Обоснование диаметра компенсационных скважин при применении прямых врубов для интенсификации взрывного разрушения горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.К. Мангуш, К.И. Должиков, 2013

УДК 622.233

С.К. Мангуш, К.И. Должиков

ОБОСНОВАНИЕ ДИАМЕТРА КОМПЕНСАЦИОННЫХ СКВАЖИН ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПРЯМЫХ ВРУБОВ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Проведен анализ проведения подземных горных выработок, приведены критерии эффективной работы врубовых шпуров. Даны описания проведенных экспериментальных работ, полученных данных и их анализ. Сделаны рекомендации диаметра компенсационной скважины и удельной энергии от крепости пород и расстояния между первым врубовым шпуром и компенсационной поверхностью. Ключевые слова: скважина, коэффициент использования шпура, заряд взрывчатого вещества, разрушение, трешина.

При проведении подземных горных выработок в рудниках и шахтах России, а также странах СНГ применяется самоходное буровое оборудование на пневмоколесном ходу «Atlas Copco», или «Sandvic Tam-rock» с применением прямых врубов и удлиненных заходок. Известно, что прямые врубы при проведении горных выработок работают при взрывании зарядов ВВ на компенсационные скважины различного диаметра [2]. Как показала практика ведения взрывных работ, эффективность разрушения горных пород зависит в первоначальный момент от диаметра компенсационных скважин, вокруг которых производится первоочередное взрывание шпуровых зарядов ВВ. Применение скважин большого диаметра значительно облегчает процесс разрушения массива, однако увеличивает затраты времени на бурение и приводит к значительному удорожанию проведения одного метра горной выработки или отбойки 1 м3 породы (руды), что в свою очередь влияет на себестоимость работ. Для оптимального выбора диаметра компенсаци-

онной скважины нами проведены экспериментальные работы на шахте «Алмазная» («Алмазная угольная компания») в забоях: квершлага Sпр=17,9 м2, породы — песчаник, коэффициент крепости /=6^8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, вентиляционного штрека Snp=16,5 м2 в породах /=8^10 и горизонтальной выработке «Мост» сечением S^=16,5 м2 в породах /=10^15. Для бурения компенсационных скважин использовался расширитель фирмы «Atlas Copco» диаметром 89 мм в породах различной крепости. При проведении экспериментальных работ применялись в качестве: ВВ — аммонит 6ЖВ, средств инициирования — ЭД-ЗН. В процессе экспериментальных работ определялась вновь образованная компенсационная поверхность, объем разрушения, количество трещин, расстояние между ними и направление развития.

Экспериментальные работы проводились в два этапа:

На 1ом этапе — взрывали одиночные заряды ВВ массой 1,6 и 1,2 кг аммонита 6ЖВ. После каждого взрывания измерялась образованная компенсационная

«з Таблица 1

Результаты опытных взрывов, ш. «Алмазная» f = 6 :8

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход вв, кг/м3 кол-во образов, трещин, шт расст. между треш., см ориент. вновь образ, трещин

1 1 I прием 0,5 1,6 2,2 1,75 148^347 1,5 0,85 8 3—4 S

2 5 II прием 0,5 1,2 2,2 1,62 112^260 1,38 11 2,5-3 и 0

3 3 III прием 0,6 1,2 2,2 1,6 112^260 1,4 9 2-3 0 к Р,

4 7 IV прием 0,6 1,2 2,2 1,7 112^260 1,45 13 2,5-3 § а > >

5 2 V прием 0,7 1,2 2,2 1,61 112^260 1,42 11 2,5-3,5 sс § а

6 6 VI прием 0,7 1,2 2,2 1,73 112^260 1,49 12 2,8-3 к 0)

7 4 VII прием 0,8 1,2 2,2 1,71 112^260 1,55 15 2,5-4 р. 0)

8 8 VIII прием 0,8 1,2 2,2 1,78 112^260 1,58 10 3-4

Таблица 2

Результаты опытных взрывов, ш. «Алмазная» f = 8-hl О

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход вв, кг/м3 кол-во образов, трешин, шт расст. между треш., мм ориент. вновь образ, трешин

1 1 I прием 0,5 1,4 2,5 3,4 130^304 3,2 0,81 4 15 перпендикулярно оси шпура

2 5 0,5 1,2 2,5 112^260 6 12

3 3 II прием 0,6 1,2 2,5 3,15 112^260 2,8 11 20

4 7 0,6 1,2 2,5 112^260 8 16

5 2 III прием 0,7 1,2 2,5 3,31 112^260 3,1 10 35

6 6 0,7 1,2 2,5 112^260 14 38

7 4 IV прием 0,8 1,2 2,5 3,45 112^260 3,4 17 55

8 8 0,8 1,2 2,5 112^260 14 60

Таблица 3

Результаты опытных взрывов, ш. «Алмазная» f = 10-hl 5

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход ВВ, кг/м3 кол-во образов, трещин, шт расст. между треш., см ориент. вновь образ, трещин

1 1 I прием 0,5 1,4 2,5 1,67 130^304 1,45 0,79 6 4

2 5 II прием 0,5 1,2 2,5 1,56 112^260 1,3 8 4,5 и 0

3 3 III прием 0,6 1,2 2,5 1,7 112^260 1,5 10 4,7 0 К р.

4 7 IV прием 0,6 1,2 2,5 1,71 112^260 1,53 9 5 К (0 С Р.

5 2 V прием 0,7 1,2 2,5 1,5 112^260 1,6 14 4,8 $ С § а

6 6 VI прием 0,7 1,2 2,5 1,5 112^260 1,68 11 5 к 0)

7 4 VII прием 0,8 1,2 2,5 1,6 112^260 1,63 13 5 р. 0)

8 8 VIII прием 0,8 1,2 2,5 1,62 112^260 1,65 16 7

Таблица 4

Результаты опытных взрывов, ш. «KNAUF ГИПС Новомосковск» f = 3,4^5,7

№ № шпура порядок расст. до масса глубина образов. работа объем удельный кол-во расст. ме- ориент.

п/п взрыв. комп. заряда шпура, м комп. пло- взрыва, разруш., расход ВВ, образов. жду треш., вновь

шпуров СКВ., м шпура, кг щадь, м2 кДж/кг м3 кг/м3 трешин, мм образ.

шт трешин

1 1 I прием 0,3 1,8 2,5 1,65 167^390 0,62 1,62 3 15 К

2 5 0,3 1,8 2,5 1,8 167^390 0,65 5 20 и 0

3 2 II прием 0,5 1,8 2,5 2,1 167^390 0,74 7 30 0 К р.

4 8 0,5 1,8 2,5 2,3 167^390 0,78 9 25 К (0 с: р.

5 3 III прием 0,6 1,8 2,5 2,5 167^390 1,2 5 50 й с I а

6 7 0,6 1,8 2,5 2,38 167^390 1,05 10 40 к 0)

7 4 IV прием 1 1,8 2,5 2,9 167^390 1,98 8 90 р. 0)

8 6 1 1,8 2,5 2,75 167^390 1,87 10 80 Е

<7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777,

и-п

'//////У,

777777/

6-я

1скв=2,5 к=---

Конструкция заряда: пссчанно-глинистая забойка патрон-боевик заряд ВВ

КВП.

••••••• ......■ • К- -,,,,,,, •, •,,,, ,тт:7г;-; ;

Рис. 1. Схема расположения шпуров и компенсационной скважины, ш. «Алмазная» ОАО «Алмазная угольная компания»

тт-тт

у/////////////////////////////////////////////////////.

Y7777777777777777777777777777777777777777777777777777A

м

Wm,//WX/W//X////JV///////////////<

квп.

Конструкция заряда:

ирелохр,

забойка :ларяд В В и а фон патрон-боевик

у/. ;:■:;:■:;::

V777Z

- = 0 5 м

5»

7777777/77777А

Рис. 2. Схема расположения шпуров и компенсационных скважин, ш. «KNAUF ГИПС Новомосковск»

(свободная) поверхность, объем разрушенной породы, скорость детонации, количество трещин, расстояние между ними и их направление.

На Пш этапе — производили взрыв шпурового заряда расположенного на расстоянии — 14d33p (50см, шпуры 1, 5). Затем заряды (3, 7), (2, 6) и (4, 8). Результаты опытных взрывов сведены в табл.: 1, 2, 3 по шахте «Алмазная» (ОАО «Алмазная угольная компания»). Аналогичные эксперименты были проведены на шахте ООО «KNAUF ГИПС Новомосковск», результаты сведены в табл. 4. Схемы экспериментальных взрывных работ представлены на рис. 1, 2.

Полученные экспериментальные данные были проанализированы и обработаны. Критерием для оценки эффективности принятого диаметра компенсационной скважины с учетом свойств взрываемых пород следует считать такой диаметр, при котором образуется максимальная свободная (компенсационная) поверхность, наибольший объем разрушения породы и коэффициент использования шпура (КИШ) при фиксированных затратах аммонита 6ЖВ, принятого за эталонное [1].

На основе проведенных шахтных экспериментальных работ установлено, что:

Оптимальными следует считать диаметры компенсационных скважин для пород:

f = 6-8 — d™ = 89 мм; f = 8-10 — d^ = 102 мм; f = 10-15 — d^ = 115 мм. удельная плотность энергии, необходимая для прорастания трещин, их ветвления и разрушения целика между

1. Мангуш С.К., Фисун А.П. Справочник по буровзрывным работам на подземных горных разработках. ЗАО «Книга», М., 2003, 97с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

компенсационной скважиной и взрываемым зарядом ВВ, должна быть:

• для пород крепостью f = 6-8, £уд > 100 кДж/кг, при l0 < 0,6 м;

• для пород крепостью f = 8-10, £уд > 130 кДж/кг, при l0 < 0,5 м;

для пород крепостью f = 10-15, £уд > 250 кДж/кг, при l0 < 0,4 м; где l0 — расстояние от первого заряда ВВ до компенсационной скважины.

Для условий шахты ООО «KNAUF ГИПС Новомосковск», при отбойке гипсового камня крепостью f < 5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова в очистных камерах, следует считать оптимальным Iми ряд скважин диаметром 280мм (бурение скважин производится станками «Smag» одновременно — 3шт. в одном ряду), остальные три являются лишними, что приводит к значительно-му3удорожанию себестоимости отбойки 1м гипсового камня и излишним затратам времени на бурение второго ряда скважин. При этом удельная плотность энергии первого заряда ВВ должна быть не менее 150 кДж/кг, а расстояние от первого шпура до компенсационной скважины l0 < 0,6 м.

Применение оптимального компенсационного диаметра скважин позволяет:

• значительно снизить затраты средств и энергоресурсов на разрушение горных пород;

• произвести корректировку схемы расположения шпуров и масс взрываемых зарядов по отношению к эталонному ВВ — аммониту 6ЖВ;

• снизить себестоимость проведения одного метра горной выработки или отбойки 1 м3 полезного ископаемого.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.,

«Недра»; 1976, 271с. ДИВ

Мангуш Сергей Кириллович — доктор технических наук, профессор,

Должиков Константин Иванович — аспирант,

Московский государственный горный университет, [email protected]