Спосіб утворення врубової порожнини при вибухових роботах

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при сооружении горных выработок. Известен способ образования врубовой полости при взрывных работах, включающий бурение горизонтальных, параллельных рядов, шпуров перпендикулярно плоскости забоя на различную глубину с размещением заряда в шпура х рассредоточено - на двух яруса х от поверхности забоя [1]. Недостаток способа: сложность заряжания шпуров с рассредоточенными и ярусными зарядами; ограниченная область применения рассредоточенных зарядов по Единым правилам безопасности при взрывных работах (ЕПБ ВР), Киев, Норматив, 1992; заряды в крайних шпура х вертикальных рядов работают в условиях зажима породы. Известен способ образования врубовой полости при помощи прямого ступенчатого вруба [2]. В забое бурят комплект шпуров, расположенных в вершинах тре х концентрических квадратов, имеющих различную длину сторон. В центре квадратов располагается шпур, имеющий рассредоточенный заряд варывчатых веществ (ВВ) (фиг. 1). На фиг. 1 показаны фронтальная проекция шпуров на плоскость забоя (фиг. 1а) и разрез вертикальной продольной плоскостью, проведенной через вертикальную ось симметрии вруба (фиг. 16). Точками на фронтальной проекции показаны и пронумерованы устья шпуров, п унктирными линиями - пространственная связь шпуров и группы шпуров различных ступеней. На разрезе линиями показаны шпуры, пробуренные в массиве горной породы, а утолщенными линиями - пронумерованные заряды ВВ, располагаемые в соответствующи х шпура х. Шпур 1 относится к 1-й ступени, шпуры 2-5 - ко 2-й ступени, 6-9 - к третьей ступени, 10-13 и 1' - к 4-й ступени. Приращение глубины ступеней составляет 30-40 см для глубины вруба 2,2 м. Порядок взрывания шпуров происходит последовательно по описанной схеме. К недостаткам описанного способа следует отнести ограниченную область применения рассредоточенных зарядов (§ 241 и § 266 ЕПБ ВР), а следовательно и всего способа. При использовании предохранительных ВВ (111 класс и выше) глубина воронки выброса первой ступени выходит из области оптимальной для допустимой величины заряда первого шпура, т.е. уменьшение работоспособности ВВ требует увеличения массы заряда для образования воронки выброса оптимального объема и глубины, что не выполнимо по условию минимально допустимой промежуточной забойки, а в некоторых случаях - и по условию максимально допустимой массы устьевого заряда (§ 266, ЕПБ ВР). Из-за незначительных размеров воронки выброса первой ступени происходит запрессовка породы в ней при взрывании шпуров второй ступени, т.к. они расположены вокруг первоначальной воронки выброса и предназначены для отбоя породы в ее полость. Это влечет за собой неэффективную работу шп уров последующи х ступеней и нарушает последовательность развития врубовой полости, т.к. шпуры последующи х ступеней работают фактически на выброс. В конечном итоге образуется врубовая полость малых размеров, что приводит к снижению коэффициента использования шпура (КИШ) до 0,5-0,6. При этом мощные заряды отбойных и оконтуривающих шпуров также работают на выброс, увеличивая опасность воспламенения и взрыва метановоздушной среды (МВС), так как по одной из теории взрыва ее воспламенение происходит в момент истечения раскаленных продуктов детонации (ПД) ВВ в призабойное пространство. Вероятность воспламенения МВС тем выше, чем выше скорость истечения ПД ВВ, что имеет место при неполном разрушении зарядной камеры и работе заряда на выброс. Предполагаемое изобретение решает технические задачи: расширения области применения ступенчатых врубов; повышения КИШ; снижения опасности воспламенения и взрыва МВС; повышение эффективности использования предохранительных ВВ. Поставленная выше задача решена в предложенном способе, включающем бурение перпендикулярно плоскости забоя шпуров, расположенных горизонтальными рядами, на глубину, изменяющуюся ступенчато. Шпуры в рядах бурят в шахматном порядке на расстоянии между шпурами в рядах (а) в два раза большем расстояния между горизонтальными рядами, а ступенчатое образование врубовой полости осуществляют последовательным взрыванием чередующихся пари (или) триад шпуров, оси которых перпендикулярны друг другу. Величину "а" определяют исходя из соотношения: где b - минимально допустимое расстояние между смежными шпуровыми зарядами (§243, ЕПБВР); k - коэффициент пропорциональности, зависящий от крепости пород и работоспособности ВВ (значение к см. дальше). Кроме того, в предложенном способе взрывание начинают с пар (триад) шпуров, имеющих минимальную глубин у, равную максимальной глубине щелевидной воронки выброса, полученной при экспериментальном взрывании пары шпуров, а образование врубовой полости завершается взрыванием пар (триад) шпуров, имеющих максимальную глубину и равную глубине вруба. При этом массу заряда пары (триады) шпуров увеличивают пропорционально их глубине на величину Dq, зависящую от усло вия размещения заряда в шпуре и полученную в результате экспериментальных взрываний. Предлагаемый способ иллюстрируется фиг. 2, на которой показаны фронтальная проекция шпуров на плоскость забоя (фиг.2a) и разрез вертикальной продольной плоскостью, проведенной через вертикальную ось симметрии вруба (фиг. 26). Точками на фронтальной проекции показаны и пронумерованы устья шпуров, пунктирными линиями - пространственная связь шпуров и группы шпуров различных ступеней. На разрезе линиями показаны шпуры, пробуренные в массиве горной породы, утолщенными линиями - пронумерованные заряды ВВ. располагаемые в соответствующих шп урах. Последовательность взрывания зарядов следующая: 1, 2, 3. 4 - заряды первой ступени; 5, 6 - заряды второй ступени, 7 8, 9. 10 - заряды третьей ступени: 11-16- заряды четвертой ступени; 17. 18 - заряды четвертой ступени, взрываемые с замедлением от предыдущи х зарядов. На фиг. 2 также обозначено. Dl величина ступенчатого приращения глубины врубовой полости; Ів -глубина щелевидной воронки выброса двух шп уров, Ізах - проектная глубина заходки; lвр - глубина вр уба. Заряды двух пар шпуров первой ступени образуют не перекрывающиеся щелевидные воронки с большим суммарным объемом полости. По сравнению с работой первой ступени Прототипа, это позволяет избежать запрессовки породы при взрывании зарядов последующих ступеней. Этой же цели подчинено использование пар шпуров на определенном расстоянии друг от др уга (с учетом требований ЕПБ ВР), оказывающих усиливающее взаимное влияние и гарантировано образующих щелевидные воронки необходимой глубины и объема даже при использовании предохранительных ВВ с невысокой работоспособностью, например, угленит 13П, аммонит Т-Ш. В этом же случае в 2 раза увеличивается значение максимально допустимой массы заряда шпура по условию минимальной длины устьевой забойки и по условию передачи детонации между патронами. Вторая ступень вруба имеет одну пару шп уров, ось которой перпендикулярна осям Предыдущи х пар и расположена в центре вруба между парами шпуров первой ступени. Это позволяет использовать во второй ступени только одну пару шпуров, т.к. ее эффективность обеспечивается работой одновременно на две образовавшиеся полости, что облегчает условия разрушения породы. Величину приращения глубины шпуров последующих ступеней выбирают исходя из оптимальной величины щелевидной воронки выброса максимально возможного увеличения ее глубины в последующи х ступенях, которые определяют путем экспериментальных взрываний. Третья ступень врубовой полости образована взрыванием двух пар шпуров, четвертая ступень - двумя триадами шпуров, которые можно рассматривать как частный случай двух пар с одним общим шпуром и взаимным влиянием друг на друга, что также усиливает работоспособность ступени. Последними во врубе взрываются пара шпуров, расположенная в центре вруба, обеспечивающая очистку врубовой полости от остатков неразрушенного массива и разрушенной горной массы. Данное техническое решение не описано в научно-технической и патентной литературе, следовательно по нашим данным характеризуется новизной. Способ осуществляют при использовании существующей механизации бурения шпуров следующим образом. В ша хто управлении им.Вахрушева ПО Ровенькиантрацит были проведены сравнительные испытания по способу образования врубовой полости, принятым за прототип (фиг. 1) и по способу образования врубовой полости, предлагаемым в качестве изобретения (фиг. 2) в забое квершлага № 15 на горизонте 930 м. На фиг. 3 приведена конструкция вруба, который был испытан в этом забое а породах с f = 7 по шкале проф. М.М.Протодьяконова. В качестве ВВ использовался аммонит Т-19 в патронах диаметром dn = 36 мм. Испытания проводились в такой последовательности. Вначале были пробурены 5 пар шпуров. Расстояние между шпурами в паре 0,3 М (с учетом зависимости (1) и табл. 4) на глубину 0,77; 1,04; 1,31; 1,58; 1,85 м с целью получения параметров щелевидной воронки выброса двух шпуров. Пары шпуров располагались в забое на расстоянии не менее 1,5 м друг от друга для того, чтобы при их взрывании полученные полости не перекрывались. Заряды в каждом шпуре пары изменились кратно массе одного патрона, равной 0,3 кг, от 0,3 кг до 1,5 кг. В результате взрываний были получены следующие глубины щелевидных воронок выброса (табл. 1). Таким образом, были установлены оптимальная глубина 1-й ступени и величина шпуровых зарядов, составляющие соответственно 1,3 мм и 0,9 кг. С целью определения величин Dl - приращения глубины ступени были пробурены 3 группы шпуров, в каждой из которой по две пары шпуров. Расстояние между шп урами в паре и между парами определялись как и в предыдущем эксперименте. В группе пары шпуров имеют различную глубину. Глубина и величина шпурового заряда коротких пар равнялись оптимальным, исходя из предыдущи х экспериментов, соответственно 1,3 м и 0,9 кг. Глубина длинных пар шпуров изменялась от 1,58 м до 2,12 м, кратно 0,27 м (длине патрона), а величина заряда в шпурах изменялась от 0,9 кг до 1,8 кг кратно 0,3 кг (весу патрона). Взрывание зарядов в гр уппах производилось попарно с замедлением 0 и 30 мс соответственно. Результаты взрываний приведены в табл.2. Таким образом установлено, что максимальное приращение полости взрыва DI для данных условий составили, примерно, 0,5 м при увеличении заряда на Dq по сравнению с зарядом первой ступени, равным 0,3 кг. Дальнейшее увеличение глубины второй ступени вызывает уменьшение значения DI. Исходя из вышеперечисленных результатов взрываний была сконструирована схема расположения шпуров и зарядов, показанная на фиг. 3 с параметрами в табл. 3. Расстояние между шпурами в горизонтальном ряду принималось исходя из cooi-ношения (1). Значения коэффициента к принимаются по табл. 4, полученной на основании экспериментальных взрываний шпуров различной глубины на различном расстоянии друг от др уга . В табл. 5 приведены исходные данные и результаты взрываний по известному и предлагаемому способу образования врубовой полости Как видно из табл. 5, применение способа образования врубовой полости (предполагаемое изобретение) по сравнению с прототипом позволило увеличить поджигание забоя на взрыв на 22%, КИШ - на 23%. Данный способ промышленно осуществим при использовании существующих ВВ и не требует применения дополнительной буровой техники.