Расположение шпуров и расчет зарядов для забоев с одной обнаженной поверхностью
Основные принципы расположения шпуров. При проведении выработок в однородных породах (квершлаг, ствол шахты и т. п.) забои имеют преимущественно одну обнаженную поверхность. Для размещения зарядов в породе бурят шпуры, направленные пер-
Рис. 52. Схема действия шпуровых зарядов, перпендикулярных обнаженной
Поверхности: 'заб — длина забойки; а — расстояние между шпурами; W —• расстояние от центра заряда до обнаженной поверхности
Пендикулярно или наклонно плоскости забоя - Длина заряда занимает от 1/г до 2/з, реже 4/5 Длины шпура. Шпуровой заряд, особенно если направление л. н. с. совпадает с осью шпура (рис. 52), разрушает породу лишь в ближней его части. Донная часть шпура остается в неразрушенной породе в виде, так называемого, стакана. При совместном действии близко расположенных шпуровых зарядов длина стакана /ст будет меньшая, чем при взрыве одиночного заряда; она зависит от крепости породы, расстояния между шпурами, диаметра шпурового заряда и мощности ВВ
Вследствие того, что шпуровые заряды не разрушают породу «а всю глубину шпура, подвигание забоя в результате взрыва, т. е. длина заходки /зах, будет меньше глубины шпура /ш - Глубиной шпура называется длина проекции шпура 1ГШ на ось сыработки (рис. 53), т. е, 1Ш — lrm sina. Отношение длины заходки
К глубине шпура = ч\ называется коэффициентом использования шпура, или сокращенно к. и.ш.
Коэффициент использования шпуров будет выше, если в забое имеется вторая дополнительная обнаженная поверхность. Вторую обнаженную поверхность можно создать взрывным врубом или механическим (с помощью врубовой или буровой машины).
Рис. 54. Схемы образования взрывных врубов:
А — взрывом наклонных шпуров; б — взрывом сближенных перпендикулярных шпуров; в — взрывом котлового шпура; 1 — врубовый шпур; 2 — отбойный шпур
Взрывной вруб может быть образован взрыванием небольшого количества шпуров, пробуренных наклонно (рис. 54, а) или перпендикулярно (рис. 54, б) плоскости забоя, а также взрыванием 1—2 котловых шпуров (рис. 54, в).
Врубы с наклонными шпурами имеют наиболее широкое применение. По форме и расположению врубовой полости они подразделяются на воронкообразные, пирамидальные, клиновые и веерные.
Врубы с перпендикулярными шпурами применяют преимуще* ственно в восстающих и горизонтальных выработках небольшого сечения при маловязких породах различной крепости (в том числе при весьма крепких). Врубы этого типа делятся на щелевые и призматические.
Врубы с котловыми шпурами применяются весьма редко, так как простреливание шпуров (для образования котлов) в подземных выработках сопряжено с большими неудобствами и потерей времени на простреливание шпуров, проветривание выработки и т. п.
Воронкообразный вруб применяется главным образом при проходке, вертикальных стволов круглого поперечного сечения в породах различной крепости. Вруб образуется взрыванием 5—8 шпуров, расположенных по окружности и наклонных к оси ствола под углом а = 60-5-80° (рис. 55, а). После врубовых шпуров взрывают вспомогательные шпуры, которые расширяют воронку вруба, а затем отбойные шпуры, оконтуривающие стенки выработки. В зависимости от общего количества шпуров (а оно зависит от диаметра ствола и крепости породы) они могут быть расположены по 3—6 концентрическим окружностям.
В крепких породах в центое врубовой воронки бурят еще один шпур глубиной 0,7 глубины врубовых шпуров Его заряд способствует дроблению породы в верхней части воронки и уменьшению высоты выброса породы врубовыми зарядами.
В глинистых сланцах и в песчаниках средней крепости при мощных В В (динамит 62%-ный и т. п.) и патронах большого диаметра (45 мм
и более) врубовые шпуры дают достаточно хороший эффект даже в том случае, если они пробурены под углом а = 90°. Вертикальные шпуры легче бурить, чем наклонные, поэтому при скоростных проходках предпочитают пробурить 1—2 лишних вертикальных шпура, чем бурить наклонные. На рис. 55, в приведена схема располо жени я шпуров, примененная при скоростной проходке ствола шахты «Бутовская-Глубокая» по глинистым сланцам.
Рис. 55. Схемы воронкообразных и пирамидальных врубов: а — схема воронкообразного вруба в забое ствола: 6-і схема пирамидального вруба в забое шурфа; в — схема расположения шпуров, примененная в стволе шахты «Бутовская-Глубокая»; 1 — врубовые шпуры; 2 — отбойные;
Пирамидальный вруб является разновидностью воронкообразного. Вруб образуется взрыванием трех-четырех шпуров, расположенных по углам треугольника или прямоугольника и направленных к оси выработки (рис. 55,6). После взрыва четырех врубовых шпуров образуется пирамидальной формы воронка, создающая дополнительную обнаженную поверхность, облегчающую работу взрыва отбойных и оконтуривающих шпуров. При большом сечении выработки, а также в более крепких породах, между врубовыми и оконтуривающими шпурами располагают 1—3 ряда вспомогательных шпуров. Этот вруб применяется
Довольно часто при проведении стволов и шурфов прямоугольного1 сечения в породах различной крепости.
Клиновые врубы применяются при проведении выработок в породах различной крепости. Вруб образуют взрыванием 2—4 пар шпуров, наклоненных один к другому. В зависимости от расположения и направления врубовой щели различают горизонтальные и вертикальные клиновые врубы.
Рис. 56. Схемы клиновых врубов
Горизонтальные клиновые врубы применяют преимущественно в квершлагах: верхний вруб (рис. 56, а) — при падении пород от забоя, а нижний (рис. 56, б) — при падении пород на забой. В сравнительно узких, но высоких выработках применяют иногда- центральный горизонтальный вруб, в котором врубовые шпуры располагают посередине забоя.
Вертикальные клиновые врубы применяют при проведении полевых штреков по крутопадающим пластам, камерных выработок и квершлагов. Вертикальный клиновый вруб может быть боковым (рис. 56, в) или центральным (рис. 56, г). Шпуры вруба бурят в более слабых пластах или пачках породы, если таковые есть.
Если один бок выработки идет по отчетливо выраженной плоскости наслоения, то вруб может быть образован, одним рядом врубовых •шпуров.
Чем крепче порода, тем меньше должны быть глубина и угол наклона врубовых шпуров к плоскости забоя (угол а), так как •глубина врубовых шпуров зависит от величины угла наклона и. ширины выработки В (или высоты Я).
При горизонтальном клиновом врубе глубина врубовых шпуров
.должна быть /вр < у tg а, при вертикальном боковом врубе
•/вр < 2" tg а, а при центральном 1вр < tg а, иначе врубовые шпуры невозможно будет пробурить — будут мешать стенки выработки. Приведенные здесь формулы справедливы для одинарных клиновых врубов.
В крепких породах следует применять двойные клиновые врубы (рис. 56, д). Шпуры'вспомогательного вруба (внутренние) бурят под углом 50—60°, глубина их составляет 0,4—0,6 глубины шпуров •основного вруба. Шпуровые заряды вспомогательного вруба взрываются в первую очередь и они благодаря небольшой величине. л. н. с, и малому значению угла наклона ai дают хороший эффект и значительно облегчают работу шпуровых зарядов основного. вруба. При наличии вспомогательного вруба шпуры основного :вруба можно бурить под углом а2 — 60 ч-70° даже в крепких породах, благодаря чему возрастают возможная глубина этих шпуров и длина заходки.
Применение двойного клинового вруба целесообразно и в выработках, проходимых по породам средней и нижесредней крепости, так как при этом можно значительно увеличить глубину врубовых ■шпуров и длину заходки.
Клиновой вруб применяется так же при проходке вертикальных •стволов, пересекающих крутопадающие пласты пород (рис. 56, е).
Выбор формы вруба и его расположения, углов наклона и количества врубовых шпуров зависит не только от крепости и структуры породы, но и от удобства бурения шпуров. Так, в выработках малого сечения, а также при бурении шпуров с применением длинноходовых податчиков следует задавать вспомогательные врубы и увеличивать угол наклона врубовых шпуров или отказываться от клиновых врубов и применять призматические врубы.
В табл. .16 приведены параметры расположения врубовых шпу - >ров при клиновых врубах.
Эта таблица составлена для ВВ с работоспособностью Р — = 350-f-380 см3 при диаметре патрона d = 32 мм. При ином диаметре патронов или работоспособности расстояние между парами врубовых шпуров можно найти по формуле
Коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодья - конова
Расстояние между парами врубовых шпуров, м
Угол наклона а, не более, град
Количество врубовых шпуров, не менее
Вспомогательные и отбойные шпуры бурят с большим углом наклона, чем врубовые. Устья оконтуривающих шпуров располагают в зависимости от условий бурения и крепости породы на расстоянии 10—30 см от кровли, боков и почвы выработки. Оконтуривающие шпуры имеют уклон в обратную сторону, но концы шпуров не должны выходить за проектные контуры сечения выработки, чтобы не увеличивать его сверх проектных размеров.
Для уменьшения разрушения стенок выработки целесообразно оконтуриваю - ■щие шпуры бурить меньшего диаметра, чем врубовые и другие шпуры, и применять менее бризантные ВВ. Одновременно с этим целесообразно количество оконтуривающих шпуров увеличить в 1,5— 3,7 раза против расчетного, но заряжать Рис 57. Схема веерного, их через один. Свободные шпуры будут вруба
Способствовать получению более гладких стенок выработки. Врубовые шпуры, наоборот, целесообразно делать большего диаметра (и большего диаметра применять патроны), особенно в крепких породах.
Коэффициент использования шпуров при воронкообразных и клиновых врубах равен 0,7—0,8 для крепких и весьма крепких пород (/>10) и 0,8—0,9 для пород средней крепости (f = 6).
Веерный вруб (рис. 57) осуществляется одним-двумя рядами врубовых шпуров, длина и угол наклона которых постепенно увеличиваются. Этот вруб применяется иногда в угольных забоях подготовительных и нарезных выработок при пластах малой мощности. Шпуровые заряды взрывают электродетонаторами замедленного (в негазовых шахтах) или короткозамедленного действия (в газовых шахтах) в порядке нумерации, указанной на рисунке.
Щелевой вруб образуется взрыванием нескольких параллельных шпуров, расположенных в 1—2 ряда, пробуренных перпендикулярно плоскости забоя (рис. 58, а). Шпуры заряжают через один. Незаряженные шпуры создают дополнительные обнаженные Поверхности, облегчающие работу соседним заряженным шпурам. При очень крепких породах расстояние между шпурами не должно превышать диаметра свободного шпура (в сторону которого дей ствует взрыв), а при слабых — может быть не более двух-трех диаметров. Щелевой вруб применяется в породах средней крепости при проведении выработок преимущественно небольшого сечения, где применение врубов с наклонными шпурами невозможно или неэффективно.
Призматический вруб применяется в породах средней крепости и выше в выработках малого и среднего сечения (4—8м2). Призматический вруб (рис. 58, б), как и щелевой, образуется взрыванием 5—6 сближенных параллельных шпуров, располагаемых
Обычно в центре забоя. Коэффициент заполнения шпуров взрывчатым веществом составляет 0,7—0,8. Патрон боевик помещают вторым от дна шпура.
Хорошие результаты дает призматический вруб с незаряженной скважиной при поочередном взрывании врубовых шпуров. Скважину диаметром 80—100 мм бурят приблизительно в центре забоя. Вокруг нее бурят на разных расстояниях 3—4 врубовых шпура нормального диаметра. Расстояние между скважиной и врубовыми шпурами зави - Ри'с. 58. Схема врубов с пертавди- сит от диаметра скважины, кре - кулярными шпурами: пости породы и качества ВВ. При
С ^щелевой вруб (из семи врубовых аммоните работоспособностью
Шпуров четыре заряжены, а три сво - опп,
Бодны); б - призматический вруб (из 300 СМ3 И Коэффициенте КреПОСТИ
Семи врубовьпс шпуров ™е заряже - породы / = 8 -12 раССТОЯНИЄ О!
Скважины до шпура I принимается 10 см, до шпура II — 15 см, до шпура III —20—30 см, до шпура IV — 30—40 см. Шпуровые заряды взрывают поочередно огневым или электрическим (ЭДЗД) способом.
При призматических врубах длина шпуров почти не ограничивается^ поперечными размерами выработки; можно бурить шпуры длиной в 1,5 раза больше ширины или высоты выработки и получать при этом к. и. ш. 0,9—1. Недостатком вруба со свободной скважиной является трудность бурения скважины в крепких породах. В таких породах скважину может заменить простреленный шпур, но количество шпуров и расход ВВ при этом возрастают.
Призматические и щелевые врубы целесообразно применять при проведении горизонтальных и восстающих выработок в породах не очень вязких.
В шахтах, опасных по газу и пыли, щелевые и призматические врубы применять можно лишь при соблюдении требуемых Правилами безопасности расстояний от заряда до свободной поверхности и длины забойки.
Комбинированные врубы применяют в крепких породах при удлиненных заходках. К таким врубам можно отнести двойные и тройные клиновые врубы, комбинацию клиновых и веерных врубов и т. п. На рис. 59 показана схема расположения шпуров при комбинированном тройном клиновом (в горизонтальной проекции) и веерном (в вертикальной проекции) врубах.
Ярусное взрывание зарядов в шпурах. Способ ярусного взрывания зарядов по методу И. И. Пазенко был применен при проведении выработки сечением 2,25 м2 по руде средней крепости. В забое параллельно оси выработки пробуривали 8 шпуров длиной по 3 м (рис. 60). В каждый шпур помещали по три самостоятельных заряда. Длина отдельного заряда составляла 0,7 м, а длина забойки 0,3 м. Патрон - боевик располагали посередине заряда. Взрывание производилось огневым способом. Длина зажигательных трубок принималась одинаковой во всех зарядах — по 3 м. Шнуры поджигали в такой последовательности: вначале шнуры зарядов первого яруса четырех внутренних шпуров, затем шнуры первого яруса четырех наружных шпуров, вслед за ними шнуры второго яруса внутренних шпуров, шнуры второго яруса наружных шпуров и т. д. После взрыва зарядов первого яруса внутренних (врубовых) шпуров получался вруб глубиной 1 м, а после взрыва зарядов первого яруса наружных (отбойных) шпуров забой перемещался на 1 ж и т. д.
Благодаря ярусному расположению зарядов величина зажима взрываемой породы при шпурах глубиной 3 м была такой же, как и при шпурах глубиной 1 ж, а к. и. ш. — выше. Применение способа И. И. Пазенко целесообразно в восстающих выработках. В горизонтальных выработках более двух ярусов делать нельзя, а патроны-боевики надо помещать в дальних концах зарядов, чтобы взрывная волна была направлена к устью шпура и способствовала отбросу породы от забоя.
Рис. 59. Схема 'расположения шггуров комбинированного. вруба
Метод ярусного взрывания несомненно получит значительное применение при скоростном проведении выработок, в том числе стволов шахт, с использованием буровых установок для комплектного бурения глубоких шпуров и скважин. Для этого метода необходимы надежные электродетонаторы короткозамедленного дей ствия с малым разбросом времени срабатывания и с большим количеством серий замедления.
Длина заходки зависит от крепости породы и площади забоя. Чем крепче порода и меньше площадь забоя, тем меньше принимается длина заходки. В случае применения призматических врубов площадь забоя не оказывает такого большого влияния на выбор длины шпуров, как при клиновых врубах. В табл. 17 приведены данные о длине заходок для различных выработок.