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

10
	Таблица 5
Значения коэффициента структуры пород
Тип	Коэффициент
горной породы	структуры
Вязкие, упругие, пористые породы	2
Дислоцированные с неправильным залеганием и мел-
кой трещиноватостью	1,4
Со сланцевым залеганием и меняющейся крепостью
пород; с напластованием, перпендикулярным к
направлению шпура	1,3
Массивные хрупкие, плотные породы	1,1
Мелкослоистые породы	0,8

Таблица 6

Коэффициент работоспособности ВВ

	Тип ВВ	Коэффициент
		работоспособности ВВ
	Аммонит 6ЖВ	1,0
	Аммонал скальный № 1	0,81
	Аммонит Т-19	1,16
	Детонит 10А	0,82
	Аммонит АП-5ЖВ	1,1
	Аммонит ПЖВ-20	1,2

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ШПУРОВ

Число шпуров в забое ствола определяется по формуле

N =	12,7qSпр.η	,	(3)
	dп2kз ρВВ

где η – коэффициент использования шпуров; dп – диаметр патрона ВВ, см; kз – коэффициент заполнения шпуров, определяется как отношение длины заряда (lз) в шпуре к длине (lшп) шпура (kз= lз/ lшп), и в зависимости от диаметра шпура его значения приведены в табл. 7; ρВВ – плотность ВВ в патронах, г/см3.

11

Значения коэффициентов заполнения шпура			Таблица 7
Показатели	Диаметр патрона ВВ, мм
	32, 36		45
При коэффициенте крепости пород
по шкале проф. М.М. Протодьяконова:
f = 2 – 9	0,6-0,7		0,35-0,45
f = 10 – 20	0,71-0,75		0,45-0,50

Примечание. Во врубовых шпурах коэффициент заполнения шпура принимается на 10-15% больше, чем в остальных шпурах.

Расчетное число шпуров уточняется проведением серии опытных взрывов. Рекомендуется принимать одинаковое количество и единое расположение шпуров, разрабатывая паспорт БВР для преобладающих и более крепких пород, а удельный заряд регулировать изменением коэффициента заполнения шпуров.

Число шпуров на 1 м2 площади забоя в проходке

n =	N	.	(4)
	Sпр

Количество шпуров на 1 м2 площади забоя в отечественной практике применяется от 1,0-1,5 до 2, в зарубежной – от 3 до 4 и более.

7. ГЛУБИНА ШПУРОВ

Глубина шпуров – важнейший параметр буровзрывного комплекса, определяющий подвигание забоя, трудоемкость и продолжительность проходческого цикла.

Глубиной шпуров называется кратчайшее расстояние от забоя шпура до плоскости забоя (по вертикали), а длиной – расстояние от забоя шпура до его устья (по наклону).

На глубину шпуров оказывают существенное влияние физикомеханические свойства пород, приток воды, размеры поперечного сечения выработки, тип и мощность бурильных машин, тип головки буров, диаметр шпура, общая организация работ буровзрывного комплекса.

12

Глубина шпуров предопределяет трудоемкость и продолжительность проходческого цикла и качество взрыва.

Глубина шпуров определяется из условий: горно-геологических (физико-механические свойства пород, угол залегания, площадь поперечного сечения ствола и др.); технических (средства бурения, погрузки, число и расположение шпуров в забое, свойства ВВ, расход ВВ, точность оконтуривания проектного сечения ствола и др.) и организационных (продолжительность цикла и другие условия, обеспечивающие минимальные затратытруда, времени исредств, отнесенные к 1 мподвигания забоя).

В общем случае глубина шпуров должна быть такой, при которой затраты труда, времени и средств на проходку 1 м ствола будут минимальными. При малой (1,5-1,8 м) глубине шпуров увеличивается время на вспомогательные и подготовительно-заключительные операции.

При глубине шпуров до 5 м увеличивается относительное время бурения шпуров, снижаются качество их бурения, дробления горной породы и эффективность использования шпуров. Влияние глубины шпуров на техническую скорость их бурения бурильной машиной ПР25 ЛС с Т-образной коронкой диаметром 52 мм при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа приведено в табл. 8.

Таблица 8 Влияние глубины шпуров на техническую скорость их бурения

	Глубина	Чистая скорость бурения, см/мин		Коэффициент
	шпуров, м			относительной
		f = 3-6	f = 7-10
				скорости бурения
	0,5	47-52	28-32	1,0
	1,5	40-45	24-27	0,85
	2,5	33-37	21-23	0,70
	3,5	25-30	16-19	0,55
	4,5	19-22	12-14	0,40

В породах весьма крепких глубина шпура обычно уменьшается, т. к. в этих условиях резко сказывается снижение скорости бурения в единицу чистого времени и происходит быстрая потеря диаметра шпура. Глубина шпуров при работе по графику цикличной организации труда определяется продолжительностью цикла. С сокращением про-

13

должительности цикла, при прочих равных условиях, уменьшается глубина шпуров.

Впрактике определения глубины шпуров существует множество методик. При их анализе сделан вывод, что методики не в полной мере учитывают оптимальную глубину шпуров по качеству дробления горных пород и минимальным подготовительно-заключительным и вспомогательным операциям с учетом замены буровых коронок.

Практика сооружения вертикальных стволов показывает, что при увеличении темпов проходки стволов с 200 до 400 м/мес. прямопропорционально увеличивается глубина шпуров от 2,15 до 4,5 м.

При применении стволопроходческих комплексов, в которых для бурения шпуров применяются установки типа БУКС, а крепление осуществляется с применением передвижной опалубки по совмещенной технологической схеме, глубина шпуров должна быть предельной – 4,5 м. Исключение могут составлять случаи, когда абразивность горных пород не позволяет осуществить бурение одного шпура одной коронкой. К таким породам могут быть отнесены породы VI-VII классов абразивности по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову.

Взависимости от применяемой технологической схемы проходки ствола средняя глубина шпуров определяется из условия заданной продолжительности проходческого цикла. Окончательное определение глубины шпуров принимается с учетом возможностей применяемого бурильного оборудования.

При проведении скоростных проходок среднюю глубину шпуров можно определить по установленной скорости:

	lшп =	VмТц	,	(5)
		nmη

где Vм – заданная месячная скорость проходки, м/мес.; Тц – продолжительность цикла, ч; m – число часов в сутки, в течение которых производятся работы по проходке ствола, ч; n – число рабочих дней в месяце по проходке ствола.

Глубину отбойных и оконтуривающих шпуров принимают равной средней расчетной глубине шпуров, а врубовые шпуры бурят на 15-20% длиннее средней глубины.

Определив среднюю глубину шпуров, выполняют комплектацию процесса соответствующим оборудованием, технологией и организаци-

14

ей работ, чтобы все проходческие операции были выполнены в заданное время цикла.

Установлено, что трудоемкость бурения шпуров с учетом вспомогательных операций имеет минимальное значение при глубине шпуров

lш = 3÷4 м.

При расчете паспортов БВР необходимо определить глубину врубовых шпуров, дифференцировав их для различных горногеологических условий, с учетом двух поверхностей обнажения. Это делается при рассредоточении зарядов врубовых шпуров по двум или трем окружностям. Глубина шпуров первой окружности определяется:

′	=	2	(6)
lвр		3 lзах,

где lзах – величина заходки, равная высоте опалубки, м.

Глубина врубовых шпуров второй окружности

	′
′′	lзах −lврη1	+lврη1	,	(7)
lвр =	0,9η1

где η1 – коэффициент использования врубовых шпуров первой окружности.

Глубина шпуров должна быть равной или несколько больше величины заходки, т. е.

lшп =1,03lзах.	(8)

8. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ШПУРОВ

Расположение шпуров по площади забоя имеет важное значение и совместно с другими параметрами предопределяет качество взрывных работ. Оно зависит от физико-механических характеристик пересекаемых пород, типа применяемых бурильных машин и бурового инструмента, типа ВВ и СИ, заданной величины подвигания забоя за взрыв и других факторов.

В стволах круглой формы шпуры располагают по концентрическим окружностям при горизонтальном или пологом залегании слоев. При проходке стволов в породах с крутым залеганием оконтуривающие шпуры располагают по окружностям, а врубовые и отбойные – рядами.

Количество окружностей в зависимости от диаметра и прочностных свойств горных пород может быть от трех до пяти-шести.

15

Шпуры в зависимости от назначения, очередности взрывания и местоположения в забое делят на: врубовые – в стволах располагают в средней части и взрывают первыми, служат для образования второй плоскости обнажения; оконтуривающие – располагают по контуру поперечного сечения ствола и взрывают последними; отбойные (вспомогательные) – располагают между врубовыми и оконтуривающими и взрывают после врубовых.

8.1. Врубовые шпуры

Взависимости от положения шпуров в пространстве по отношению к плоскости забоя и форме воронки, которая образуется после взрыва врубовых шпуров, различают следующие основные схемы врубов: конусные, клиновые, призматические.

Впородах средней крепости рекомендуется применять конусный вруб, образуемый 6-9 шпурами, располагаемыми по окружности диа-

метром 1,5-2,5 м. Их бурят под углом 60-80° к плоскости забоя. В центре забоя ствола следует отбурить шпур глубиной 0,7-1,2 м, который или заряжают уменьшенным зарядом или не заряжают вообще. Он служит ориентиром для разметки шпуров, в него устанавливается шаблон при разметке, а его заряд способствует дроблению породы в верхней части вруба и уменьшает высоту выброса породы при взрывании зарядов врубовых шпуров.

В крепких породах врубовые шпуры располагают по двум окружностям – двойной конусный вруб. Шпуры внутренней окружности бурят под углом 55-65° глубиной, в два раза меньшей, чем врубовые шпуры второй окружности.

Сосредоточенное расположение заряда конусного вруба способствует лучшему разрушению и выбросу породы из воронки взрыва. Однако бурить наклонные шпурытруднее, особенно бурильными установками.

Клиновой вруб применяют при крутом падении пластов породы. Вруб образуется взрыванием от 3 до 6 пар шпуров, наклоненных один к другому. Шпуры располагают по двум (одинарный) или четырем (двойной) рядам на расстоянии 1,5-2 м, в каждом из которых им придают наклон к оси ствола (под углом 70-80°), направленной по простиранию пластов. Такое расположение врубовых шпуров способствует лучшему

16

формированию воронки при соответствующем залегании породы и увеличивает КИШ.

Цилиндрический вруб применяют в слабых и средней крепости породах. Шпуры располагают вертикально по одной или двум окружностям диаметром 1,5-2,5 м. Для улучшения условий взрывания в центре бурят один укороченный шпур, который не заряжают. Он облегчает разрушение породного целика, оконтуренного врубовыми шпурами. Врубовые шпуры по двум окружностям бурят преимущественно в породах средней крепости. Глубина шпуров на внутренней окружности и их заряд примерно в два раза меньше, чем на внешней.

При цилиндрическом врубе облегчаются условия разметки и бурения шпуров, уменьшается время на вспомогательные операции (регулирование угла наклона шпуров), уменьшается разлет породы, но несколько увеличивается расход ВВ. В соответствующих горно-геологических условиях цилиндрические врубы получили широкое распространение.

В настоящее время на проходке стволов широкое распространение получили прямые цилиндрические врубы, благодаря которым при механизированном бурении шпуров увеличивается скорость бурения и происходит меньший разлет кусков породы при взрыве.

При проходке стволов по очень крепким породам применяют конусные врубы, а при крутом залегании пластов – клиновые.

8.2. Отбойные шпуры

Отбойные (вспомогательные) шпуры предназначены для разрушения до определенной фракции основной массы породы. В зависимости от диаметра ствола и диаметра патронов ВВ их располагают по од- ной-четырем окружностям вертикально или наклонно.

Числоокружностейрасположенияотбойныхшпуровопределитсякак

	no =	Dвч − Dвр −2C	−1,	(9)
		2W

где С – расстояние устьев оконтуривающих шпуров от породной стенки ствола, м; W – расстояние между окружностями оконтуривающих и отбойных шпуров (линия наименьшего сопротивления – л.н.с.), м; Dвч – диаметр ствола вчерне, м; Dвр – диаметр окружности врубовых шпуров, м.

17

Диаметр окружности расположения оконтуривающих шпуров определится как

Dок = Dвч −2С .

(10)

Диаметры окружностей отбойных шпуров будут равны (м):

•при размещении комплекта шпуров по трем окружностям, когда отбойные шпуры располагают по одной окружности:

Dотб' = Dвр + Dок −Dвр ,

2

• при размещении отбойных шпуров по двум окружностям:

Dотб' = Dвр + Dок − Dвр ;

3

Dотб'' = Dвр + 2 Dок − Dвр ,

3

• при размещении отбойных шпуров по трем окружностям:

Dотб' = Dвр + Dок − Dвр ; 4

Dотб'' = Dвр + Dок − Dвр ;

2

	'''		Dок − Dвр
	Dотб	= Dвр + 3		,
			4

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

где D'отб, D''отб, D'''отб – соответственно диаметры первой, второй и третьей окружностей расположения отбойных шпуров, м.

После уточнения схемы расположения шпуров производится проверка правильности расположения шпуров в забое ствола. Для этой цели определяются величина линии наименьшего сопротивления и расстояния между шпурами по формулам:

W = (30 ÷60)Rоз;

a = mW ,	(17)

где (30÷60) – эмпирический коэффициент, который принимается в зависимости от прочностных свойств горных пород – чем порода слабее, тем больше коэффициент; Rоз – радиус одиночного заряда; m – коэффициент сближения шпуров, равный 0,9-1,2 – чем меньше коэффициент крепости пород, тем больше m.

18

Фактические значения л.н.с. и расстояния между шпурами должны быть меньше, чем определенные по формулам.

8.3. Оконтуривающие шпуры

Оконтуривающие шпуры предназначены для придания стволу проектной формы и размеров поперечного сечения. Их располагают по внешней окружности на расстоянии С, равном 150-250 мм от породной стенки ствола, с наклоном к внешнему контуру ствола. Расстояние С и угол наклона оконтуривающих шпуров устанавливают в зависимости от типа бурового оборудования, расстояния от забоя до постоянной крепи или опалубки, крепости породы. Эти значения определяют экспериментально с расчетом обеспечения минимальных переборов и наиболее ровного породного контура. Причем следует учитывать возможность применения контурного взрывания.

Основными параметрами контурного взрывания являются максимальное приближение оконтуривающих шпуров к проектному контуру и бурение их под минимальным углом к борту выработки. В идеальном случае оконтуривающие шпуры должны буриться по проектному контуру ствола параллельно его бокам.

Однако характеристики современных бурильных машин таковы, что при бурении оконтуривающих шпуров неизбежны выход забоев шпуров за проектный контур выработки и отступление устьев шпуров от линии проектного контура на величину размера корпуса бурильной головки от оси штанги.

В породах с f < 10 оконтуривающие шпуры бурят так, чтобы их забой располагался на проектном контуре ствола. В породах с f≥10 забой шпуров должен выходить за проектный контур на 100-150 мм.

С практической точки зрения рекомендуется принимать одинаковое количество и единое расположение шпуров, разрабатывая паспорт БВР для преобладающих и более крепких пород, а удельный заряд регулировать изменением коэффициента заполнения шпуров. Кроме того, при применении бурильных установок типа СМБУ-4М, УБС, исходя из их конструктивных особенностей, рекомендуется рассчитанное количество врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров в забое ствола принимать кратным трем.

19

Соотношение между диаметрами окружностей, числом окружностей и числом шпуров в окружностях можно принять по табл. 9.

Таблица 9

Соотношение между диаметрами окружностей, числом окружностей и числом шпуров в окружностях

		Отношение диаметра окружности			Соотношение числа
	Тип				шпуров по окружности
		к диаметру ствола вчерне
					при количестве
	шпуров	при числе окружностей
					окружностей
		3	4	5	3	4	5
	Врубовые	(0,3-0,35)Dвч	(0,25-0,3)Dвч	(0,2-0,25)Dвч	1	1	1
	Отбойные по окружностям:
	I	(0,6-0,65)Dвч	0,5Dвч	0,45Dвч	2-2,5	2-2,5	2
	II	–	(0,7-0,75)Dвч	(0,6-0,7)Dвч	–	3-3,5	2,5-3
	III	–	–	(0,7-0,8)Dвч	–	–	3,5-4
	Оконтури-	0,95Dвч	0,95Dвч	0,95Dвч	3-3,5	4-4,5	4,5-5
	вающие

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО РАСХОДА ВВ

Расчетное количество ВВ на взрыв определяется по формуле

Q = qV ,

(18)

где q – принятый удельный расход ВВ, кг/м3; V – объем обуренной породы, м3.

Величины зарядов отбойных и вспомогательных шпуров принимают равными расчетной величине заряда (кг):

q =	Q
	N .	(19)

В породах с пределом прочности на сжатие менее 100 МПа величину заряда оконтуривающих шпуров уменьшают на 10-15 %.

Врубовые шпуры заряжают зарядами на 15-25 % больше средних. Окончательную массу всех шпуров уточняют с расчетом размещения в каждом шпуре целого числа патронов.

Фактический расход ВВ на цикл (кг) определится

Qф = nврqвр + nотбqотб + nокqок ,

(20)