Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Вохмин С.А. 1 Курчин Г.С. 1 Кирсанов А.К. 1 Грибанова Д.А. 1

---

1 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Для обеспечения лучших показателей проходческих работ и безопасности ведения взрывных работ в горном деле особое внимание уделяют совершенствованию методики расчёта врубовой полости. В настоящей работе предлагается новая методика расчёта конструкции прямого призматического вруба, отвечающего горно-геологическим и горнотехническим особенностям при ведении проходческих работ горизонтальных и наклонных горных выработок. Особенностью данной методики является то, что расчет базируется не на определении удельного расхода ВВ, а на установлении величины радиусов зон разрушения массива при взрыве удлинённого цилиндрического заряда ВВ. В работе представлены разработанные конструктивные параметры врубовых шпуров. Предлагаемое технологическое решение позволяет увеличить эффективность образования врубовой полости и работу взрыва с высоким коэффициентом использования шпура, снизить расход взрывчатого вещества, расход бурения и уменьшить разлёт породы после взрыва. Предлагаемая методика прошла масштабную промышленную апробацию на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», в результате чего были достигнуты улучшения качества взрыва по указанным параметрам.

Статья в формате PDF

164 KB

взрыв

заряд

методика расчёта

параметры шпуров

прямой вруб

буровзрывные работы

1. Войтов М.Д., Сабанцев А.Б. Количественная оценка параметров комбинированных воронкообразующих врубов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2010. – № 4. – С. 28-34.

2. Должиков К.И., Мангуш С.К. Методика расчета параметров буровзрывных работ при проведении подземных горных выработок // Научный вестник Московского государственного горного университета. – 2012. – № 11. – С. 13-24.

3. Кутузов, Б.Н. Новая теория и новые технологии разрушения горных пород удлиненными зарядами взрывчатых веществ / Б.Н. Кутузов, А.П. Андриевский // Новосибирск: Наука, 2002. – С. 96.

4. Литвинский Г.Г., Шульгин П.Н. Обоснование конструкции и параметров прямого цилиндрического вруба при сооружении выработок // Современные проблемы шахтного и подземного строительства: Материалы международного научно-практического симпозиума. – Донецк: Норд-Пресс, 2004. – Вып. 5. – С. 130-139.

5. Масловский А.Н., Лукьянов В.Г. Актуальность буровзрывных работ с прямыми врубами при проведении горизонтальных горно-разведочных выработок с влиянием геолого-структурных особенностей массива // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 325. – № 1. – С. 166-172.

6. Методика расчёта параметров буровзрывных работ при проходке горизонтальных и наклонных горных выработок / С.А. Вохмин, Г.С. Курчин, А.К. Кирсанов, П.А. Дерягин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2014. – № 4 (48). – С. 5-9.

7. Рустемов С.Т. Совершенствование проведения горных выработок и повышение безопасности труда проходчиков // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. – 2012. – Т. 12. – № 7. – С. 124-128.

8. Стафеев А.А., Хобта А.А. Определение пробивного расстояния между параллельными шпурами и скважинами в прямых врубах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2014. – № 5. – С. 362-369.

9. Таранов П.Я., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом: учебник. – 3 изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1976. – 253 с.

Ведущей отраслью горной промышленности на данный момент можно назвать взрывное дело. Постоянный рост потребности в различного рода полезных ископаемых требует увеличения объёмов добычи минерального сырья, что, в свою очередь, предопределяет рост горнопроходческих работ. В связи с этим важное значение приобретает совершенствование технологии проходки как уже на действующих, так и на проектируемых рудниках.

Анализ результатов исследований различных авторов показывает, что подавляющий объём проходческих работ на подземных рудниках осуществляется с применением буровзрывных работ (БВР), и в ближайшей перспективе этот способ остаётся основной технологией проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. В последние годы активно ведутся исследования по разработке новых теорий и методик расчёта оптимальных параметров БВР и совершенствованию их конструктивных элементов.

Наиболее ответственным элементом взрывного разрушения пород при проходке горных выработок является формирование врубовой полости. Эффективная работа вруба во многом предопределяет эффективность взрыва в целом.

Так как врубовая полость является наиболее важной составляющей всего паспорта БВР, которая во многом и определяет основные качественные характеристики произведённого взрыва – шаг подвигания забоя за цикл, требуемый развал породы и качественное её дробление, достаточная устойчивость выработки и оконтуривание её в соответствии с проектом, то разработка методики расчёта конструкции взрывного вруба является весьма актуальной.

На сегодняшний день из всех многочисленных типов врубов наиболее прогрессивными являются прямые врубы с компенсационными шпурами или скважинами, пробуренными перпендикулярно к плоскости забоя выработки.

Как показывает практика ведения взрывных работ, такие врубы характеризуются наибольшей работоспособностью в крепких породах, являются простыми в исполнении и позволяют обеспечить высокий коэффициент использования шпура (КИШ). Из всех известных конструкций прямые врубы характеризуются высокой работоспособностью, универсальностью применения, стабильными показателями и простотой ориентации в пространстве [4, 5, 7].

Однако всё многообразие существующих конструкций прямых врубов объединяет один недостаток – отсутствие методики обоснованного выбора их параметров и расчёта [4]. Наиболее часто встречаются методики, базирующиеся на первоочередном определении удельного расхода ВВ.

Недостатком этого подхода является использование в формулах расчёта удельного расхода ВВ коэффициентов, имеющих весьма широкий диапазон изменения, и принимаемые их значения в большей мере зависят от уровня подготовки и интуиции специалиста. В результате параметры БВР устанавливают по усредненным значениям, что отрицательно сказывается на эффективности взрывных работ. Кроме того, упомянутые методики не учитывают необходимость изменения параметров БВР при изменении глубины шпуров.

В этой связи первым шагом в решении поставленной задачи стала разработка алгоритма расчёта параметров прямого вруба с компенсационными скважинами.

Для создания методики расчёта параметров и конструкции прямого призматического вруба были проанализированы труды ведущих учёных, занимающихся исследованиями в области изучения оптимальных параметров БВР [1-9]. В результате этого были установлены зависимости, позволяющие с высокой степенью точности определить оптимальные параметры прямого призматического вруба с компенсационными скважинами.

Одной из особенностей предлагаемой методики расчёта является учёт зависимости зон разрушения породного массива при взрыве удлинённых цилиндрических зарядов, предложенной Б.Н. Кутузовым и А.П. Андриевским [3]. Авторы объясняют процесс разрушения горной породы при взрыве формированием двух основных зон: смятия и трещинообразования.

Предлагаемая методика определения параметров прямого взрывного вруба базируется на последовательном выполнении следующих операций.

1. Поскольку разрушаемый массив до начала момента взрыва имеет лишь одну открытую поверхность, то в первую очередь определяется число компенсационных шпуров (скважин) во врубе, для создания дополнительной свободной поверхности и частичного перемещения энергии взрыва на эту свободную зону. На основании анализа практики работы рудников ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» и ряда промышленных экспериментов, проведённых авторами, установлено, что оптимальное число компенсационных шпуров (скважин) можно определить по формуле:

, шт., (1)

где l₀ – длина холостого шпура (скважины), м; d₀ – диаметр холостого шпура (скважины), м.

2. При отклонении шпуров от проектного положения возможна некорректная работа взрывного вруба, вследствие чего может наблюдаться недостаточное разрушение и выброс плохо проработанных остатков горной массы и уменьшения КИШ, а в случае значительного сближения шпуров происходит запрессовка соседних шпуров или повреждение зарядов, взрываемых с замедлением [5, 7].

Таким образом, для этого типа взрывного вруба ключевым фактором, определяющим его работоспособность, является выбор оптимального расстояния между заряжаемыми и компенсационными шпурами (скважинами).

По результатам промышленных экспериментов установлено, что расстояние между холостыми шпурами вруба необходимо определять по формуле:

, м, (2)

где d – диаметр заряжаемого шпура, м.

Оптимальное расстояние между холостыми и заряжаемыми шпурами вруба рассчитывается как (2÷3)·d0 [9].

3. Общее число врубовых шпуров, размещённых на плоскости забоя рассчитывается по выражению:

, шт., (3)

где S – площадь поперечного сечения выработки, м2; k_v – коэффициент, учитывающий вязкость пород; R_см – радиус зоны смятия, определяемый по формуле [6].

На рисунке 1 представлена схема построения прямого призматического вруба, по предлагаемым формулам.

а)

б)

Рис. 1. Схема построения прямого вруба

а) Схема построения взрывного вруба по выведенным формулам; б) Схема расположения взрывного вруба в забое

4. Глубина шпуров определяется исходя из возможностей технологического оборудования.

5. Длина заряда в шпуре рассчитывается по формуле

, м, (4)

где l_ш – глубина шпура, м; l_заб – длина забойки, м; l_б – длина патрона-боевика, м.

6. При необходимости далее проверяется возможность заряжания пневматическим зарядчиком порциями по 0,5 кг, 1,0 кг или 2,0 кг.

Проектная масса заряда в каждом заряжаемом шпуре взрывного вруба, с учетом уже известной длины заряда, равняется:

, кг. (5)

Рис. 2. Схема конструкции заряда

Предлагаемая методика расчёта уже прошла апробацию на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», где показала хорошие результаты, что подтверждается повышением КИШ, снижением общего расхода ВВ, расхода бурения и уменьшением разлёта породы после взрыва.

Из вышеизложенного следует, что при составлении паспортов БВР использование предлагаемой методики расчёта конструкции прямого призматического вруба обеспечит высокую эффективность взрывного способа проходки горизонтальных и наклонных горных выработок, поскольку позволяет учесть все основные горно-геологические и горнотехнические условия проведения взрыва, обеспечить качественное формирование врубовой полости и высокий КИШ.

Рецензенты:

Гилёв А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Горные машины и комплексы», Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», Институт горного дела, геологии и геотехнологий, г. Красноярск;

Галченко Ю.П., д.т.н., профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук, г. Москва.

Библиографическая ссылка