Комплекты шпуров и организация работ при проведении выработок в однор
..pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ПЕРМСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.М.ГОРЬКОГО
ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
П. А. Лыхин
КОМПЛЕКТЫ ШПУРОВ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТОК В ОДНОРОДНЫХ ПОРОДАХ
Учебное пособие
Пермь 1977
622.268(07)
Л88 Л 88 П.А.Лыхин. Комплекты шпуров и организация работ при про
ведении выработок в однородных породах. Учебное пособие. Изд. Пермского ун -та, 1977.
80 с .
Излагается вопросы конструирования и методы расчета комплек тов шпуров при различной их глубине, методы управления взрывом. Подробно рассматриваются цикличная организация работ в забое и на участке, общие принципы организации скоростного проведения вы работок, многозабойная организация работ и методы сетевого плани рования проведения горных выработок.
Кратко изложены вопросы использования математических моделей проходческих процессов душ выбора параметров технических средств и организации работ в забое.
Пособие рассчитано на студентов очного и заочного обучения горных специальностей, изучающих курс технологии проведения гор ных выработок, и может быть использовано при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Учебное пособие подготовлено кафедрой технологии и комлексной механизации добычи полезных ископаемых Пеомского политехничес кого института.
Печатается по постановлению редакционно-издательского сове та Пермского политехнического института.
622.268(07)
(5) Пермский политехнический институт, 1977
КОМПЛЕКТ ШПУРОВ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЗРЫВОМ
Комплект шпуров и Факторы, влияющие на его конструкцию
Для отрыва породы на заданную глубину в забое бурится комп лект, состоящий из врубовых, вспомогательных и оконтуривапцих шнуров,.
Под конструкцией комплекта шпуров понимается их взаимное расположение в забое. Взаимное расположение шпуров и конструкция зарядов ВВ в площади вруба определяет тип последнего.
При выборе комплекта для забоя исходят прежде всего из ус ловий получения высокого коэффициента использования шпуров (к .и .ш .) с наименьшей затратой времени и средств. При этом стре
мятся обеспечить точное оконтуривание выработки, исключение под рыва одного заряда ВВ другим, минимальное разбрасывание породы по выработке и равномерное дробление ее до необходимой крупнос ти кусков, наибольшее удобство при бурении забоя.
Для уменьшения расхода шпурометров на забой с помощью вру ба создается вторая обнаженная плоскость. В отличие от остальных шпуров в комплекте, врубовые работают на одну обнаженную поверх ность, поэтому на единицу площади забоя количество их во врубе значительно больше, чем среднее по забою.
После взрыва вруба и образования второй обнаженной плоскос ти создаются условия для успешного взрывания вспомогательных и оконтуривающих шпуров. Первые из них бурятся при большом рассто янии врубовых от оконтуривающих шпуров, способствуя увеличению второй обнажённой плоскости после взрыва вруба. Расположение их зависит от площади забоя, типа вруба и числа шпуров на забой.
Основным назначением оконтуривающих., или отбойных, шпуров является отрыв породы по контуру выработки на заданную глубину. Располагать отбойные шпуры рекомендуется таким образом, чтобы их забои были в плоскости продолжения стен выработки (в крепких породах выходили за контуры выработки), а устья располагались в 0,10 -0,20 м от контура выработки. Верхние шпуры (у кровли) не должны доходить до плоскости контура выработки в целях предот вращения вывала лишнего объема породы, а забои нижних (Полозо вых) шпуров необходимо располагать несколько ниже почвы.
В мягких и слабоустойчивых породах расположение шпуров отли-
чается от расположения их в крепких породах. Так, при слабой кровле верхние шпуры бурятся дальше от кройли или совсем не бу рятся. Порода кровли при этом или самообрушивается, или только встряхивается и опускается вручную.
В последние годы получили распространение методы так назы ваемого "контурного" взрывания, обеспечивающие ровные, гладкие стенки выработки и меныцую нарушаемость взрывом приконтурного массива.
Конструкция комплекта -шпуров зависит от заданных параметров буровзрывных работ, выбираемых в соответствии с физико-механичес кими свойствами Ьород, сечением выработки, техническими средства ми (включая тип ВВ) и организацией работ в забое. Из всех пара метров буровзрывных работ на конструкцию комплекта наибольшее влияние оказывает глубина шпуров, выбор которой в большой степе ни зависит от технической оснащенности проходки и организации работ в забое.
С увеличением глубины и изменением удельного расхода ВВ и шпурометров изменяется конструкция комплекта шпуров. При этом наименьший удельный расход ВВ и шпурометров достигается при глу бине шпуров, примерно равной половине наименьшего поперечного линейного сечения выработки (обычно это ширина выработки).Глу
бина |
шпуров может оыть |
определена |
по формуле |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Ч Ц 4 /2 , |
9 |
|
|
|
( I ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
В |
- наименьший поперечный размер выработки, м; с/ |
- угол |
|||||||
центрального |
клинового |
вруба, в зависимости |
от |
крепости |
пород, |
|||||
о( = 30-60°. |
|
|
|
больше € |
|
|
|
|
||
|
При увеличении глубины шпуров |
, |
при |
котором удель |
||||||
ный расход ВВ и шпурометров |
минимален, расход шпурометров уве |
|||||||||
личивается. |
Это может быть выражено зависимостью |
|
|
|||||||
|
|
|
a* s a |
* a , ( 4 r — |
0 |
|
|
|
(2) |
|
где |
п |
- расход шпурометров |
при начальной глубине |
шпуров €/ ; |
||||||
|
|
расход шпурометров при глубине шпуров |
|
|
- |
коэффици |
||||
ент |
пропорциональности, |
а / |
= 1 ,1 |
шп/м8. Удельный расход ВВ |
г/
где |
^ |
- начальное и конечное значения удельных расходов; а |
|
коэффициент |
пропорциональности, равный в среднем 1 ,2 |
кг/м3. |
|
|
С увеличением глубины шпуров меняется не только |
количество |
шпуров, но и тип вруба. Если при небольшой глубине наиболее раци ональны клиновые врубы, то с увеличением ее вруб меняют сначала на комбинированный или двойной клиновый, а затем, при дальнейшем увеличении глубины, переходят на прямые врубы » врубы со скважи ной и щелями*
С увеличением глубины заложения заряда ВВ на изменение его работы (при других постоянных условиях) оказывают влияние четыре фактора: I) экспоненциальное снижение энергии взрыва, выходящей на обнаженную поверхность забоя, в связи с удалением центра ци линдрического заряда ВВ от этой поверхности; 2) величина и кон фигурация обнаженной поверхности; 3) изменение напряденного сос тояния массива с удалением его элементарного объема от обнажен ной поверхности забоя; 4) вероятностное отклонение шпура от его первоначального направления.
Для цилиндрических зарядов экспоненциальное снижение величи ны энергии с расстоянием от центра взрыва‘характеризуется квадра тичной зависимостью*
Если при клиновом врубе и небольшой глубине шпуров наблюда ется преимущественно двустадийное взрывание, при котором взрыва
ние первых шпуров вруба, занимающих незначительную часть общего шпурометража забоя, не может существенно влиять на изменение ра схода ВВ, то при большой глубине шпуров уже существенную часть общего количества шпуров на забой занимают врубовые шпуры (от 20 до 45/6 его площади). При этом вруб определяется по площади полос ти, необходимой для эффективного взрывания цилиндрического заря да ВВ на две обнаженные поверхности, при которой дальнейшее уве личение площади полости, образуемой взрывом, не ведет уже к рос ту л .н .с . этого заряда и изменению удельного расхода ВВ*
Следует обратить внимание на существенную разницу в удельных расходах ВВ на единицу площади вруба и остальной части забоя. В пределах площади 8абоя удельный расход ВВ из расчета на одну се рию ступеней замедления изменяется от 330 (во врубе) до 1,7 кг/м3 . Поэтому с увеличением глубины опуров и осложнением работы врубо вых шпуров за счет повышения расхода шпурометров во врубе (при постоянном к .и .ш .) средний удельный расход ВВ на забой значитель но увеличивается.
Удельный расход ВВ с увеличением глубины шнуров возрастает также и з-за уменьшения влияния на эффект взрыва обнаженной по
верхности забоя. По зтой причине длина заряде ВВ по |
отношению |
к общей длине шцура увеличивается и удельный расход |
ВВ растет. |
С увеличением глубины шпуров некоторая часть эаряда рабо тает в массиве9 находящемся в состоянии всестороннего сжатия, на разрушение которого требуется больше энергии, чем на разру
шение массива, непосредственно прилегающего к обнаженной поверх ности. Иначе говоря, чем больше длина шпуров, тем* выше средняя интегральная прочность массива и больше удельный расход ВВ.
Таким образом, с увеличением глубины конструкция комплек та шпуров, определяемая в основном типом вруба, значительно меняется.
Различают следующие конструкции комплектов шпуров: I . Ком плекты шпуров, определяемые глубиной нормального клинового вру ба. 2 . Многоклиновые, пирамидальные комбинированные и веерные врубы. *3. Прямые врубы и их разновидности. 4 . Специальные врубы. 5. Комплекты шпуров увеличенного диаметра. 6. Врубы со скважи нами и щелями.
Такая классификация одновременно характеризует методы* из менения глубины шпуров и последовательность их применения при увеличении глубины шпуров. При постоянных сечении выработки и к.и.ш . диапазон изменения глубины шпуров может быть достаточно большим (1,5-3-кратным). Все вышеприведенные методы приводят
к повышению удельного расхода ВВ или шпурометров, |
а часто к то |
|
му и другому. Однако потери времени и средств на |
бурение допол |
|
нительны! шпуров и скважин могут компенсироваться экономией |
||
времени по другим операциям цикла |
при увеличении глубины шпуров. |
|
При существующих в настоящее |
время технических средствах |
оптимальная глубина шпуров, при которой трудовые затраты на про ведение I м выработки минимальные, обычно больше половины сред него линейного сечения выработки.
Ниже излагаются конструктивные особенности комплектов шпу
ров на различную глубину и соответственно |
методы увеличения |
|||
глубины шпуров. На ряде <примеров проходок |
в |
различных |
породах |
|
и сечениях выработок показано, |
как увеличение глубины |
шнуров |
||
влияет (при постоянном к .и .ш .) |
на изменение |
параметров буровзрыв |
||
ных работ. |
|
|
|
|
- 7 - Схемы расположения шпуров в забое
при небольшой их рлубире
Из большого числа применяющихся врубов, сконструированных по принципу клинового, наиболее распространены вертикальный кле новый, центральный пирамидальный, никний, верхний и боковой врубы»
Вертикальный клиновый вруб - наиболее удобный для бурения, широко распространен в практике. Он может применяться в породах сравнительно небольшой крепости, крепких и даже очень крепких.
Клиновый вруб обеспечивает бурение наименьшего числа шпу ров в комплекте и удельный расход ВВ, если глубина его неболь шая. Это обусловлено особенностями конструкции вруба данного типа.
Объяснить основные принципы конструирования клинового вру ба можно на следующем примере (рис. I ) . Если к плоскости забоя
Рис. I . Принцип конструирования клинового вруба
пробурить под прямым углом шпур достаточной длины и взорвать его, то воронка взрыва будет незначительна; оторвет только по роду в устье шпура, а в основном шпур останется ненарушенным взрывом. В противоположность этому, если удастся прорубить шпур параллельно груди забоя (например, из другой выработки), то при правильно выбранной линии сопротивления и при том же заряде от рыв породы будет полным, по всей длине шпура.
Следовательно, при создании второй обнаженной плоскости не обходимо учитывать преимущества параллельного шпура и бурить
врубовые шпуры возможно более отклоняющимися |
от оси выработки, |
|
т . е . |
с большим центральным углом с / . |
|
|
С резким уменьшением центрального угла коэффициент использо |
|
вания |
шпуров падает, поэтому угол не следует |
выбирать меньше ре |
комендуемого для данной крепости пород. Ери этом глубина шпуров увеличивается, но к.и.ш . падает и растет удельный расход ВВ и шпурометров. Практически бурение врубовых шпуров с большим цен тральным утлом ограничивается сечением вн^ботки (ее шириной).
Увеличение центрального утла вруба больше рекомендуемого также нерационально, так как глубина шпуров уменьшается, а рас ход шпуров на I м выработки почти не уменьшается или даже уве личивается. При бурении клинового вруба с рекомендуемыми цент ральными углами достигается наименьший удельный расход шпурометров и ВВ, который можно получить при данных сечении выработ ки, технических средствах (включая ВВ) и достигнутой степени совершенства методов ведения взрывных работ.
Глубина шпуров, при которой достигается наименьший удель ный расход ВВ и шпурометров, называется нормальной глубиной клинового вруба.
В забое при разметке шпуров нормального клинового вруба выработка по ширине делится тремя вертикальными линиями на четы ре части: центральная линия служит ооью вруба, а по двум другим линиям намечают устья врубовых шпуров. Бурению такого вруба обычно мешают стенки выработки, поэтому для удобства врубовые шпуры бурят, отступая о* этих намеченных линий на 10-15 см к центру выработки.
Глубина врубовых шпуров принимается на 10-20 см больше вспомогательных и отбойных. При одновременном взрывании все шпу ры вруба можно бурить так, чтобы они сходились в центре. При раздельном взрывании в крепкой породе забои врубовых шпуров, на правленных к центру выработки, должны отстоять друт от друга на 15-20 см. В забоях шахт, опасных по взрыву газа и пыли, это рас стояние определяется правилами безопасности.
Характерной особенностью данного комплекта Шпуров является бурение их (за исключением нижних) с небольшим наклоном вверх. При наличии в забое воды наклонный шпур при заряжании вэрнвчатым веществом всегда остается оухим.
В солевых породах вертикальный клжнсвый вруб применялся,
например, при проходке горизонтальных выработок по сильвинитовому пласту АБ на шахте Взрезниковского калийного комб!ната.
Сечение выработок, в |
которых |
применялся вруб, |
составляло |
||
;з основном 18 м^ (3x6 м), |
взрывчатое вещество - |
аммонит М 6 и |
|||
ЬЖВ в патронах |
диаметром |
32-36 мм, |
кассой 0 ,2 ; |
0 ,3 |
кг; коронки |
дчг^зтром 40-42 |
мм. |
|
|
|
|
При ширине выработки 6 м и высоте 3 и глубина нормального клинового вруба равнялась 2 м. Вруб состоял из 10 шцуров (ри с.2 ), расположенных в два ряда, по пять шцуров в ряду и при расстоя-
Рис. 2. Комплект шпуров с вертикальным клиновым врубом по соли
i
нии между ними 0 ,2 5 -0 ,5 м. При таком расположении шцуров к.и.ш . достигал 0 ,9 4 . В данном случае глубина шпуров определялась не шириной, а высотой выработки, регламентирующей зону двухосной напряженности прилегающих к обнаженной поверхности пород. Шири на выработки также оказывает влияние на глубину шпуров, но в меньшей степени.
Центральный угол клинового вруба рекомендуется в следующих
пределах: при |
/ |
= 4-8 o f |
= 40-45°; при f |
= |
8-10 |
of = 45-50°; |
|
при f больше |
10 |
of = 50-60°. |
Конструкции |
таких |
врубов, как |
||
центральный пирамидальный, |
нижний, верхний и |
боковой врубы, |
аналогичных вертикальному клиновому врубу, подробно рассмотре ны в работе [ 2J .
Основной недостаток описанных врубов - невозможность ис пользования в полной мере мощности современного оборудования и з-за небольшой глубины шцуров. Поэтому они не рекомендуются для широкого применения.
Количество шпуров при глубине нормального клинового вруба может быть выбрано по данным практики или определено ориенти ровочно по эмпирическим формулам, например, по известной форму
ле М.М.Протодьяконова: N - 1,7 t i f f s , |
где |
/ |
- |
коэффициент |
крепости пород; S - сечение выработки, |
м2 ; |
ё |
- |
коэффициент, |
характеризующий относительное изменение энергйи взрыва, для ВВ типа 6ЖВ ё = I .
При незначительном увеличении глубины шпуров характер вру ба может не меняться, но при том же количестве шпуров и удель ном расходе ВВ к.и.ш . будет меньше первоначального. Для сохра
нения к.и .ш . |
постоянным необходимо увеличить удельный расход ЕВ |
||||
и количество |
шпуров. |
|
|
|
|
В выработке сечением 4 ,4 |
м^ |
(Березовские рудники) для |
|||
сохранения к.и.ш . постоянным, |
равным 0 ,9 , при увеличении |
глуби |
|||
ны шпуров с |
1 ,0 до 1 ,4 и пришлось увеличить |
число шпуров |
с 16 |
||
до 18, а удельный расход ВВ - |
с |
2,28 до 2,44 |
кг/м3 . Центральный |
угол клинового вруба изменился с 60 до 50°. При*таком угле еще возможно сохранение клинового вруба за счет увеличения количес тва шпуров (очень крепкие породы;«
Однако при дальнейшем увеличении средней глубины комплекта шпуров, но неизменности конструкции вруба высокий к .и .ш . обес печивается только при неоправданно больших затратах труда и средств. Поэтому для уменьшения удельного расхода ВВ и шпурометров при дальнейшем увеличении глубины шпуров требуется изме нение конструкции вруба. Клиновый вруб усложняется, применяются
двойные клиновые, комбинированные врубы |
[2 J . |
|
|
В целом комбинированные, двойные и |
веерные |
врубы позволяют |
|
увеличить глубину шпуров в среднем |
в 1 ,5 раза по |
сравнению с |
|
нормальным клиновым врубом. |
|
|
|
Цилиндрические |
(прямые) врубы |
При дальнейшем увеличении глубины шнуров необходимо не только увеличивать количество шпуров в забое, но и изменять тип вруба. Если глубина шпуров увеличивается по отношению к перво начальной ъ* в 1 ,5 , а в три раза и более, то центральный.угол клинового вруба уменьшается до двадцати градусов и менее. Шпуры вруба в этом случае бурят под углом к плоскости забоя, близким к прямому, и для сихранения высокого к.и.ш . бурят большое коли чество шпуров. Для уменьшения количества шпуров комплекта по сравнению с глубоким клиновым врубом бурят серию параллельных шпуров (цилиндрический и щелевые врубы).
Однако по сравнению с комплектом шпуров нормального клино вого вруба при использовании прямого вруба (цилиндрического) число шпуров в комплекте всегда больше, следовательно, он раци онален при глубине, значительно превышающей глубину шпуров пер вого.
Шпуры комплекта с цилиндрическим (прямым) врубом распола гаются по забою по концентрическим окружностям, наибольшая плот