Взрывные работы при проведении подземных горных выработок

Горные выработки, проводимые в массиве с различными физикомеханическими свойствами и структурными особенностями, могут иметь различные направления, срок службы и назначение.

Выработки обычно проводят сплошным или уступным забоями. Первые применяют в неоднородных породах, когда ведут раздельную выемку; вторые — как в однородных, так и в неоднородных породах.

Проведение выработок включает в себя проходческие (бурение, заряжание и взрывание шпуров, погрузка породы и возведение крепи) и вспомогательные (транспортирование взорванной горной массы, прокладка вентиляционных труб и электрических кабелей) процессы.

Совокупность и взаимная увязка проходческих операций, повторяющихся в течение определенного промежутка времени, называются проходческим циклом.

Методы ведения буровзрывных работ при проходке выработок должны обеспечивать минимальные переборы и максимально возможное сохранение естественной прочности пород.

Продвижение забоя за цикл должно быть максимальным. Правильно выбранные параметры буровзрывных работ при проходке обеспечивают значение КИШ в пределах 0,85—0,9 (в мягких породах до 1,0). Необходимо, чтобы качество дробления горной массы соответствовало технологическим параметрам погрузочных машин и транспортных средств. Развал горной массы после взрыва комплекта шпуров должен быть удобным для погрузки породы и крепления выработки.

Основные условия безопасности проведения подземных горных выработок — поддержание их устойчивости, точное выполнение проекта временного крепления и сохранения крепи в целости при ведении взрывных работ.

Последние разрешается вести только при наличии тщательно возведенной временной крепи, соответствующей данным геологическим условиям. Отставание возведения временной крепи не должно превышать величины одной заходки, определенной проектом.

Горный надзор обязан следить за правильностью обуривания забоя в соответствии с утвержденным паспортом. При этом большое внимание следует уделять врубовым шпурам, так как от них зависит эффективность взрыва всего комплекта.

В забое, где ведут взрывные работы, необходимо размещать схему расположения шпуров с указанием основных показателей, ожидаемых от взрыва.

Таким образом, проведение выработок взрывным методом должно обеспечивать проектные размеры и форму поперечного сечения выработки, качественное дробление горной массы и небольшой ее развал, максимальное использование энергии взрыва заряда ВВ при наименьших затратах труда и времени.

При взрыве зарядов ВВ во врубовых шпурах создается дополнительная свободная поверхность. Бурят врубовые шпуры на 0,2— 0,3 м глубже остальных. При проведении подземных горных выработок применяют различные виды врубов (табл. 10.2, рис. 10.2).

Отбойные шпуры, взрываемые после врубовых, предназначены для расширения полости, образованной врубовыми шпурами; окон- туривающие (последние) — для придания выработке проектных сечения и формы.

Следовательно, расположение шпуров должно быть таким, чтобы исключить подрыв одного заряда взрывом другого. В большинстве случаев глубину шпуров принимают равной 1,5—2,5 м. Тип вруба определяют с учетом возможности и удобства бурения врубовых шпуров. Подвигание забоя за один взрыв всегда меньше глубины шпуров.

На основе анализа достоинств и недостатков и практических данных установлены области применения различных врубов.

Рис. 10.2. Виды врубов для проходческих работ:

а — вертикальный клиновой; б — двойной клиновой; в — боковой; г — пирамидальный; д — верхний; е — нижний; ж — щелевой; з — «шагающий»; и — спиральный; к — клинощелевой; л — «ножницы»;

м — призматический; н — вруб-скважина; о — воронкообразный; и — эллиптический; р — тройной вертикальный (ступенчатый); шпуры: 1 — заряженные; 2 — холостые

Таблица 10.2

Клиновый вруб предназначен для проведения горизонтальных выработок сечением не менее 4 м² и шириной более 1,8 м в трещиноватых породах.

Пирамидальный и воронкообразный врубы применяют при проведении стволов шахт.

Прямые врубы (особенно призматический) широко используют в выработках малого сечения, в отдельных случаях при проведении выработок большого сечения, особенно в крепких и крупноблочных породах.

Основными параметрами буровзрывных работ при проведении горных выработок являются удельный расход ВВ, длина, глубина, число и диаметр шпуров, расстояние между ними, величина заряда в шпуре и расход ВВ на взрыв.

Параметры взрывания, расположение, число и глубина шпуров в комплекте указаны в паспорте буровзрывных работ. В нем описаны также геологические условия, физико-механические свойства пород и структурные особенности массива, сведения о взрывных работах в данном забое и мероприятия по технике безопасности.

Оконтуривающие шпуры бурят на расстоянии 10—15 см от проектного контура выработки и с некоторым наклоном от устья в направлении ее контура. Концы шпура не должны заходить за пределы проектного контура поперечного сечения выработки.

Концы отбойных шпуров комплекта должны заканчиваться в одной плоскости, соответствующей заданному продвижению забоя за одно взрывание.

Эффективность взрывных работ оценивают коэффициентом использования шпуров г), характеризующим отношение продвижения забоя за один цикл к глубине шпура и равным произведению ц_гг₂. Значение г|₁ в зависимости от коэффициента крепости пород следующее: при/ >4 — 0,8,/ = 3^-4 — 0,9 и/ < 3 — 1,0; значение ц₂ зависит от направления выработки: вниз — 0,8, горизонтально — 0,9, вверх — 1,0.

Средняя глубина комплекта шпуров

где Т_ц — продолжительность проходимого цикла, ч (принимают кратным смене, т. е. 1—3 цикла в смену); К_п — плановый коэффициент перевыполнения существующих технических норм выработки; Г_см — продолжительность рабочей смены, ч; — коэффициент совмещения во времени бурения шпуров с погрузкой породы (при отсутствии совмещения равен единице, при полном совмещении — нулю, в среднем составляет 0,3—0,6); N — число шпуров в забое; Н_б, Н_п, Н_кр — трудозатраты, соответствующие нормам выработки на бурение шпуров, погрузку породы и возведение крепи на одного рабочего в смену; п_б, п_п, п_кр — соответственно число рабочих, занятых на бурении шпуров, погрузке породы и возведении крепи; S_np — сечение выработки в проходке, м²; т — коэффициент использования шпура; ф₂ — коэффициент совмещения во времени крепления выработок с погрузкой породы (принимают аналогично коэффициенту ф-Д; L_p — расстояние между рамами крепи, возводимой в забое, м.

Продвижения забоя за цикл

а длина наклонного шпура

где а — угол наклона шпура к плоскости забоя, градус.

При определении глубины клинового или пирамидального вруба в зависимости от ширины выработки соблюдают условие

где /_пр — предельная глубина шпуров клинового вруба, м, равная (0,25В ± 0,05)tg а (В — наименьший размер выработки); знак «минус» принимают при клиновом и пирамидальном врубах, «плюс» — при врубе «ножницы».

Величину I ориентировочно можно оценить по данным, приведенным в табл. 10.3.

Глубину врубовых шпуров для всех выработок следует увеличивать на 10—20 % по сравнению с глубиной остальных шпуров. Длина заряда в шпуре /_зар = uL (где u,L — соответственно коэффициент заполнения и длина шпура).

При диаметре заряда ВВ, равном 28—40 мм, величины и для пород V—VIII групп {f = 2-нб) составляют 0,6—0,7, а для пород X и XI групп

(f = 10-^20) — 0,7—0,75; при диаметре, равном 45 мм, — соответственно 0,35—0,45 и 0,45—0,5 (группы пород приведены по классификации СНиП).

Таблица 10.3

Общее число шпуров на забой (комплект шпуров) определяют по формуле

где п_отб, п_вр — соответственно число отбойных и врубовых шпуров; q — удельный расход ВВ на 1 м³ отбиваемой породы, кг; S_np — сечение выработки в проходке, м²; S_Bp — площадь забоя, оконтуривае- мая врубовыми шпурами, м²; Р — вместимость шпура, кг; п — коэффициент, учитывающий тип применяемого вруба, равный V_BpS_Bpl_Bp (Vgp, l_Bp — соответственно объем и глубина вруба); для призматического и щелевого врубов п = 1, для клинового — 1/2, для пирамидального — 1/3.

Значение q берут из табл. 10.4 с введением приведенных ниже значений поправочного коэффициента К, учитывающих удельный расход ВВ в зависимости от глубины шпуров:

Удельный расход ВВ уточняют в процессе проведения выработки. Масса заряда отбойного шпура зависит от вместимости заряжаемой его части:

а врубового Q_Bp принимают на 20 % больше массы ВВ, расходуемой на один отбойный шпур.

Таблице 10.4

Общий расход ВВ на весь комплект шпуров:

При ведении очистных работ применяют скважинные (d = = 80 н-150 мм) заряды, так как взрывная отбойка, проводимая ими, более эффективна. Условия взрывания зарядов в очистных забоях разнообразны и зависят от крепости пород и системы разработки.

Скважины располагают параллельно или веером, а отбиваемые слои в зависимости от горнотехнических условий и системы разработки могут быть горизонтальными, вертикальными или наклонными. Число зарядов, взрываемых за один прием, и последовательность взрывания зависят от устойчивости кровли.

Расчет параметров шпуровой и скважинной отбойки приведен в гл. 9 (см. параграфы 9.1—9.3).

Авторы: Комащенко Виталий, Малышев Юрий, Федунец Борис