Способ проходки горизонтальной горной выработки

 

Изобретение относится к горному делу и м б использовано при сооружении подземных горных выработок Цель - снижение трудозатрат на проходку горных выработок за счет использования напряженного состояния горных пород Перпендикулярно поверхности забоя бурят два V-образных симметричных ряда щелевых шпуров (ЩШ) V-образные ряды ЩШ располагают со встречным расположением вершин углов Плоскость расположения вершин углов V образных рядов ЩШ располагают перпендикулярно направлению действия максимальных сжимающих напряжений Расстояние между вершинами V-образных рядов ЩШ определяют из выражения в КК(101 - f)/48 - 0,63f + f/U, где Кк - коэффициент концентрации напряжений f - коэффициент крепости по шкале М М Протодьяконова; Ццширина щели полученная в результате взрывания зарядов в ЩШ, м Между вершинами V-образных рядов перпендикулярно поверхности забоя бурят разрушающий шпур По контуру выработки бурят оконтуривающие шпуры Все шпуры заряжают ВВ В первую очередь взрывают заряды в ЩШ Затем взрывают заряд ВВ в разрушающем шпуре В последнюю очередь взрывают заряды ВВ в оконту ривающих шпурах 3 ил С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и7о92

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4726627/03 (22) 02,08.89 (46) 30,07,92. Бюл. М 28

- (71) Научно-исследовательский горнорудный институт (72) А.С.Монастырев, А.Г.Чирва и С.И.Ляш (56) Барон П.И. и др, Контурное взрывание при проходке горных выработок. Л,: Наука, 1967, с. 51.

Авторское свидетельство СССР

Мг 776170, кл. Е 21 С 37/00, 1978. (54) СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б, использовано при сооружении подземных горных выработок. Цель — снижение трудозатрат на проходку горных выработок за счет использования напряженного состояния горных пород. Перпендикулярно поверхностй забоя бурят два V-образных симметричных ряда щелевых шпуров (ЩШ).

Изобретение относится к горному делу, а именно к области проходки горизонтальных горных выработок буровзрывным способом.

Известен способ проходки горизонтальных выработок, включающий бурение врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, их заряжание и взрывание с замедлением, начиная с врубовых. В. центральной части забоя выбуривают горизонтальный клиновой вруб, а часть отбойных шпуров располагают тремя рядами параллельно горизонтальной оси выработки. Диаметр всех шпуров составляет 36 — 40 мм. но может быть увеличен в зависимости от горногеологических условий до 45--47 мм. Максимальная глубина шпуров достигает 6 м. При проход Ж 1751310 А1 (я)5 Е 21 С 37/00, Е 21 D 9/00

V-образные ряды ЩШ располагают со встречным расположением вершин углов.

Плоскость расположения вершин углов Vобразных рядов ЩШ располагают перпендикулярно направлению действия максимальных сжимающих напряжений.

Расстояние между вершинами V-образных рядов ЩШ определяют из выражения iD =

=Кк(101 — f)/48 — 0,63f + f/L, где Кк — коэффициент концентрации напряжений; f — коэффициент крепости по шкале

М.М.Протодьяконова; 4л — ширина щели, полученная в результате взрывания зарядов в ЩШ, м. Между вершинами V-образных рядов перпендикулярно поверхности забоя бурят разрушающий шпур, По контуру выработки бурят оконтуривающие шпуры. Все шпуры заряжают ВВ. В первую очередь взрывают заряды в ЩШ. Затем взрывают заряд ВВ в разрушающем шпуре, В последнюю очередь взрывают заряды ВВ в оконтуривающих шпурах. 3 ил. ке выработок данным способом применяли два варианта метода контурного взрывания.

Расстояние между оконтуривающими шпурами равнялось 1 м. Взрывание применялось электрическое, электродетонаторами с

12 ступенями замедления.

Данный способ требует значительных трудозатрат на технологические операции, связанные с бурением, заряжанием большого количества шпуров. Кроме того, для получения максимального эффекта при ведении взрывных работ с применением клиновых врубов требуется строгое соблюдение углов наклона врубовых шпуров, что при применении ручных буровых машин вызывает значительные сложности.

i 751310

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ проходки горизонтальных горных выработок, включающий бурение в направлении проходки контурных рядов щелевых шпуров и 5 разрушающего шпура, заряжание их ВВ и взрывание с предварительным образованием щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрыванием зарядов в разруЬающем и оконтуриваю- 10 щих шпурах.

Этот способ неэффективен при большой площади поперечного сечения выработки и в крепких, монолитных породах, так как в этих случаях требуется значительное 15 увеличение числа шпуров, Увеличение числа шпуров влечет повышение трудозатрат на бурение и заряжание их, что в значительной степени влияет на технико-экономические показатели всего комплекса 20 проходческих работ. Кроме того, при ведении проходческих работ в крепких, монолитных. породах для обеспечения высоких показателей БВР необходимо увеличить удельный расход ВВ, что в значительной 25 степени влияет на состояние законтурной . части породного массива.

Целью изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ при отбойке массива на всю глубину заход- 30 ки за счет улучшения КПД взрыва разрушающего заряда, путем использования напряженного состояния массива и снижения трудозатрат на буровзрывные работы.

Поставленная цель достигается тем, что 35 в способе проходки горизонтальных горных выработок, включающем бурение в направлении проходки контурных,щелевых и разрушающего шпуров, заряжании их ВВ, взрывание с предварительным образовани- 40 ем щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрывани- . ем зарядов в разрушающем и оконтуривающих шпурах, бурение щелевых шпуров производят по двум симметричным \/-об- 45 разным рядам с встречным расположением плоских углов V-образных рядов, при этом плоскость расположения вершины углов Vобразных рядов располагают перпендикулярно направлению действия 50

Màêñèìàëьных сжимающих напряжений, а вершины V-образных рядов располагают на расстоянии друг от друга. определяемом из выражения:

К,(1О1- f) 55

48 —. 0,63 f +---f

Lui где К, - коэффициент концентрации напряжений;

f — коэффициент крепости пород по шкале М.M.Ïðîòîäüÿêoíoâà;

L

На фиг, 1 показана схема расположения шпуров на забое выработки; на фиг. 2— забой выработки с изображением образования щелей, полученных в результате взрывания щелевых шпуров; на фиг. 3 — забой выработки после взрывания разрушающего шпура на щели.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала производят ориентировку рядов щелевых шпуров в направлении действия максимальных сжимающих напряжений, действующих в породном массиве, и производят разметку в забое точек их забуривания. Затем бурят V-образные ряды 1 щелевых шпуров 2, Расстояние между вершинами V-образных рядов 1 располагают на расстоянии определяемом по формуле:

Кк (101 — f ) в (1)

48 — 063 f +—

Ещ где Кк — коэффициент концентрации напряжений;

f — коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова;

L — ширина щели.

Данная формула получена эмпирическим путем, в результате математической обработки экспериментальных данных.

Проведенные в шахтных условиях эксперименты показали, что наличие напряженного состояния в призабойной части массива влияет на разрушающий эффект взрыва. Чем больше величина напряжений в центральной части массива. тем больше радиус действия разрушения шпурового заряда, расположенного в этом районе, и тем больше вынос взорванной горной массы из врубовой полости, На основании это о в формулу расчета расстояний между вершинами V-образных рядов 1 щелевых шпуров 2 был введен коэф фициент Кк, учитывающий уровень напря женного состояния в центральной части забоя.

Величина Кк зависит от многих факто ров, но основным из них является глубина

1751310 ведения горных работ и наличие вершин углов V-образных щелей, размеры которых очень незначигельно влияют на изменение уровня напряженного состояния.

Ниже представлены оптимальные знэ- 5 чения коэффициента Кк в зависимости от уН (величина угла щелей принимается постоянной).

Таким образом, абсолютное значение.

К, возрастает с увеличением глубины веде- 10 ния горных работ.

В случае игнорирования данного фактора, учитывающего уровень напряженного состояния, расчет расстояний между вершинами углов шпуров по приведенной фор- 15 муле приводит к занижению их численных значений, Данные производственных экспериментов показывают, что уменьшение расстояний между вершинами рядов щелевых шпуров на 200 от оптимальных приво- 20 дит к запрессовке 30-40 / взорванной горной массы во врубовой полости, что в дальнейшем в значительной степени снижает технико-зкономические показатели взрыва. Точно такой же отрицательный эффект 25 мо>кет быть получен при уменьшении остальных расчетных коэффициентов, Увеличение абсолютно о значения коэффициентов свыше оптимального в расчетных параметрах БВР по приведенной 30 формуле при реализации их результатов на практике приводит к "прострелам" шпуровых зарядов, неполному разрушению .породного массива в центральной части забоя. 35

Увеличение расстояния между вершинами углов V-образных рядов щелевых шпуров на 25-",ь свыше оптимальных приводит к прострелу разрушающего шпура и соответственно к резкому снижению KNLU до 0,4 — 40

0,5.

Щелевые шпуры 2 в самих V-образных рядах 1 шпуров 2 располагают нэ расстоянии, равном 3-5 их диаметров, что обеспечивает при взрывании зарядов полное 45 разрушение породных перемычек между шпурами 2 рядов 1 (фиг. 1). Далее производили разметку точек забуривэния оконтуривающих шпуров 3, входящих в ряды 1 шпуров 2. 50

Расстояние между оконтуривающими шпурами определяют по формуле

1к = 19с1ок — 0,0735f + 0,43, (2) где clQl(— диаметр оконтуривающих шпуров, 55

f — коэффициент крепости ï шкале проф, Протодьяконова.

Данная эмпирическая формула получена на основании проведенных экспериментов в результате математической обработки их результатов

При проведении экспериментальных работ по определению расстояний между оконтуривающими шпурами 3 диаметр шпуров принимался 45 — 65 мм, а е качестве ВВ использовали патронированный аммонит N.

6 ЖВ. В связи с этим из параметров заряда в эмпирическом выра>кении (2) учитывается лишь диаметр заряда и коэффициент крепости пород.

Разрушающий шпур 4 располагают посредине между вершинами V-образных рядов 1 щелевых шпуров 2 (фиг. 2). После окончания буровых работ приступают к зарядке и взрыванию шпуров. Щелевые шпуры 2 заря>кают через один с таким расчетом, чтобы оконтуривающие шпуры 3 были с зарядом ВВ, а угловые шпуры V-образных рядов 2 — незаряжены. Это делают с целью .уменьшения зоны наведенной трещиноватости от взрывов в породном массиве, так как наличие большого количества трещин может снизить уровень напряженного состояния в центре выработки. С цельюуменьшения воронкообразования и увеличения импульса взрыва во всех заряженных шпу рах делают зэбойку не менее 0,2 длины заряда.

Взрывание зарядов во всех шпурах производят в один прием электроогневым способом с замедлением.

На первой стадии образования выработки при взрывании V-образных рядов 1 щелевых шпуров 2 получаю г щели 5, отсекающие центральную часть забоя от породного массива (фиг. 2). Наличие щелей 5 способствует формированию одноосного напряженного состояния в центральной части породного массива и концентрации напря>кений, возникающих под воздействием сжимающих напряжений, действующих в направлении расположения щелей 5.

На второй стадии образования выработки взрывают разрушающий шпур 4. При этом происходит суперпозиция динамических и статистических полей напряжений в центральной части забоя. способствующая повышению КПД взрыва разрушающего, шпура 4 до такой степени, что его воздействие на породный массив равноценно взрыванию нескольких шпуров в обычных условиях. В момент взрывания разрушающего шпура 4 получают компенсационную полость б (фиг. 3) достаточного обьема.

На третьей стадии взрывают с одной степенью замедления оконтуривающие шпуры 3, при этом отбойка производится на компенсационную полость б.

1751310

200

0 300

23 1,28

1.15

Таким образом, применение предлагаемого способа проходки горизонтальных горных выработок позволяет создать условия для суперпозиции динамических и статистических полей напряжений в центральной ча. сти забоя, облегчающей разрушение горного массива и способствующей увеличению КПД взрыва разрушающего (центрального) шпура. Все это позволяет уменьшить объем бурения, повысить скорость проходки.

Пример. Проходку по предлагаемому способу вели в полевом штреке гор 1025 м ш, "Родина" в амфиболитах с коэффициентом крепости пород 18-20. Площадь поперечного сечения выработки 12 м, Шпуры бурили диаметром 65 мм, В качестве ВВ применяли аммонит N 6 ЖВ в патронах, Расстояние между вершинами V-образных рядов шпуров и между оконтуривающими шпурами определяли согласно приведенных формул;

1,2 101 — 20 )

48- 0,63 20+

ly, = 1,14 - 1,4 + 0,43 =- 1,17 м, Работы выполнили в следующей последовательности.

В центре забоя на уровне углов рядов шпуров выбуривали разрушающий шпур.

Затем бурили V-образные ряды шпуров. расстояние между шпурами не превышало

0,3 м в направлении вертикальной оси выработки. Шпуры по контуру выработки бурили в последнюю очередь, Удельный расход

ВВ составил 3,4 кг/м . Взрывание шпуров— з электроогневое, в качестве ВВ применяли аммонит N 6 ЖВ в патронах, Коммутация сети велась с разбежкой огнепроводного шпура, обеспечивающего замедление 2 с между взрывами шпуровых зарядов. В сравнении с применяемым на руднике способом ведения буровзрывных работ в данных условиях есть воэможность сократить количество шпуров в 1,5 раза, снизить расход ВВ на проходку 1 м выработки в 1 7 раза и повысить скорость проходки в 3 раза, Использование предлагаемого способа проходки горных выработок по сравнению с. прототипом позволяет значительно повысить КПД взрыва при разрушении централь5 ной части забоя; уменьшить количество шпуров и ВВ для образования выработки; снизить содержание вредных газов при взрыве; снизить трудозатраты на БВР и повысить скорость проходки; уменьшить объ10 ем проходческих работ по буровзрывному комплексу; снизить количество контактов горнорабочих с ВВ, что повышает безопасность горнопроходческих работ; снизить запыленность и улучшить санитарно-гигие15 нические условия труда проходчиков.

Формула изобретения

Способ проходки горизонтальной горной выработки, включающий бурение в направлении проходки контурных рядов

20 щелевых шпуров и разрушающего шпура. заряжание их ВВ и взрывание с предварительным образованием щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрыванием зарядов в разру25 шающем и оконтуривающих шпурах. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения трудозатрат на проходку горных выработок путем использования напряженного состояния горных пород, щелевые шпуры бурят

30 по двум симметричным V-образным рядам с встречным расположением вершин углов Vобразных рядов, при этом плоскость расположения вершинь1 углов V-образных рядов располагают перпендикулярно к направле35 нию действия максимальных сжимающих напряжений, а вершины V-образных рядов располагают на расстоянии 40 одна от другой,определяемом из выражения

К. (101 — 11

48-063 f +—

Гщ где Кк — коэффициент концентрации напряжений;

f — коэффициент крепости по шкале

45 M,М.Протодьяконова;

L — ширина щели, полученная в результате взрывания зарядов в щелевых шпурах, м.

i 751310

Составитель Н. Кононова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Редактор Н. Горват

Заказ 2670 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва. Ж"35 Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина. 101