книги / Технология и безопасность взрывных работ

21

1.2.5. Классификация горных пород по трещиноватости

Трещиноватость горных пород значительно снижает сопротивление механическим воздействием и облегчает отделение от массива, оказывает влияние на выбор бурового инструмента, типа взрывчатого вещества и дробимость горной породы.

При проектировании буровзрывных работ используют классификациюгорныхпородпо степенитрещиноватости(табл. 1.5).

Таблица 1.5 Классификация горных пород по степени трещиноватости

Критерием классификации является акустический показатель трещиноватости массива А1:

А1 = (Ср/Сро)2,

где Ср – скорость распространения продольных упругих волн в массиве, определенная сейсмоакустическим методом, м/с; Сро – скорость распространения продольных упругих волн в образцах из массива, определенная ультразвуковым методом, м/с.

22

1.2.6. Классификация горных пород по взрываемости

Взрываемость – сопротивляемость горной породы разрушению под действием взрыва заряда взрывчатого вещества. Зависит от естественной трещиноватости и крепости.

Классификация по взрываемости основана на определении удельного расхода эталонного ВВ, а также количества энергии ВВ при стандартных условиях взрывания: образование прямо-

угольной воронки взрыва при глубине заложения заряда в 1 м в шпуре диаметром 40 мм, расположенном под углом в 45° к горизонтальной свободной поверхности. При этом порода должна разрушаться на куски определенных размеров.

Взрываемость также оценивают удельным расходом эталонного ВВ (аммонит № 6ЖВ) в граммах, необходимых для дробления 1 м3 монолитной породы в виде куба, имеющего шесть открытых поверхностей (свободно подвешенное состояние), до кусков сразмером0,25 мприразмещениизарядавцентрекуба.

Взрываемость при массовых взрывах на карьерах оценивают по расчетному удельному расходу ВВ (кг/м3), при котором достигается требуемая кусковатость взорванной горной массы.

ВМосковском горном институте авторами Б.Н. Кутузовым

иВ.Ф. Плужниковым [15] разработана общая классификация массивов пород по взрываемости для карьеров, исходя из стандартных условий проведения ее оценки: высота уступа 12–15 м,

угол откоса 65–700, диаметр скважин 24–269 мм; ВВ – граммонит 79/21, схема взрывания – многорядная, КЗВ с замедлениями по диагоналям, величина перебура – 2 м, величина забойки – 6 м; выход крупной фракции (свыше 1000 мм) близок к нулю.

Разнообразие массивов горных пород сведено до 10 категорий по взрываемости (табл. 1.6).

Существует более полная классификация по взрываемости (табл. 1.7) треста «Союзвзрывпром» для карьеров, основанная на обобщении многолетних данных расчетного удельного расхода q эталонного взрывчатого вещества (аммонита № 6ЖВ) при ведении взрывных работ в различных горных породах.

23

24

Окончание табл. 1.7

Для определения расчетного удельного расхода используемого взрывчатого вещества qвв (кг/м3) применяется формула

qвв = q·е,

гдее – переводнойкоэффициентдлярасчетаэквивалентных зарядов ВВпоидеальнойработевзрыва(эталон– аммонит№6 ЖВ), ед.

Численные значения переводного коэффициента е для некоторых широко применяемых взрывчатых веществ приведены в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Значения переводного коэффициента е для взрывчатых веществ

25

2. БУРЕНИЕ ШПУРОВ И СКВАЖИН

2.1. Общие сведения

Для обеспечения возможности производства взрывного разрушения горного массива в породах бурятся шпуры или скважины, в которых размещаются заряды ВВ.

Шпур – искусственное цилиндрическое углубление в горной породе диаметром не более 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважина – искусственное цилиндрическое углубление диаметром более 75 мм при глубине до 5 м и любого диаметра при глубине более 5 м.

Бурение, заряжание и взрывание зарядов ВВ относится к основным процессам как при проходке выработок, так и при очистных работах. Для бурения шпуров и скважин применяется разнообразная буровая техника: сверла, молотки, буровые каретки, буровые станки и установки.

В научно-технической литературе встречаются термины бурильный и буровой. Первый, как правило, относится к бурению шпуров (бурильная машина, бурильная головка, бурильная установка и др.), второй применяется к оборудованию для бурения скважин (буровая установка, буровой станок, буровой комплекс и др.).

Основными операциями при бурении шпуров или скважин являются:

1)подготовка и установка машины для бурения шпуров или скважин для начала работ;

2)бурение (разрушение породы) с удалением буровой мелочи из шпура или скважины;

3)наращивание бурового става для достижения требуемой глубины шпуров (скважин);

4)разборка бурового става после окончания работ;

5)замена изношенного оборудования (при необходимости);

6)передвижение машины на новую точку бурения шпура или скважины.

26

2.2.Классификация способов бурения взрывных шпуров и скважин

Средства и способы бурения классифицируются по нескольким признакам, например: по характеру разрушающих напряжений, по схеме разрушения забоя, по способу удаления от забоя шпура или скважины продуктов разрушения.

По характеру разрушающих напряжений все способы бурения делятся [12]:

1)на механические, при которых разрушение происходит из-за развития в горной породе механических напряжений:

•вращательное бурение;

•ударное бурение:

•ударно-поворотное,

•ударно-вращательное,

•вращательно-ударное;

2)изотермические, при которых разрушение происходит вследствие развития в породе тепловых напряжений.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины, и одновременно подается на забой. Разрушение породы происходит от вдавливания и скалывания частиц породы с забоя.

При ударном бурении инструмент (долото или коронка) наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием.

При ударно-поворотном бурении обычными и погружными молотками инструмент поворачивается на определенный угол только в промежутках между ударами. Порода разрушается

врезультате ударов.

При ударно-вращательном бурении погружными пневмоударниками и перфораторами удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Порода также разрушается в результате ударов.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием ин-

27

струменту. Разрушение породы происходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет поворота при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами относится:

к ударному при долотах, работающих по принципу чистого качения,

вращательно-ударному при долотах, в которых зубки, наряду с перекатыванием по забою, срезают частицы породы скользящим движением по забою (долота со скольжением).

28

Кроме механического воздействия на породу при бурении скважин применяют физико-механические способы:

огневое бурение – разрушение породы происходит за счет термических напряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (t ≥ 2000 °C), вылетающих из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (2000 м/с и более);

электроимпульсное бурение – разрушение пород про-

исходит за счет электрического пробоя участка скважины высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Разрушенную породу удаляют из забоя потоком диэлектрика (соляровое масло, вода и т.д.), циркулирующего в скважине;

взрывное бурение – разрушение породы происходит последовательными взрывами на забой небольших зарядов ВВ двумя методами:

патронный – патроны ВВ (твердых или жидких) взрываются на забое от удара или детонации;

струйный – из взрывобура, расположенного над забоем, подаются жидкие компоненты ВВ (горючего и окислителя) на забой, в результате формируется жидкий плоский заряд, взрыв которого вызывают впрыскиванием капли инициатора.

При комбинированных способах бурения происходит совместное воздействие на забой, например, ударного инструмента и шарошки (ударно-шарошечный), резцов и шарошек (ре- жуще-шарошечный) и огневой горелки и шарошек (термо-

шарошечный).

2.2.1. Вращательный способ бурения шпуров

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины, и одновременно подается на забой.

Величина осевого усилия Рос задается из условия превышения предела прочности породы на вдавливание на площади кон-

29

такта режущих лезвий инструмента с породой, при этом происходит последовательное разрушение от вдавливания и скалывания частиц породы с забоя (рис. 2.1).

С увеличением осевого усилия (рис. 2.2, а) скорость бурения (Vб) растет до некоторого предела, при котором ее дальнейший рост замедляется из-за недостаточного удаления продуктов разрушения из забоя.

Наилучшие условия для бурения имеют место на II участке, где скорость увеличивается пропорционально осевому усилию Рос. При малых значениях Рос (участок I) разрушение носит характер истирания и неэффективно для бурения. При

чрезмерно больших Рос (участок III) абразивный износ и число поломок лезвий резко возрастают.

С увеличением частоты вращения n (рис. 2.2, б) скорость бурения Vб сначала пропорционально повышается, а затем снижается при сильной вибрации инструмента.

Рис. 2.2. Зависимости скорости бурения (Vб) от осевого усилия (Рос), частоты вращения бурового

инструмента (n) и крепости породы (f)

30