Определение основных параматров взрывных работ при проведении горных выработок

Основными параметрами взрывных работ при проведении горных выработок являются длина и число шпуров, масса шпурового заряда и общий расход ВВ на одну заходку.

Глубина шпуров является одним из основных организационно-технологических параметров, определяющих общий объем работ и скорость проведения горной выработки. Глубину шпуров можно определить на основании расчетов или принять на основании практических данных (табл. 2.3).

Глубина врубовых шпуров принимается на 10–15% больше остальных.

Отношение глубины заходки ℓ_з к глубине шпура ℓ называется коэффициентом использования шпура (к.и.ш.), принимается равным 0,8–0,9.

Число шпуров в забое, зависящее от крепости пород, площади сечения выработки в проходке и вместимости шпуров, может: быть определено по формуле

N = 1,27q S η / d² к_з Δ,

где q — удельный расход ВВ, кг/м³; S — площадь поперечного сечения выработки в проходке, м²; η — коэффициент использования шпуров (принимают η = 0,8–0,9); d — диаметр патрона ВВ, м (принимают d = 0,036 м); к_з — коэффициент заполнения шпура; Δ — плотность ВВ в заряде (принимают применительно к предохранительным ВВ 1,0–1,15).

Коэффициент заполнения шпура (отношение длины заряда к глубине шпура) определяют по условиям минимально допустимой длины забойки (см. разд. 2.6). Для шахт, опасных по газу и пыли, в забое по породе можно принять к_з ≤ 0,7. Для шахт, не опасных по газу и пыли, к_з = 0,35–0,6.

Все шпуры разделяются на врубовые, отбойные и оконтуривающие примерно в соотношении 1:2:3. Коэффициент заполнения врубовых шпуров принимают на 10–15% больше, а коэффициент заполнения оконтуривающих шпуров — на 15–20% ниже, чем отбойных шпуров.

Удельный расход ВВ, кг/м³, можно определить по формуле

,

где f — коэффициент крепости породы по шкале М.М.Протодьяконова; f' — коэффициент структуры породы; v — коэффициент зажима породы, зависящий от площади поперечного сечения выработки; е — коэффициент работоспособности применяемого ВВ.

Значение коэффициента f' принимают в зависимости от свойств и структуры пород, их залегания и трещиноватости:

вязкие, упругие, пористые................................................................... 2,0

дислоцированные с неправильным или параллельным

оси выработки залеганием и мелкой трещиноватостью.................. 1,4

со сланцевым залеганием и меняющейся крепостью,

с напластованием, перпендикулярным к направлению шпуров.... 1,3

массивные, кpyпныe, плотные............................................................ 1,1

При одной открытой поверхности (подготовительные выработки) коэффициент зажима породы

,

где S_r — площадь поперечного сечения выработки вчерне, м².

Коэффициент работоспособности применяемого ВВ

е = 380/P_х,

где 380 — работоспособность стандартного ВВ; Р_х — работоспособность применяемого ВВ, зависящая от крепости пород (табл. 2.4).

Таблица 2.4 — Работоспособность применяемого ВВ

При раздельной выемке полезного ископаемого и вмещающих пород удельный заряд ВВ и число шпуров на каждый забой рассчитывают отдельно для пласта (рудного тела) полезного ископаемого и вмещающих пород.

Массу заряда на одну заходку определяют по формуле

Q = qℓ_зS_r

где ℓ_з — длина заходки, м (ℓ_з = ℓη); ℓ — длина шпура; η — к.и.ш.

Средняя масса заряда в шпуре q_ш = Q/N.

По сравнению с величиной q_ш заряд врубовых шпуров увеличивают на 20–25%, а заряд оконтуривающих шпуров уменьшают на 15–20%. Кроме того, массу заряда в шпуре корректируют по целому числу патронов в шпуре.

Скорректированная масса заряда на одну заходку составит

Q = q_п(N_в n_в+ N_o n_o+ N_ок n_ок),

где N_в, N_o, N_ок — число врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров; n_в, n_o, n_ок — число патронов ВВ в аналогичных шпурах; q_п — масса патронов применяемых ВВ.

Обычно для шахт, опасных по газу и пыли, патроны предохранительных ВВ выпускают массой по 0,2 и 0,3 кг, длиной соответственно 180 и 250 мм, диаметром 36 мм.

Бурение шпуров

Бурение шпуров основано на механическом разрушении пород бурильными машинами вращательного, ударно-поворотного, вращательно-ударного и ударно-вращательного действия.

Вращательное бурение шпуров применяют в породах мягких и средней крепости (f < 10). Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из резца и штанги с хвостовиком (рис. 2.7). Выпускают резцы типа РУ и PП. Штанги для сухого бурения изготавливают витыми из полосовой стали ромбического сечения.

При вращательном бурении резец бурового инструмента, прижимаясь к забою шпура под действием внешних усилий, при вращении срезает и скалывает частицы породы. Породная мелочь, образующаяся при бурении шпуров, удаляется по виткам штанги. Резцы армируют твердыми сплавами.

В качестве бурильных машин при вращательном бурении применяют ручные или колонковые электрические или пневматические сверла. Бурильные машины, потребляющие электроэнергию, получили название электросверл.

Для бурения шпуров диаметром до 45 мм по углю и сравнительно мягким породам применяют ручные электросверла (табл. 2.5). Выпускают ручные электросверла СЭР19М, ЭРМД2М, ЭРП18Д2М (с принудительной подачей).

Ручное электросверло (рис. 2.8) состоит из корпуса, электродвигателя, редуктора и шпинделя, в который вставляется хвостовик буровой штанги. Электросверло с принудительной подачей оснащено канатным барабаном и размещается на манипуляторе (рис. 2.9), На угольных шахтах, где применяется пневматическая энергия, используют пневматические сверла СРЗ, СРЗМ и др. При гидравлической добыче угля для бурения шпуров применяют гидросверла.

Ударно-поворотное (ударное) бурение шпуров применяют в породах средней крепости и крепких, где вращательное бурение неэффективно. Бурильные машины ударно-поворотного действия (табл. 2.6), работающие на сжатом воздухе, называют бурильными молотками (перфораторами). Они подразделяются на три группы:

• ручные бурильные молотки ПР или ПП (масса до 30 кг), предназначенные для бурения с рук или с пневмоподдержки;

• колонковые бурильные молотки ПК (масса до 100 кг), устанавливаемые при бурении на колонках или манипуляторах;

• телескопные бурильные молотки ПТ, предназначенные для бурения восстающих шпуров; они монтируются на раздвижных телескопических стойках.

Буры для пневматических бурильных машин изготавливают из легированной круглой или шестигранной стали диаметром 22, 25, 28 и 32 мм с внутренним осевым каналом 7–9 мм и со съемными головками (коронками), армированными твердыми сплавами.

Таблица 2.5 — Техническая характеристика ручных сверл
Показатели	Тип сверл
ЭР14Д2М	ЭР18Д2М	ЭРП18Д2М	СЭР19М	СРБ1М	СРЗМ
Диаметр шпуров, мм
Глубина бурения, м
Частота вращения шпинделя, мин-1
Номинальная мощность, кВт	1,0	1.4	1,4		1,9	1,9
Номинальное напряжение, В					–	–
Масса, кг				16,5		13,5

Таблица 2.6 Техническая характеристика перфораторов
Показатели	Тип перфораторов
ПП36В	ПП54В1	ПП6ЗВ	ПП63П	ПТ54КВ	ПК60
Диаметр шпуров, мм	32–40	40–46	40–46
Глубина бурения, м
Число ударов, мин-1
Расход воздуха, м3/мин		3,5	3,5	3,5		9,0
Примечание. Давление сжатого воздуха 0,5 МПа

Выпускаются коронки следующих типов; КДП — долотчато-пластинчатые; КТП — трехперые пластинчатые; ККП — крестовые пластинчатые и др. В комплект для бурения входят несколько буров, забурник длиной 0,7–1,0 м. Каждый последующий бур длиннее предыдущего на 0,7–1,0 м.

Принцип работы бурильных молотков состоит в следующем (рис. 2.10, а). В стальном цилиндре сжатым воздухом перемещается стальной поршень, совершая возвратно-поступательное движение с большой (1700–3750 ударов в минуту) частотой. Шток поршня при движении вперед наносит удар по затыльнику бура, буровая коронка которого разрушает породу в забое шпура. При обратном ходе поршня с помощью специального устройства бур поворачивается на некоторый угол ω.

Следовательно, при последующем ударе лезвия бура порода в забое шпура разрушается в другом месте. Углубление шпура происходит за счет раздавливания, дробления и скалывания породы (рис. 2.10, б). Буровая мелочь, образующаяся при бурении, удаляется водой, поступающей по внутреннему осевому каналу бура. В связи с этим в коронках предусмотрены отверстия для выхода воды в шпур. Бурение шпуров с промывкой позволяет снизить запыленность воздуха в забое проводимой выработки, что особенно важно для выработок, проводимых по силикозо-опасным породам.

Ручные бурильные молотки ПР20Б, ПР27ВБ и другие предназначены для бурения горизонтальных и наклонных шпуров. Ручной бурильный молоток (перфоратор) состоит из следующих основных узлов: цилиндра, поршня, воздухораспределительного устройства, поворотного механизма и буродержателя. Давление сжатого воздуха 0,5 МПа. В отдельных типах молотков бурение осуществляется с сухим пылеулавливанием (перфоратор ПР30КС). Ручные перфораторы с целью устранения вредного влияния вибрации на организм человека устанавливают на специальных пневмоподдержках (рис. 2.11).

Колонковый бурильный молоток имеет такое же устройство, как и ручной, но он мощнее и тяжелее. Его применяют при бурении шпуров с колонок, манипуляторов и буровых кареток при проведении горизонтальных и наклонных выработок по крепким породам.

Телескопные бурильные молотки ПТ45КВ, ТП5С и другие предназначены для бурения восстающих шпуров (снизу вверх). Они состоят из бурового молотка и телескопической распорной колонки.

Применяются также бурильные машины ударно-вращательного и вращателъно-ударного действия. По принципу работы они близки между собой. По существу, ударно-вращательное бурение является в принципе вращательным бурением. Здесь буровой инструмент, кроме статического осевого усилия и крутящего момента, подвергается воздействию динамических нагрузок в виде ударов с высокой частотой. В результате этого коронка лучше внедряется в породу и снимает более толстую стружку. Это приводит в некоторых условиях к повышению производительности труда по сравнению с ударно-поворотным или вращательным бурением.

Бурильные машины этого типа потребляют или электрическую (установки БУЭ1, БУЭ2, БКГ2 и др.), или пневматическую энергию (установки БУ1М, БУР2, СБ42М и др.). На каждой буровой установке монтируется несколько бурильных агрегатов (рис. 2.12).

При вращательно-ударном бурении разрушение породы в забое шпура происходит как в момент нанесения удара по буровому инструменту, так и в интервалах между ударами в результате скалывания породы лезвием вращающегося долота. В качестве бурового инструмента применяют специальные буровые штанги и буровые долота.

Взрывчатые вещества

Взрывное разрушение горных пород является следствием взрыва взрывчатого вещества, помещенного в какой-либо полости породного массива. Взрыв — процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени. Характерными признаками взрыва являются высокая объемная концентрация энергии и сверхзвуковая скорость ее выделения, образование большого количества газообразных продуктов и звуковой эффект. Вследствие высокой скорости выделения энергии при взрыве возникают большие усилия, получение которых другими способами практически невозможно.

Взрывчатое вещество (ВВ) — вещество (химическое соединение или механическая смесь различных компонентов), способное под действием внешнего импульса (нагревания, удара, трения) к крайне быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов. Взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наиболее широко применяются твердые ВВ.

В зависимости от интенсивности внешнего воздействия процесс химического превращения ВВ может протекать в виде термического разложения, горения или детонации. При взрывных работах используются ВВ, срабатывающие в режиме детонации. Детонация — самораспространяющийся процесс перемещения по ВВ ударной волны, сопровождающийся химическим превращением вещества. Ее скорость зависит от состава ВВ и составляет 2–8 км/с. Детонация заряда ВВ возбуждается инициированием с помощью капсюля-детонатора, электродетонатора или детонирующего шнура.

Взрывчатые вещества подразделяются на химические соединения и механические смеси. Однокомпонентные ВВ, содержащие в своем составе все элементы, необходимые для нормального протекания реакции взрыва, называются индивидуальными ВВ (тротил, тетрил, гексоген, нитроглицерин, нитрогликолъ, тэн, коллодионный хлопок, аммиачная селитра и др.). Они являются основными компонентами промышленных ВВ. В промышленности чаще всего применяют механические смеси. Для придания определенных свойств смесям ВВ в их состав вводят окислители, горючие добавки, сенсибилизаторы, стабилизаторы, флегматизаторы и пламегасители.

Взрывчатые вещества, предназначенные для производства взрывных работ в горной промышленности и других отраслях, называются промышленными ВВ. По составу они представляют собой механические смеси. В их состав входят горючие вещества и содержащие кислород в количестве, достаточном для полного окисления горючих веществ. По химическому составу все промышленные ВВ подразделяются на нитросоединения и их смеси, включая смеси с металлами, аммиачно-селитренные ВВ и нитроэфировые ВВ с содержанием их не более 15%.

Промышленные ВВ подразделяются также на непредохранительные и предохранительные. Делятся они на классы:

• I класс — непредохранительные ВВ для взрывания только на земной поверхности (цвет упаковки или оболочки патронов белый): гранулотол, алюмотол, гранитол марок 1 и 7А, гранулит С-6М;

• II класс — непредохранительные ВВ для взрывания на земной поверхности и в забоях подземных выработок, не опасных по скоплениям горючих газов или пыли (отличительный цвет красный): гранулит марок 79/21, AC-4, AC-4B, игданит, аммонит скальный № 3, аммонит 6ЖВ, детонит М;

• III класс — предохранительные ВВ для взрывания только по породе в забое выработок, в которых выделяется метан, но отсутствует взрывчатая пыль (отличительный цвет синий): аммонит АП-5ЖВ;

• IV класс — предохранительные ВВ для взрывания по углю и породе в забое выработок, опасных по взрыву пыли или для сотрясательного взрывания (отличительный цвет желтый): аммонит марок Т-19, ПЖВ-20;

• V класс — предохранительные ВВ повышенной предохранительности для взрывания по углю и породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, но в отсутствии контакта заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленит Э-6;

• VI класс — высокопредохранительные ВВ для взрывания по углю или породе в особо опасных по метану забоях подземных выработок, когда возможен контакт заряда с метановоздушной смесью (отличительный цвет желтый): угленит марок 12ЦБ, П-12ЦБ-2, патроны СП-1;

• VII класс — предохранительные ВВ для ведения специальных взрывных работ в забоях выработок, опасных по метану и угольной пыли (отличительный цвет желтый): ионит, ЗПН-1.

В угольных шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, применяют предохранительные ВВ III—VII классов в виде патронов диаметром 36–38 мм.

Важнейшими рабочими характеристиками взрывчатых веществ являются работоспособность, бризантность, теплота взрыва и скорость детонации.

Работоспособность ВВ — способность взрывчатого вещества производить работу в замкнутом пространстве за счет расширения газов взрыва. Существует несколько методов оценки работоспособности ВВ. Оценивается она в кубических сантиметрах (по пробе Трауцля).

Бризантность — способность ВВ измельчать, пробивать или дробить при взрыве породы, соприкасающиеся с зарядом ВВ. По пробе Гесса она оценивается в миллиметрах (табл. 2.7).

Необходимость применения предохранительных ВВ на угольных шахтах обусловлена тем, что метан и угольная пыль в определенных условиях могут образовывать взрывоопасные смеси.

Выделяющийся в угольных шахтах рудничный газ (метан — CH₄) обладает свойством взрываться в смеси с воздухом при содержании его 4,9–15,4% и давлении 0,1 МПа. Наиболее сильный взрыв происходит при содержании метана 9,5%. Взрыв метановоздушной смеси может произойти от соприкосновения ее с нагретым телом до температуры 650 °С и выше.

Время от начала соприкосновения до момента взрыва зависит от температуры нагретого тела. При указанной температуре это время составляет 10 с, а при повышении оно быстро сокращается.

Таблица 2.7 Рабочие характеристики взрывчатых веществ

Очень тонкая каменноугольная пыль с содержанием летучих более 10 %, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии в количестве 30–40 г/м³, также способна взрываться при соприкосновении с нагретым телом до 700–800 °С.

Температура взрыва взрывчатых веществ значительно выше. Поэтому, чтобы не произошло взрыва метановоздушной смеси или пыли, при ведении взрывных работ должны применяться такие взрывчатые вещества, у которых реакция взрыва протекает крайне быстро и сопровождается выделением большого количества инертных газов, т.е. таких, которые не вступают в повторные реакции между собой и кислородом воздуха. Обладающие таким свойством ВВ называются предохранительными. Это достигается добавлением пламегасителей, т.е. веществ, поглощающих часть теплоты взрыва, С этой целью в состав смеси ВВ вводят инертные добавки (хлористый натрий, хлористый калий и др.). Например, в состав аммонита АП-5ЖВ входят аммиачная селитра, тротил, хлористый натрий.

Средства взрывания

Для инициирования взрыва заряда ВВ применяют взрыв небольшого по величине заряда, инициирующего ВВ, получающего внешний тепловой импульс. Инициирующие ВВ обладают большой мощностью, высокочувствительны к нагреву и механическим воздействиям. Совокупность принадлежностей, предназначенных для инициирования зарядов ВВ, называется средствами инициирования (взрывания).

Взрывчатые вещества, используемые для снаряжения средств инициирования, подразделяются на первичные (гремучая ртуть, азид свинца и тринитрорезорцинат свинца — тенерес) и вторичные (тетрил, тэн и гексоген). Взрыв первичного ВВ происходит при тепловом воздействии на него.

В зависимости от способа возбуждения взрыва средств инициирования различают следующие способы взрывания зарядов:

• огневой, при котором возбуждение взрыва капсюля-детонатора (КД) вызывается от пучка искр огнепроводного шнура (ОШ);

• электрический, при котором тепловой импульс в электродетонатор (ЭД) передается от электровоспламенителя;

• электроогневой, при котором капсюль-детонатор взрывается от пучка искр огнепроводного шнура, поджигаемого электровоспламенителем;

• бескапсюльный, при котором инициирующий импульс зарядам ВВ передастся детонирующим шнуром (ДШ), взрыв которого инициируется капсюлем-детонатором или электродетонатором.

К средствам огневого взрывания относятся капсюль-детонатор (КД-85, КД-8С, КД-8А), огнепроводный шнур, зажигательные патроны, зажигательный тлеющий фитиль.

Капсюль-детонатор (рис. 2.13) представляет собой небольшой заряд первичного и вторичного инициирующих ВВ, размещенный в металлической или картонной гильзе. Диаметр гильзы 6–7 мм, длина 47–51 мм. С одного конца гильза имеет открытое дульце, куда вводят огнепроводный шнур, с другого — выемку, формирующую кумулятивную струю, которая усиливает кумулятивное действие. Металлическая чашечка, куда впрессовано первичное инициирующее вещество, имеет центральное отверстие для поджигания ВВ. Промышленностью выпускаются капсюли-детонаторы гремучертутнотетриловые и азидотетриловые.

Огнепроводный шнур (рис. 2.14) представляет собой шнур с сердцевиной из прессованного дымного пороха, окруженной наружной и внутренней оплетками, покрытыми влагоизолирующим составом. Диаметр пороховой сердцевины около 2 мм, наружный диаметр 5–6 мм.

В зависимости от материала внешней оболочки выпускаются шнуры марок ОША, ОШП и ОШЭ. Шнуры ОШП и ОШЭ предназначены для обводненных забоев. Скорость горения шнура 1 м/с. Шнуры выпускаются отрезками 10 м. Средства зажигания огнепроводного шнура представляют собой как специальные электрические или термические устройства, так и отрезки самого шнура. При зажигании одиночного шнура разрешается использовать спички.

Зажигательный патрон (рис. 2.15) представляет собой картонную гильзу с лепестками, на дно которой помещают зажигательный состав.

Зажигательные патроны применяются для одновременного группового зажигания 10–13 отрезков шнура. Зажигательную смесь патрона поджигают с помощью воспламеняющего шнура.

Для электрического зажигания отдельных отрезков ОШ применяют зажигательные трубки, электрозажигатели. Для зажигания ОШ также применяют тлеющие фитили и зажигательные свечи.

При электрическом способе взрывания для инициирования взрыва ВВ применяют электродетонаторы (рис. 2.16).

Электродетонатор представляет собой капсюль-детонатор с введенным в него электровоспламенителем. Электровоспламенитель состоит из проводников, нитей накаливания и головки воспламенительного состава.

По времени срабатывания различают электродетонаторы мгновенного, короткозамедленного и замедленного действия. Замедление достигается размещением между капсюлем-детонатором и электровоспламенителем медленно горящего состава.

Капсюли-детонаторы, непосредственно соединенные с электровоспламенителем, называются электродетонаторами мгновенного действия (ЭД-8Ж, ЭД-1-8Т).

Взрывание зарядов при помощи таких ЭД, если они включены в общую сеть, происходит одновременно и мгновенно.

Для повышения эффекта взрывных работ при проведении горных выработок взрывание зарядов в шпурах производят группами в определенной последовательности. При огневом взрывании это достигается применением огнепроводного шнура различной длины. При электрическом взрывании разновременность взрывания зарядов достигается применением электродетонаторов замедленного (ЭДЗД) или короткозамедленного (ЭДКЗ) действия. Интервалы замедления ЭДЗД: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0; 8,0 и 10,0 с. Интервалы замедления ЭДКЗ: 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 и 120 мс или 25, 50, 75, 100 и 125 мс.

В шахтах, опасных по газу и пыли, допускается только электрическое взрывание зарядов с предохранительными электродетонаторами мгновенного и короткозамедленного действия ЭД-КЗ-ОП, ЭД-КЗ-П, ЭД-КЗ-ПМ. Предохранительные свойства электродетонаторов достигаются нанесением на гильзу ЭД слоя пламегасителя.

При электрическом взрывании в качестве источников тока применяют конденсаторные взрывные машинки КПВ-1/100М, ПИВ-100М или электрический ток напряжением 380 В.

При электрическом и электроогневом способах взрывания зарядов монтируют взрывные сети. По способу соединения электродетонаторов взрывные сети подразделяются на последовательные, параллельные и смешанные. В забоях подготовительных и очистных выработок применяют последовательное соединение. Более предпочтительным с точки зрения предотвращения отказов является переход на параллельно-последовательное соединение ЭД. До присоединения к взрывной сети провода электродетонаторов замкнуты накоротко.

Безопасное взрывание зарядов осуществляется детонирующим шнуром (ДШ). Детонирующий шнур (рис. 2.17) — шнур с сердцевиной из высокобризантного ВВ. Взрывается ДШ от капсюля-детонатора или электродетонатора. ДШ предназначен для передачи детонации от КД к заряду ВВ или от заряда к заряду. Скорость детонации ДШ 7,0 км/с. Вследствие этого взрывание зарядов происходит одновременно.

Рис. 2.17. Детонирующий шнур:

1 — направляющие нити; 2 — сердцевина шнура; 3 — льняные оплетки; 4—хлопчатобумажные оплетки; 5 — полихлорвиниловое покрытие.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 789
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒