Способ образования врубовой полости при проходке горных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в подземном строительстве и при добыче полезных ископаемых. Сущность изобретения заключается в бурении основных и укороченных запрессовочных шпуров, их заряжении, последовательном взрывании зарядов врубовых шпуров, начиная с запрессовочных. Новым в способе является то, что каждый запрессовочный шпур располагают в паре с соответствующим основным шпуром наклонно плоскости забоя выработки. При этом основные шпуры заряжают глубже мест максимального сближения запрессовочных и основных шпуров. Способ образования врубовой полости обеспечивает повышение технико-экономических показателей проходки выработок. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности горнопроходческим работам, и может быть использовано в подземном строительстве и при добыче полезных ископаемых.

Целью изобретения является повышение эффективности образования врубовой полости за счет повышения качества породной запрессовки незаряжаемых участков основных шпуров и уменьшения геометрического расхождения полей напряжений, возникающих при взрыве зарядов основных и запрессовочных шпуров.

Указанная цель достигается тем, что каждый запрессовочный шпур располагают в паре с соответствующим основным шпуром, наклонно к плоскости забоя выработки, в плоскости, расположенной параллельно основному шпуру на расстоянии 1,5 2 диаметров "стакана" запрессовочного шпура (между их осями). Причем при забуривании запрессовочного шпура его направляют в сторону основного шпура и при глубине основных шпуров более 2 м бурят на глубину 0,5 - 0,55 ширины выработки в проходке с максимальным сближением с основным шпуром на глубине, которая на 4 5 диаметров шпура меньше глубины запрессовочных шпуров, а при глубине основных шпуров до 2 м соответственно на глубину 0,55 0,7 ширины выработки в проходке с максимальным сближением с основным шпуром на глубине, которая меньше глубины запрессовочных шпуров на величину от 4 до 12 диаметров шпура, причем основные шпуры заряжают ВВ в участках, расположенных глубже места максимального их сближения с запрессовочными шпурами.

При анализе заявленного решения на соответствие критерию изобретения "существенные отличия" не было обнаружено решений с признаками, аналогичными заявленным. В связи с этим можно считать, что заявленное решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена схема расположения шпуров, которую рекомендуется использовать при предлагаемом способе образования врубовой полости, фронтальная проекция; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б Б на фиг. 1.

Предлагаемый способ образования врубовой полости с использованием приведенной схемы расположения врубовых шпуров реализуется следующим образом: в центральной части забоя выработки бурят четыре основных шпура 1, 2, 3, 4 на глубину, равную ширине выработки в проходке. При этом устья основных шпуров располагают по углам квадрата, соответствующие стороны которого ориентированы горизонтально и вертикально. Расстояние между основными шпурами (длину стороны квадрата) принимают в зависимости от физико-механических характеристик горных пород, работоспособности ВВ и плотности заряжения от 6 до 12 диаметров шпура; бурят запрессовочные шпуры 5, 6, 7, 8 на глубину 0,5 0,7 ширины выработки в проходке наклонно плоскости забоя выработки в сторону ее кровли. При этом запрессовочные шпуры располагают параллельно друг другу, а их устья - со смещением относительно устьев основных шпуров к стенкам и почве выработки соответственно на 1,5 2 диаметра "стакана" запрессовочного шпура и 1/2 расстояния между основными шпурами. Причем максимально сближают запрессовочные шпуры с основными на глубине, которая на 4 20 диаметров шпура меньше глубины запрессовочных шпуров; заряжают основные шпуры ВВ в участках, расположенных глубже мест максимального сближения запрессовочных и основных шпуров, а запрессовочных шпуров полностью; последовательно взрывают заряды врубовых шпуров, начиная с зарядов запрессовочных шпуров. При этом самыми первыми взрывают заряды запрессовочных шпуров 5, 6, расположенных в верхней части вруба.

Натурные эксперименты показывают, что процесс формирования врубкой полости в случае применения предлагаемого способа, как и в случае применения известного способа, протекает следующим образом.

В результате взрыва зарядов запрессовочных шпуров образуются первичная врубовая полость, глубина которой обычно составляет порядка 0,5 0,6 глубины запрессовочных шпуров, и зоны разрушения внутреннего действия взрыва - "стаканы", окружающие их зоны смятия и трещинообразования. Значительные по длине участки незаряжаемой части основных шпуров попадают в контуры образовавшейся первичной врубовой полости, а остальные в нарушенном массиве. При этом последние оказываются запрессованными породой.

При взрыве зарядов основных шпуров завершается формирование врубовой полости. При этом наличие породной запрессовки в незаряжаемых участках этих шпуров, а также первичной врубовой полости и зон разрушения внутреннего действия создают благоприятные условия для отбойки горной породы и выброса ее из формирующейся врубовой полости под действием взрыва зарядов основных шпуров.

Повышение качества породной запрессовки в предлагаемом способе по сравнению с известным обеспечивается прежде всего тем, что в нем каждый запрессовочный шпур располагают в паре с соответствующим основным шпуром. При этих условиях представляется возможным использовать уменьшенные расстояния между основными и запрессовочными шпурами без опасения взаимного подбоя зарядов основных шпуров.

Повышению качества запрессовки также способствует наклонное расположение запрессовочных шпуров. В этих условиях между породной запрессовкой и первичной врубовой полостью находится практически ненарушенный участок шпура, передвижение запрессовки по которому под действием давления газообразных продуктов взрыва исключается.

Наклонное расположение запрессовочных шпуров позволяет увеличить длину зарядов основных и запрессовочных шпуров, что уменьшает интенсивность геометрического расхождения параметров полей напряжений, возникающих при их взрыве, и позволяет успешно применять предлагаемый способ при глубине основных шпуров, равной 1,5 2 м.

Расстояния между запрессовочными и основными шпурами в местах их максимального сближения установлены на основе следующих положений.

Эти расстояния должны быть достаточными для того, чтобы при детонации зарядов основных шпуров исключался прорыв продуктов взрыва через "стаканы" запрессовочных шпуров. С другой стороны, они должны быть достаточно малыми, чтобы пробив породной перемычки между шпурами протекал в форме пластических деформаций, что должно обеспечивать высокое качество запрессовки.

Согласно данным У. Лангефорса (см. У. Лангефорс, Б. Кильстрем. Современная техника взрывной отбойки горных пород. М. Недра. 1968, с. 184 - 186), при диаметре незаряжаемого шпура, равном 40 мм, и концентрации заряда ВВ (масса одного погонного метра заряда) 1 кг/м в крепких скальных породах обеспечивается надежный пробив породной перемычки при расстоянии между центрами шпуров 120 130 мм. При этом процесс протекает в области пластической деформации и разрушаемая порода запрессовывается в незаряжаемом шпуре.

Учитывая, что расстояние между шпурами, при котором происходит пробив породной перемычки и запрессовка ее в шпуре зависит от крепости породы, работоспособности ВВ и плотности заряжения, было принято выражать это расстояние в диаметрах "стакана" шпура. В этом случае представляется возможным результаты, полученные для одних условий, перенести на другие условия. Проведенные эксперименты показали, что в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова 12 14 при диаметре шпуров 30 42 мм и концентрации заряда ВВ 1 кг/м (в качестве ВВ использовался аммонит 6ЖВ) диаметр "стакана" составляет 60 65 мм. Таким образом, расстояние между центрами шпуров, при котором обеспечивается надежный пробив породной перемычки и запрессовка породы в шпуре, составляет порядка 2 диаметров "стакана".

Анализ опыта применения ярусных врубов показывает, что глубину запрессовочных шпуров целесообразно принимать порядка 1/2 ширины выработки проходки. Эта же величина рекомендуется и в известном способе образования врубовой полости (при одинаковом диаметре основных и запрессовочных шпуров). Поэтому при глубине основных шпуров более 2 м глубина запрессовочных шпуров была принята также равной 1/2 ширины выработки в проходке.

В случае, когда глубина основных шпуров составляет 1,5 2 м и менее, возникает необходимость в увеличении длины зарядов запрессовочных шпуров, которые достигаются за счет увеличения их глубины. Экспериментально было установлено, что максимальная глубина запрессовочных шпуров не должна превышать 0,7 ширины выработки в проходке. При большей глубине этих шпуров увеличится опасность подбоя зарядов отбойных шпуров.

Вблизи торцов заряда имеет место усиленное геометрическое расхождение поля напряжения, возникающего в массиве под действием взрыва. Кроме того, при бурении запрессовочных шпуров возможно отклонение их от заданного направления. Поэтому для надежной запрессовки основных шпуров забои запрессовочных шпуров должны выводится глубже мест максимального их сближения с основными шпурами. По полученным данным эта величина должна составлять порядка 4 5 диаметра шпура.

В случае, когда глубина основных шпуров составляет 1,5 2 м и менее, возникает необходимость в увеличении длины зарядов как основных, так и запрессовочных шпуров. В этих условиях расстояние между забоями запрессовочных шпуров и местами их максимального сближения с основными шпурами необходимо увеличивать. Как показали эксперименты эта величина должна составлять до 10 12 диаметров шпура.

Предлагаемый способ был испытан при проведении горизонтальной выработки сечением 3 х 3 м и восстающего сечением 1,5 х 1,5 м. В первом случае глубину основных шпуров принимали равной 3 м, во втором 1,5 м. Породы, по которым проходили выработки, были представлены джеспилитами с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодъяконова 12 14. В этих же условиях для сравнения производили взрывание с использованием ярусного вруба, применяемого в известном способе.

Коэффициент использования шпуров в горизонтальной выработке при применении предлагаемого способа составил 0,9 0,95, а при применении известного способа 0,8 0,85. При проходке восстающего величина коэффициента использования шпуров составила соответственно 0,85 0,87 и 0,7 0,75.

Формула изобретения

Способ образования врубовой полости при проходке горных выработок, включающий бурение основных шпуров перпендикулярно плоскости забоя выработки на глубину, равную ширине выработки в проходке, и укороченных запрессованных шпуров, заряжение ВВ основных шпуров в донной и средней частях, а укороченных запрессовочных полностью, последовательное взрывание зарядов врубовых шпуров, начиная с укороченных запрессовочных, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности образования врубовой полости за счет повышения качества породной запрессовки незаряжаемых участков основных шпуров и уменьшения геометрического расхождения полей напряжений, возникающих при взрыве зарядов основных и запрессовочных шпуров, каждый запрессовочный шпур располагают в паре с соответствующим основным шпуром наклонно к плоскости забоя выработки в плоскости, расположенной параллельно основному шпуру на расстоянии 1,5 -2,0 диаметров "стакана" запрессовочного шпура, причем при забуривании запрессовочного шпура его направляют в сторону основного шпура и при глубине основных шпуров более 2 м бурят на глубину 0,5 0,55 ширины выработки в проходке с максимальным сближением с основным шпуром на глубине, которая на 4 5 диаметров шпура меньше глубины запрессовочных шпуров, а при глубине основных шпуров до 2 м соответственно на глубину 0,55 0,7 ширины выработки в проходке с максимальным сближением с основным шпуром на глубине, которая меньше глубины запрессовочных шпуров на величину 4 12 диаметров шпура, причем основные шпуры заряжают ВВ в участках, расположенных глубже места максимального их сближения с запрессовочными шпурами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3