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

20

где nвр, nотб, nок – соответственно число врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров; qвр, qотб, qок – масса зарядов соответственно врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, кг.

10. ОРГАНИЗАЦИЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ

Бурение шпуров является одной из трудоемких операций и занимает 15-25% от общего времени цикла. В забоях стволов шахт оно производится бурильными машинами ударного действия вручную или с помощью бурильных установок.

Количество перфораторов, одновременно работающих в забое, определяется из выражения

nп =	Sвч	,	(21)
	Sп

где Sп – площадь забоя, приходящаяся на один перфоратор, м2: для обычных проходок Sп = 4-5, для скоростных – Sп = 1,5-2 м2.

В целях сокращения времени и трудозатрат на процесс бурения шпуров на некоторых проходках стволов применяют различные установочные приспособления. Например, навески направляющих балок с бурильной машиной БУ-1 на грейфер породопогрузочной машины КС2У/40 или специально изготовленный контейнер-подмости, обеспечивающие бурение шпуров ручными перфораторами глубиной 2,5-2,8 м без замены штанг.

К достоинствам бурения шпуров ручными перфораторами относятся: малая стоимость оборудования; надежность процесса бурения, так как неисправные перфораторы быстро заменяются; маневренность, поскольку время и производительность бурения регулируются числом перфораторов; малое время подготовительно-заключительных операций.

Недостатки способа – тяжелый ручной труд при низкой производительности труда и отрицательное влияние шума и вибрации на бурильщиков.

Бурение шпуров перфораторами следует применять при коэффициенте крепости пород f < 20 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, при невозможности использовать бурильные установки или при орга-

21

низации скоростных проходок, но при этом необходимо обеспечить полную занятость всех проходчиков в течение цикла или использование специального звена бурильщиков с работой по вызову.

Для механизированного бурения шпуров диаметром 43-52 мм в породах различной крепости при проходке стволов диаметром 5,5-9 м широкое применение получили бурильные установки типа БУКС-1м и СМБУ-4м.

Унифицированные бурильные установки типа БУКС на основе базовой модели БУКС-1м включают несколько модификаций. Бурильные установки БУКС-1у2, БУКС-1у3, БУКС-1у4, БУКС-1у5 имеют две, три, четыре и пять бурильных машин для бурения шпуров глубиной до 4,5 м и применяются в комплексе с погрузочными машинами типа КС.

Установки СМБУ-4м на три, а УБС-6 на шесть бурильных машин применяют в комплексе с любыми погрузочными машинами для бурения шпуров глубиной до 3,9 м [1].

С учетом опыта эксплуатации бурильных установок типа БУКС и СМБУ в ЦНИИПодземмаше разрабатывается новая электрогидравлическая машина типа БУС, которая предназначена для совместной работы с погрузочной установкой МПГС [1]. Техническая производительность установки БУС в два раза выше, чем установок типа БУКС-1М.

Производительность бурения, м/мин, установками типа БУКС и СМБУ определяется по формуле

Q =	60ϕnбkнvм	,
б	1+∑tв		(22)

где ϕ – коэффициент одновременности работы бурильных машин, равный 0,7- 0,8; nб – число бурильных машин в установке; kн – коэффициент надежности бурильной установки, равный 0,8-0,9; vм – механическая скорость бурения шпура диаметром 46-52 мм; Σtв – время вспомогательных работ при бурении 1 м шпура (замена коронок, обратный ход штанги, перемещение установки в забое и др. работы).

Механическая скорость бурения шпура в породах с f<6 равна 0,8- 1,2 м/мин; при f=7-9 vм=0,8 м/мин; при f=10-12 vм=0,5-0,7 м/мин. При бурении шпуров диаметром 40-43 мм скорость бурения увеличивается на 20-25%.

22

В общем виде время бурения шпуров без подготовительнозаключительных работ определяется:

T = Nlшп .
б	Qб	(23)

Сопоставляя практику бурения шпуров ручными бурильными машинами и механизированными бурильными установками, можно сделать следующие выводы: общие затраты труда на бурение 1 м шпура при использовании бурильных установок в 2-4 раза ниже, чем при бурении шпуров ручными бурильными машинами; при этом резко улучшаются условия труда бурильщиков; обеспечивается более точная разметка шпуров, способствующая получению правильного контура вертикального ствола.

11. ЗАРЯЖАНИЕ И ВЗРЫВАНИЕ ШПУРОВ

После бурения всех шпуров и очистки их от буровой мелочи приступают к их заряжанию. В процессе заряжания шпуров принимают участие проходчики, имеющие на это право, под руководством мастеравзрывника. Площадь забоя ствола, приходящаяся на одного проходчика при заряжании шпуров составляет 6-10 м2 при обычной проходке и 4- 6 м2 при скоростной.

При заряжании шпуров патроны ВВ по одному опускают в шпуры и досылают деревянным забойником (трамбовкой) до забоя шпура или ранее уложенных патронов, при этом забойником несколько уплотняют патроны. При прямом инициировании последним в шпур досылают па- трон-боевик, при обратном инициировании заряжание шпура начинают с патрона-боевика.

После укладки в шпур всего заряда оставшаяся его часть заполняется забойкой с периодическим уплотнением. Качество взрыва во многом зависит от качества забойки, которое определяется длиной и плотностью забойки. Чем больше длина и плотность забойки, тем больше сопротивление движению продуктов взрыва к устью шпура. В момент взрыва в нижней части забойки образуется зона повышенной плотно-

23

сти, которая заставляет работать продукты взрыва равномерно во всех направлениях, что увеличивает эффект разрушения породы.

В стволах, проходимых по обводненным породам, нет необходимости применять забойку, так как ее роль может выполнять вода. После заряжания шпуров прекращают откачивание воды из забоя и подтапливают ствол не менее чем на 20 см выше самой высокой точки забоя. При взрыве вода играет роль ликвидатора свободного пространства в шпурах и поглотителя части газообразных продуктов взрыва.

Одновременно с забойкой в шпуры по двум окружностям вставляют деревянные колышки на высоте 0,6-0,8 м над забоем, на которых монтируется 2 кольцевые антенны из алюминиевого провода площадью поперечного сечения 6 мм2 или из медного – не менее 4 мм2. К антенне подсоединяют концы проводов электродетонаторов. Подсоединение электродетонаторов к антенне производят по параллельной, последовательной, парал- лельно-последовательной илипоследовательно-параллельной схемам.

При параллельной схеме каждый конец провода подсоединяется к отдельной нитке антенны.

При последовательной схеме проводники электродетонаторов соединяют между собой, а оставшиеся два провода подсоединяют к антенне. Это очень простая и менее энергоемкая схема.

При параллельно-последовательной схеме электродетонаторы делят на группы. В каждой группе электродетонаторы соединяют параллельно, а группы между собой – последовательно. При этой схеме во всех электродетонаторах группы проходит ток одинаковой силы.

При последовательно-параллельной схеме электродетонаторы в группе соединяют последовательно, а группы между собой – параллельно. Эта схема требует менее мощный источник тока. Наибольшее распространение при проходке стволов получили две последние схемы.

После монтажа электрической сети должно быть проверено соответствие фактического сопротивления взрывной сети ее расчетному сопротивлению. Расхождение измеренного и расчетного сопротивления сети не должно превышать 10%.

Антенны подсоединяются к магистральному взрывному кабелю, проложенному в стволе путем подвеске к канату.

24

Перед взрыванием зарядов открываются все ляды и рабочие удаляются от ствола на безопасное расстояние.

После определения параметров паспорта БВР он оформляется по 5 разделам в соответствии с приложением.

12. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

БВР

Автоматизированный расчет параметров БВР при строительстве вертикальных стволов производится по программе «BVR», разработанной на кафедре СПСиШ КузГТУ.

После запуска программы и регистрации пользователя в ней, в открывшемся диалоговом окне выбирается вид выработки для расчета: «Вертикальная». После нажатия Enter необходимо осуществить ввод некоторых исходных данных в указанной последовательности, заполняя пустые поля или исправляя предлагаемые числовые значения с учетом указанных единиц измерения.

1.Диаметр выработки в свету, м.

2.Диаметр выработки в проходке, м.

3.Прочность пород на сжатие, МПа.

4.Приток воды в выработку, м3/ч.

5.Расстояние между поверхностями ослабления пород, м.

6.Глубина ведения работ, м.

7.Продолжительность цикла, ч.

8.Заданная скорость проходки, м/мес.

9.Схема производства работ:

–последовательная без временной крепи;

–последовательная с использованием временной крепи;

–параллельная;

–параллельно-щитовая;

–совмещенная.

В случае некорректного ввода данных программой предусматривается их контроль и будет выведено сообщение по установленной неточности ввода.

25

После выбора технологической схемы производства горнопроходческих работ программой предлагается произвести выбор применяемого взрывчатого вещества из имеющегося списка (рис. 2) или ввести данные нового ВВ, не установленного в программе: наименование; плотность ВВ в патронах, г/см3; работоспособность, см3; диаметр патрона, мм; длина патрона, м; масса патрона, кг.

Рис. 2. Окно выбора взрывчатого вещества

В случае затруднения при выборе типа ВВ активизируется помощь (кнопка F1), которая характеризует область их применения (см. табл. 1). После выбора типа ВВ и нажатия Enter программой предусматривается ввод показателя дробимости горных пород, который устанавливается на основании табл. 10 или активизированной помощи программы «BVR».

Для дальнейшей работы программы необходимо указать коэффициент структуры горных пород (см. табл. 5) и коэффициент использования шпура, после ввода которого программой предусматривается переход в окно выбора типа и высоты опалубки.

Выбор типа опалубки производится на основании задания на проектирование или исходя из области ее применения и высоты. Программой предусматривается также и возможность использования инвентарной опалубки (рис. 3).

26

Показатель дробимости горных пород			Таблица 10
	Показатель			Показатель
Горные породы	дробимос-	Горные породы		дробимос-
	ти, см3			ти, см3
Алевролит	5,5	Аргиллит		6,1
Габбро	2,9	Мелкозернистый извест-		7,6
		няк
Габбро-диабаз	1,47	Молибденовая руда		9,5
Глинисто-углистый сланец	14,8	Мрамор белый		8,5
Гранит крупнозернистый	4,1	Мраморизованный из-		4,9
		вестняк
Гранит мелкозернистый	2,9	Окремненный серацито-		3,6
биотитовый		хлоритовый сланец
Гранит окварцованный	2,4	Песчаник		3,3
Гранит серый	4,4	Песчаник пористый		4,2
Диорит среднезернистый	3,1	Песчано-глинистый сла-		2,9
Доломитизированный из-
	11,4	нец
вестняк
Железистый кварцит	2,5	Пироксенит		0,93
Известковый алевролит	1,73	Плотный кварц с пиритом		4,4
трещиноватый
Известняк мелкотрещино-	2,9	Плотный порфирит		1,8
ватый с прослойками
		Полиметаллическая руда		6,0
кальцита
Известняк скарнирован-	5,6	Порфирит диоритовый		1,6
ный
Кварцитовый песчано-	2,1	Порфирит слабокремни-		2,2
глинистый сланец		стый
Колчеданная руда	3,9	Руда магнетитовая		2,2
Крупнозернистый песча-		Серый песчаник с вкрап-		1,9
	2,0	лением борнита
ник с вкраплениями халь-
		Туфогенный песчаник
козина				2,2
		среднезернистый
Магнетитовая руда	5,3	Уголь		1,9

27

Рис. 3. Выбор типа и высоты опалубки

Для проведения дальнейшего расчета следует принять бурильное оборудование. При этом программой предлагаются характеристика и область применения ручных перфораторов и бурильных установок из приведенного перечня, включающего практически все существующее оборудование.

Для проведения расчета параметров паспорта БВР в программе используются следующие характеристики оборудования, которые необходимо ввести при выборе из списка оборудования – «Другое»: тип бурильного оборудования; начальная техническая скорость бурения, м/мин; коэффициент средней скорости бурения; продолжительность вспомогательных операций, мин; число бурильных молотков; норма времени на бурение; продолжительность подготовки к работе, мин; максимальная глубина бурения, м.

После выбора типа бурильного оборудования производится выбор погрузочных машин. Предлагаемый список оборудования содержит погрузочные машины грейферного типа с ручным и механизированным вождением грейфера по забою, а также электрогидрофицированную машину ПМС, конструкции Кузниишахтострой. Программой предусматривается возможность применения другого оборудования, не приведенного в списке. При этом необходимо ввести его технические данные, запрошенные программой для проведения расчета.

28

На следующем этапе вычислений следует указать способ доставки бетонной смеси в ствол: по бетонопроводу или в бадьях (контейнерах). Практикой строительства вертикальных стволов в Кузбассе обоснованно доказана эффективность доставки бетонной смеси в ствол по бетонопроводам, закрепленным к стенкам ствола. Приготовление бетонной смеси производится на приобъектных бетонно-растворных узлах (БРУ) производительностью 15-75 м3/ч.

После ввода рассмотренных данных программой предусмотрен выбор типа подъема: одноконцевой или двухконцевой (последний из которых применяется при использовании постоянных подъемных машин) и типа бадей.

Дальнейшей работой программы «BVR» производится расчет глубины шпура по различным факторам, и пользователю необходимо принять глубину отбойных шпуров, которая не должна превышать возможности бурильного оборудования (рис. 4).

Рис. 4. Принятие глубины шпуров

На последнем этапе ввода данных для работы программы необходимо выбрать тип вруба (см. п. 8), после чего будут выведены результаты расчета параметров паспорта БВР в виде сводных таблиц и ожидаемые технико-экономические показатели.

29

13. ПРИМЕР АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПАСПОРТА БВР

13.1. Исходные данные

Автоматизированный расчет параметров паспорта БВР выполнен по методике, изложенной в п. 12 для следующих исходных данных.

Диаметр выработки в свету, м		– 8,5
Диаметр выработки в проходке, м		– 9,0
Прочность пород на сжатие, МПа		– 80
Приток воды в выработку, м3/ч		– 5,6
Расстояние между поверхностями ослабления пород, м – 1,2
Глубина ведения работ, м		– 350
Продолжительность цикла, ч		– 24
Заданная скорость проходки, м/мес.		– 85
Схема производства работ		– совмещенная
Тип ВВ		– скальный аммонал № 1
Диаметр патрона, мм		– 45
Вид горных пород		– песчаник
Показатель дробимости		– 3,3
Коэффициент структуры горных пород		– 1,3
Коэффициент использования шпуров		– 0,85
Тип опалубки		– ОСД-75, высотой 4,2 м
Бурильное оборудование		– СМБУ-4М
Погрузочная машина		– КС-2у/40
Способ доставки бетонной смеси в ствол		– по бетонопроводу
Приготовление бетонной смеси		– приобъектный БРУ
Производительность БРУ, м3/ч		– 15
Тип подъема	– одноконцевой с перецепкой бадей
Тип бадей		– БПСМ-3,5
Принятая глубина отбойных шпуров, м		– 3,6
Тип вруба	– конический по одной окружности

13.2. Результаты расчета

	ПАСПОРТ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ
1.	Сечение выработки, м2: в свету	56,72
	в проходке	63,59
2.	Прочность вмещающих пород, МПа	80
3.	Буровые машины	СМБУ-4М
4.	Глубина отбойных шпуров, м	3,60