Буро-взрывные работы

Задача буровзрывных работ состоит в том, чтобы равномерно раз­дробить горную породу до размера габаритных кусков, соответствую­щих технологическим требованиям производства, создать запас взор­ванной массы при заданных параметрах развала пород, способствую­щих высокопроизводительной работе транспортных и погрузочных средств.

Развал породы на уступе после взрыва должен быть компактным, а разброс минимальным, без завала транспортных путей; откос усту­па — без резких неровностей и заколов.

Подошва уступа в пределах ширины экскаваторной заходки долж­на быть разрушена, и экскаваторные работы, как правило, производят­ся без дополнительных взрывов.

Количество взорванной породы на уступе должно обеспечивать бесперебойную работу экскаваторов.

Буро-взрывные работы являются одним из труднейших процессов технологии добычи камня. Затраты на буро-взрывные работы состав­ляют 20—30% себестоимости щебня.

Методы разрушения горных пород при бурении шпуров и сква­жин разделяют на механические, физико-химические и комбиниро­ванные. При бурении горных пород чаще всего используют механичес­кие методы, которые по характеру работы инструмента в забое и при­ложению силовых нагрузок подразделяют на четыре способа бурения:

вращательный, ударный, ударно-вращательный и вращательно-ударный.

Для бурения взрывных скважин на открытых горных разработках используют следующие типы буровых станков: СБР — вращательного бурения резцовыми коронками; СБУ — ударно-вращательного буре­ния; СБШ — вращательного бурения шарошечными долотами; СБТ— термического бурения.

Преимущественные области применения станков по крепости бу­римых пород приведены в табл. 52.

Таблица 52

Тип станка	Степень крепости породы	Коэффициент крепо­сти породы f
I	2	3
СБР-125 СБР-100	Довольно мягкие, средние и довольно крепкие	2—6
СБУ-100	Довольно крепкие и очень крепкие аб­разивные	8-16
СБУ-160,	Крепкие, очень крепкие и в высшей степени крепкие абразивные	8-16
СБУ.200
СБШ-160	Довольно крепкие и крепкие	6-10
СБШ-200	То же	6—12
СБШ-250	Довольно крепкие и очень крепкие	8—14
СБШ-320	Крепкие, очень крепкие и в высшей степени крепкие абразивные	10—18
СБТ-250	Очень крепкие и в высшей степени крепкие термобуримые	14 и выше

Для армирования резцов, коронок и буровых долот используют твердые сплавы, обеспечивающие износостойкость буровому инстру­менту.

При вращательном бурении разрушение породы на забое скважины происходит за счет движения инструмента, имеющего форму резца, по винтовой линии. Такое движение является сочетанием вращатель­ного и поступательного движения

При ударном бурении инструмент, заточенный в виде клина, внед­ряется в породу под действием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины.

Вращательно-ударное бурение представляет собой сочетание двух способов, при которых на породу забоя шпура действует большое осе­вое усилие, большой крутящий момент и ударная нагрузка Прило­женный крутящий момент позволяет срезать большую стружку, чем при вращательном бурении.

Агрегаты ударно-вращательного бурения состоят из станка и по-гружного пневмоударника. Станок служит для вращения бурового стана, для подачи его к забою скважин с определенным осевым дав­лением и подачи сжатого воздуха к пневмоударнику, который нахо­дится в скважине.

Термическое бурение скважин производится главным образом в породах, имеющих кремнистое основание.

Разрушение породы происходит в основном за счет напряжений, возникающих вследствие неравномерного нагревания отдельных слоев и изменения структуры кварца под воздействием горячих газов, об­разующихся в результате сгорания топлива и истекающих из сопла с большой скоростью. Для бурения применяют горелку реактивного типа; в нее подают смесь топлива, состоящую из керосина и кислоро­да. Горелку охлаждают водой, которая под воздействием высоких тем­ператур переходит в пар и выносит на поверхность разрушенную по­роду. Вода, топливо и кислород поступают в камеру сгорания через стальную трубу, шарнирно закрепленную на машине и вращающуюся с частотой от 6 до 40 об/мин. В трубе проложены трубки для подачи топлива и кислорода. Вода поступает по оставшемуся свободному про­странству. Диаметр пробуриваемых скважин равен 120—500 мм, глу­бина бурения 8—20 м-

Количество рабочих буровых станков определяют как частное от деления сменного объема бурения на сменную выработку бурового станка или перфоратора. Для буровых станков и перфораторов, не ос­нащенных пылеподавляющими устройствами, предусматриваю! до­полнительное оборудование для пылеподавления (пылеотсоса). Ко­личество резервных буровых станков и компрессоров принимают в раз­мере 20% от количества рабочих станков, а перфораторов — равным количеству рабочих.

Подготовка горной породы к взрыву состоит из бурения шпуров диаметром до 45 мм, глубиной до 5 м и скважин глубиной больше 5 м и диаметром 100—300 мм.

Бурение шпуров и скважин производят выше и ниже подошвы ус­тупа, Недобур — расстояние между уровнем подошвы уступа и дном скважин, находящимся выше подошвы уступа. Длина недобура зави­сит от физико-механических свойств взрываемой породы, диаметра за­ряда, мощности ВВ /н --= (3 — 12) d, (d— диаметр заряда).

К недобуру прибегают в легко разрушаемых мягких породах, при наличии мягких ' рыхлых пород под разрушаемым твердым пластом или ясно выраженном напластовании пород при раздельной выемке полезных ископаемых и необходимости сохранения подошвы выемки от разрушения взрывом

Перебур — часть скважины или шпура, пробуренная ниже подош­вы уступа. Перебур служит для усиления действия взрыва в нижней части скважины, обеспечивая ровный отрыв породы от подошвы усту­па.

Для скважинных зарядов трудновзрываемых пород 1= (12—15) d, в средневзрываемых 1=(9—10) d

В соответствии с видом зарядных устройств различают следующие методы зарядов: шпуровых; скважинных; котловых, шпуровых, и сква­жинных; камерных; малокамерных; наружных контактных и некон­тактных.

Метод шпуровых зарядов (рис. 140, а)применяют при небольшом объеме взрывных работ и там, где неприменимы другие методы. При этом методе достигается хорошее дробление породы, небольшой вы­ход негабарита. К недостаткам следует отнести: его трудоемкость, так как требуется значительное бурение шпуров вследствие их близ­кого расположения друг к другу; значительное пыление при бурении перфораторами; опасность при заряжании шпуров и взрыве.

Метод скважинных зарядов (рис. 140, б). При этом методе скальные породы дробят взрывом серией удлиненных за­рядов ВВ и скважинах, пробуренных в один, два и более рядов. Метод скважинных зарядов позволяет одновременно взрывать неограничен­ное количество горной породы, а также управлять процессом и равно­мерностью дробления горных пород. Заложение скважинных зарядов принимают вертикальным или наклонным в зависимости от высоты уступа и типа выбранного буро­вого оборудования. Наклонные скважины (параллельные откосу ус­тупа) рекомендуются при необходимости получения равномерного ка­чественного дробления пород взрывом, при разработке высоких ус­тупов и выполнении заданных углов откоса уступов.

Высоту взрываемого уступа принимают равной 10—15 м, при этом учитывают рабочие размеры экскаваторов. С увеличением высоты ус­тупа возрастает период действия взрыва на породу, что способствует более интенсивному ее дроблению. При высоте взрываемого уступа до 35 м значительно улучшается интенсивность дробления и повыша­ются технико-экономические показатели буро-взрывных работ.

Рекомендуемые диаметры скважин d: в весьма крупноблочных и монолитных породах 105—200 мм, в крупноблочных — 105—160, в среднеблочных — 160—220 и мелкоблочных— 220—300 мм.

Масса заряда рыхления в скважинах:

где q— расход ВВ, кг/м³; а — расстояние между скважинами, м;

W—линия сопротивления по подошве уступа, м; Ну—высота уступа, м;

где - насыпная плотность ВВ.

Рис. 140. Зарядные устройства

Рассчитанная для вертикальных скважин величина линий сопротивления по подошве уступа должна удовлетворять условиям безо­пасности:

где ей — угол откоса уступа, град; b — расстояние от верхней бров­ки уступа до ходового оборудования бурового станка

Расстояние между скважинами а = mW. Расстояние между ряда­ми скважин b= 0,85 W. Длина скважины L= Ну + l

Объем породы, взрываемой одной скважиной, = aW Н.Выход породы с 1 м скважины =aW. Расстояние от верхней бровки уступа до центра скважины первого ряда зарядов

Масса скважинного заряда по вместимости:

где — длина забойки, м;р — вместимость скважины, дм ³; d — диаметр скважины, см;

Метод взрывания зарядами с воздушными промежутками (рис. 141) — взрывание рассредоточенных зарядов, между отдельными частями которых в зарядной камере (шпуре, скважине) имеются промежутки. Использование воздушных полостей между частями заряда ВВ позво­ляет повысить степень использования энергии взрыва для разруше­ния пород за счет увеличения времени воздействия взрыва на среду и повышения напряженности разрушаемого массива вследствие значительной­

Рис. 141. Схема заряда с воздушны­ми промежутками:

3—электропровод; 2—забойка; 3—заряд ВВ; 4 — электродетонатор; 5—стойка рас­порка; б — фанерный кружок •

интерференции взрывных волн. Воздушные промежутки ос­лабляют первоначальный динами­ческий удар взрыва на массив, что способствует более равномерному дроблению породы и уменьшению ширины развала.

Массу заряда с воздушными промежутками определяют по обычным расчетным формулам. В скважинах глубиной до 20 м за­ряд делят на две-три части, при этом в нижнюю ^асть шпура или скважины помещают 50—70% мас­сы заряда, если он состоит из двух частей, и 50% массы, если заряд состоит из трех и более частей. Оставшуюся часть заряда распре­деляют на равные по массе части пропорционально принятому чис­лу воздушных промежутков.

Число воздушных промежутков и их высоту определяют длиной заряда и физико-механическими свойствами взрываемых пород. Об­щую высоту воздушных промежутков рекомендуется принимать в пре­делах 0,17—0,35 от общей длины заряда в шпуре или скважине. Верх­ний предел характерен для пород крепостью 4—6 по Протодьяконову.

Для создания воздушных промежутков в скважинах применяют приспособление, состоящее из двух деревянных дисков, скрепленных деревянной стойкой. Промежутки создают также подвешиванием патро­на в бумажной или матерчатой оболочке с последующим размещением над ним необходимого количества ВВ или перегораживанием скважи­ны бумажными пробками*на заданных уровнях.

При любом способе взрывания все части заряда взрывают одновре­менно с микрозамедлением.

Для безотказного взрывания всех электродетонаторов, включен­ных в одну сеть, кроме требуемой величины тока, необходимо тщатель­ное изготовление самой сети. Сопротивление самой сети должно быть равным расчетному (допускается отклонение не более ±10%).

Для проверки сопротивления сети или ее отдельных элементов применяют омметр и линейный мост, а для проверки исправности и пригодности к применению источника тока—специальные пульты и пробники.

Процесс электрического взрывания включает монтаж и проверку взрывной сети, подключение магистральных проводов, включение ис­точника тока, проверку результатов взрыва, подачу установленных сигналов; огневого взрывания — воспламенение зажигательных тру­бок, счет чисел взорвавшихся зарядов, проверку результатов взрыва, подачу установленных сигналов, ликвидацию отказов.

Применение на открытых горных разработках простейших ВВ типа игданит и гранулированных ВВ типа гранулитов СВС, зерногранулитов и других позволяет механизировать взрывные работы. Механиза­ция взрывных работ снижает трудоемкость заряжания и забойки сква­жин, улучшает качество забойки, обеспечивает повышение производи­тельности труда и сокращает время на подготовку горной породы к взрыву, а при пневмозарядке обеспечивает большую плотность ВВ в скважинах. Механизируемые процессы: приготовление игданита на стационарных установках или непосредственно в карьере, заряжание скважин с использованием пневмозарядных машин и машин для за­бойки скважины.

Механизированное заряжание скважин предусматривают в карье­рах с годовой выработкой 300—900 тыс. м³ с помощью машин МЗС, свы­ше 900 тыс. м³ —с помощью машин типа СУЗН или агрегатов для при­готовления и зарядки льющихся ВВ. Целесообразность механизиро­ванной забойки скважин обосновывают технико-экономическими рас­четами.

Метод котловых зарядов (рис. 140, е) включает бурение и простреливание шпуров или скважин, измерение объема и заряжание котлов, монтаж взрывной сети, взрывание и осмотр мес­та взрыва.

Достоинства метода состоят в сокращении объема буровых работ по сравнению с методом скважинных зарядов, уменьшении затрат на ликвидацию котлов, сравнительно большом выходе взорванной массы с 1 м шпура или скважины. К недостаткам нужно отнести неравномер­ное дробление породы, ограниченность применения, нестабильность формы котлов, общую опасность по сравнению с методом скважинных зарядов, повышенный расход ВВ (с учетом простреливания и вторич­ного дробления).

Простреливание — образование подземной полости взрывным способом. Котел образуют для размещения заряда ВВ Вследствие нагрева стен скважины (шпура) от первого прострелочного взрыва и выхода газов новое заряжание разрешается не ранее чем через 15 мин при производстве прострелочных взрывов аммиачно-селитренными ВВ и через 30 мин при простреливании другими ВВ. Скважины глуб­же 9,5 м следует взрывать электрическим способом Величина прост­релочных зарядов и количество взрывов при этом зависят от крепости и вязкости пород, требуемого объема подземной полости

Котлы целесообразно создавать взрывом в породах, имеющих по­казатель простреливаемости не ниже 5 дм/кг. В шпур или скважины засыпают 50—60% массы заряда, опускают патрон-боевик, затем за­сыпают остальную часть заряда. При использовании патронирован­ных ВВ патрон-боевик в прострелочный заряд вводят последним. Дли­на забойки из сыпучего материала должна быть равна двойной длине прострелочного заряда.

Котлы в шпурах очищают сжатым воздухом, в скважинах—же­лонкой или разбуриванием нижней части котловой скважины.

Метод камерных зарядов включает подготовку и производство взрыва зарядов ВВ в зарядных камерах: проходку, за­ряжание и забойку зарядных камер, монтаж взрывной сети, взрывание зарядов и осмотр места взрыва (рис. 140, г). Камерные заряды приме­няют на открытых горных работах при высоте уступа не менее 12—15 м, угле откоса уступа не менее 50°, взрываний массивов неслеживаю­щихся пород и высоких уступов.

Сечение зарядных камер зависит от массы зарядов и устойчивости взрываемых пород. К достоинствам метода следует отнести высокую производительность труда на взрывных работах, создание значитель­ных запасов взорванной породы, сокращение числа взрывов, а к не­достаткам — трудоемкость подготовительных работ, значительный выход негабарита, возникновение сейсмических колебаний, сложность ликвидации отказов,

Вторичное дробление. Предельно допустимый линей­ный размер габаритного камня устанавливают по вместимости q ковша экскаватора а == (0,8 — 0,85) q, по размеру загрузочного отверстия А дробилки а == (0,8—0,85) А, по ширине ленты В мм транспортера конвейера а == В — 20.

Негабаритным считается кусок, превышающий размером наимень­шее из двух первых или трех приведенных значений.

Дробление негабарита производят безразлетным способом, исполь­зуя пневмобутобои и падающие грузы, смонтированные на самоход- ных кранах, экскаваторах, колесном тягаче со стрелой и лебедкой. Для дробления негабарита горных пород с коэффициентом крепости 12—14 используют накладные кумулятивные заряды. Этот способ при­меняют для любых горных пород. Для изверженных горных пород эф­фективен гидровзрывной способ.

Кумулятивный заряд ВВ — заряд, в торце которого сделана вы­емка конусной параболической или полусферической формы. При взрыве происходит кумулятивный эффект—явление, при котором раз­лет продуктов взрыва, а следовательно, и их действие концентрируется в желаемом направлении,

При механических способах дробления негабарита для предохра­нения машиниста от осколков породы на стекло кабины устанавливают раму с прочной металлической сеткой с ячейками 20х20 мм на рассто­янии 100 мм от стекла.

После взрыва рыхлую породу из развала грузят экскаватором на автомобили-самосвалы, самоходные землевозы, железнодорожный под­вижной состав или через бункеры на ленточные транспортеры.

Выбор карьерного транспорта производят путем технико-эконо­мического сравнения вариантов с учетом требований СНиП.

Для нормальных условий производства погрузочных работ необ­ходимо обеспечить достаточные габариты рабочей площадки (рис. 142). При использовании автомобильного транспорта ширина рабочей пло­щадки в метрах равна:

в рыхлых и мягких породах Ш = А + П + П+

в скальных породах Ш = Б + П + П+ +

где А — ширина экскаваторной заходки по целику, м; Б = А+М — полная ширина развала разрыхленной взрывом породы;

—ширина буровой заходки по целику, м (принимается в соответ­ствии с параметрами буро-взрывных работ);

М— неполная ширина развала разрыхленной взрывом поро­ды; — ширина проезжей части, м; — ширина обочины с на­горной стороны — со стороны вышележащего уступа, м; — ширина обочины с низовой стороны с учётом

Рис. 142. Схема рабочей площадки:

а — при работе автомобилей; б — схема развала породы, разрыхленной взрывом

устройства лотка и огражде­ния (в крепких скальных породах может быть заменена полосой, взорванной шпуровыми зарядами глубиной 1,5—2 м);

где —высота уступа;иа—углы устойчивого и рабочего отко­сов уступа, град; В — расстояние между рядами скважин, м; п — /число скважин.

Наибольшую ширину захода экскаватора с прямой лопатой при­нимают равной: для рыхлых и мягких пород 1,5 радиуса черпании экскаватора на уровне стояния; для скальных пород, разрыхленных взрывом,— 1,6—1,7 R.

Для бесперебойной работы экскаватора необходимо иметь запас разрыхленной горной породы не менее чем на 10 сут. работы.

Расчетное количество экскаваторов определяют по формуле:

где П — среднекалендарная выработка карьера по сырью в целике в смену, м³; — коэффициент неравномерности подачи транспорта (при автомобильномК== 1,1, при железнодорожном К = 1,1); к— коэффициент использования

экскаватора.

Количество рабочих дней для одного экскаватора при круглого­довой работе определяют по формуле:

где N — количество календарных дней в году за вычетом празд­ников, выходных дней и дней простоев по климатическим условиям (приблизительно 15, более точно для определенных зон — по климати­ческому справочнику); К — межремонтный цикл, маш-ч; т — коли­чество суток простоя в ремонте на протяжении полного ремонтного цикла; t — количество часов работы экскаватора в сутки.