Оптимизация параметров буровзрывных работ

Оптимизация параметров буровзрывных работ - сложная многовариантная задача. Основными параметрами буровзрывных работ являются:

• - удельный расход ВВ;
• - глубина, число и диаметр шпуров;
• - расход ВВ на цикл;
• - расстояние между шпурами.

Рассмотрим методы расчета названных параметров с учетом опыта проведения выработок и накопленного экспериментального материала.

6 10 20

/

Рис. 5.9. Зависимость удельного расхода ВВ q от коэффициента крепости горных пород/

Удельный расход ВВ является важным параметром буровзрывных работ, предопределяющим качество дробления и дальность разброса породы в забое, устойчивость выработки и целостность крепи, общий расход ВВ, производительность погрузки породы, величину продвижения выработки за цикл.

Удельный расход ВВ рассчитывается по следующей формуле: где/- коэффициент крепости породы;

K_r - коэффициент, отражающий влияние глубины шпуров; е - коэффициент, учитывающий работоспособность ВВ;

К_п - коэффициент, учитывающий площадь поперечного сечения выработки.

На рис. 5.9 приведена зависимость, полученная статистическими методами, удельного расхода ВВ от коэффициента крепости горных пород в диапазоне значений 5 < / < 20.

Из представленных данных следует, что удельный расход ВВ возрастает с ростом крепости пород, но по мере увеличения крепости породы темп повышения удельного расхода замедляется. Очевидно, что с увеличением расхода ВВ в момент взрыва наступает энергонасыщение породы. Как следствие энергонасыщения в породе образуются дополнительные трещины, возрастает степень дробления пород. Влияет также и то, что с повышением крепости породы возрастает ее хрупкость, а значит, и способность эффективно разрушаться при динамическом воздействии.

Величина коэффициента К_г устанавливается, исходя из опытной взаимосвязи между удельным расходом ВВ и глубиной шпуров (рис. 5.10):

где / - глубина шпуров, м.

Рис. 5.10. Зависимость удельного расхода взрывчатых веществ q от глубины шпуров /

1,2 1,6 2,2

/, м

Для практических расчетов по формуле (5.3) на основании установленной зависимости (5.4) рекомендуются [17] следующие значения коэффициента К_Г:

Значения коэффициента К_п, полученные статистической обработкой материала, приведены ниже:

Оптимальная глубина шпуров при проходке выработок в конкретных горно-геологических условиях может определяться на основании накопленных статистических данных, которой располагают экспедиции и партии. Например, можно осуществить оптимизацию глубины шпуров через производительность труда, связанную с трудоемкостью обратной зависимостью. Имея данные о производительности труда при различной глубине шпуров, можно установить такую глубину шпуров, которая будет отвечать максимуму функции производительности труда. По материалам скоростных проходок методами математической статистики в работе [17] выявлена такая зависимость между глубиной шпуров и производительностью труда проходчика. Наиболее точно данная зависимость выражается уравнением квадратной параболы (рис. 5.1 П:

где П - производительность труда проходчика, м/мес.;

/ - средняя глубина шпуров, м.

Переменная П получает максимум при следующем уровне переменной /: откуда

Рис. 5.11. Зависимость производительности труда проходчика П при различной глубине шпуров

Отметим, что увеличение глубины шпуров при существующих средствах их разметки и забуривании (при отсутствии этих средств) приводит к повышению отклонений при забуривании и бурении шпуров. Такие отклонения могут быть настолько большими, что эффект от увеличения глубины шпуров станет не заметен.

Иногда возникает необходимость выбрать такую глубину шпуров, которая позволяет обеспечить получение необходимой скорости проходки выработки:

где v - заданная скорость проходки выработки, м/мес.; п - число рабочих дней в месяце; т - число рабочих смен в сутки;

I] - коэффициент использования шпуров;

Г_ц, Т_ш - продолжительность цикла и смены соответственно, ч. Качественные и количественные показатели взрыва в большой степени зависят от числа шпуров в забое. Оптимальное число шпуров обеспечивает хорошее оконтуривание выработки и минимальные затраты на её проведение. При проведении горизонтальных разведочных выработок число шпуров в зависимости от крепости пород, площади сечения выработки и некоторых других факторов колеблется от 17 до 32-33.

В.М. Рогинский [17], применительно к условиям проведения горизонтальных разведочных выработок, предлагает следующую зависимость для определения числа шпуров:

где S - площадь поперченного сечения выработки, м²;

/- коэффициент крепости горных пород.

Число врубовых шпуров составляет 4-8.

Число оконтуривающих шпуров можно уточнить по формуле:

где п„ - число оконтуривающих шпуров на 1 м периметра выработки.

В зависимости от крепости пород величина коэффициента п₀ определяется на основании статистической выборки:

При проходке горизонтальных выработок диаметр шпуров составляет 40-46 мм. В практике горно-проходческих работ отмечается тенденция к уменьшению диаметра шпуров. Уменьшение диаметра шпуров с 40-46 до 29- 36 мм способствует увеличению скорости бурения в 1,3-2,1 раза, что сопровождается сокращением удельного расхода ВВ на 10-15 %, а также снижением стоимости проходческих работ.

Наиболее часто при проведении горно-разведочных выработок для разрушения породы применяют разнообразные конструкции врубов. Принятые схемы расположения шпуров в забое должны обеспечить отрыв породы в забое выработки в соответствии с ее проектным контуром, а также равномерное дробление породы.

Врубовые шпуры предназначены для предварительного образования вруба (углубления) с целью создания дополнительных плоскостей обнажения в массиве породы в пределах контура выработки. Врубовые шпуры взрываются первыми, создавая поверхность обнажения, в направлении которой отбивают породу вспомогательные, а затем и оконтуривающие шпуры.

Вспомогательные шпуры служат для расширения выемки, образованной при взрывании врубовых шпуров. Применяются вспомогательные шпуры при проходке выработок большого поперечного сечения.

Оконтуривающие шпуры служат для отбойки породы до пределов проектного контура сечения выработки, поэтому располагаются они по периметру выработки и взрываются с задержкой последними.

Результативность буровзрывных работ в большой степени зависит от целесообразного размещения шпуров в забое. При расположении шпуров принимаются во внимание тип и конструкция вруба, основным назначением которого является образование дополнительной обнаженной поверхности. В практике проведения горно-разведочных выработок применяются преимущественно наклонные врубы, в частности вертикальный клиновой вруб.

Значительно реже используют прямые врубы - спиральный, щелевой и др. Опыт работ показывает, что при равном коэффициенте использования шпура 0,72-0,94 длина шпуров при прямом врубе может быть больше на 20 %, что свидетельствует о некотором преимуществе прямых врубов. Стремление же к исполнению наклонных врубов объясняется простотой их исполнения. Наклонный вруб образуется шпурами, которые бурят с наклоном к забою и горизонтальной оси выработки. Расстояние между парами шпуров вертикального клинового вруба при коэффициенте крепости пород по М. М. Протодьяконову 2-8 принимают равным 50-45 см; при 16-20 - 40-25 см. Угол наклона шпуров при этом изменяют от 70 до 65°, а число шпуров принимают равным, соответственно, от 4 до 6. Наилучшие результаты клиновой вруб дает при отбойке пород с вертикальным направлением слоев или трещин.

Точность бурения наклонных шпуров вруба или отклонения от заданного направления при бурении отражается на показателях взрыва в меньшей степени, чем при прямых врубах.

К существенным недостаткам клиновых врубов относятся ограниченность глубины шпуров, недостаточная дробимость породы, но при наличии ярко выраженных слоев породы и трещин в породе клиновые врубы более эффективны, чем прямые, которые дают более высокие результаты в монолитных горных породах.

На рис. 5.12 - 5.14 даны схемы расположения шпуров с клиновым врубом, форма и расположение которого заданы с учетом условий залегания горных пород.

Схема расположения шпуров с центральным клиновым врубом (рис. 5.12) применяется при вертикальной слоистости горных пород, когда слои породы совпадают с направлением продвижения горной выработки, либо в случае

Рис. 5.12. Схема расположения шпуров с центральным клиновым врубом (шпуры 1- 6):

• 1 - очаг взрыва врубовых шпуров;
• 2 - направление отбойки породы

при взрыве оконтуривающих шпуров; 3 - контур отбитой породы в результате взрывания

Рис. 5.14. Схема действия взрыва в слоистом массиве при использовании центрального клинового вруба:

1 - центр взрыва врубовых шпуров; 2 - контур поверхности выработки после взрыва комплекта шпуров

Рис. 5.13. Схема расположения шпуров при выраженной слоистости горной породы, направленной под углом к оси выработки: 1 - центр взрыва врубовых шпуров; 2 - направление отбойки породы при взрыве оконтуривающих шпуров; 3 - контур отбитой породы в результате взрывания

разрушения равномерно-зернистой горной породы. Для образования клинового вруба бурят четное количество врубовых шпуров, которые располагают в двух вертикальных плоскостях, направленных под углом к центру выработки.

При взрывании шпуров первыми приводят в действие врубовые шпуры, взрыв которых создает полость в центральной части массива породы 1 (рис. 5.12). Вслед за врубовыми шпурами с замедлением 0,1-0,2 с производят взрывание вспомогательных и оконтуривающих шпуров. При взрыве оконтуривающих шпуров порода отбивается в направлении центра взрыва врубовых шпуров 2. В результате взрывания всего комплекта шпуров образуется новая поверхность горной выработки 3 (рис. 5.12).

В ряде случаев после взрывания врубовых шпуров и замедления взрывают вспомогательные шпуры и только после очередного микрозамедления - оконтуривающие. Последняя схема применяется в случае проходки горных выработок большого сечения.

В случае, если при вертикальном расположении слоев горной породы они пересекают выработку под углом со стороны правой стенки (рис. 5.13), вруб направляется в сторону правой же стенки выработки, т. е. в направлении слоев горных пород. Данная схема расположения вруба позволяет направить энергию взрыва туда, где массив породы располагает наибольшей прочностью, поскольку порода в этом случае более деформируема и активнее разрушается вкрест слоистости и менее податлива в направлении слоев.

Отмеченная закономерность предопределена анизотропией механических свойств слоистых горных пород, в которых деформации и разрушающие напряжения развиваются неравномерно, а преимущественно в направлении минимальной прочности.

При смещении врубовых шпуров от оси выработки вправо центр взрыва врубовых шпуров 1 смещается от оси выработки также вправо, а взрывание оконтуривающих шпуров с замедлением позволит добиться более равномерного и полного разрушения массива породы перед выработкой и создание новой поверхности выработки в соответствии с проектным контуром 3 (рис. 5.13).

При симметричном расположении шпуров горная порода со стороны, совпадающей с направлением слоев, будет разрушаться не в полной мере, а более интенсивно - с противоположной стороны. В результате не будет сохранено прямолинейное проектное направление горной выработки и нарушена форма ее поперечного сечения (рис. 5.14).

Как уже отмечалось, при проходке выработок в монолитных породах более предпочтительны прямые врубы. Достоинствами прямых врубов являются: более значительное продвижение выработки за взрыв, кучный развал породы после взрыва и ее хорошее дробление.

Прямые врубы бурят перпендикулярно плоскости забоя, а шпуры - параллельно друг другу. Большинство прямых врубов представляют собой комбинацию из заряженных и незаряженных (холостых) шпуров, создающих дополнительную поверхность обнажения.

В ряде случаев целесообразно применение комбинированных врубов, когда используют прямые и наклонные шпуры. При этом наиболее эффективную схему вруба часто определяют опытным путем, изучая результативность взрывания.