Разработка паспорта буровзрывных работ

4. Разработка паспорта буровзрывных работ

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются взрывчатые химические соединения или механические смеси ряда химических компонентов, которые в своём составе содержат все необходимые химические элементы для реакции взрывного окисления без притока кислорода извне.

Рекомендуемый способ отбойки пород по СНиП при коэффициенте крепости по шкале М.М. Протодьяконова  – взрывание.

Взрывание – процесс детонирования зарядов ВВ в заданной последовательности и в заданный момент времени способами, обеспечивающими безопасность взрыва. Для этой цели используют средства взрывания, с помощью которых начальный импульс передаётся заряду ВВ и, таким образом, возбуждается его детонация.

Взрывные работы при проведении горных выработок выполняются в соответствии с паспортом буровзрывных работ, который состоит из схемы расположения шпуров в забое, табличных показателей по шпурам, технико-экономических показателей взрыва и мероприятий по технике безопасности.

Исходными параметрами для составления паспорта БВР является площадь поперечного сечения выработки и глубина шпуров в комплекте.

Одним из критериев эффективности БВР является величина коэффициента использования шпуров (КИШ). Удовлетворительными значениями КИШ можно считать для монолитных скальных пород ХVI-ХХ категорий – 0,75-0,8. При реализации паспорта БВР, совершенствуя схему расположения шпуров и некоторые другие параметры, добиваются, чтобы фактическое значение КИШ было бы не ниже принятого при проектировании.

Исходным параметром при составлении паспорта БВР является глубина шпуров в комплекте. Определим глубину шпуров исходя из заданной скорости проходки:

 

l= L/(T*n*к*m*η) =700/(3*30*1*4*0,8) » 2,5, где

L=700м- проектная длина штольни;

T= 3 мес- время, отводимое на проходку выработки;
m = 4 - число рабочих смен в сутки;

n = 30 - число рабочих дней в месяц

 - число циклов в каждой смене;

η - коэффициент использования шпуров.

В связи с малой площадью поперечного сечения выработки бурение шпуров в забои осуществляется с помощью переносного перфоратора типа ПП-54В1. В качестве установочных приспособлений для переносных перфораторов используются пневмоподдержки П-1. Для патронов диаметром 36 мм следует применять в качестве породоразрушающего инструмента съёмные коронки КДП-40-25. Марка твёрдого сплава ВК – 15 или ВК – 11В.

Основные параметры буровой коронки КДП 40-25

Типоразмер коронки КДП-40-25

Диаметр, мм 40

Размеры посадочного конуса, мм 25

Высота коронки, мм 77

Масса коронки, кг 0,5

Буровые коронки КДП-40-25 предназначены для бурения шпуров перфораторами ПП-54В1 в горных породах с коэффициентом крепости f=6÷20 по шкале проф. Протодъяконова. Тип соединения со штангой – конусное. Рекомендуемая область применения: бурение вязких, трещиноватых и абразивных пород.

Буровые штанги предназначены для передачи буровой коронке энергию удара, крутящего момента и осевого усилия подачи. Буровая штанга для перфораторов с боковой промывкой отличается тем, что её хвостовик удлинён для монтажа муфты боковой промывки.

Буровую штангу для перфораторов изготавливают из шестигранной стали марки 55С2 по ТУ 14-1-681-73 с конусным соединением с коронкой.

Диаметр вписанной в шестигранник окружности составляет 25 мм. Буровые штанги с боковой промывкой имеют длину 1,5-5 м с интервалом 0,5 м.

Максимальная длина штанги в комплекте должна быть не менее, максимальной глубины шпуров. Для переносных перфораторов применяются шестигранные штанги с осевым отверстием для промывки. Буровой комплект состоит из 2-4 штанг. Мы выбираем буровой комплект, состоящий из 4-х штанг БШ25-700, БШ25-1600, БШ25-2500, БШ25-3400 длиной 700,1600, 2500, 3400 мм массой соответственно 2,8; 6,3; 9,9; 13,1 кг.

Рассчитаем подвигание забоя за цикл (длина уходки):

Проверочный расчёт: l = l_ух*к*Т *n*m = 2,0*1*3*30*4 = 720м

Длина наклонных шпуров в комплекте:

Врубовые шпуры перезаряжаются на один патрон и их длина:

Итак, длину врубовых шпуров принимаем равной  (на 10% больше ).

Определим коэффициент крепости горных пород с поправкой профессора Л.И. Барона на их разрушаемость взрывом

 

f^Б = f/3 + [10f/3]^1/2 = 12,6

Рассчитаем коэффициенты относительной работоспособности ВВ и учитывающий влияние зажима пород, учитывая, что работоспособность принятого ВВ (аммонал «Скальный №3») :

;

Определяется удельный расход эталонного ВВ на разрушение породы в контурах воронки нормального выброса:

Удельный расход эталонного ВВ по формуле М.М. Протодьяконова:

q₀ = 1.6 e (f/S)^1/2 = 2,0 кг/куб.м

 e - коэффициент работоспособности ВВ.

Определяется удельный расчётный расход ВВ:

 , где

 - коэффициент структуры породы (практически монолитные).

По формуле Н.М. Покровского определяется количество шпуров в забое:

 , где

 - диаметр шпура;

 - плотность ВВ в патроне;

 - коэффициент заполнения шпура взрывчатым веществом.

Принимаем 34 шпура. В связи с тем, что бурение шпуров осуществляется переносными перфораторами в выработке с площадью поперечного сечения более 6 м² и согласно рекомендациям, в породах с f=14÷20 и более, эффективнее всего применить вертикально-клиновый вруб, который состоит из 4-10 шпуров, попарно расположенных по двум вертикальным линиям и образующим в пространстве клин. Для уменьшения развала породы и повышения эффективности взрыва по оси вруба бурят 2-4 дополнительных незаряжаемых шпура глубиной в 2 раза меньшей глубины врубовых шпуров.

Рекомендуемое ориентировочное соотношение между врубовыми, отбойными и оконтуривающими шпурами:

В связи с этим принимаем следующее число шпуров в комплекте: врубовых – 8; отбойных – 4; оконтуривающих – 22.

Конструкция зарядов врубовых шпуров

Конструкция зарядов оконтуривающих шпуров

Расчёт ВВ Аммонал Скальный №3 на один цикл:

Средняя масса одного шпурового заряда будет равна:

Расчётная масса заряда врубового шпура должна быть не менее:

Масса зарядов всех врубовых шпуров:

Общая масса зарядов отбойных и оконтуривающих шпуров:

Средняя масса отбойного и оконтуривающего шпуров:

Из условия размещения в шпуре целого числа патронов, количество патронов в каждом шпуре принимаем:

Во врубовом шпуре:

В отбойном шпуре:

В оконтуривающем:

Фактическая масса заряда каждого шпура будет равна:

Длина шпурового заряда (с учётом того, что ВВ занимает всю площадь шпура) составит:

Найдём фактический коэффициент заполнения шпуров взрывчатым веществом:

Для врубовых шпуров:

Для отбойных шпуров:

Для оконтуривающих:

Длина забойки в каждом шпуре составит:

Фактический расход ВВ на цикл составит:

Фактический удельный расход ВВ будет равен:

Объём бурения в цикле составит:

Объём отбиваемой породы за взрыв составит:

Расход ВВ на 1 п.м. выработки:

При выборе схемы расположения шпуров необходимо придерживаться следующих основных положений. В забоях с одной плоскостью обнажения должны предусматриваться врубовые, отбойные и оконтуривающие шпуры.

В горизонтальных выработках из-за удобства бурения предпочтение отдаётся вертикальному клиновому врубу, который применяется в породах однородного строения, а также при наличие вертикальной трещиноватости.

Врубовые шпуры располагаются под углом 60⁰-70⁰ к плоскости забоя, отбойные под углом 80⁰-90⁰ и оконтуривающие – под углом 85⁰-87⁰ с наклоном в сторону проектного контура поперечного сечения выработки.

Площадь, на которой в забое размещаются устья врубовых шпуров, можно принимать равной 5-15% площади поперечного сечения выработки, причём чем крепче порода, тем ближе друг к другу должны быть расположены врубовые шпуры и тем меньше относительный объём врубовой полости. Расстояние между парами врубовых шпуров при диаметре патрона 36 мм и работоспособности 450 см³ 40÷42 см.

Расстояние между устьями врубовых шпуров, сходящихся на клин, определяются из условия расположения в забое бурового оборудования и инструмента (т.е. чтобы ширина выработки позволяла бы пробурить наклонные врубовые шпуры требуемой глубины).

Расстояние между забоями врубовых шпуров, сходящихся на клин, принимается равным 5÷15 см. Расстояние между отбойными шпурами, оконтуривающими и врубовыми, должны быть, не более, преодолеваемой взрывом ЛНС (линии наименьшего сопротивления W – кратчайшего расстояния от заряда до свободной поверхности, образованной взрывом предыдущих зарядов).

По таблице 12 принимаем линию наименьшего сопротивления для данного взрывчатого вещества аммонал «Скальный №3» равной 0,60 м.

У почвы выработки расстояние между шпурами может быть несколько уменьшено, а у кровли, соответственно, несколько увеличено.

Расстояние от контура выработки до устьев оконтуривающих шпуров принимается равным 15÷20 см.

Забои оконтуривающих шпуров, пробуренных вдоль боковых стенок и кровли выработки, должны выступать за контур проектного сечения на 5÷10 см, так как коэффициент крепости по М.М. Протодъяконову f=16.

Оконтуривающие шпуры вдоль почвы выработки всегда заглубляются ниже контура проектного сечения (на 5÷10 см), так как в выработке предполагается настилка рельсовых путей. Врубовые шпуры бурятся длиннее отбойных и оконтуривающих на 10÷15 % (т.е. на 20÷30 см).

Расчёт взрывной сети.

Для производства взрывных работ принимаем электрический способ взрывания с последовательным соединением электродетонаторов с семью степенями замедления. Принятый способ взрывания максимально безопасен для взрывного персонала, а принятая схема взрывания не только проста, но и надёжна т.к. легко позволяет проверить правильность коммутации взрывной сети. В качестве средств взрывания будем применять электродетонаторы марки ЭД-8-Э с жёстким креплением мостика, нормальной мощности, предназначенные для мгновенного взрывания врубовых шпуров, и электродетонаторы короткозамедленного действия марки ЭДКЗ для отбойных и оконтуривающих шпуров (штольня не опасна по газу и пыли).

Техническая характеристика электродетонаторов.

Марка ЭД	ЭД-8-Э	ЭДКЗ
Безопасный ток, А	0,18	0,18
Сопротивление, Ом.	3,5	3,5
Наружный диаметр, мм	7,2	7,7
Длина, мм	60	72
Длина провода ЭД, м	2,0	2,0
Число серий	-	6
Интервал, мс.	0	25;50;75;100;150;250.

В качестве источника тока для инициирования электродетонатора применяем конденсаторный взрывной прибор КВП-1/100М, который предназначен для инициирования до 100 последовательно соединённых и одиночных электродетонаторов с нихромовым мостиком накаливания нормальной чувствительности при внешнем сопротивлении взрывной сети до 320 Ом. После производства взрыва ключ из прибора извлекают и гнездо для него закрывают заглушкой.

Техническая характеристика КВП-1/100м [4 табл.37]

Показатель	Ед изм	Значение
Исполнение		РВ (для подземных работ в рудниках и шахтах)
Источник питания		сухие элементы
Напряжение на конденсаторе	В	600-650
Максимальное сопротивление взрывной сети	Ом	320
Емкость конденсатора-накопителя	мкФ	10
Время заряжения конденсатора	мс	не более 8
Время подачи импульса	мс	2 4
Размеры	мм	152х122х100
Масса	кг	2,0

 

Расчет электровзрывной сети.

Шпуры в комплекте взрываются в определённой последовательности (врубовые, отбойные, оконтуривающие вдоль боковых стенок и кровли выработки и нижние оконтуривающие. Минимальное число ступеней замедления – 4, оптимальное – 6.

Независимо от способа соединения электродетонаторов в цепь (последовательное, параллельное и параллельно-последовательное) для безотказного взрывания необходимо, чтобы в каждый из них поступал ток величиной не менее гарантийного, значение которого приводятся в характеристике электродетонатора. Сечение жилы магистральных проводов должно быть не менее 0,75мм², а участковых и соединительных проводов–0,5мм².

В качестве соединительных проводов применяем провод ВМП. В качестве магистральных проводов применяем провод марки ВМВЖ:

 

Параметр	ВМП	ВМВЖ
Диаметр жил	0,8	1,2
Площадь поперечного сечения, мм	0,5	1,13
Число проволочек: - медных, стальных	1	1
Сопротивление, Ом/м	0,04	0,14
Материал изоляции жилы	полиэтилен	полиэтилен
Наружный диаметр провода, мм	2,3	2,7

Длину магистрального провода (с учётом запаса на катушке) принимаем равной 0,15 км. Сопротивление магистрального провода мы можем найти по следующей формуле:

Длину соединительных проводов принимаем равной 20 метров. Сопротивление соединительного провода мы можем найти по следующей формуле:

Принимая последовательное соединение 34 электродетонаторов (n=18), определим ток, проходящий через каждый электродетонатор:

 , где

 - число электродетонаторов;

 - сопротивление одного электродетонатора;

 - напряжение источника тока.

По правилам безопасности, при последовательном соединении до 300 электродетонаторов, гарантийный ток должен быть не менее 1,3 А.

Условие безотказности взрыва:

 , где

 - сопротивление последовательно соединённой взрывной сети, Ом;

 - сопротивление взрывного прибора.

, где

 - число электродетонаторов;

 - сопротивление одного электродетонатора;

 - длина соединительных проводов;

 - длина магистральных проводов;

,  - сопротивление проводов соединительных и магистральных соответственно.

 

следовательно, условие безотказности взрыва соблюдено.

Из расчёта видно, что принятая схема электровзрывания удовлетворяет всем требованиям безотказности взрывания.

Параметры буровзрывных работ.

Номер шпуров одной ступени	Наименование шпуров	Глубина шпура, м	Масса шпурового заряда, кг	Длина заряда, м	Очередность взрывания	Тип ЭД интервал замедления, мс
1-8	Врубовые	2,75	2,5	1,99	1	ЭД-8-Э
9-12	Отбойные	2,5	2,25	1,79	2	ЭДКЗ-25
13-17	Оконтуривающие	2,5	2,25	1,79	3	ЭДКЗ-50
23-27	Оконтуривающие	2,5	2,25	1,79	4	ЭДКЗ-75
18-22	Оконтуривающие	2,5	2,25	1,79	5	ЭДКЗ-100
28-34	Оконтуривающие	2,5	2,25	1,79	6	ЭДКЗ-150

 

Основные показатели буровзрывных работ.

№	Показатели	Единицы измерения	Кол-во
1.	Количество шпуров за цикл	шт.	34
2.	Общая длина шпуров	м	91,05
	Из них заряжаемые	м	87
3.	Уходка забоя за цикл	м	2,0
4.	Коэффициент использования шпуров		0,8
5.	Объём горной массы оторванной за цикл	м3	13,6
6.	Расход Аммонала Скальный №3 за цикл	кг	78,5
7.	Удельный расход ВВ на 1м3 породы	кг/м3	5,77
8.	Удельный расход ВВ на 1п.м. проходки	кг/м	39,25