Краткие сведения о взрывных работах при проведении подземных выработок

На карьерах проведение подземных выработок осуществляется для создания комплекса водоосушительных сооружений под карьерным полем и при проведении штолен или шурфов с целью выполнения взрывов камерных зарядов. При проведении вырабо­ток применяются ВВ, имеющие нулевой кислородный баланс и предназначенные для подземных работ.

Если в подземных выработках наблюдается выделение метана или других взрывоопасных газов, в них применяют предохрани­тельные ВВ, предназначенные для шахт, опасных по взрыву газа или пыли, и соответствующий режим проходческих работ.

Проведение выработок с помощью буровзрывных работ вклю­чает выполнение следующих процессов: бурение, заряжание шпу­ров, взрывание, проветривание, уборка породы и крепление вы­работки.

Классификация шпуров. Шпуры, располагаемые в забое, по своему назначению делятся на три группы (рис. 11.19).

Врубовые шпуры, взрыв зарядов в которых создает дополнительную открытую поверхность в забое и улучшает усло-

вия работы остальных зарядов. На практике применяют разные схемы расположения врубовых шпуров.

О т б о й н ы е ш п у р ы, заряды в которых взрываются после врубовых и предназначены для расширения объема полости, об­разованной взрывом врубовых шпуров. При малых сечениях выработок отбойных шпуров может и не быть, а при большом се­чении отбойными шпурами разрушается большая часть породы в забое.

О к о н т у р и в а ю щ и е шпуры, заряды в которых взрываются последними, они придают выработке проектное се­чение. Концы оконтуривающих шпуров совпадают с проектным контуром выработки в мягких породах или выступают за него на 100—150 мм в породах более крепких. Концы оконтуривающих шпуров у почвы выработки располагают ниже проектного кон­тура для более интенсивного разрушения породы в подошве выработки и облегчения настила рельсового пути. Окончательное расположение оконтуривающих шпуров уточняют опытными взры­вами.

При проведении выработок шпуры глубиной более 2,5 м назы­вают глубокими, глубиной 1,5—2,5 м — средними и глубиной менее 1,5 м — мелкими. В большинстве случаев при проходке на карьерах шпуры бурят глубиной 1,5 -2 м с помощью колон­ковых электросверл или бурильных молотков на пневмоподдержках.

Подвигание забоя за взрыв бывает обычно меньше, чем глу­бина шпуров.

Коэффициентом использования шпуров называется отношение величины подвигания забоя за один взрыв (КИШ) к средней глу­бине шпуров. Взрыв считается хорошим, если КИШ не менее 0,9; удовлетворительным, если КИШ равен 0,7—0,8; плохим при меньших величинах КИШ. Чтобы повысить его, надо менять тип вруба, схему обуривания забоя, удельный расход ВВ. При про­ведении выработок взрывные работы должны удовлетворять сле­дующим основным требованиям: они должны обеспечивать вы­сокую эффективность проведения выработок; правильность оконтуривания сечения; минимальные нарушения крепи и массива за контуром выработок; высокий КИШ.

Конструкция врубов. Наиболее трудные условия разрушения породы имеют место при взрывании врубовых шпуров, которые разрушают породу при одной открытой поверхности, перпендику­лярной или наклонной к оси шпуров. От глубины и размеров об­разованной при взрыве полости в основном зависит эффективность отбойки породы, определяемой величиной КИШ. Поэтому при проведении выработок в зависимости от свойств пород, глубины шпуров и поперечного сечения выработки применяют врубы раз­личных типов (рис. 1.1.20).

Для выработок прямоугольного и трапециевидного сечения врубы делятся на две группы.

Наклон н ы е в р у б ы (пирамидальные и клиновые) образуются шпурами, пробуренными наклонно к плоскости забоя.

Уголнаклона шпуров 55—70°, расстояние между концами 100—200 мм. В трещиноватых породах наклонные врубы стре­мятся располагать так, чтобы они пересекали плоскости трещин под углами, близкими к прямым, что увеличивает эффект раз­рушения.

Прямые врубы (призматические и щелевые) образуются шпурами, пробуренными перпендикулярно к плоскости забоя. Для этого типа врубов характерно наличие одного или нескольких незаряженных шпуров, создающих дополнительную открытую поверхность для облегчения разрушительного действия шпуровых зарядов, взрываемых первыми.

При проведении горизонтальных выработок наиболее широко применяются вертикальные клиновые врубы, а при проходке вертикальных — пирамидальные и призматические.

При проведении выработок по неоднородной породе, по тон­ким пластам угля или рудным жилам для создания дополни­тельной открытой поверхности вначале отбивают и убирают уголь или руду, а затем — породу. Отбойка породы производится взры­вами зарядов в шпурах, пробуренных параллельно оси выработки.

При проведении вертикальных и наклонных выработок круг­лого сечения шпуры в них располагают по нескольким концентри­ческим окружностям. Вруб состоит из 6—10 шпуров, глубина которых на 150—200 мм больше глубины остальных. Чаще при­меняют врубы с параллельными шпурами, обеспечивающими мень­ший выброс породы вверх.

Соотношение между числом шпуров в окружности принимается для зарядов диаметром 32 мм 1 : 2 : 3: 4, для зарядов диаметром 45 мм 1 : 3 : 6.

Оконтуривающие шпуры бурят на расстоянии 0,15—0,2 м от проектного контура под углом 85—87° в сторону стенок. Концы шпуров, как правило, не выходят за контур сечения ствола.

Расчет параметров взрывания. Расчет зарядов при проведении выработок сводится к выбору или определению расчетного удель­ного расхода ВВ и числа шпуров на 1 м³ взрываемого массива. Расчетный удельный расход ВВ зависит от многих факторов: свойств пород, сечения выработки, глубины шпуров и их диаметра, типа ВВ и т. д. Особая сложность заключается в том, что пере­численные факторы комплексно и по-разному влияют на вели­чину удельного расхода, и в настоящее время не представляется возможным определить ее значение теоретическим путем. Поэтому в большинстве случаев расчетный удельный расход ВВ определяется по таблицам, составленным на основе обработки большого числа производственных взрывов (табл. 11.4). При использовании других ВВ пользуются переводными коэффици­ентами, которые обратно пропорциональны энергетическим ха­рактеристикам ВВ (см. раздел 1).

Число шпуров и их глубина должны быть достаточными с точки зрения эффективного разрушения обуренного объема породы, раз-

Таблица 11.4

Расход ВВ на 1 м³ обуренной породы при проведении

выработки (аммонит 6ЖВ)

	Площадь сечения выработки, м2
Коэффициент кре­пости породы f	4—6	10—12	16—20	<25	36—40	60—70
	Для горизонтальных выработок	Для вертикальных выработок
15—20 7—9	2,2 1,5	2,2 1,4	1,9 1,3	2,8 2.1	2,5 1,8	2,1 1,4

мещения расчетного заряда ВВ и правильного оконтуривания выработки.

Число шпуров на забой наиболее просто определять, исходя из найденного по таблицам удельного расхода ВВ на 1 м³ обурен­ной породы (кг/м³) для данной площади сечения выработки S, м².

1. Выбирается глубина шпуров l_ш, исходя из требуемого подвигания забоя выработки за один цикл.

2. Определяется количество ВВ (кг) на взрыв

Q=q_рlS,

где l— глубина обуривания забоя, м.

3. Определяется число шпуров на забой, исходя из максималь­ного допустимого их заполнения взрывчатым веществом. Обычно им заполняются 2/3 длины шпура. В крепких породах заполне­ние может быть большим.

Величина заряда в одном шпуре Q_в=2/3 ·l·πd²/4·Δ, где d— диаметр шпуров, м.

Число шпуров N = Q/Q_з.

3. Проверяется число шпуров, исходя из необходимости пра­вильного оконтуривания выработки. При изменении числа шпу­ров на забой заряд отдельного шпура пересчитывается (кг) по формуле

Q_з=Q/N',

где N'— необходимое число шпуров.

5. Общая масса заряда Q делится на число шпуров, а затем полученная средняя величина умножается на поправочные ко­эффициенты: 1,2 — для врубовых шпуров, 0,8—0,9 — для от­бойных, оконтуривающих боковых и верхних шпуров.

Вычисленные параметры взрывания проверяют путем прове­дения опытных взрывов.

Для пород с коэффициентом крепости f=4÷10 оптимальная глубина шпуров составляет 1,8—2 м, причем с увеличением

крепости пород оптимальная глубина шпуров уменьшается, с увеличением площади сечения выработки — увеличивается.

При применении буровых кареток, позволяющих с одной уста­новки бурить шпуры глубиной 3 м и более, рациональная глубина шпуров увеличивается. Каретки целесообразно применять при больших объемах проходческих работ.

Короткозамедленное взрывание зарядов все шире применяется при проведении подготовительных выработок. По данным исследо­ваний и производственных наблюдений, короткозамедленное взры­вание по сравнению с мгновенным обеспечивает следующие пре­имущества:

уменьшаются удельные расходы бурения и ВВ вследствие лучшего использования энергии взрыва зарядов на 10—20 %;

достигается лучшее дробление породы благодаря более дли­тельному нахождению породы в напряженном состоянии при взрыве;

уменьшается сейсмическое воздействие на массив и улучшается оконтуривание выработки;

увеличивается коэффициент использования шпуров на 10-15 %.

Интервал замедления изменяется от 25 до 50 мс. С увеличе­нием крепости пород интервал замедления уменьшается. Интервал замедления между врубовым и остальными шпурами должен быть увеличен до 50—75 мс, поскольку время разрушения породы действием врубовых зарядов, работающих при одной открытой поверхности, больше, чем у других шпуров. Число ступеней за­медлений может приниматься одинаковым с замедленным взры­ванием (врубовые — отбойные — оконтуривающие).

В выработках, опасных по взрыву газа или пыли, короткозамедленное взрывание позволяет повы­сить безопасность выполнения взрывных работ и устранить многоприемность взрывания (раздельное взрывание врубовых, от­бойных и оконтуривающих шпуров). После каждого взрыва забой проветривается. Предельный суммарный интервал замедления между зарядами принимается: 320 мс при взрывании пород и 220 мс при взрывании угля. За это время, как установлено специ­альными опытами, концентрация метана в процессе разрушения угля и породы не может достичь взрывоопасных пределов.

При короткозамедленном взрывании, особенно при завы­шенных удельных расходах ВВ, происходит усиленный выброс породы по оси выработки, приводящий к разрушению крепи и порче оборудования. Поэтому при переходе на короткозамедлен­ное взрывание следует в опытных взрывах уменьшить удельный расход ВВ примерно на 10—15 %. Окончательно параметры короткозамедленного взрывания выбираются после проведения опыт­ных взрывов.