Материал: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

ивыемку 1 т угля, в 1,5—2 раза, резко снижает трудоемкость работ

иулучшает санитарно-гигиенические условия труда. Стоимость проведения 1 м выработки, а также выемки 1 т угля по статье буро­ взрывных работ снизилась на 25—30%.

Впрактике ведения взрывных работ в основном встречаются три условия для расположения шпуров в зависимости от наличия одной, двух или трех свободных поверхностей. Как известно, при наличии одной свободной поверхности имеются наиболее тяжелые условия работы взрыва. Поэтому задача отбойки в этом случае сводится, по существу, к необходимости образования второй обнаженной поверхности. Для этой цели шпуры длиной 1—1,2 м располагают веерно, сначала под углом не более 30° и далее постепенно увеличи­ вая этот угол приближая шпуры к перпендикулярному расположе­ нию относительно первой обнаженной поверхпостп. В этом случае

образуется вторая обнаженная поверхность, по отношению к которой и ориентируют последующие шпуры.

§ 106. Разрушение массива средствами беспламенного взрывания

Независимо от источника энергии сжатых газов, производящих разрушение среды, процесс разделяют на две стадии — стадию на­ копления энергии; стадию разряжения, т. е. высвобождение энергии сжатых газов после прорыва диафрагмы.

Основными параметрами, влияющими на эффективность разру­ шения массива, являются: запас потенциальной энергии в замкнутом сосуде; длительность и равномерность давления на стенки шпура; амплитуда давления газов.

Длительность и равномерность давления газов на стенки шпура, в свою очередь, зависят от величины заряда, диаметра патрона и зазора между стенками шпура и патроном. Практически величина зазора определяется проходимостью патрона по шпуру и не может быть менее 3—4 мм и более 5 мм.

Время истечения газов в шпур зависит от диаметра патрона и находится в прямой зависимости от объема газов или от величины энергии в патроне.

При постоянном давлении газов на стенки шпура энергия, выде­ ляющаяся из патрона, пропорциональна квадрату диаметра патрона:

Е = ^ - 1 р при Z= const,

где Е — энергия; р — давление; I — длина патрона; d — диаметр патрона.

Время истечения газов из патрона в шпур £ист при прочих равных условиях должно быть больше или равно времени разрушения массива Zpa3p.

На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что для эффективного применения средств беспламеи-

460

иого взрывания необходимо соблюдение следующих условий: при разрушении пород с коэффициентом крепости/ = 4-^6 масса заряда должна быть увеличена не менее чем в 2,8 раза по отношению к за­ ряду, предназначенному для отбойки угля и пород с / = 1,0-^2,5, а обнаженная плоскость должна быть на расстоянии не менее 40го (г0 — радиус заряда); время истечения газов из патрона в шпур должно быть равным или больше времени разрушения массива:

^нст ^ ^разр*

Эффективность отбойки сжатым воздухом высокого давления опре­ деляется главным образом тремя факторами: объемом сжатого воз­ духа в пневмопатроне, давлением в нем перед разрядкой и скоростью, с которой воздух может быть выпущен из него.

После прорыва диафрагмы в пневмопатроне наступает вторая стадия процесса — возникает нестационарное движение газа. Дви­ жущийся газ является носителем энергии, производящей разруше­ ние среды. Энергия сжатого воздуха, идущая на разрушение среды, зависит от расхода Q, т. е. от количества газа, проходящего через поперечное сечение пневмопатрона в единицу времени. Расход воз­ духа является функцией рабочего давления р, скорости течения сжатого воздуха и и площади поперечного сечения s пневмопатрона.

Установлено, что скорость истечения сжатого воздуха из пневмо­ патрона для давлений порядка 700—800 кгс/см2 является величиной постоянной. Эта величина охватывает лишь область критической ско­ рости течения газа, представляющей максимальную скорость исте­ чения сжатого воздуха, которая может быть достигнута на выход© из разрядной головки при данном начальном состоянии газа, и су­ щественно не зависящей от дальнейшего повышения рабочего давле­ ния. При критическом режиме истечения газа из пневмопатрона полного расширения сжатого воздуха высокого давления до внешней среды не происходит. Это приводит к уравновешиванию давления

ходит истечение). Следовательно, скорость истечения сжатого воз­ духа практически относится к факторам нерегулируемым и работа, по существу, сводится к определению энергии сжатого воздуха

взависимости от объема рабочих камер и давления.

Воснову их взаимосвязи положено два установленных экспери­

ментально факта:

1) часть газа, сжатого до высокого давления, прилегающего

кдиафрагме, после ее прорыва движется как несжимаемая жидкость;

2)волна разрежения возникает не непосредственно у диафрагмы, как принято считать в теории идеального газа, а в конце несжима­ емого потока.

Волна разрежения, образующаяся в конце несжимаемого потока, движет газ в том же направлении, в котором движется головной поток.

461

§ 107. Механизация отбойки угля и пород в подготовительных выработках при использовании средств беспламенного взрывания

Средства беспламенного взрывания в силу малой бризантностп, нечувствительности к внешним воздействиям и безопасности в обра­ щении позволяют механизировать процессы буровзрывного ком­ плекса.

Имеющиеся средства беспламенного взрывания типа гидрокс весом 190 и 270 г и металлические патроны к ним диаметром 48 и 54 мм обеспечивают разрушение не только углей, но и пород кре­ постью / = 3; для разрушения более крепких пород требуется уве­ личение массы заряда и диаметра патрона, что влечет за собой повы­ шение стоимости средств беспламенного взрывания, а также трудо­ емкости в отношении бурения шпуров. Главным препятствием ис­ пользования металлических патронов большого диаметра (130 мм) является то, что бурение одиночных скважин для таких патронов трудноосуществимо и экономически нецелесообразно.

ВИГД им. А. А. Скочинского для отбойки пород крепостью до

/= 4 в подготовительных выработках разработан вариант выносной взрывной камеры для инициирования зарядов типа гидрокс различ­ ного веса. Давление в камере регулируется толщиной срезывающего диска. Разрядной головкой камеры служит полая буровая штанга

свыхлопными отверстиями. Бурение совмещено с заряжанием и взрыванием.

На основании этих положений разработаны рабочие чертежи исполнительного рабочего органа проходческого комбайна на базе средств беспламенного взрывания.

Исполнительный орган комбайна выполнен для инициирования в нем зарядов типа гидрокс весом до 1000 г.

Такое решение позволило создать исполнительный орган со сле­ дующими конструктивными параметрами: внутренний диаметр ра­ бочей камеры высокого давления 80 мм, длина 400 мм, длина пусто­ телой штанги 1,5 м, внутренний диаметр 27 мм, наружный — 70 мм.

Исполнительный орган, работающий от гидросистемы, был уста­ новлен на стенде. Лабораторные исследования проводили с зарядом массой 560 г. Замеряли скорости истечения газов по каналу пусто­ телой штанги, давления на стенки шпура и величины обратной отдачи в момент прорыва газов в шпур через выхлопные отверстия.

Работа исполнительного органа осуществлялась в такой после­ довательности. Заряд гидрокса и металлическую диафрагму закла­ дывали в выдвинутый лоток выносной взрывной камеры. При помощи гидросистемы лоток с зарядом вводили внутрь выносной камеры, а металлическая диафрагма (предварительно вложенная в гнездо) создавала вместе с затвором уплотнение внутри камеры. Гидроци­ линдр, поворотом запирающей гайки, соединял затвор с вынос­ ной камерой. После подачи импульса на электроконтакты взрывали заряд гидрокса.

462

При достижении давления внутри выносной камеры, превыша­ ющего предел прочности диафрагмы, последняя срезалась. В резуль­ тате этого газы высокого давления высвобождались по пустотелой штанге в разрядную головку и далее в шпур, производя разрушение массива.

Испытание исполнительного органа в производственных условиях проводили на шахте «Пролетарская-Глубокая» при проведении выра­ ботки сечением 9,4 м2 вчерне с целью определения принципиальной возможности проведения горных выработок с применением источни­ ков импульсного нагружения с низкими давлениями (типа аэрдокс, гидрокс) по породам с f = 4-^6. При этом решались следующие задачи: установление максимальной линии наименьшего сопротивле­ ния, рациональное расположение шпуров, установление силы отката при отбойке горной массы.

Для проведения испытаний стендовый образец исполнительного органа был смонтирован на одном из манипуляторов бурильной машины БУ-2. Шпуры бурили установкой, закрепленной на втором манипуляторе машины БУ-2.

После обуриваиия забоя установку отводили в сторону, а пусто­ телую штангу вместе с коронкой вводили в шпур. Затем в рабочую выносную камеру исполнительного органа закладывали заряд гпдрокса массой 560 г и устанавливали диафрагму. Камеру автома­ тически закрывали, после чего подавали электрический импульс на заряд.

В результате проведенных испытаний установлено, что расстоя­ ние между шпурами и л. и. с. при применении исполнительного ор­ гана были примерно равны параметрам при обычном ведении взрыв­ ных работ и составляли 0,6—0,7 м; параметры машины БУ-2 вполне удовлетворяют условиям ведения взрывных работ по усилиям отдачи и удобству работы с выносной взрывной камерой.

Г л а в а XXVI

ОТБОЙКА РУДЫ ВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ В ПОДЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ

При подземной разработке месторождений отбойку руды осуще­ ствляют несколькими методами (шпуровыми зарядами, скважинными зарядами и минными зарядами). Наиболее широкое применение получили способы отбойки руды скважинными зарядами.

§ 108. Метод скважинной отбойки

Метод скважинной отбойки характеризуется использованием для разрушения горных пород удлиненных колонковых зарядов ВБ, размещаемых в скважинах большого диаметра. Масса таких зарядов составляет 100 кг и более.

46»

В отечественной горной практике скважинная отбойка впервые была применена в Криворожском бассейне в 1931—1932 гг. при раз­ работке железной руды и в дальнейшем получила широкое приме­ нение при подземной разработке месторождений руд черных и цвет­ ных металлов.

В настоящее время более 60% железной руды в СССР (Криворож­ ском бассейне более 80%), добываемой подземным способом, отби­ вается скважинными зарядами. При скважинной отбойке создаются условия эффективного использования высокопроизводительной бу­ ровой техники, погрузочных машин и транспортных средств, что позволяет повысить эффективность взрывных работ, уменьшить стоимость 1 т добываемой руды за счет снижения удельной трудо­ емкости работ и удельных затрат материалов.

Метод скважинной отбойки эффективно используется в условиях разработки мощных рудных тел. При незначительной же мощности рудного тела трудно расположить скважину в пределах рудного тела, что обусловливает при взрывании скважинных зарядов сильное разубоживание полезного ископаемого пустой породой, а при сла­ бой кровле — обрушение кровли с большими вывалами пород. Этот метод также эффективен в рудных залежах при системах с прину­ дительным обрушением, а также при выемке целиков.

В зависимости от направления скважин к горизонту различают следующие способы отбойкп — горизонтальными, вертикальными и наклонными слоями. Расположение скважин бывает параллельное (рис. 225, а, б), веерное (рис. 255, в, г), пучковое (рис. 255 д) и ком­ бинированное (рис. 255, е).

Способ расположения скважин в разрушаемом массиве является столь же важным параметром буровзрывных работ, как и диаметр

с л о я м и применяют при системе разработки подэтажнымп штре­

штреков в условиях пологопадающпх и наклонных пластов полез­ ного ископаемого.

Глубина скважин составляет 20—50 м, диаметр — 55—120 мм, однако с усовершенствованием технических средств эти размеры могут быть увеличены. Толщина разрушаемого слоя лежит в преде­ лах 1,5—2,0 и 5,5—6,0 м, в зависимости от крепости рудного тела, диаметра заряда и типа применяемого ВВ.

При параллельной схеме расположения скважин расстояние между скважинами и между рядами скважин принимают постоянным, а при веерной схеме расположения скважин расстояние между скважинами, расположенными в одной плоскости, является пере­ менным.

Параллельное расположение скважин обеспечивает более равно­ мерное дробление рудного тела вследствие равномерного распреде­

464