обводненные шпуры в породах с f £ 12 |
Аммонит 6ЖВ в полиэтиленовой оболочке; аммонал М-10 |
То же в породах с f > 12 |
Детонит М; аммонит скальный № 1, аммонал скальный №3 в полиэтиленовой оболочке |
Характеристика гранулированных ВВ для механического заряжания и патронированных ВВ, заряжание которыми осуществляется вручную приведена в табл. 5.
Характеристика взрывчатых веществ
Таблица 5
Тип ВВ |
Работоспособность, см3 |
Плотность ВВ, г/см3 |
Материал оболочки патрона |
Параметры патрона | ||
Диаметр, мм |
Масса, г |
Длина, мм | ||||
Гранулит АС-4В АС-8В |
400 410-430 |
0,8-0,85 |
- |
- |
- |
- |
Гранулит М |
300 |
0,7-0,85 |
- |
- |
- |
- |
Акванал АРЗ-8Н |
400 |
0,9-0,92 |
- |
- |
- |
- |
Аммонал М-10 |
430 |
0,95-1,1 |
Бумага |
32 |
200 250 |
250 300 |
Аммонал скальный № 3 |
450-470
|
1-1,1 |
Бумага, полиэтилен |
36 45 |
250 500 |
250 300 |
Аммонит 6ЖВ |
360-380 |
1-1,2 |
Бумага, полиэтилен |
32, 36 |
200 300 |
220 280 |
Аммонит скальный № 1 |
450-480 |
1,43-1,58 |
Бумага |
28 36 45 |
150 250 400 |
170 170 170 |
Детонит М |
450-500 |
0,92-1,2 |
Бумага |
28 32 |
150 200 |
230 230 |
Чем выше работоспособность ВВ, тем в более крепких породах целесообразно его использовать. Оборудование для бурения шпуров (табл. 6) при проведении горизонтальных горноразведочных выработок выбирается в зависимости от физико-механических свойств пород (крепости, трещиноватости) и размеров поперечного сечения выработки. В породах с f > 4 может использоваться ударно-поворотный способ бурения (перфораторы), при f ³ 16 – вращательно-ударный способ (бурильные установки), и при f < 10 – вращательное бурение ручными или колонковыми электросверлами. Однако на горноразведочных работах шпуры в породах с f ³ 4 чаще бурятся перфораторами.
В выработках с небольшой площадью поперечного сечения применяются либо ручные электросверла (в мягких породах), либо переносные перфораторы на пневмоподдержках или распорных устройствах УПБ-1А (ЛКР-У). Чем выше f, тем с большей энергией удара следует выбирать перфоратор. В выработках с площадью поперечного сечения более 6 м2 могут применяться бурильные установки БУЭ, БУ, СБКН и др.
Оборудование для бурения шпуров
Таблица 6
Тип оборудования |
Марка бурильной машины |
Коэффициент крепости пород, f |
Площадь поперечного сечения выработки, м2 |
Максимальные размеры обуриваемого забоя, м (высота × ширина | |
Ручные электросверла |
ЭР-14Д-2М СЭР-19М ЭР-18Д-2М ЭРП-18Д-2М |
f £ 2 -"- -"- f £ 4 |
Любая -"- -"- -"- |
- - - - | |
Колонковые электросверла на распорных колонках КЭБ |
ЭБГ-1 СЭК-1 ЭБГП-1 |
f £ 10 -"- -"- |
До 6 -"- -"- |
- - - | |
Переносные перфораторы на пневмоподдержках |
ПП – 36 ПП – 50 ПП – 54 ПП - 63 |
f < 9 f < 14 f < 18 f > 16 |
Любая -"- -"- -"- |
- - - - | |
Бурильные установки БУЭ-1М |
Вращательная бурильная головка 1100-1-1М Универсальная бурильная головка БГА |
f < 6
f = 6 – 16 |
Более 6
-"- |
2,8 х 3,3
-"- | |
Бурильная установка БУ-1Б |
БГА-1М |
f = 8-16 |
-"- |
3,7 х 5 | |
Бурильная установка СБКН-2М |
Колонковый перфоратор ПК-60 |
f =10 –20 |
Более 5 |
3,2 x 3,7 |
Количество одновременно работающих в забое бурильных машин определяется исходя из площади поперечного сечения выработки: для ручных электросверл и переносных перфораторов – 1,5-2 м2; для колонковых электросверл и перфораторов - 2,5-3 м2 площади забоя на одну бурильную машину.
Буровые штанги для ручных электросверл изготавливаются из витой стали ромбического профиля. Буровой комплект состоит обычно из 2-4 штанг; длина самой короткой штанги (забурника) принимается равной 0,5-0,7 м и каждая последующая штанга комплекта длиннее предыдущей на 0,7-0,9 м.
Для переносных перфораторов применяются шестигранные штанги с осевым отверстием для промывки (табл. 7).
Буровые штанги для переносных перфораторов
Таблица 7
Типоразмер |
Диаметр штанги, мм |
Длина штанги, мм |
Масса, кг |
Типоразмер |
Диаметр штанги, мм |
Длина штанги, мм |
Масса, кг |
БШ-22-700 |
22 |
700 |
2,1 |
БШ-25-700 |
25 |
700 |
2,8 |
БШ-22-1600 |
22 |
1600 |
4,8 |
БШ-25-1600 |
25 |
1600 |
6,3 |
БШ-22-2500 |
22 |
2500 |
7,4 |
БШ-25-2500 |
25 |
2500 |
9,9 |
БШ-22-3400 |
22 |
3400 |
10,1 |
БШ-25-3400 |
25 |
3400 |
13,7 |
БШ-22-4300 |
22 |
4300 |
12,8 |
БШ-25-4300 |
25 |
4300 |
17,0 |
Для колонковых электросверл буровые штанги изготавливаются из труб диаметром 33,5 мм (отрезками длиной, равной ходу шпинделя электросверла) с ниппельным соединением. При использовании бурильных установок шпуры бурятся на всю глубину одной штангой. Для бурения шпуров бурильными установками с колонковыми перфораторами ПК могут использоваться штанги диаметром 32 м с резьбовым соединением с хвостовиком (каталожный № 203), а при оснащении установки бурильной головкой БГА – штанги с конусным соединением (каталожный № 291, табл. 8).
Штанги диаметром 32 мм для ударно-поворотного и вращательно-ударного бурения
Таблица 8
Каталожный № |
Длина штанги, мм |
Масса, кг |
Каталожный № |
Длина штанги, мм |
Масса, кг |
203-2512 |
1220 |
7,1 |
291-2524 |
2400 |
14,8 |
203-2515 |
1525 |
8,9 |
291-2531 |
3050 |
18,0 |
203-2518 |
1530 |
9,1 |
291-2543 |
4300 |
25,0 |
203-2524 |
2435 |
15,4 |
- |
- |
- |
203-2531 |
3050 |
18,0 |
- |
- |
- |
203-2537 |
3660 |
21,0 |
- |
- |
- |
Породоразрушающим инструментом для вращательного бурения являются резцы, технические параметры которых приведены в табл.9.
Ударно-поворотное бурение осуществляется коронками КДП долотчатой формы (вязкие монолитные породы, f = 8 – 14), крестовой формы ККП (вязкие трещиноватые и абразивные породы f = 4 – 14) или трехперыми штыревыми коронками КТШ (хрупкие породы, монолитные и трещиноватые f = 14 – 20). Коронки диаметром до 43 мм применяются обычно для перфораторов с энергией удара до 60 Дж, диаметром 46-65 мм – с энергией удара до 85-90 Дж и т.д. Для вращательно-ударного бурения используются коронки марок БУ и КУВШ. Техническая характеристика коронок приведена в табл. 10.
Резцы для вращательного бурения шпуров
Таблица 9
Буровое оборудование |
Коэфф. крепости, f |
Тип резца |
Диаметр резца, мм |
Марка твердого сплава |
Масса резца, кг |
Ручные электросверла |
2 4 |
РУ-4М РУ-43 РУ6-1 |
43 43 44 |
ВК-4В ВК-8 ВК-8 |
0,17 0,12 0,18 |
Ручные и колонковые сверла |
6 |
РУ-13 |
42 |
ВК-8 |
0,16 |
Колонковые сверла |
8 10 |
РП-7 РП-42
|
43 42
|
ВК-8 ВК-6
|
0,18 0,28
|
Коронки для бурения шпуров
Таблица 10
Марка коронки |
Диаметр коронки, мм |
Марка твердого сплава |
Масса коронки, кг |
КДП-32-19 36-22 40-25 43-25 |
32 36 40 43 |
ВК-15 или ВК-11В -"- -"- -"- |
0,3 0,38 0,45 0,49 |
ККП-40-25 43-25 46-25 52-25 |
40 43 46 52 |
ВК-15 или ВК-11В -"- -"- -"- |
0,48 0,59 0,62 0,66 |
КТШ-36-25 40-25 43-25 46-31 52-31 |
36 40 43 46 52 |
ВК-11В -"- -"- -"- -"- |
0,43 0,51 0,56 0,80 0,89 |
БУ-43-25 |
43 |
ВК-8В |
0,42 |
БУ-52-25 |
52 |
ВК-15 |
0,55 |
КУВШ-43-25 |
43 |
ВК-8В |
0,4 |
Диаметр шпуров (резцов и буровых коронок) необходимо увязывать с диаметром патронов ВВ. Для патронов диаметром 32 и 36 мм следует применять резцы и буровые коронки диаметром соответственно 40 и 43 мм (при огневом и электроогневом взрывании) и 36 и 40 мм (при электрическом способе взрывания).