В. А. АССОНОВ, М. М. ДОКУЧАЕВ, И. М. КУКУНОВ
БУРОВЗРЫВНЫЕ
РАБОТЫ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для горных техникумов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Москва — 1960
В учебном пособии, даны основные сведения о горных породах и буровзрывных работах, а также технические ха рактеристики буровых станков и инструментов, как отечест венных марок, так и зарубежных. Изложена теория взрывча тых веществ и действия взрыва в среде. Рассказывается о свойствах взрывчатых материалов. Описываются основные методы и способы взрывных работ, приводятся расчеты заря дов, а также меры безопасности при хранении и перевозке взрывчатых веществ.
Книга рассчитана.на учащихся горных техникумов по спе циальности «Разработка нерудных месторождений», а так же может быть полезна для специалистов, занятых на буро взрывных работах.
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ НАУЧН-ТЕХНИЧЕСКАЯ
БИБЛИОТЕКА CQCF
ДОП
ПРЕДИСЛОВИЕ
Взрывные работы являются одним из мощных средств механи
зации трудоемких и тяжелых работ. Они применяются в различ
ных отраслях народного хозяйства; в горной промышленности при добыче полезных ископаемых и при подготовке месторождений к эксплуатации, на строительстве железных и шоссейных дорог (об разование выемок), при производстве земляных работ на строи
тельстве гидроэлектростанций и др., в сельском и лесном хозяй
ствах (при проведении каналов, корчевке пней, рыхлении почвы), в
металлургии (дробление металла) и др.
В задачу взрыва входит не только разрушение и рыхление гор ных пород, но и транспортирование их на сравнительно неболь шие расстояния; взорванная порода может быть силой взрыва выброшена в заданном направлении.
Взрывные работы обеспечивают значительный рост производи тельности труда и резкое сокращение сроков строительства. По масштабам взрывных работ Советский Союз стоит на первом месте в мире. Объем взрывных работ в нашей стране в 1959—1965 годы составит около 3 млрд. м3.
Большой объем взрывных работ и резкий рост их техники тре бует подготовки специалистов высокой квалификации.
Настоящее учебное пособие написано для учащихся горных техникумов по специальности «Разработка нерудных месторожде ний» согласно программе курса «Буровзрывные работы».
В соответствии с задачами, поставленными XXI съездом КПСС и июньским Пленумом ЦК KTIQC (1959 г.), в книге полу чили отражение новейшие высокопроизводительные методы буро вых и взрывных работ: ударно-вращательное бурение с погруж ными перфораторами, термическое бурение, бурение шарошечными долотами, вращательное бурение с использованием новейших станков, бурение шпуров быстроударными перфораторами и др. Во втором разделе книги даются основные сведения и характери стики современных мощных и безопасных взрывчатых веществ и средств взрывания.
Значительное место в учебном пособии отведено новейшим вы сокоэффективным методам производства взрывных работ; работы на выброс и сброс, метод наклонных и горизонтальных скважин
со сплошным и рассредоточенным расположением зарядов, взры вание с коротким замедлением. В книге приводятся детальные рас четные положения и технико-экономические показатели взрывных работ. Раздел первый написан И. М. Кукуновым, раздел второй и
глава XVI третьего раздела написаны |
В. |
А. Ассоновым, раздел |
||
третий — М. М. Докучаевым. |
благодарность рецензентам |
|||
Авторы выражают |
глубокую |
|||
Н. А. Николаеву, Б. Д. |
Росси и | |
П. |
В. |
Синякину |, редактору |
Г. П. Демидюку за существенную помощь при разработке учебногэ
пособия.
Авторы будут благодарны за все критические замечания, кото рые следует направлять по адресу: Москва, Третьяковский проезд, д. 1, Госстройиздат.
Раздел первый
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ. И БУРОВЫЕ РАБОТЫ
Глава I
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
§ 1. Физико-механические свойства горных пород
Эффективность бурения и взрывания горной породы в большой степени зависит от добываем ости ее, т. е. сопротивления ее различным внешним воздействиям, прилагаемым при разработке и добывании породы.
Степень добываемое™ горных пород характеризуется не одним
каким-либо свойством той или иной породы, а совокупностью ос новных физических и механических свойств, влияющих на произ водительность бурения, трудность отделения породы от массива и дробления ее.
К основным физико-механическим свойствам горных пород от носятся: структура и текстура, объемный вес, твердость, вязкость, упругость, трещиноватость, разрыхляемое™, абразивность.
Структура и текстура
Структура, или строение, горной породы определяется
внешними особенностями слагающих ее минеральных зерен, раз
мерами, формой и характером поверхности их. Структура горных
пород может быть: кристаллической, оолитовой, сферолитовой, обломочной.
Кристаллическая структура образуется в процессе кристаллизации расплавленных горных пород (во время застыва ния магмы), а также при кристаллизации (или перекристаллиза ции) изверженных горных пород, находящихся в твердом состоя нии, под воздействием высокого давления и высоких температур.
По размерам кристаллов различают следующие виды кристал
лических структур: |
крупнокристаллическую с размером |
кристаллов свыше |
1 мм; сред не кристаллическую с раз |
мером кристаллов от 0,1 до 1 мм; скрытокристаллическую
сразмерами кристаллов от 0,01 до 0,1 мм и пелитоморфную
сразмерами кристаллов до 0,01 мм. В скрытокристаллической и пелитоморфной структуре отдельные кристаллы и форма их раз личимы лишь под микроскопом.
Мелкокристаллические горные породы обладают более высокой
прочностью, чем породы того же минералогического состава, но сложенные кристаллами больших размеров. Например, прочность
4
мелкозернистых гранитов на сжатие достигает 2 600 кг!см2, а у крупнозернистых она падает до 1 200 кг1см2.
Путем изменения величины зерна можно повысить прочность данной породы почти в 2—3 раза. Таким способом часто пользуют
ся при получении плавленых горных пород. Естественный диабаз с мелкокристаллической структурой имеет прочность на сжатие до
3 000 ка/си2, а плавленый — свыше 5 000 кг/сл2.
По однородности размеров кристаллов различают кристалли ческие структуры: равномерно зернистую (рис. 1,а), разно зернистую (рис. 1,6), порфиритовую (с вкраплением в мелкозернистую структуру крупных кристаллов, рис. 1 ,в) волок нистую с кристаллами, вытянутыми в одном направлении
(рис. 1,а).
Рис. 1. Различные виды кристаллических структур
Оолитовая |
структура — концентрическое |
скорлуповид |
ное строение (рис. |
2, а). Этот вид структуры встречается только |
|
у осадочных пород. |
|
удлиненными |
Сферолитовая структура характерна |
||
кристаллами, расположенными радиально (рис. 2,6). Она встре чается как у осадочных, так и у изверженных пород.
Обломочная структура представляет рыхлые или сце ментированные обломки горных пород различных размеров,
имеющие неправильные очертания. Вид цементирующего вещества оказывает большое влияние на прочность породы и ее сопротив ляемость внешним воздействиям. Обломочная структура встречает ся только у осадочных горных пород.
Текстура (сложение) горной породы определяет простран ственное расположение минеральных частиц в ней. Для извержен ных пород текстурные признаки не оказывают практического влияния на прочность в отличие от осадочных и метаморфических пород, при разрушении которых текстурные особенности имеют существенное значение.
Основным текстурным признаком осадочных пород является слоистость, возникающая в процессе образования породы. Слоистость выражается изменением размеров минеральных частиц
(зерен) в вертикальном направлении при одинаковом их составе
(рис. 3, а), чередованием зерен разного состава (рис. 3,6) и, на конец, ориентировкой некоторых минеральных частиц в определен
5
ном направлении (рис. 3,в). |
Плоскости слоистости чаще всего |
||
совпадают с плоскостями напластования. |
слан |
||
Другим текстурным признаком горных пород является |
|||
цеватость, т. е. способность |
породы, раскалываться по |
парал- |
|
|
анш> яиш»,ЦшЬ |
|
|
|
хэ <птптг> «гптптп |
со» |
|
|
гттт» <цр <Ш» ОШШЙ> |
СШПР |
|
|
<щцп> <шше> СПИР |
||
|
<ЗШШВ> (ЛДПР |
<пшэ |
|
|
Ш> «ПШП> |
|
<£ |
|
<ИТрТТ9 <ПШШ> |
<ЯТППт» **2 |
|
|
тио «пт» <шш> |
||
|
■-ггттт*. <лттпа |
«птп&.дщ |
|
в
Рис. 3. Виды слоистости
Рис. 2. Структура горных пород
а — оолитовая; б — сферо литовая
лельным плоскостям на тонкие пластинки. Сланцеватость присуща главным образом
метаморфическим породам.
От слоистости сланцеватость отличает
ся всегда одинаковым минералогическим
составом породы по различным слоям;
кроме того, поверхности сланцеватости ред
ко совпадают с плоскостями напластования.
Ложной слоистостью, или к л и в а ж о м,
называется свойство горных пород легко от деляться по параллельным плоскостям, очень часто не совпадающим с плоскостями
слоистости. Хорошо выраженным кливажем обладают каменные угли. Слоистость и сланцеватость имеют большое значение при
взрывных работах. Взрыв зарядов в шпурах, заданных перпенди кулярно плоскостям слоистости (сланцеватости), более эффективен,
чем в шпурах, направленных параллельно этим плоскостям. Пористость также является весьма существенным текстур
ным признаком; выражается в процентах и характеризуется отно
шением |
объема пустот к объему всей породы. |
Пористость рых- |
|||||
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
Пористость |
горных пород |
|
|
|
Наименование пород |
Пористость |
Наименование пород |
Пористость |
||||
В % |
В % |
||||||
|
|
|
|
|
|||
Граниты, |
кристаллине- |
|
|
|
|
||
ские сланцы, |
гнейсы, |
|
Пески разнородные и |
гравий |
|
||
габбро, |
диабазы . . |
0,02—1,8 |
35-40 |
||||
Известняки, |
мраморы. |
|
Глина .................................... |
|
44-47 |
||
0,53-13,4 |
Суглинки |
|
52—55 |
||||
ДОЛОМИТЫ .... |
|
||||||
Песчаники.................... |
|
4,8-28,3 |
Культурная почва................ |
|
45-65 |
||
Пески однородные . . |
'26—47 |
Торф .................................... |
. |
До 81 |
|||
6
лых пород обусловливается наличием в них незаполненных основ ным материалом объемов, а пористость плотных (скальных) по род— главным образом трещиноватостью.
Средние значения пористости для |
главнейших горных |
пород |
|
даны в табл. 1. |
|
|
|
Объемный вес |
|
|
|
Объемный вес — вес единицы |
объема данной |
породы <в |
|
естественном состоянии — выражается в килограммах или |
тоннах |
||
на 1 м\ |
(в плотном теле) |
и |
в раз |
Различают объемный вес в целике |
|||
рыхленном состоянии; второй всегда меньше первого.
Вклассификации горных пород по «Единым нормам выработки
ирасценкам» (см. приложение) приведены значения объемного веса для различных горных пород в целике.
Объемный вес не всегда дает правильное представление о проч ности горных пород, но в тех случаях, когда ряд одноименных
пород отличается только объемным весом, прочность пород с
большим объемным весом всегда выше, чем пород, имеющих мень ший объемный вес. Так, например, при увеличении объемного веса с 1,5 до 2,7 т/л<3 предел прочности при сжатии у известняков воз растет с 50 до 1 800 кг/см2, у песчаников при увеличении объемного веса с 1,87 до 2,57 т/л3— от 150 до 900 кг/‘см2.
Твердость, вязкость, упругость
Твердостью называется сопротивление, оказываемое гор
ной породой, проникновению (вдавливанию) в нее острия какогонибудь инструмента. Твердость одной породы по отношению к дру гой определяют посредством черты, которую оставляет более твердая порода на менее твердой.
Вязкость горной породы — сопротивление, оказываемое по родой силам, стремящимся разъединить слагающие ее части. Чем больше вязкость, тем труднее добывать породу. При разрушении и дроблении вязких пород требуется больший расход или приме
нение более мощных взрывчатых веществ (ВВ).
Упругостью называется свойство горных пород восстанав
ливать свою форму и объем после прекращения внешнего воздей ствия. Упругостью в той или иной степени обладают все горные породы.
Трещиноватость, разрыхляемость, абразивность
Трещиноватость наблюдается у всех пород как результат различного рода нарушений в процессе их образования.
Трещиноватость имеет большое значение при бурении и взрыв ных работах. Трещины осложняют бурение, способствуют застре ванию буров, особенно в случае совпадения направления шпура с
7