Спосіб утворення врубової порожнини в міцних напружених породах

Спосіб утворення врубової порожнини в міцних напружених породах, який містить формування в центральній частині перерізу виробки додаткових вільних поверхонь бурінням групи паралельних шпурів різного діаметра на довжину західки, а навкруг неї - шпурів прямого циліндричного врубу, заряджання шпурів ВР, комутацію вибухової мережі і послідовне підривання зарядів з уповільненням на додаткову вільну поверхню, який відрізняється тим, що в центрі виробки бурять свердловину на глибину західки, рівну l зах = 0,7h, потім за допомогою плазмотрона формують компенсаційну порожнину діаметром dкп = (0,150,2)h, навкруг неї бурять шпури триярусного циліндричного врубу, починаючи зі шпурів першого ярусу по контуру радіусом r = (0,2-0,3)h на глибину l 1 = 0,3h, а шпури другого і третього ярусів бурять навкруг шпурів першого ярусу на відстані між рядами шпурів, рівній b = (5-6)dшп, при цьому довжина шпурів другого ярусу складає l 2 = 0,5h, третього - l 3 = 0,7h, причому в донній частині шпурів третього ярусу формують заряди кумулятивної дії, сформовані заряди комутують у групи і підривають в один прийом з уповільненням, починаючи зі шпурових зарядів третього ярусу, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, h - висота виробки, l зах - довжина західки, b - відстань між рядами шпурів, dшп - діаметр шпура, l 1, l 2 і l 3 - довжина шпурів відповідно 1-го, 2-го і 3-го ярусів. (19) UA (11) (21) a200803853 (22) 27.03.2008 (24) 25.11.2009 (46) 25.11.2009, Бюл.№ 22, 2009 р. (72) БУЛАТ АНАТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, ІЩЕНКО КОСТЯНТИН СТЕПАНОВИЧ, ОСІННІЙ ВАЛЕНТИН ЯКОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. ПОЛЯКОВА НАН УКРАЇНИ (56) Внедрение прямого вруба с «подчищающим» зарядом при проведении горизонтальных выработок / Савельев Ю.Я., Недельський А.Г., и др. // Горный журнал.-1982.-№7. Справочник физических констант горных пород. . .М.: Мир,1969. Зорин А.Н. Управление динамическими проявлениями горного давления.-М.: Недра,1978. UA 6624, 15.05.2005 UA 1274, 30.12.1993 UA 22260, 03.02.1998 RU 2047760, 10.11.1995 SU 263451, 09.06.1970 SU 804833, 20.02.1981 SU 909165, 05.03.1982 SU 1751310, 30.07.1992 SU 1652566, 30.05.1991 SU 1120760, 30.05.1985 US 5634691, 03.06.1997 US 6527345, 04.03.2003 C2 2 88827 1 3 скаючих напружень, який не забезпечує формування врубової порожнини до проектного перетину, збільшує запресівку врубової порожнини і, як наслідок - спричиняє зростання виходу негабариту, обсягу бурових робіт, зниження ККД вибуху і коефіцієнта використання шпурів (КВШ) у врубі, підвищення питомих витрат вибухових речовин (ВР) і засобів підривання (ЗП), і тим самим погіршення ефективності роботи вантажнотранспортних засобів. В основу винаходу поставлена задача розробки способу утворення врубової порожнини в міцних напружених породах, в якому через підривання зарядів триярусного циліндричного врубу з уповільненням, починаючи із зарядів кумулятивної дії на компенсаційну порожнину досягається підвищення ефективності вибуху зарядів ВР у врубових шпурах по руйнуванню масиву гірських порід в зоні дії об'ємного теплового поля і перерозподілу статичних напружень за ходом проведення виробки і, як наслідок - підвищення глибини і об'єму врубової виїмки, підвищення швидкості проходки виробки, якість дроблення порід, зниження питомої витрати ВР, ЗП, обсягу бурових робіт, підвищення ККД вибуху і КВШ, продуктивності роботи вантажно-транспортних засобів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі утворення врубової порожнини в міцних напружених породах, який передбачає формування в центральній частині перетину виробки додаткових вільних поверхонь бурінням групи паралельних шпурів різного діаметра на довжину заходки, а навкруг неї - шпурів прямого циліндричного врубу, заряджання шпурів ВР, комутацію вибухової мережі і послідовне підривання зарядів з уповільненням на додаткову вільну поверхню, згідно винаходу, в центрі виробки бурять свердловину на глибину заходки рівну ℓзах = 0,7h, потім за допомогою плазмотрона формують компенсаційну порожнину діаметром dкп = (0,15-0,2)h, навкруг неї бурять шпури триярусного циліндричного врубу, починаючи зі шпурів першого ярусу за контуром радіусом r = (0,2-0,3)h на глибину ℓ1= 0,3h, а шпури другого і третього ярусів бурять навкруг шпурів першого ярусу на відстані між рядами шпурів рівним b = (5-в)dшп, при цьому довжина шпурів другого ярусу дорівнює ℓ2 = 0,5h, третього ℓ3 = 0,7h, причому в донній частині шпурів третього ярусу формують заряди кумулятивної дії; сформовані заряди комутують у групи і підривають в один прийом з уповільненням, починаючи зі шпурових зарядів третього ярусу, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, h - висота виробки, ℓзах - довжина заходки, b - відстань між рядами шпурів, dшп - діаметр шпуру, ℓ1, ℓ2 і ℓ3 - довжина шпурів згідно 1-го, 2-го і 3-го ярусів. В запропонованому способі утворення врубової порожнини в міцних напружених породах технічний результат досягається через підвищення ефективності підривання зарядів ВР триярусного циліндричного врубу на компенсаційну порожнину, в шпурах, пробурених в зоні дії об'ємного теплового поля і перерозподілу статичних напружень за ходом проведення виробки, яке створюється за допомогою плазмотрона в процесі розширення 88827 4 випереджаючої свердловини і формування в центрі виробки компенсаційної порожнини, що призводить до дезінтеграції або до поліморфного змінювання структури кристалічної решітки і розриву внутрішньо молекулярних зв'язків кварцмістких мінералів (α↔·β перехід кварцу) в гірських породах при температурі нагрівання їх до 573 °С, підвищенню коефіцієнта лінійного розширювання породи на 20 % при нагріванні її ┴ шаруватості і на 22% - || шаруватості [4], а також врахуванні особливостей її руйнування в зоні дії стискаючих напружень. Ефективність відбивання порід на компенсаційну порожнину під час реалізації способу утворення врубової порожнини досягається ініціюванням зарядів з уповільненням між ярусами, починаючи із зарядів кумулятивної дії, що знаходяться в зоні дії стійкого об'ємного теплового поля і перерозподілу статичних напружень в центрі виробки.. На Фіг. 1 представлений поздовжній переріз гірничої виробки із розміщенням триярусного прямого врубу з компенсаційною порожниною, епюрою розподілу напружень на поверхні забою і графік зміни максимуму опорного тиску в центральній частині виробки при первинному положенні забою; Фіг. 2 -поперечний переріз гірничої виробки за А-А з розміщенням ярусних врубових шпурових зарядів; Фіг. 3 - конструкції шпурових зарядів І-го, II-го і III-го ярусів; Фіг. 4 - характер змінювання і переміщення максимальних стискаючих напружень вздовж виробки в процесі формування компенсаційної порожнини. Спосіб утворення врубової порожнини реалізується в такій послідовності. В масиві гірських порід, в місті передбачуваного спорудження горизонтальної гірничої виробки, згідно до паспорта БПР, на поверхні забою (див. Фіг. 1, Фіг. 2) (1) в центральній частині виробки в зоні дії максимальних стискаючих напружень (2) станком НКР-100 буриться випереджаюча свердловина (3) діаметром 105 мм на глибину заходки рівну ℓзах = 0,7h. Потім в торець свердловини (3) встановлюють плазмотрон (4), з'єднаний з підводячим пристроєм (5) і розширюють її, формуючи компенсаційну порожнину (6) (див. Фіг. 1, Фіг. 2) діаметром dкп = (0,15-0,2)h з утворенням об'ємного теплового поля в масиві гірських порід в радіусі r » (1,2-1,5)dкп. Формування компенсаційної порожнини (6) в центральній частині виробки в зоні максимальних стискаючих напружень (2) дозволяє змінити характер і перерозподілити значення цих напружень через переміщення максимуму опорного тиску в глибину масиву (див. Фіг. 4) [1, С.13-15]. Навкруг сформованої компенсаційної порожнини (6) бурять шпури триярусного циліндричного врубу, починаючи зі шпурів 1-4 І-го ярусу (див. Фіг. 1, Фіг. 2) за контуром радіусом r = (0,2-0,3 )h лінією переходу розтягаючих напружень у стискаючі (7) на глибину ℓ1= 0,3h, а шпури 5-8 - II-го и 9-12 - III-го ярусів бурять навкруг шпурів I-го ярусу на відстані між рядами шпурів рівним b = (5-6)dшп в зоні дії розтягаючих напружень, в якій потенційна енергія статичного поля напружень буде направлена в сторону вільної поверхні, яка дозволяє змінити форму роботи врубових зарядів ВР в масиві гірсь 5 ких порід при їх динамічному руйнуванні вибухом [5, С. 114-117; 6, С.85-99]. При цьому довжина шпурів ІІ-го ярусу складає ℓ2 = 0,5h, а III-го -ℓ3 = 0,7h. В пробурених врубових шпурах (див. Фіг.3) Iго і II-го ярусу формують заряди суцільної конструкції, розміщуючи в них патроновану ВР (8), наприклад, амоніт № 6ЖВ. В шпурах 9-12 III-го ярусу формують заряди кумулятивної дії, в які за допомогою набійника в донну частину шпурів досилають сферичні порожнини (9) діаметром 0,5dшп, потім, патроновану ВР (8), встановлюють патронбойовик (10), а устя шпуру герметизують набійкою (11). Ініціювання зарядів здійснюють патрономбойовиком (10), знарядженого з патрона амоніта № 6ЖВ і капсуля-детонатора короткоуповільненого, типу ЕДКЗ і уповільненого, типу ЕДЗД дії. Устя зарядів герметизується набійкою (11). Сформовані заряди комутують у групи і підривають в один прийом з уповільненням, починаючи зі шпурових зарядів третього ярусу. В підготованому забої горизонтальної гірничої виробки (див. Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3) перетином, наприклад, 9 м2, яка проводиться по міцних напружених породах, представленої кварцитами, альбітитами, мігматитами, гранітами міцністю за шкалою М. Протодяконова f=13-18, здійснюють зарядку шпурів триярусного циліндричного врубу патронованою ВР (8), наприклад, амонітом № 6ЖВ, який за допомогою набійника досилають у шпури I-го і II-го ярусу, а в шпурах III-го ярусу формують заряди кумулятивної дії, розміщуючи в донній частині шпурів сферичні порожнини (9) діаметром 0,5dшп. В заряджені шпури встановлюють патрон-бойовик (10), знаряджений з патрона амоніта № 6ЖВ і капсуля-детонатора короткоуповільненого, типу ЕДКЗ і уповільненого, типу ЕДЗД дії. Устя зарядів герметизується набійкою (11). Після цього заряди комутують у групи і підривають їх з уповільненням на компенсаційну порожнину, починаючи зі шпурових зарядів III-го ярусу. Відбійку масиву гірських порід у забої виробки (1) при формуванні врубової порожнини, ведуть на компенсаційну поверхню (6) в один прийом, починаючи із зарядів ІІІ-го ярусу. Першими ініціюють заряди в шпурах 9-12, потім з уповільненням 60 мс шпурові заряди І-го, а з уповільненням 80 мс шпурові заряди ІІ-го ярусу. Після подачі ініціюючого імпульсу патрону-бойовику (10) на поверхні заряду ВР (8) в шпурах 1-12 формується фронт детонаційної, а за нею і ударної хвиль, який рухається вздовж колонки заряду в торець шпура. Після ініціювання шпурових зарядів ІІІ-го ярусу в донній частині формується потужний вибуховий імпульс кумулятивної дії, який сприяє пророблен 88827 6 ню донної частини шпурів з утворенням контуру руйнування до проектного перетину врубової порожнини. Після детонації ВР сформований потужний газовий потік діє на масив порід за системою спрямованих радіальних тріщин в зоні дії стійкого об'ємного теплового поля і розтягаючих напружень, який, розширюючись, здійснює роботу із дроблення породи в напрямку до лінії найменшого опору - на компенсаційну порожнину. Зруйнована таким чином гірська порода рівномірно розміщується на ґрунті виробки, яка за допомогою вантажно-транспортних засобів доставляється в накопичувальний бункер, завантажується у вагони і видається на денну поверхню. Застосування наведеного способу утворення врубової порожнини дозволить збільшити глибину і об'єм врубової порожнини, посування забою за одне підривання і, як наслідок - підвищення швидкості проходки виробок, ефективність вибуху зарядів ВР у врубових шпурах, якість дроблення порід, зниження питомої витрати ВР, ЗП, об'єму бурових робіт, підвищення ККД вибуху і КВШ, і тим самим поліпшенню ефективності роботи вантажнотранспортних засобів. Джерела інформації 1. Миндели Э.О., Вайнштейн Л.А., Демчук П.А. Взрывные работы на глубоких горизонтах шахт. Донецк: Донбасе, 1971,- С.5-15,24-29, 49-71. 2. Внедрение прямого вруба с "подчищающим" зарядом при проведений горизонтальных выработок / Савельев Ю.Я., Недельский А.Г., Дудченко А.Х., Моргачев В.И., Курашов А.И. // Горный журнал. - 1982. - №7. - С.53-54. 3. Недельский А.Г. Повышение эффективности взрывных работ при проведении выработок в крепких вязких породах / Недельский А.Г., Лазаренко А.Г., Курашов А.И. // Технический прогресс в атомной промышленности. - Серия: Горнометаллургическое производство.- М.: 1988. - №4. С.20-25 "ДСП". 4. Недельский А.Г. Справочник физических констант горных пород / Недельский А.Г., Лазаренко А.Г., Курашов А.И: Пер.с англ. - М.: Мир, 1969. - С.93. 5. Ефремов Э.И. Исследование влияния расположения врубовых зарядов в различных денапряженных зонах забоев выработок, проводимых по песчаникам, на показатели взрыва. / Ефремов Э.И., Денисенко А.Н. // Геомеханика управления состоянием напряженного газонасыщенного массива. — К.: Наук, думка, 1985.-С.114-117. 6. Зорин А.Н. Управление динамическими проявлениями горного давления. - М.: Недра, 1978. -С.85-99 7 88827 8 9 88827 10 11 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 88827 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601