Расчет параметров взрывных работ

Исходные данные:

Форма выработки........................................................ прямоугольная

Размеры выработки в проходке, м........................................... 4,4×3,8

Площадь поперечного сечения в проходке, м²........................... 16,72

Коэффициент крепости f (f_ср).................................................... 4-10 (5)

Уходка (подвигание) забоя за цикл, м............................................. 2,0

Обводненность забоя................................................................... сухой

Диаметр шпура, мм………………………..…………………………….42

Плотность породы в массиве, т/м³……………………………………..2,6

Выбор типа взрывчатого вещества.

В качестве взрывчатых веществ следует использовать только допущенные в установленном порядке к постоянному применению в Российской Федерации. Условия применения взрывчатых веществ должны соответствовать указанным в действующих Правилах и могут уточняться разрешениями Ростехнадзора России. Выбор взрывчатых веществ должен основываться на соблюдении принципов соответствия степени опасности забоя по пылегазовому фактору, назначения и класса предохранительности взрывчатого вещества, а также рекомендаций табл.4 по работоспособности взрывчатого вещества в зависимости от прочностных свойств горных пород.

Таблица 4. Рекомендации по выбору типа взрывчатого вещества

Коэффициент крепости пород f	1-3	3-6	6-10	10 и более
Работоспособность ВВ, см3		220-320	320-400	400-600

Исходя из вышеизложенных рекомендаций и фактических условий ведения буровзрывных работ, к использованию принимаем непредохранительные взрывчатые вещества II класса. При проведении выработок буровзрывным способом по породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f < 7 рекомендуются к применению взрывчатые вещества, не содержащие сенсибилизаторов, более чувствительных, чем тротил (аммонит №6ЖВ, аммонал М-10), по породам с коэффициентом крепости 7<f<10 применение взрывчатых веществ, содержащих гексоген или нитроэфиры, допускается только во врубовых шпурах. Во всех остальных шпурах должны применяться взрывчатые вещества, не содержащие сенсибилизаторов, более чувствительных, чем тротил. При проведении горизонтальных и наклонных выработок по породам с коэффициентом крепости f ≥ 10 допускается применение любых взрывчатых веществ.

Исходя из горно-геологических условий и рекомендаций таблицы 1 принимаем взрывчатое вещество - аммонит №6ЖВ (ГОСТ 21984-76, ОСТ 84-2233-85)со следующими характеристиками:

- бризантность: 14 мм;

- работоспособность: 360 см³;

- скорость детонации: 3600-4200 м/сек;

- передача детонации: 5 см;

- объем газов взрыва: 893 л/кг;

- теплота взрыва: 1025 ккал/кг;

- плотность патронирования: 1,0 – 1,15 г/см³;

- диаметр патронов: 32 мм;

- масса патронов: 200 г.

Обоснование диаметра бурения, глубины шпуров и КИШ.

Диаметр бурения принят по исходным данным, он составляет 42 мм. Выполним проверку диаметра шпура (съемной буровой коронки) по отношению к диаметру патрона ВВ. Кольцевой зазор между патронами и стенками шпура должен быть не менее 3 мм. Рекомендуемое увеличение диаметра шпура при крепости породы f=3-9 составляет 7 мм по отношению к диаметру патрона. Диаметр патрона 32 мм, следовательно, диаметр шпура не менее 39 мм. Окончательно принимаем диаметр шпура 42 мм.

При проведении опытных взрываний необходимо добиться, чтобы коэффициент использования шпура был максимально возможным в данных горно-геологических условиях. По требования Руководства по ведению взрывных работ на горных предприятиях, при проведении горных выработок по породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f<7 коэффициент использования шпуров должен находиться в пределах 0,9-0,95, в более крепких породах – 0,9 и при проведении выработок с двумя открытыми поверхностями 0,95-1,0.

Принимаем коэффициент использования шпура равным 0,95. Для обеспечения подвигания забоя на один цикл 2,0 м необходимо принимать глубину шпура l_шп=2,1 м.

Выбор типа и количества используемых бурильных машин.

Для бурения шпуров принимаем перфоратор ПП-63 Æ 42 мм. Для обеспечения необходимых темпов проходки принимаем два перфоратора.

Расчет общего количества взрывчатого вещества.

Определение общего количества взрывчатого вещества на забой Q, кг, производится по формуле

где V – объем взрываемой породы в массиве, м³,

,

здесь S_вч – площадь поперечного сечения выработки вчерне, м², l_шп – средняя глубина шпура, м; q – удельный расход взрывчатого вещества, кг/м³.

Наибольшее распространение при определении удельного расхода взрывчатого вещества q, кг/м³, получила формула проф. Н.М. Покровского, являющаяся наиболее универсальной,

где q₁ – нормальный расход взрывчатого вещества, кг/м³, q₁=0,1∙f=0,1∙5=0,5 кг/м³; f – коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова; k₁ – коэффициент, учитывающий изменение расхода взрывчатого вещества в зависимости от его работоспособности. Определяется по формуле

380 – работоспособность эталонного взрывчатого вещества, см³; Р – работоспособность принятого взрывчатого вещества, см³;

,

f₁ – коэффициент, учитывающий структуру породы, принимается по данным таблицы 5.

Таблица 5. Значения коэффициента f₁

Характеристика породы	Коэффициент f1
Вязкие, упругие, пористые
Дислоцированные с неправильным или параллельным оси выработки залеганием и мелкой трещиноватостью	1,4
Со сложным залеганием и меняющейся крепостью; с напластованием, перпендикулярным направлению шпуров	1,3
Массивные, хрупкие, плотные	1,1

k_заж – коэффициент зажима породы. При подрывке породы (наличии двух свободных поверхностей) проф. Н.М. Покровский рекомендует принимать следующие значения коэффициента зажима пород k_заж:

− при верхней подрывке – 1,5;

− при боковой подрывке – 1,3;

− при нижней подрывке – 1,2

Q = 33,44 · 0,9 = 30,1 кг.

Выбор типа вруба.

В связи с тем, что отбойка производится на две обнаженные поверхности использование врубовых шпуров не предусматривается.

Расчет количества шпуров на забой.

Число шпуров на забой определяется по формуле Н.М. Покровского

,

где q - удельный расход взрывчатого вещества, кг/м³; S_вч – площадь поперечного сечения выработки вчерне, м²; η = 0,95 – коэффициент использования шпура; d – диаметр патрона взрывчатого вещества, м; ∆ - плотность взрывчатого вещества в патроне, кг/м³; γ = 0,5 – коэффициент заполнения шпура, принимаем согласно табл. 6.

Таблица 6. Коэффициент заполнения шпуров γ

Тип выработки	Диаметр патрона ВВ, мм	Коэффициент заполнения при крепости пород f
3-9	10-20
Горизонтальные и наклонные		0,35-0,70	0,75-0,85
32, 36	0,30-0,60	0,60-0,85
Вертикальные	32, 36	0,40-0,50	0,50-0,65
	0,35-0,45	0,45-0,50

Полученное расчетное количество шпуров рекомендуется уточнять графическим методом с соблюдением минимально допустимых расстояний между смежными шпуровыми зарядами, приведенных в таблице 7. Так как класс ВВ – II и f = 5, то l_min = 0,35 м.

Таблица 7. Минимально допустимые расстояния между смежными шпуровыми зарядами

Условия взрывания	Минимально допустимые расстояния между смежными шпуровыми зарядами, м, при классе взрывчатого вещества
II	III-IV	V	VI
При f<7	0,5	0,45	0,3	0,25
При f=7-10	0,4	0,3	-	-

При уточнении расчетного количества шпуров графическим методом (см. рис.2) основные параметры расположения шпуров определяются по формулам:

а) площадь поперечного сечения выработки, приходящейся на 1 шпур, кроме врубовых, определяем по формуле и данная величина составит

где S_вч - площадь поперечного сечения выработки вчерне, м²; S_вр – площадь поперечного сечения на предполагаемой плоскости отрыва, образованной взрывом врубовых шпуров, м²; N – общее число шпуров на заходку; N_вр - количество врубовых шпуров;

б) среднее расстояние между шпурами кроме врубовых определяем по формуле и данная величина составит

По результатам полученных значений расчетного количество шпуров и среднего расстояния между ними с помощью графического метода построим схему их расположения. При этом расстояния между смежными шпуровыми зарядами составят 0,7 м по стороне 4,4 м и 0,85 м по стороне 3,8 м.

Количество оконтуривающих шпуров по наиболее длинным двум стороне выработки (l=4,4 м) принимаем равное 6 шт. Количество оконтуривающих шпуров по наиболее короткой стороне выработки (l=3,8 м) принимаем равное 3. Общее количество оконтуривающих шпуров 15 шт. Соответственно число отбойных шпуров составит 15 шт.

М 1:50

Рис. 2. Схема расположения шпуров

Количество оконтуривающих шпуров по наиболее длинным двум стороне выработки (l=4,4 м) принимаем равное 6 шт. Количество оконтуривающих шпуров по наиболее короткой стороне выработки (l=3,8 м) принимаем равное 3. Общее количество оконтуривающих шпуров 15 шт. Соответственно число отбойных шпуров составит 15 шт.

Определение массы заряда на каждый шпур

Среднюю величину заряда в шпуре (кг), определяем по формуле

Масса шпурового заряда по группам шпуров ориентировочно принимается и составит

Масса заряда в шпуре корректируется по целому числу патронов в шпуре. Для взрывания принимаем патронированное взрывчатое вещество - аммонит 6ЖВ с весом патрона 0,2 кг, при длине патрона 0,23 м.

Число патронов на один шпур определяют по формулам

где n_п – масса патрона взрывчатого вещества, кг.

Общее количество патронов ВВ по группам шпуров составит:

- для отбойных 15∙5=75 шт., что составит 15,0 кг;

- для оконтуривающих 13∙5+2∙6=77 шт., что составит 15,4 кг

Полученные величины зарядов взрывчатого вещества проверяются на соблюдение требования о величине забойки при заряжании патронированными взрывчатыми веществами по формуле

l_з = l_ш − n∙l_п ≥ l_min ;

где l_з – расчетная длина забойки в шпуре, м; l_ш – общая длина шпура, м; n – количество патронов взрывчатого вещества в шпуре, шт.; l_п – длина патрона взрывчатого вещества, м; l_min – минимальная величина забойки, м;

Минимальная величина забойки при взрывании для всех забоечных материалов должна составлять:

− при глубине шпуров 0,6-1,0 м – половину глубины шпура;

− при глубине шпуров более 1,0 м – 0,5 м.

Длина заряда по группам шпуров составит:

- для отбойных l_з =2,10-5∙0,23=0,95 м ≥ 0,5 м;

- для оконтуривающих l_з =2,11-5∙0,23=0,96 м ≥ 0,5 м;

- для оконтуривающих угловых l_з =2,12-6∙0,23=0,74 м ≥ 0,5 м;

Суммарное количество патронов ВВ на цикл составит 152 шт., что составит 30,4 кг. Основные показатели буровзрывных работ и характеристики шпуров приведены в таблицах 8 и 9.

Таблица 8. Показатели буровзрывных работ

Показатели	Единицы измерения	Количество
Сечение выработки (расширения) в черне	м2	16,72
Категория крепости по шкале проф. Протодъяконова	-	4-10
Буровые машины	тип	-	ПП-63
кол-во	шт.
Коронки, резцы	диаметр	мм
Количество шпуров на цикл		шт.
Количество шпурометров	на цикл	м	63,17
на 1 м	30,08
К.И.Ш.		-	0,95
Тип ВВ			аммонит 6ЖВ
Тип электродетонаторов		-	ЭД-З-Н
Расход ВВ	на цикл	кг	30,4
на 1 м	14,5
Расход электродетонаторов	на цикл	шт.
на 1 м	14,3
Тип взрывной машинки	-	КПМ-3У
Тип применяемой забойки	-	песчано-глинистая
Расход забойки	на цикл	кг	46,9
на 1 м	22,3
Подвигание забоя за взрывание	м	2,0
Выход породы за цикл	м3	33,44

Таблица 9. Характеристика шпуров

Номера шпуров, взрываемых за один прием	Глубина каждого из шпуров, м	Угол наклона	Величина заряда, кг	Длина каждого из шпуров, м	Длина забойки, м	Тип электродетонаторов
проекция 2	проекция 3	каждого шпура	группы шпуров
1-7	2,10			1,0	7,0	2,10	0,95	ЭД-З-1Н
8-15	2,10			1,0	8,0	2,10	0,95	ЭД-З-2Н
16-28	2,10			1,0	13,0	2,11	0,96	ЭД-З-3Н
29-30	2,10			1,2	2,4	2,12	0,74	ЭД-З-4Н

Выбор конструкции заряда взрывчатого вещества в шпуре и типа забойки.

Существуют следующие способы взрывания: взрывание с применением электродетонаторов; электроогневое и огневое взрывание и взрывание с применением детонирующего шнура. Принимаем электрическое взрывание. При выборе конструкции заряда взрывчатого вещества необходимо руководствоваться следующими требованиями. Патрон-боевик должен быть расположен первым от устья шпура. Электродетонатор (капсюль-детонатор) необходимо помещать в ближайшей к устью шпура торцевой части патрона-боевика так, чтобы дно гильзы электродетонатора (капсюля-детонатора) было направлено ко дну шпура. При этом возможно применение электродетонаторов с малой длиной проводов (1,5-2,0 м). Конструкция заряда в шпурах представлена на рис. 3.

Рис. 3. Конструкция заряда в шпурах

Согласно ПБ электровзрывные сети должны иметь исправную изоляцию, надежные электрические соединения. Концы проводов и жил кабелей должны быть тщательно зачищены, плотно соединены (срощены) и соединения (сростки) изолированы при помощи специальных зажимов или других средств. Электровзрывная сеть должна быть двухпроводной.

На горных предприятиях рекомендуется применяться электродетонаторы с медными проводами. Это рекомендации распространяется также на соединительные и магистральные провода (кабели) электровзрывной сети.

Запрещается монтировать электровзрывную сеть в направлении от источника тока или включающего ток устройства к заряду. После монтажа и осмотра электровзрывной сети необходимо проверить ее проводимость.

При электрическом взрывании патроны-боевики изготавливаются в следующем порядке:

а) в верхнем торце патрона взрывчатого вещества при помощи наколки из материалов, не дающих электрических искр, делается углубление, в которое вводится электродетонатор на всю длину его гильзы;

б) электродетонатор вводится в боевик на полную глубину и надежно фиксируется (закрепляется в патроне набрасыванием и затягиванием петли из проводов электродетонатора на конце патрона-боевика).

В качестве забойки должны применяться глина с относительной влажностью не более 18%, песок влажностью не менее 3-4% не содержащий силикозоопасных фракций или не вызывающий запыленности воздуха свыше санитарных норм, буровой штыб без органических примесей, смесь глины с песком, гидрозабойка в шпурах в сочетании с запирающей забойкой из глины или смеси глины с песком или иные материалы, допущенные Ростехнадзором России.

8. Схема монтажа взрывной сети и конструкция заряда

Расчет оптимального время замедления, и выбор типа электродетонаторов.

В настоящее время оптимальные интервалы замедления определяют на основе проведения опытных взрывов. Приближенно значения оптимального времени замедления t_опт, мс, определяют по следующей формуле

где W – линия наименьшего сопротивления, м (W = 55 см); С – скорость распространения звуковых волн в массиве, км/с (С = 3,15 км/с); ρ – плотность породы в массиве, т/м³ (ρ = 2,6 т/м³); К – коэффициент Петрова, учитывающий количество обнаженных поверхностей, принимаем равным 2,0 при двух обнаженных поверхностях.

.

Для электродетонаторов ЭД-З-Н интервал времени срабатывания (замедления) составляет 20 мс, Согласно расчетного значения оптимального времени замедления и количества взрываемых групп шпуров принимаем 4 ступени замедления (электродетонаторы ЭД-З-1Н, ЭД-З-2Н, ЭД-З-3Н, ЭД-З-4Н). Суммарное время замедления составит 80 мс.

Расчет электровзрывной сети.

Условия применения получивших распространение схем соединения электродетонаторов приведены в табл. 10. Применяем последовательную схему соединения электродетонаторов (Рис. 4). Электровзрывная сеть должна быть только двухпроводной. Использование воды, земли, труб, рельсов, канатов и т.п. в качестве одного из проводников запрещается.

Таблица 10. Условия применения схем соединения электродетонаторов

Схема соединения	Условия применения
Последовательная	Забои подготовительных выработок
Последовательно-параллельная	Взрывание в породных забоях при наличии возможных нарушений изоляции взрывной сети, а также другие забои, где количество одновременно взрываемых электродетонаторов не позволяет взорвать их в последовательной взрывной цепи
Параллельно-ступенчатая	Забои вертикальных стволов

Рис. 4. Схема последовательного соединения электродетонаторов

Электровзрывная цепь состоит из электродетонаторов с проводами, концевых проводов, участковых проводов, идущих к источнику тока. Цепь монтируется из изолированных одно- и многопроволочных медных проводов. Для взрывных работ применяют провода марок ВП 1, ВП 2×0,7, НГШМ 2×1,5, НГШМ 2×10. Применяем последовательное соединение ЭД-З-Н в забое, общее количество электродетонаторов N = 30, четыре ступени замедления при интервале времени срабатывания 20 мс. Сопротивление ЭД с соединительными проводами r_д= 3,18 Ом, в качестве магистрального используем провод ВМВ-0,75 площадью поперечного сечения s_м = 0,75 мм² (удельное сопротивление проводника из меди ρ=0,0175 Ом∙мм²/м. Место укрытия мастера-взрывника при ведении ВР в рудоспуске №3 располагается на поверхности гор. +445 м (10 м от разгрузочного узла №2 и 90 м по длине рудоспуска), в рудоспуске №4 располагается в вентиляционно-хозяйственной штольне №6 гор. +320 м (80 м от погрузочного узла №4 и 20 м по длине рудоспуска). Общая длина расширяемых рудоспусков 28 м. Исходя из этого принимаем максимальную длину магистрального провода с учетом запаса на катушке L_м = 150 м. Для сохранения магистрального провода во время взрыва предусматриваем участковые провода длиной l_у = 15 м, используя провод ВМП-0,5 площадью поперечного сечения s_у = 0,5 мм². В качестве источника тока применяется взрывной прибор КПМ-3У, имеющий следующие характеристики:

Напряжение на зарядном конденсаторе .............................................. 1600 В

Допустимое сопротивление последовательной взрывной сети........... 600 Ом

Допустимое число одновременно взрываемых электродетонаторов. 200.

После монтажа и осмотра электровзрывной сети необходимо проверить ее токопроводимость. Перед взрыванием зарядов взрывчатого вещества должно быть произведено измерение общего сопротивления электровзрывной сети электроизмерительными приборами, допущенными Ростехнадзором России. В случае расхождения величин измеренного и расчетного сопротивлений более чем на 10% необходимо устранить неисправности, вызывающие отклонения от расчетного сопротивления электровзрывной сети. Для измерения сопротивлений электровзрывной сети используем линейный мост Р-3043 имеющий следующие характеристики:

Пределы измерения, Ом 0,3-3000

Основная погрешность измерения, % ± 5

Ток в измеряемой цепи (не более), мА 7

Основные размеры, мм 180×160×62

Масса, кг 1,6

При невозможности измерить сопротивление электровзрывной сети допускается по разрешению лица технического надзора, руководящего проведением взрыва, ограничиться проверкой ее токопроводимости.

Сопротивления магистральных и участковых проводов составят:

8,4 Ом;

1,26 Ом,

где К = 1,2 – коэффициент неравномерности прокладки проводов.

Ток, проходящий по взрывной сети и через каждый ЭД, определятся по формуле и составит А > 1,3 А, – применение данной схемы возможно.