Ю.А. Масаев Расчет параметров БВР при сооружении вертикальных стволов

1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Методические указания по расчету параметров буровзрывных работ (БВР) при сооружении вертикальных стволов угольных шахт и рудников подготовлены в соответствии с типовой программой дисциплины «Технология шахтного и подземного строительства», часть 2. «Строительство вертикальных горных выработок» и требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки горных инженеров по специальности 090400 «Шахтное и подземное строительство».

Расчет параметров БВР производится на основании задания на проектирование, выдаваемого руководителем. Работа над проектом должна научить студента принимать наиболее целесообразные технические и технологические решения по расчету параметров БВР при сооружении вертикальных стволов угольных шахт и рудников и является самостоятельным разделом проекта производства работ.

При выполнении расчетов параметров БВР студент должен использовать учебники, конспекты прослушанных лекций, результаты выполненной выпускной квалификационной работы, данные производственной практики, труды научно-исследовательских и проектных институтов, специальную литературу и настоящие методические указания, которые вводят в круг вопросов, подлежащих решению, и указывают на последовательность и объем их разработки.

Результаты расчета оформляются в виде пояснительной записки и графической части, в соответствии с требованиями ЕСКД и общими требованиями к текстовым документам [1, 2].

В пояснительной записке излагаются обоснования принятых технических решений, даются расчеты, предусмотренные в методических указаниях, приводятся рисунки, схемы и таблицы с основными техни- ко-экономическими показателями. Следует избегать изложения общих положений из учебников и другой литературы.

Формулы в записке сопровождаются расшифровкой значений символов и нумеруются.

2

Графическая часть содержит рисунки и схемы, которые выполняются карандашом или тушью с проставлением размеров, нумеруются в пределах каждого раздела и сопровождаются подрисуночными подписями. Графическую часть приводят в пояснительной записке на листах формата А4.

1. СОСТАВ И ЗАДАЧИ БВР

При проходке вертикальных стволов по породам средней крепости и крепким основным способом разрушения пород в забое является буровзрывной. В этих условиях, при наличии высокопроизводительных подъемных и забойных комплексов, выбор рациональных параметров БВР имеет исключительное значение для повышения эффективности использования производственных ресурсов и процессов труда.

В общем цикле проходческих работ удельные затраты на буровзрывные работы составляют 25-30% при проходке стволов в породах с пределом прочности на одноосное сжатие 60-80 МПа и 45-50% и более соответственно при 100-150 МПа.

Буровзрывные работы при проходке стволов включают: спускподъем бурильной установки; бурение шпуров и их заряжание; подъем подвесного проходческого полка на безопасную высоту; взрывание шпуровых зарядов; проветривание; спуск проходческого оборудования к забою и приведение его в безопасное состояние.

Существующие специфические условия проходки стволов предъявляют повышенные требования к выбору оптимальных параметров БВР и организации ведения взрывных работ.

Качественно выполненные буровзрывные работы должны обеспечить точное оконтуривание поперечного сечения ствола с минимальными переборами; равномерное дробление породы, от которого зависит производительность погрузочных машин; наибольший коэффициент использования шпуров, определяющий скорость подвигания забоя; экономию расхода материалов и энергии; минимальные затраты времени на 1 м проходки ствола; безопасность работ.

Для выполнения этих основных требований необходимо правильно определять параметры буровзрывного комплекса: тип взрывчатого

3

вещества и средств взрывания; величину удельного заряда ВВ; конструкцию заряда; диаметр, глубину и количество шпуров; расположение шпуров в забое; тип буровых машин и бурового инструмента; организацию бурения, заряжания и взрывания шпуров.

При расчете параметров БВР рекомендуется рассчитывать два паспорта буровзрывных работ с приведением необходимых графических схем и эскизов: один – для участка преобладающих и наиболее крепких пород, другой – для характерного участка горных пород, отличного по прочностным показателям от предыдущего (или выполнить проверочный расчет для рассмотренного участка ствола). Расчет основных параметров паспорта БВР второго участка производится по программе «BVR» (лаборатория кафедры СПСиШ (а. 4205), раздел

«STUDENT»).

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА

Расчет параметров буровзрывных работ, в соответствии с рекомендациями [3, 4, 5, 6], необходимо выполнять в следующем порядке: выбрать тип взрывчатого вещества (ВВ) и средства инициирования (СИ); принять схему инициирования заряда и его конструкцию; рассчитать величину удельного заряда ВВ; обосновать диаметр шпуров; определить глубину шпуров и их количество; принять расположение шпуров в забое, выбрать схему вруба, схему соединения электродетонаторов; обосновать принятый тип бурильных машин, инструмента и коронок для данного вида горных пород; рассчитать расход ВМ на цикл и величину заряда каждого шпура, длину забойки и составить паспорт буровзрывных работ.

В заключение проекта следует рассмотреть организацию работ в забое ствола по бурению, заряжанию и взрыванию шпуров.

Паспорт буровзрывных работ, составленный для участка преобладающих и наиболее крепких пород, с эскизами расположения шпуров и конструкцией заряда приводится в приложении к пояснительной записке. Результаты компьютерного расчета приводятся в тексте пояснительной записки.

4

Определяются эксплуатационная производительность бурильной установки и экономические показатели паспорта БВР.

3. ВЫБОР ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СРЕДСТВ ИНИЦИИРОВАНИЯ

При сооружении стволов применяют взрывчатые вещества с наиболее высокими параметрами детонации, обладающие значительной работоспособностью, бризантностью и водостойкостью. Выбор ВВ производят с учетом пылегазового режима шахты, прочностных свойств и водообильности горных пород.

Для взрывных работ при проходке стволов на шахтах, не опасных по газу и пыли, применяют ВВ II класса: в сухих и обводненных забоях – аммонал М-10 (в полиэтиленовой оболочке, диаметром 45; 90 мм); аммонит 6ЖВ (в полиэтиленовой оболочке, диаметром 60-90 мм); аммонит ПНП-А6ЖВ-90 (в полиэтиленовой оболочке, диаметром 90 мм); в сухих и осушенных забоях – аммонал М-10 (патронированный); аммонит скальный № 1 (патронированный); аммонит 6ЖВ (патронированный); детонит М.

В шахтах, опасных по газу или пыли, применяют ВВ III и IV классов: аммонит (АП-5ЖВ) и в угольных и смешанных забоях – аммонит ПЖВ-20 и Т-19. При механизированном заряжании применяют ВВ типа гранулитов: в сухих и обводненных шпурах и скважинах – АС-4В; АС8В; в сухих шпурах и скважинах – А-6; АС-4; АС-8; АС-М (в сульфидных рудах); Д-5; М; Игданит. При вскрытии пластов с суфлярным выделением метана – ВВ V класса – угленит Э-6. Рекомендуемая область применения наиболее распространенных ВВ на шахтах и рудниках приведена в табл. 1.

При проходке стволов, отнесенных к опасным по газу и пыли, допускается применение непредохранительных ВВ при содержании метана в забое менее 1% и подтоплении забоя водой на 20 см. Взрывание зарядов производится только с земной поверхности при удалении людей на 50 м от устья ствола.

При проходке стволов шахт, опасных по газу и пыли применяется электрическое взрывание.

5

При этом применяются электродетонаторы ЭДКЗ-0П мгновенного действия; ЭДКЗ-П короткозамедленного действия с замедлением до 125 мс; ЭДКЗ-35-П с замедлением до 200 мс (6 серий); ЭДКЗ-ПК с замедлением до 200 мс (9 серий); ЭДКЗ-ПМ – с замедлением до 120 мс (7 серий).

В качестве средств инициирования при проходке стволов шахт, не опасных по газу и пыли, применяют непредохранительные электродетонаторы (ЭД): мгновенного действия ЭД-8-Ж, ЭД-1-8-Т и короткозамедленного действия ЭД-КЗ с замедлением 25, 50, 75, 100, 150 и 250 мс.

Расход ВВ зависит от физико-механических свойств пород, работоспособности ВВ, качества и плотности забойки, площади поперечного сечения ствола, глубины шпуров, конструкции зарядов и других факторов.

7

Применение патронов ВВ диаметром 45 мм по сравнению с патронами диаметром 32 мм позволило: снизить общее число шпуров в комплекте в 1,5 раза; уменьшить удельный расход ВВ на 15-20% и время заряжания шпуров на 6-8%; увеличить КИШ на 8-10%; снизить объем погружаемой породы с предварительной разборкой. К недостаткам относятся менее точное оконтуривание сечения ствола, снижение скорости бурения шпуров и увеличение трещиноватости породных стенок.

При проходке стволов рекомендуют применять колонковую конструкцию зарядов, при которой патроны располагают вплотную друг к другу (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция заряда в шпуре:

а – с прямым инициированием; б – с обратным инициированием;

1 – патрон-боевик;

2 – патрон ВВ; 3 – забойка;

4 – ЭД

Согласно ЕПБ при взрывных работах па- трон-боевик должен быть расположен первым от устья (прямое инициирование). Элек-

тродетонатор необходимо помещать в ближайшей к устью шпура тор-

цевой части патрона-боевика так, чтобы дно гильзы электродетонатора было направлено ко дну шпура (рис. 1, а). Допускается расположение патрона-боевика первым от дна шпура, при этом дно гильзы электродетонатора должно быть направлено к устью шпура (рис. 1, б).

Второй вариант (обратное инициирование) требует применения электродетонаторов с большей длиной провода, чем при прямом ини-

8

циировании. Поставка электродетонаторов с длиной проводов, большей чем стандартная (2 м), согласовывается с заводом-изготовителем и может быть до 4,5 м.

При обратном инициировании энергия взрыва используется более эффективно, так как разрушение начинается в глубине массива пород и направлено к плоскости обнажения (забою).

Пространство от последнего патрона до устья шпуров рекомендуется заполнять забойкой, которую производят гранулированным шлаком, крупнозернистым песком или пыжами (смесь глины с песком в отношении 1:3).

Запрещается взрывание зарядов без забойки. При взрывании по углю и породе величина забойки должна быть равна:

–при глубине шпуров от 0,6 до 1,0 м – половине глубине шпура;

–при глубине шпуров более 1,0 м – не менее 0,5 м;

–минимальная глубина шпура по углю и породе должна быть 0,6 м;

–при наличии в забое нескольких открытых поверхностей расстояние от любой точки заряда ВВ до ближайшей поверхности должно быть не менее 0,5 м по углю и не менее 0,3 м по породе.

5. УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ВВ

Удельный расход ВВ предопределяет качество взрыва. При недостаточном количестве ВВ происходит значительный выход крупной фракции, снижаются коэффициент использования шпура (КИШ) и качество оконтуривания забоя ствола. При излишнем количестве ВВ повышается стоимость буровзрывных работ, нарушается устойчивость вмещающих пород, нарушается крепь и повреждается оборудование.

Расход ВВ зависит от физико-механических свойств пород, типа ВВ, сечения ствола, диаметра патрона ВВ и др. факторов.

Нормальный удельный расход ВВ для различных горных пород по данным Н.М. Покровского приведен в табл. 4.

Удельный расход ВВ, кг/м3, рассчитывают по формуле Н.М. Покровского:

9

где qo – нормальный удельный расход ВВ, зависящий от свойств горных пород, кг/м3 (определяется по табл. 4 или ориентировочно равен 0,1f ); f1 – коэффициент структуры породы, принимается на основании типа горных пород (табл. 5); υ – коэффициент зажима породы, зависящий от площади поперечного сечения выработки, глубины шпуров и числа обнаженных поверхностей, определяется по формуле

где Snp – площадь поперечного сечения ствола в проходке, м2; е – коэффициент работоспособности ВВ, принимается по табл. 6.