Выбор типа вруба, числа и схемы расположения врубовых шпуров

По выполняемой функции шпуры разделяют на врубовые, вспомогательные, отбойные и оконтуривающие.

Существенное влияние на эффективность разрушения горных пород взрывом при проведении горных выработок оказывает способ образования врубовой полости, которая формирует дополнительную свободную поверхность для зарядов отбойных и оконтуривающих шпуров. Для расширения врубовой полости применяют вспомогательные шпуры.

Известные типы врубов подразделяются на три основные группы: наклонные врубы (отрывающего действия), образуемые шпурами, пробуренными наклонно к оси выработки; прямые (призматические) врубы (дробящего действия), образуемые шпурами, пробуренными параллельно оси выработки; комбинированные врубы, образуемые наклонными и параллельными шпурами по отношению к оси выработки.

Комплект шпуров с вертикальным клиновым врубом (рис. 1, а) применяется при наличии вертикальной слоистости горных пород. Клиновой вруб образуется из четырех, шести или восьми шпуров, расположенных в двух вертикальных плоскостях, направленных под большим или меньшим углом к центру выработки. Этот вруб получил наиболее широкое распространение при сооружении выработок различного сечения в разных странах. Максимальная величина подвигания забоя с помощью применения этого вруба составляет около 40-45% от ширины выработки (острый угол при вершине обычно больше 60°).

К преимуществам клинового вруба относятся: удобство и простота обуривания вследствие возможности рационального расположения бурового оборудования в забое; достаточно высокий к.и.ш.; наилучшие результата применения его в условиях пород с вертикальным направлением пластов и трещин.

Недостатками клинового вруба являются ограничение эффективной глубины вруба, а, следовательно, подвигания забоя за взрыв в зависимости от ширины выработки; большой разброс взорванной породы и нарушение целостности крепи и боков выработки; ограничение применения его типом пород.

Комплект шпуров с горизонтальным клиновым врубом (рис. 1, г) применяется при горизонтальном направлении напластования пород и трещин. Врубовые шпуры располагаются по двум параллельным горизонтальным линиям и направлены под углом друг к другу для образования горизонтально расположенного клина. Этот вруб широкого распространения не получил из-за сложности практического выполнения.

Вследствие присущих им недостатков (сложность размещения шпуров по поверхности забоя и придания им заданного угла наклона; трудность бурения наклонных шпуров и др.) эти врубы широкого распространения не получили.

Рис. 1. Комплекты шпуров с клиновыми врубами

а – вертикальный; б – боковой; в – нижний; г – горизонтальный; д – верхний.

Многоклиновой вруб получил наибольшее распространение в Швеции при сооружении выработок с площадью сечения более 40 м². В зарубежной литературе он известен под названием "плужной вруб". Число "клиньев" многоклинового вруба зависит в основном от ширины выработки: 3 клина при ширине выработки до 6 м; 3-5 клиньев при ширине выработки 6-8 м и т.д.

Преимущества многоклинового вруба: обеспечивает высокий к.и.ш при глубине бурения до 7-10 м; удобен для бурения вследствие возможности рационального размещения бурового оборудования и бурильщиков.

Недостатки многоклинового вруба: зависимость величины подвигания выработки за цикл от ее ширины; сложность бурения шпуров и монтажа электровзрывной сети; необходимость привлечения рабочих высокой квалификации; трудности, возникающие при попытке полностью механизировать процесс бурения шпуров.

Многоклиновой вруб целесообразно применять в широких выработках при необходимости получения подвиганий за цикл не менее 4-5 м.

Пирамидальный вруб (рис. 2) может быть образован тремя, четырьмя, шестью и большим числом шпуров. Он получил свое название вследствие того, что врубовые шпуры образуют как бы четырехгранную или трехгранную пирамиду в забое. Число врубовых шпуров зависит главным образом от взрываемости породы - чем труднее взрывается порода, тем больше шпуров должно быть во врубе. Пирамидальный вруб способствует повышению эффективности взрыва в крепких и вязких породах, не имеющих слоистости. Обычно применяется при проведении вертикальных выработок. Присущие ему недостатки (зависимость глубины подвигания от ширины выработки, трудности бурения сходящихся врубовых шпуров и др.) резко сократили его применение.

Веерный вруб в зависимости от расположения шпуров может быть как горизонтальным, так и вертикальным. Для образования взрывной полости необходимо соблюдать прямой угол между направлением шпуров и плоскостью отрыва, а также вполне определенную последовательность в расположении шпуров и их взрывании.

Преимущества веерного вруба: обеспечивает высокий к.и.ш. при правильном соблюдении направления и очередности взрывания шпуров.

Однако распространенные выше типы врубов постепенно уступают место более прогрессивному прямому врубу.

К этой группе относятся врубы, образованные шпурами, перпендикулярными к плоскости забоя (шпуры параллельны друг другу). Большинство прямых врубов представляет собой комбинацию из заряженных и холостых шпуров (скважин). Некоторые типы прямых врубов имеют общепризнанные названия, например, щелевой вруб, спиральный, корромант и т.д.

Врубы с расположением шпуров параллельно оси выработки применяются в тех случаях, когда по условиям организации работы требуется применение более глубоких шпуров и применение клинового или пирамидального врубов лимитируется сечением выработки.

Прямые врубы целесообразно использовать при применении механизированного бурового оборудования в крепких монолитных породах, не склонных к пластической деформации.

Прямой вруб - это совокупность параллельных заряжаемых шпуров и компенсационных холостых скважин (шпуров), взаимное расположение которых с учетом предельных л.н.с. обеспечивает при взрывании в установленной последовательности образование врубовой полости заданной глубины, площадь поперечного сечения которой (размером не менее 1 ´ 1 м²) необходима и достаточна для последующей отбойки массива горных пород в пределах поперечного сечения проводимой выработки с постоянной л.н.с. отбойных шпуров и коэффициентом их использования, близким к единице.

Прямой вруб имеет следующие достоинства:

1. Величина подвигания не зависит от ширины выработки. Это положение чисто теоретическое. Практически отклонение шпуров от заданного направления и их запрессовка ограничивают величину подвигания.

2. Высокая эффективность вруба в крепких породах. В производственных условиях в породах, склонных к пластической деформации, для полного выброса взорванной породы из вруба иногда в холостой шпур помещают дополнительный заряд ВВ, взрываемый после взрыва остальных. Тип ВВ для дополнительного заряда выбирают по чувствительности его к детонации, так как в случае высокой чувствительности дополнительный заряд может взорваться одновременно с другими зарядами, что приводит к запрессовыванию взорванной породы.

3. Малый разброс породы, который определяется направлением отбойки, влечет за собой повышение производительности погрузки в забое и уменьшение нежелательных последствий взрыва.

4. Позволяет создать максимальную концентрацию бурового оборудования у забоя, что важно для осуществления скоростного сооружения выработок. В перспективе применение прямого вруба позволит полностью механизировать и автоматизировать процесс бурения шпуров.

К недостаткам прямого вруба относятся:

трудоемкость бурения компенсационных скважин большого диаметра (в случае применения соответствующей конструкции прямого вруба);

недостаточное исследование процессов, происходящих при взрыве прямого вруба, что затрудняет определять параметры прямого вруба в конкретных условиях.

Практически все работы, посвященные исследованию прямого вруба, сводятся к определению необходимого расстояния между заряженным шпуром и холостым в зависимости от диаметра последнего в производственных условиях.

Прямые врубы различают щелевые, призматические и спиральные.

При щелевом врубе шпуры располагаются в одну, чаще вертикально расположенную линию (рис. 3, а). После взрыва таких шпуров в забое образуется вруб, напоминающий щель. Он применяется в хрупких породах.

Призматический вруб (рис. 3,б) может применяться в выработках разного сечения в породах от слабых до очень крепких.

Спиральный призматический вруб (рис. 3, в) отличается от обычного призматического тем, что шпуры этого вруба, оставаясь параллельными между собой, располагаются в плоскости забоя не на одинаковом расстоянии от центрального обычно не заряжаемого шпура, а на последовательно увеличивающемся расстоянии, располагаясь как бы по спирали.

В спиральном врубе (рис. 4) пять-шесть шпуров располагают по спирали от центрального, обычно незаряжаемого шпура с увеличением расстояния между ними. Шпуры взрывают последовательно с замедлением. Этот вруб является наиболее рациональным, так как создает врубовую воронку наибольшего объема, хотя и имеются некоторые сложности по разметке шпуров.

Рис. 2. Комплекты шпуров с пирамидальными врубами: а – центральный вруб из трех шпуров; б – центральный вруб из четырех шпуров; в – центральный вруб из шести шпуров

Рис. 3. Комплекты шпуров с прямыми врубами а – щелевой; б – призматический; в – спиральный призматический

Рис. 4. Расположение шпуров спирального вруба: 1-7 - последовательность взрывания

Необходимое число врубовых шпуров определяется главным образом заданной глубиной вруба, крепостью и свойствами пород. Из-за большого разнообразия условий возможно большое число комбинаций расположения шпуров вруба (рис. 7), которые применяют в породах разной крепости.

Рис. 7.Разновидности прямых врубов:

1-6 – последовательность взрывания

Секционно-призматический вруб состоит из 16 шпуров, располагаемых по вершинам четырех квадратов (рис. 9). Одним из достоинств этого вруба является эффективность применения в породах с различными физико-механическими свойствами.

Рис. 9. Секционно-призматический вруб

Заряды шпуров перечисленных видов прямых врубов взрываются одновременно, кроме шпуров спирального вруба, требующего последовательного взрывания шпуров.

В случаях проведения выработок в особо трудновзрываемых породах, когда ни один из типов врубов не дает желаемых результатов, применяется комбинированный вруб, состоящий из центрального вертикального клинового и щелевого или призматического. При этом призматический вруб располагается внутри клинового.

Комбинированные врубы состоят из параллельных и наклонных шпуров и представляют собой различные разновидности.

Расположение вруба. При выборе места расположения вруба в забое необходимо исходить из требований, которые должны быть предъявлены к дроблению породы, кучности и месту ее расположения в забое.

При боковом расположении вруба в забое отбойка породы направлена в сторону вруба. Отбитая горная масса дробится равномерно и располагается у стены выработки. Такое расположение вруба целесообразно применять в случае необходимости обеспечения подхода к противоположной стороне забоя.

При верхнем расположении вруба в забое происходит неравномерное дробление породы. Горная масса располагается в забое кучно, однако почва выработки обрабатывается некачественно. Также трудно осуществить бурение таких врубовых шпуров.

При нижнем расположении вруба в забое наблюдается крупное дробление породы. Расположение горной массы кучное. Некоторое увеличение необходимого числа шпуров окупается возможностью удобно размещать буровое оборудование в забое и производить точное бурение врубовых шпуров.

При центральном расположении вруба обеспечивается наилучшее дробление и расположение горной массы в забое, однако наблюдается некоторое увеличение необходимого числа шпуров в забое по сравнению с боковым и верхним расположением вруба в забое. Наиболее целесообразно при проведении горных выработок различного назначения с применением самоходного оборудования использовать центральный вруб.

2.6. Расчёт удельного расхода ВВ

Удельный расход ВВ, необходимый для взрывания 1 м³ породы в массиве, зависит от физико-механических свойств взрываемых пород (в первую очередь от крепости пород), степени зажима, глубины разработки, мощности взрываемых массивов, их однородности, трещиноватости, типа ВВ, взрываемости и ряда других факторов.

Для определения удельного расхода ВВ пользуются в основном эмпирическими формулами. Результаты расчета удельного расхода ВВ по эмпирическим формулам следует считать ориентировочным, которые требует уточнения по результатам опытных взрываний.

Наиболее распространенной является эмпирическая формула проф. М.М. Протодьяконова, уточнённая проф. П.Я. Тарановым

, кг/м³, (3)

где e^-1 - показатель, обратный коэффициенту работоспособности, е^-1 = Р_эт/Р_х;

Р_эт ^- фугасность ВВ, принятого за эталонное, см³ (для аммонита 6ЖВ Р_эт = 380 см³);

Р_х - фугасность применяемого ВВ (Приложение 2), см³;

S_пр – площадь забоя выработки “в свету”, м²;

f – коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова;

k_уз - коэффициент усиления заряда, k_уз = 1,2-1,3.

Проф. Н.М. Покровский предложил для расчета удельного расхода ВВ формулу

, кг/м³, (4)

где q_эт ^- нормальный удельный расход эталонного ВВ, кг/м³, который принимается по табл. 2.9 и зависит от свойств породы;

S₁ - коэффициент, учитывающий структурные особенности пород, принимается по табл. 2.10;

v _заж - коэффициент зажима взрываемой породы, который принимается по табл. 2.11.

Таблица 2.9

Зависимость удельного расхода ВВ от физико-механических свойств пород

Характеристика пород	Категория пород	Коэфф. крепости пород	Удельный расход эталонного ВВ, qэт, кг/м^3
Очень крепкие кварцитовые песчаники, граниты и гнейсы. Базальт и другие кристаллические породы. Весьма крепкие известняки, песчаники и доломиты	Внекате-горная	15-20	1,2-1,5
Плотные граниты, кварцитовые песчаники, диориты. Мелкозернистые, монолитные песчаники и известняки, гнейсы	'	10-15	1 -1,1
Некрепкий гранит, плотные песчаники и известняки. Колчеданы, крепкие мраморы и доломиты	II		0,7-0,8
Крепкие песчано-глинистые и песчанистые сланцы Сланцевые и глинистые песчаники. Крепкие глинистые сланцы с включением колчедана. Мягкие песчаники и известняки	III	4-6	0,4-0,6
Глинистые и углистые сланцы средней крепости, плотный мергель. Слабые песчанистые сланцы	IV	2-3	0,2 - 0,3
Трещиноватые, разрыхленные известняки и доломиты Слабые глинистые и углистые сланцы. Антрацит, крепкий каменный уголь	V		0,15

Таблица 2.10

Оценка структурных особенностей руд и пород

Характеристика руд и пород	Коэффициент структурных особенностей пород S1
Руда (порода) слоистая, трещиноватая, хрупкая	0,7-0,9
Руда (порода) мелкозернистая, плотная	0,9-1,1
Руда (порода) с неправильным залеганием, нарушенная сдвигами и мелкой трещиноватостью	1,1-1,3
Руда (порода) со сланцевым залеганием и меняющейся крепостью и напластованием, перпендикулярным направлению шпура	1.3
Руда (порода) плотная, кливажная	1,3-1,5
Руда (порода) монолитная, плотная, вязкая, упругая, пористая	1,5-2

Таблица 2.11

Оценка степени зажима взрываемых пород

Выработка, вруб		Коэффициент зажима породы vзаж
Горизонтальные выработки с одной плоскостью обнажения забоя при клиновом и воронкообразном врубах	0,5-0,7 0,7-1 1-1,2 1,2-1,5	1,7-2 2-2,5 2,5-3 3-4
Вертикальные стволы при клиновом и воронкообразном врубах:	0,5-0,7	2-2,5
Выработка с двумя плоскостями обнажения забоя (штреки, уклоны, бремсберги) при подрывке:
нижней	-	1,6
верхней	-	1,2
боковой	-	1,4
Угольные забои штреков (уклонов, бремсбергов) при одной плоскости обнажения забоя, длине заходки 1,8-2 м и мощности пласта, м:
0,7-1	-
1-1,3	-

Коэффициент зажима в приведенной формуле характеризует неравномерность возрастания периметра выработки по сравнению с отрываемым энергией взрыва объемом пород; для забоев с одной обнаженной поверхностью ; для двух свободных поверхностей v_заж = 1,2-1,5.

При глубине шпуров 2,6 м диаметром 42 мм одной обнаженной плоскости и взрывании ВВ с работоспособностью 300-380 см³ (типа аммонит № 6ЖВ) величину удельного расхода ВВ ориентировочно можно принимать по табл.2.12.

Ш.И. Ибраев предложил для расчета удельного расхода ВВ формулу

, кг/м³, (5)

где а_выр - коэффициент, зависящий от вида выработки (a_выр = 0,25-0,3 - для горизонтальных выработок, a_выр = 0,12 - 0,15 - для стволов шахт и рудников);

b_кэ - коэффициент относительной концентрации энергии в единице объема патронированного ВВ (b_кэ =0,8-1,4).

Таблица 2.12

Рекомендуемый удельный расход ВВ в зависимости от S и f

Площадь забоя в проходке, м^2	Крепость пород f
10-12	12-14	14-16	16-18	18-20
	2,51-2,96	2,96-3,58	3,58-4,08	4,08-4,82	4,82-5,62
	2,37-2,79	2,79-3,38	3,38-3,85	3,85-4,55	4,55-5,30
	2,25-2,65	2,65-3,21	3,21-3,65	3,65-4,32	4,32-5,03
	2,15-2,52	2,52-3,06	3,06-3,48	3,48-4,11	4,11-4,79
	2,06-2,42	2,42-2,94	2,94-3,35	3,35-3,96	3,95-4,61
	1,98-2,33	2,33-2,83	2,83-3,22	3,22-3,80	3,80-4,43
	1,90-2,24	2,24-2,72	2,72-3,10	3,10-3,65	3,65-4,26
	1,84-2,16	2,16-2,63	2,63-3,00	3,00-3,53	3,53-4,12
	1,78-2,09	2,09-2,55	2,55-2,90	2,90-3,42	3,42-3,99
	1,73-2,03	2,03-2,48	2,48-2,82	2,82-3,32	3,32-3,87
	1,68-1,97	1,97-2,41	2,41-2,74	2,74-3,22	3,22-3,76
	1,64-1,92	1,92-2,35	2,35-2,67	2,67-3,14	3,14-3,66
	1,60-1,87	1,87-2,29	2,29-2,60	2,60-3,06	3,06-3,57
	1,56-1,82	1,82-2,23	2,23-2,54	2,54-2,99	2,99-3,48
	1,52-1,78	1,78-2,18	2,18-2,48	2,48-2,92	2,92-3,40

Врубовые шпуры заряжают ВВ с удельным расходом в 1,15-13,8 раз больше максимального значения удельного расхода (большие значения для более крепких пород).

, кг/м³, (6)

где q_вр - удельный расход ВВ на образование врубовой полости, кг/м³;

Q_вp -количество ВВ, размещаемого во врубовых шпурах, кг;

V_вр - объем врубовой полости;

К_рад – коэффициент разрушающего действия вруба, К_рад=1,15-13,85.

Удельный расход ВВ в оконтуривающих шпурах целесообразно уменьшать для снижения законтурного разрушения.

, кг/м³. (7)

Объем взрываемой породы на заходку, м³ можно находится

(8)

Расчетный расход ВВ на заходку, кг:

(9)

Ориентировочное количество шпуров на заходку можно определить:

(10)

где Δ – плотность заряда ВВ, кг/м³; d _п – диаметр заряда (патрона) ВВ, м; k _зап – средневзвешенный для забоя коэффициент заполнения шпуров.

При расчетах значение кзап принимают равным:

0,4 для пород с f<5;

0,45 для пород с f=5-8;

0,5-0,6 для пород с f>8.

Масса ВВ, приходящаяся на один шпур определяется:

(11)

Полученную величину округляют таким образом, чтобы принятая величина р _ш была бы кратной массе одного патрона и корректируют в соответствии с реальной вместимостью шпура в зависимости от его длины и диаметра с учетом забойки.

Если принятая масса шпурового заряда отличается от расчетной более чем на 5%, следует скорректировать количество шпуров, сохранив расчетный расход ВВ на заходку, т.е.:

(12)

где p _ф – фактическая масса ВВ в шпуре, кг.

Дата добавления: 2015-08-31