Определение оптимальных параметров шпуровых зарядов

Параметрами шпуровых зарядов являются длина, глубина, число и диаметр шпуров, расстояние между ними и линия наименьшего сопротивления, масса заряда в шпуре и расход взрывчатых веществ на цикл.

Расчетное определение параметров шпуровых зарядов является прогнозным и требует обязательной проверки взрыванием трех комплектов шпуровых зарядов, на основании которых в паспорт БВР вносят коррективы.

Сущность методики расчета параметров шпуровых зарядов предложенной Н.М. Покровским состоит в следующем:

· по нормативной скорости проведения горной выработки определяют глубину шпуров

,

где V_м – нормативная скорость, м/мес по СНиП 3.03.02-84 (табл.5);

n – число рабочих смен в сутки;

m –число рабочих дней в месяц;

η – коэффициент использования шпура (КИШ), неудовлетворительный 0,65-0,87, нормальный 0,8-0,9, хороший более 0,9;

Т_см и Т_ц – продолжительность смены и проходческого цикла, соответственно, ч;

Таблица 5. Технические скорости проведения выработок БВР способом

Вид горных выработок	Скорость выполнения работ
Квершлаги и полевые штреки, м/мес
Штреки по полезному ископаемому и с подрывкой породы, м/мес
Наклонные выработки, проводимые снизу вверх: по полезному ископаемому и с подрывкой породы, м/мес
полевые, м/мес
Наклонные выработки, проводимые сверху вниз: по полезному ископаемому и с подрывкой породы, м/мес
полевые, м/мес
Капитальные рудоспуски и. восстающие, м/мес

· рассчитывают количество шпуров на забой

Для расчета удельного расхода ВВ применяется эмпирическая формула М. В. Покровского, которая определяет количество ВВ, необходимое для подрыва 1 м³ породы

, кг/м³,

где q₀ – удельный нормальный расход ВВ, рассчитанный для некоторых стандартных условий, (табл.6) кг/м³;

е – коэффициент работоспособности BB;

e=А_эт/А_ВВ

где А_ВВ - идеальная работа взрыва принятого ВВ (табл. 3, 4), кДж/кг;

А_эт - идеальная работа взрыва эталонного ВВ – аммонита 6ЖВ, 3561 кДж/кг;

k_w – коэффициент, учитывающий зажим породы;

где l_шп – длина шпура, м;

S – площадь забоя, м².

k_с – структурный коэффициент, (табл.7).

Таблица 6. Удельный нормальный расход ВВ

Коэф. крепости пород	Породы	Удельный расход условного ВВ, кг/м3
15-20	Очень крепкие породы (граниты, гнейсы, базальты, кварцитовые песчаники, филлиты, известняки, песчаники и др.)	1,2-1,5
10-14	Плотные граниты, кварцитовые песчаники, диориты, монолитные мелкозернистые песчаники и известняки	1,0-1,1
7-9	Некрепкие граниты, плотные песчанки и известняки, колчеданы, крепкие мраморы, доломиты	0,7-0,9
4-6	Крепкие песчанистые и песчанисто-глинистые сланцы. Сланцевые и глинистые песчаники, мягкие песчаники и известняки.	0,4-0,6
2-3	Сланцы средней крепости, плотный мергель, слабые песчанистые сланцы	0,2-0,3
до 2	Слабые сланцы. уголь	0,15

Таблица 7. Структурный коэффициент пород

Типы пород	структурный коэффициент kс
Вязкие, упругие, пористые породы	2,0
Дислоцированные с неправильным залеганием и мелкой трещиноватостью	1,4
Со сложным залеганием м меняющийся крепостью; с напластованием, перпендикулярным направлению шпура	1,3
Массивно-хрупкие	1,1
Монолитные средней крепости	1,0

Расход ВВ на одну заходку определяется из соотношения

, кг

где q – удельный расход ВВ, кг/м³.

V_зах – объем заходки, м³.

где l_шп – длина шпура, м;

η – коэффициент использования шпура (КИШ);

Средняя масса шпурового заряда

,

где d_з - диаметр заряда в шпуре, м;

l_шп – длина шпура, м;

k_з – коэф. заполнения шпура 0,5-0,85;

Δ – плотность ВВ, кг/м³.

Количество шпуров в забое .

Наиболее часто расчет количества шпуров в забое ведется на основе формулы проф. М.М. Протодьяконова, связывающей коэффициент крепости пород и площадь забоя

,

где f – коэффициент крепости пород;

S – площадь забоя, м².

Данная формула хороша для расчета количества шпуров в средних по крепости породах, при расчете количества шпуров в мягких и очень крепких породах результат расчета необходимо проверить на выполнение неравенства 0,70м² > S/N >0,14м².

· рассчитывают линию наименьшего сопротивления и расстояние между шпурами

Линия наименьшего сопротивления (обычно 0,5-0,8 м)

,

где d_з - диаметр заряда в шпуре (при патронированных ВВ меньше диаметра шпура при f=3-20 соответственно на 7-11 мм), м;

k_з – коэф. заполнения шпура;

Таблица 8. Коэффициенты заполнения шпуров по СНИП 3.03.02-84 при использовании патронированных ВВ в шахтах, неопасных по газу и пыли

Вид выработок, диаметр патрона, мм	Коэффициенты заполнения шпуров при прочности пород, МПа (по ГОСТ 25100—82)
	от 30 до 90	от 91 до 200
Вертикальные: 32; 36; 40	0,4 - 0,5	0,5 - 0,65
	0,35 - 0,45	0,45 - 0,5
Горизонтальные и наклонные: 24; 28	0,35 - 0,7	0,75 - 0,85
32; 36	0,3 - 0.6	0,6 - 0,85
	0,3 - 0,5	0,5 - 0,75

Δ – плотность ВВ, кг/м³;

m – коэффициент сближения зарядов;

ƒ
m	0,8	0,9	1,0	1,2	1,3	1,4

q – удельный расход ВВ, кг/м³.

Расстояние между шпурами, м

· выбирают тип вруба и рассчитывают количество шпуров по группам

По принципу действия врубы разделяются на отрывающие (клиновые, пирамидальные), в которых шпуры наклонены к оси выработки и разрушающие (прямые, призматические, щелевые) с ориентировкой шпуров параллельно оси выработки.

На основе практических данных установлена область применения различных врубов: в массивных породах наиболее эффективным является пирамидальный вруб в центральной части забоя. клиновый вруб применяют в слоистых породах. Прямые врубы (щелевой и призматический) могут применяться в выработках малых сечений и длине заходки .

Таблица 9. Условия применения врубов

Тип вруба	Схема вруба	Характеристика и условия применения
Вертикальный клиновой вруб		Состоит из 4—10 шпуров. Применяют в однородных породах любой крепости при вертикальном на­правлении трещиноватости или напластования в горизонтальных и на­клонных выработках с площадью сечения более 6 м2. Угол наклона к плоскости забоя 65-70º. Глубина заходки 1,5-2,2 м., длина врубовых шпуров 1,8-2,6 м.
Горизонтальный клиновой вруб		При горизонтальном напластовании пород. В выработках с площадью сечения более 4 м2. Угол наклона к плоскости забоя 65-75º. Глубина заходки 1,5-2,0 м., длина врубовых шпуров 1,8-2,6 м.
Пирамидальный вруб		Число шпуров 4, распо­лагаются в виде четы­рехгранной пирамиды. Применяется в плотных монолитных крепких, ре­же в слоистых крепких породах при проведении горизонтальных, наклон­ных и вертикальных вы­работок. Угол наклона к плоскости забоя 65-75º. Глубина заходки 1,5-2,0 м., длина врубовых шпуров 1,8-2,6 м.
Двойной клиновой вруб		Состоит из 4—6 шпуров вспомогательного вруба и 4—10 шпуров основно­го вруба. Шпуры вспомо­гательного вруба имеют глубину около половины глубины основных шпу­ров. Применяется по осо­бо крепким монолитным породам, позволяет применить шпуры большой глубины в горизонтальных и наклонных выработках
Щелевой вруб		Шпуры вруба располага­ются в один ряд на рас­стоянии 10—20 см друг от друга, заряжаются че­рез один, взрывают одновременно, незаряженные шпуры исполняют роль дополнительных обна­женных поверхностей. Применяется в породах крепких или средней кре­пости, а также при нали­чии прослойка более мяг­кой породы, в выработ­ках любого сечения. Ще­левой вруб может быть на всю высоту выработки или только на ее часть. Длина врубовых шпуров 2,5-4,0 м.
Призматический вруб		Состоит из 3—5 шпуров, образующих трех-пяти-гранную призму. Приме­няется в породах моно­литных средней крепости, слабых и в угольных за­боях горизонтальных и наклонных выработок шахт. Расстояние между врубовыми шпурами 10-20 см, Длина врубовых шпуров 2,5-4,0 м.
Крестообразный вруб		Состоит из 8 шпуров, рас­положенных по углам двух четырехгранных призм. Шпуры, располо­женные по углам мень­шей призмы, не заря­жаются. Расстояние между шпурами 10 — 20 см. Применяется в по­родах крепких и очень крепких монолитных при проведении горизонталь­ных и наклонных выра­боток.

Спиральный вруб		Состоит из 5—10 шпуров, расположенных по спи­рали и пробуренных пер­пендикулярно забою вы­работки. Расстояние между шпурами увеличи­вается по спирали от 8—15 до 30—50 см. Заряжаются все шпуры, кроме центрального. Применяется в горизон­тальных и наклонных вы­работках малой площади сечения (меньше 3,5 м2) в породах моно­литных крепких и весьма крепких, или с напластованием параллельным забою.
Призматический с центральной скважинной		Состоит из 4 шпуров и центральной незаряжаемой скважины. Расстоя­ния от всех шпуров до скважины одинаковы. Применяется при прове­дении горизонтальных и наклонных выработок в крепких трудновзрывае-мых породах.
Спиральный с центральной скважинной		Состоит из 4—6 шпуров и центральной незаряжаемой скважины. Расстоя­ние между шпурами и скважиной увеличивает­ся по спирали. Применя­ется при проведении го­ризонтальных и наклон­ных выработок в креп­ких и весьма крепких трудновзрываемых поро­дах.

Врубы отрывающей группы более распространенны, но их глубина лимитируется шириной выработки (В):

lвр = (0,5 – 0,9)В,

Ориентировочная глубина шпура (заходки) при клиновом врубе определяется из условия размещения бурового оборудования

где В – ширина выработки, м;

α - угол наклона врубовых шпуров, º.