БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Расчет зарядов рыхления и производство взрывных работ при методе скважин

Метод расчета величины зарядов и расположение скважин.

Метод скважин применяется в забоях высотой более 5—7 м; наи­более целесообразно применять его в забоях высотой от 10 до 20 ж и более в зависимости от типа экскаватора.

Сущность метода заключается в следующем (рис. 48). В ус­тупе 1, подлежащем взрыванию, бурят скважины 2 для размеще­ния зарядов. Скважины могут быть вертикальные, наклонные и горизонтальные. Диаметр скважин от 75 до 310 мм. Чем крепче

Рис. 48. Схема расположения скважин в уступе

Порода и выше уступ, тем большего диаметра применяют скважи­ны: в слабых породах диаметром 100—150 мм, в более крепких (известняк, гранит, железные руды) диаметром 200 мм и более. Но надо помнить, что чем больше диаметр скважин при прочих равных условиях, тем крупнее кусковатость отбитой породы.

Для бурения скважин в породах с коэффициентом крепости / < 4 применяют станки вращательного бурения; в более крепких породах — станки канатно-ударного, шарошечного и огневого бу­рения. При канатно-ударном бурении фактический диаметр сква­жины получается на 5—20% больше нормального (вследствие разработки стенок скважины при движении долота).

Скважины располагают в один или в несколько рядов (до 10), параллельно фронту забоя. Заряжают их обычно порошкообраз­ным ВВ.

Взрывают одновременно несколько десятков скважин по фрон­ту длиной 100—300 м, чтобы обеспечить бесперебойную работу экскаватора в течение длительного времени.

При взрывании скважинами вследствие меньшей величины IF и а, чем при камерных зарядах, получается более равномерное дробление породы и меньший выход негабарита. Благодаря этому метод скважины имеет очень широкое распространение в крупных механизированных карьерах. Выход негабарита (при экскавато­рах с ковшом емкостью 3 ж3) обычно не превышает 5—10% объе­ма взорванной массы.

Для хорошего дробления породы на уровне подошвы забоя и предупреждения образования порогов (выступов неразрушен­ной или полуразрушенной породы, не поддающейся уборке экска­ватором) скважины бурят глубже подошвы забоя.

Часть скважины, находящаяся ниже подошвы забоя, называ­ется перебуром. Длина перебура зависит от крепости породы и величины W и принимается в пределах (0,2 - f - 0,4) W, где W — расчетная линия сопротивления, т. е. расстояние от оси скважины до обнаженной поверхности на уровне подошвы забоя.

Если на уровне подошвы залегает слой более слабой, легко разрушающейся породы, перебур можно не делать. Перебур не до­пускается в том случае, когда в подошве забоя залегает пустая по­рода, которая может загрязнить добываемое полезное ископаемое В табл. 13 приведены соотношения между параметрами сква­жин W, очи S при мгновенном взрывании зарядов скважин. Зна­чения а выражены через W, значения W выражены через S — пло­щадь, приходящуюся на одну скважину, считая на уровне подош­вы забоя (S = aW).

При короткозамедленном взрывании зарядов следует прини­мать а = W при монолитной породе и в соответствующей пропор­ции изменить соотношение между а и W при иной структуре породы.

Таблица 13

Значение 5 может быть вычислено по формуле, получаемой следующим образом. Масса заряда скважины Q в зависимости от расхода ВВ на 1 ж3 породы и объема взрываемой породы V = = WaH = SH равна

Q = qSH, (67)

Где q — расход ВВ на 1 м3 взрываемой породы в массиве, кг/м3.

Масса заряда скважины в зависимости от длины заряда /3 и массы 1 м заряда равна

Q = т4, (68)

Где т— масса 1 м заряда скважины, кг/м.

Левые части уравнений (67) и (68) равны, следовательно,

QSH = т/3,

Откуда

S= „

Н q

ИЛИ (

S = kL, (69)

Где k — коэффициент, который ио данным практики равен 0,6 при небольших уступах (около 10 ж) и 0,7 при высоких усту­пах (около 20 м), Масса 1 ж заряда скважины определяется по формуле

І UL>" . /тг\\

Т = —Дв, (70)

Где D — диаметр скважины, ж;

Д3 — плотность заряжания (кг/ж3), при порошкообразном ам­моните принимается равной 900—950 /сг/ж3 и при патро­нированном 700—800 /сг/ж3. Величину q, входящую в формулу (69), можно принимать со­гласно табл. 4 приложения.

Обозначив отношение ^ — т, будем иметь

5 = aW = mW2. (71)

Решая совместно уравнения (69) и (71) получим

W=V kJm - (72>

Порядок расчета зарядов скважин рекомендуется следующий. Выбрав диаметр скважины, тип ВВ и способ взрывания, устанав­ливают значение т по табл. 13 и q по табл. 4 приложения. Если работоспособность принятого ВВ не равна 300 см3, то делают пе­ресчет величины q, пользуясь формулой (64) или '(64, а).

По формулам (70), (71) и (72) определяют величины j, W, а и S.

Пользуясь формулой (67), определяют массу заряда скважины Q, а затем вычисляют длину заряда I по формуле

TOC \o "1-3" \h \z А = Т - (73)

Затем устанавливают: длину перебура

= (0,2-г-0,4) IF; (74)

L = H + ln; (75)

/заб = L — /3. (76)

Если вычисленная по формуле (76) длина забойки окажется меньше 0,81F, то надо уменьшить значение W или а, чтобы умень­
шился объем взрываемой породы и заряд скважины, иначе взрыв верхней части заряда скважины будет вызывать большой разлет породы. Уменьшить длину заряда можно и другим способом — путем простреливания образовать в нижней части скважины ко­тел; благодаря этому емкость скважины увеличится и уровень за­ряда ВВ понизится.

Если длина забойки будет более 1,2W, надо увеличить длину заряда, так как в противном случае верхняя часть уступа будет плохо раздроблена. Увеличить длину заряда в скважине можно двумя способами: принять большее значение W или а, в связи с чем увеличится объем взрываемой породы и величина заряда, или применить рассредоточенный заряд, т. е. разделить его на 2— 4 части, предусмотрев между отдельными частями инертные (воз­душные) прослойки длиной от 1 до 2 м.

Работами Н. В. Мельникова и J1. Н. Марченко доказано значи­тельное преимущество воздушных прослоек перед прослойками из твердых инертных материалов (песок, измельченная порода ит'п.)

При воздушных прослойках энергия ВВ не расходуется на пе­реизмельчение твердых материалов прослойки, а передается уп­ругой воздушной прослойке и используется для дробления породы в промежутке между отдельными частями заряда. В связи с этим улучшается дробление породы по всему забою.

Институт горного дела им. А. А Скочинского (ИГД) рекомен­дует рассредоточивать заряд на 2—3 части при высоте уступа до 20 м. Масса нижней части заряда должна составлять 60—70% массы всего заряда (60% при более крепких породах, 70% —при менее крепких). Остальное количество ВВ размещается в верхних (или в верхней) частях заряда, выше воздушных прослоек. Длина воздушных прослоек должка составлять 17—35% общей длины заряда (нижний предел относится к более крепким породам); при этом длина забойки принимается на 20—30% меньше рекомендо­ванной выше, т. е. забойка должна составлять (0,5-ь 0,65) W вме­сто 0,8№. Такое сокращение длины забойки не опасно (в смысле разброса породы) ввиду небольшой величины верхней части за­ряда. Длина отдельной воздушной прослойки должна быть не ме­нее 1 м.

Заряжание с воздушными прослойками рекомендуется как при однорядном взрывании скважин, так и при многорядном. Заряды с воздушными прослойками рассчитывают как сплошные. Рассчи­танные массу и длину заряда распределяют на 2—4 части, в со­ответствии с приведенными рекомендациями. Заряды скважин ре­комендуется делать комбинированные — нижнюю часть скважины заряжать более мощным ВВ (аммонит № 6ЖВ, аммонит В-3, ам­монал) , а верхнюю — игданитом (динамоном с жидким горючим компонентом, гранулитом и др.). При наличии притока воды в скважину нижнюю часть ее целесообразно заряжать гранулиро­ванным алюмотолом или гранулированным тротилом в смеси с ам­миачной селитрой. Поверх зарядов гранулитов и зерногранулитов для безотказного их инициирования надо помещать небольшое количество (10 кг) хорошо измельченного аммонита № 6ЖВ в ка­честве промежуточного детонатора.

Для инициирования рассредоточенных зарядов применяют от­резки детонирующего шнура, который пропускают через всю сква­жину. Для надежности взрывания заряда в скважине обычно про­кладывают два отрезка ДШ. Инициирование их осуществляют электродетонатором, прикрепленным к ним вверху над устьем скважины, или от магистральной линии детонирующего шнураг проложенного вдоль скважин.

Длину воздушной прослойки фиксируют деревянной рейкой со­ответствующей длины с поперечной планкой на нижнем конце и фа­нерным диском (или деревянной крестовиной, обмотанной плотной бумагой) на верхнем конце. Поперечная планка опирается на нижний заряд, а диск служит опорой для верхнего заряда.

При короткозамедленном взрывании очень выгодно применять многорядное расположение и взрывание скважин (см. рис. 23, в и 41).

Расстояние между рядами скважины Wr принимают равным расчетной величине W для первого ряда скважин. Расстояние между скважинами в ряде принимают а = 0,8W, если весь ряд скважин взрывается с одним замедлением. Если соседние скважи­ны одного ряда взрываются с различными замедлениями, тогда принимают а — W. Соотношение это надо уточнять в соответствии со структурой породы (см. табл 13),

Применение многорядного короткозамедленного взрывания скважин в карьерах ЮГОК (Южный горнообогатительный комби­нат Криворожского железорудного бассейна) способствовало зна­чительному улучшению технико-экономических показателей рабо­ты карьеров: выход негабарита снизился до 1 %, повысилась про­изводительность экскаватора и снизились простои рабочих и обору­дования, вызывавшиеся частыми взрываниями небольшого количе­ства скважин. Интервалы замедлений принимали от 25 мсек (при f= 16-5-20) до 50 мсек (при f = 8-5-13).

Пример. Рассчитать расположение и количество скважин, величину зарядов, объем взорванной породы и расход ВВ и СВ на 1 м3 при следующих условияч (рис. 49): высота уступа Я = 20 м; длина фронта забоя 150 м; порода — извест­няк коэффициентом крепости f = 8 по шкале проф. М. М. Протидьяконова; но­минальный диаметр скважин 200 мм, фактический 220 мм: скважины сухие; в ка­честве ВВ принят гранулит С работоспособностью 340 см3.

1. По табл. 4 приложения определяем удельный расход ВВ на 1 м3 породы XI—XII категории

300

Д = 0,425 = 0,375 кг/м3.

2. Вычисляем массу 1 м заряда скважин

T=~ D2A3 = ^ 0,222 • 850 = 32,5 кг/м.

З Находим значение S

У 32,5

4. Определяем значения а и VI7, пользуясь табл. 13

W = 1,1 VS= 1,1 /61 = 8,6 м; а = 0,8П7 = 0,8 ■ 8,6 = 6,9 м.

5. Определяем объем породы, взрываемой одной скважиной,

V = WaH = 8,6 • 6,9 • 20 ^ 1190 м.

6. Вычисляем массу заряда скважины

Q = qV = 0,375 - 1190 = 445 кг.

, 7. Определяем длину заряда скважины

_ 0. _445 /3 — 7 — 3£5~13,3 м.

8. Определяем длину перебура и глубину онважины

1П = 0,35№ = 0,35 • 8,6 = 3 м\

І = Я+/П = 20 + 3 = 23 м.

9. Вычисляем длину забойки

'заб = L — 1з = 23 — 13,3 = 9,7 м.

Длина забойки достаточна, она составляет 1,1 W. Если герц данной длине забойки будет большой выход негабарита, следует рассредоточить заряд, при­менив две воздушные прослойки, в соответствии с рекомендациями ИГД им. А. А. Скочинсного. Примем нижний заряд высотой 9,5 м (320 кг, или 72% общей массы ВВ), второй заряд — 2,3 м (75 кг) и третий— 1,5 м (50 кг). Воздушные прослойки между зарядами примем длиной по 2 м (см. рис. 49). Для забойки останется 5,7 м, или 0,67 W. Этого достаточно, учитывая, что верхний заряд небольшой.

10. Общее количество скважин будет

— 6,9 ~ гг'

11. Определяем расход средств взрывания на одну скважину.

Для рассредоточенных зарядов удобнее применить взрывание детонирующим шнуром. В каждую скважину вводятся две линии ДШ, концы их, выходящие иа 0,5—'1 м из скважины, присоединяются к двум маг-истральчым линиям ДШ, которые прокладываются вдоль устьев скважин. Расход детонирующего шнура на одну скважину, принимая 10% на сростки и прогибы, будет равен

LmH = 1,1 • 2(а-\- 1) ~ 2,2 (6,9 + 23 + 1) = 68 м.

12. Определяем расход ДШ на 1 м3 взорванной породы

^шн _ 68

/шн =* тг г ттэо= 0,°57 м, м3-

13. Длина скважин на 1 м3 породы составит

23

1б = Yjgg = 0,0193 м/м3.

14. Вычисляем стоимость буровзрывных работ на 100 м3 взорванной породы (табл. 14).

Особенности расчета зарядов при наклонных и вертикальных скважинах в уступах с малым углом откоса. В породах крепких и монолитных забой уступа имеет почти вертикальное положение: нижняя часть его до 7г—% высоты уступа вертикальна и только
верхняя часть вследствие заколов имеет откос. Угол откоса уступа при крепких и монолитных породах а «« 80°.

В породах некрепких, а также в крепких, но сильно трещино­ватых угол а снижается до 60°.

Для взрывания таких уступов целесообразно бурить наклонные скважины, параллельные линии откоса (рис. 50, а). При наклонных скважинах расчет параметров расположения скважин и расчет за­рядов производятся по вышеизложенному методу с внесением сле­дующих поправок: расчетная линия сопротивления W берется от

Рис. 50. Расположение скважин в уступе с малым углом откоса

Нижней бровки по направлению, перпендикулярному скважине (она

TV7 W \

Меньше горизонтальной л. н. с. на уровне подошвы— Wrop = а 1. Объем взрываемой породы определяется по формуле

V = Wa - Д - , (77)

Sin а ' v '

где а — расстояние между скважинами,

Если в уступах с малым углом откоса применяют вертикальные скважины (рис. 50, б), то значение расчетной линии сопротивления ^гор определяют по формуле

Wrap = Ь + tfctga, где b — расстояние от верхней бровки уступа до скважины, которое в целях безопасности буровых работ принимается рав­ным 3 м; Н — высота уступа, м; а — угол откоса уступа.

Расчетная линия сопротивления (р, л. с.) в этом случае полу­чается весьма большой, поэтому, чтобы заряды скважин могли преодолеть сопротивление пород отрыву, их сближают до величи­ны а = (0,3 ч-0,6) W. Однако при таком сближении равномерность Дробления породы значительно ухудшается. При желании сохра­нить нормальный коэффициент сближения (т = 0,8) надо закла­дывать в скважину соответственно больший заряд. В таких случа­ях для размещения заряда в скважине на уровне подошвы путем
простреливания образуют котел. Величина прострелочного заряда зависит от крепости породы и необходимого объема котла. Про - стрелочный заряд берется длиной не более 2 м. Если однократное простреливание не создает необходимого-объема котла, то делают 2—3 последовательных простреливания (удваивая или утраивая массу каждого последующего заряда). Прострелочный заряд взры­вают электродетонаторами или детонирующим шнуром. Над заря­дом помещают забойку из мелкого щебня длиной 2—4 м. После простреливания скважину очищают от разрыхленной породы же­лонкой бурового станка или легкой ручной желонкой.

В уступах с малым углом откоса предпочтительно применять наклонные скважины, они дают значительные технические и эко­номические выгоды.

Н. У. Турута и А. Т. Галимулин в результате экспериментов с применением вертикальных и наклонных скважин, проведенных на Первоуральском железорудном карьере, делают вывод, что при наклонных скважинах стоимость экскавации и буровзрывных работ на 1 г горной массы ниже, чем при вертикальных скважинах, на 26%' (табл. 15). Карьер разрабатывал крепкие (f = 8-^-12), но сильно трещиноватые изверженные породы, что способствовало вы­ходу негабарита размером до 4—5 м. Вертикальные скважины (диаметр 200—215 мм) бурили станками канатно-ударного буре­ния БУ-2; наклонные скважины (диаметр 100—110 мм) —станка­ми БМП-110 с погружным перфоратором,

Таблица 15

Скважииы

TOC \o "1-3" \h \z Высота уступа, м.................................................................................... 10—12 10—12

Диаметр скважин, мм................................................................... 200—215 100—110

Производительность бурения, м/смену................................ . 10,7 25,0

Выход горной массы на 1 м скважины, мг................................ 32,8 12,2

Производительность по подготовленной горной массе, м3/смену:

На буровой станок........................................................................ 351 305

На бурового рабочего.................................................................. 175,5 305,0

Стоимость бурения 1 м скважины, руб........................................ 3,553 0,975

Стоимость буровзрывных работ (первичного и вторичного

Взрывания), руб/пг.............................................................................. 0,097 0,073

Стоимость экскаваторных работ, руб/пг...................................... 0,070 0,060

Суммарная стоимость буровзрывных и экскаваторных ра­бот, руб/т 0,167' 0,133

Производство работ при взрывании скважин. После бурения скважины замеряют a, W и глубину каждой скважины L и уточня­ют величину заряда. Перед заряжанием на каждую скважину со­ставляют эскиз со схемой расположения в ней заряда, с указа­нием массы и длины отдельных его частей, прослоек и забойки. За­боечный материал должен быть доставлен к скважинам заблаго­временно-

Перед началом заряжания все механизмы и машины (буровые станки, экскаваторы и т. д.) должны быть перемещены на безопас­ное расстояние. Железнодорожные пути перед взрываемым забоем должны быть сняты на площади предполагаемого развала породы.. Ширина развала составляет (1,5ч-2,5)Н, считая от линии сква­жин.

При заряжании порошкообразными ВВ в скважину опускают две линии детонирующего шнура, после чего засыпают ВВ. После засыпки каждой очередной порции ВВ (30—40 кг) в скважину опускают мерный шнур с подвязанным свинцовым или бронзовым грузиком и проверяют высоту заряда.

По окончании заряжания производят забойку, засыпая сква­жину инертным материалом. Во время заряжания и забойки надо следить, чтобы не были повреждены линии ДШ.

При заряжании скважин игданитом процесс смешивания се­литры с минеральным маслом производится на забое. Процесс этот целесообразно механизировать, как это было сделано на Ка - ракубских известковых карьерах, где механизация приготовления игданита и загрузки его в скважины (рис. 51) позволила втрое сократить время заряжания скважин и трудоемкость работ.

По окончании заряжания вдоль устьев скважин прокладывают Две линии ДШ и к ним привязывают отрезки шнура, выходящие из скважин. Магистральные линии взрывают с помощью двух электродетонаторов или двух зажигательных трубок.

Перед взрывом все люди удаляются за пределы опасной зоны (не менее 200 м) и укрываются в блиндажах или иных местах, за­щищающих от ударов осколками породы. На границе опасной зоны выставляют красные флажки, а на дорогах — пикеты. При взры­вании скважинных, котловых и камерных зарядов, когда на заря­жание затрачивается много времени, вывод из опасной зоны людей, не связанных с заряжанием, разрешается перед началом укладки боевиков в заряды.

Перед началом заряжания или перед укладкой боевиков по­дается первый — предупредительный сигнал (колокол, сирена, тру­ба). Когда лицо, ответственное за взрывные работы, убедится, что рабочие из опасной зоны удалились в укрытие и выставлен а охрана, подают второй сигнал — боевой (обычно взрыв двух патронов по 100 г с интервалом 2 мин). После боевого сигнала взрывают заряды скважин. Через 15 мин после взрыва взрывники приходят в забой для осмотра. Если все заряды взорвались, дается третий сигнал — отбой.

Начальник участка или дежурный техник прежде всего прини­мает меры к приведению забоя в безопасное состояние — к оборке забоя от нависших, грозящих падением кусков породы. Допуск рабочих к месту взрыва разрешается лицом технадзора или мас - тером-взрывником после того, как установлено, что работа в месте произведенного взрыва безопасна.