CC BY
44
УДК 622.233/235
В.Н. Тюпин, В.М. Лизункин, Н.П. Фофанов
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОХОДКИ ВОССТАЮЩИХ КОМБАЙНОМ 2КВ В ПРОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ
И практика применения комбайнов 2КВ в крепких породах ^
.1.1 по М.М. Протодъяконову более 12) показала значительное ухудшение технико-экономических показателей. Например, в гранитах ^ = 16-18) средняя скорость проходки составляет около 0,3-0,5 м/смену, расход шарошечных долот 32 шт. на 60 м, в массиве трахидацитов - 0,5-3 м/смену вместо 8 м/смену по паспорту.
Повысить скорость проходки восстающих и снизить расход шарошечных долот в кварцсодержащих породах (гранитах и тра-хидацитах) можно за счет предварительного снижения их прочности или повышения в них напряженного состояния энергией взрыва.
Экспериментальные исследования воздействия взрыва на породный массив проведены на четырех рудниках ОАО «ППГХО» в рабочих забоях проходческих и добычных выработок.
Обработка результатов экспериментальных исследований показала, что после взрывания вокруг заряда ВВ в массиве формируется три зоны деформирования: раздавливания, радиального тре-щинообразования и взрывных остаточных напряжений.
Зона раздавливания характеризуется мелкодисперсным дроблением породы на контакте с зарядом ВВ и запрессовкой взрывной полости частицами породы размером до 10-20 мм. Ее диаметр составляет (2-5) d3 - диаметр заряда ВВ).
Зона радиального трещинообразования имеет радиус (5-15^3. Число радиальных трещин составляет от 20 до 50 в гранитах и от 8 до 16 в трахидацитах. Порода в этой зоне интенсивно нарушена микротрещинами со средним расстоянием между ними 0,1-0,5 мм на расстоянии менее 5d3 и 0,5-1,5 мм на расстоянии (5-15^3.. При этом коэффициент крепости уменьшился в гранитах с 14-18 в не-
нарушенном взрывом массиве до 2-12 в нарушенном и с 10-12 до 38 в трахидацитах.
В зоне остаточных напряжений, находящейся на расстоянии от 15 до 50ds от заряда ВВ диаметром 40 мм, под действием взрыва в глубине массива происходит радиальное перемещение раздробленных и не раздробленных отдельностей. Это сопровождается закрытием естественных трещин и упругим остаточным деформированием отдельностей массива, что впервые установлено в [1]. При этом скорость продольных волн в зоне остаточных напряжений в массиве гранитов увеличивается с 5340-5790 м/с до 5600-5800 м/с в радиальном направлении от заряда ВВ и с 5500-5788 м/с до 55486100 м/с в тангенциальном направлении. Напряжения увеличиваются с 3,9-13,2 МПа до 7,1-18,7 МПа в радиальном направлении и с 5,9-16,4 МПа до 7,7-26,8 МПа в тангенциальном направлении.
Проведенные исследования показали перспективность применения в ОАО «ППГХО» комбайнов 2КВ и предварительной взрывной подготовки при проходке восстающих в крепких гранитах и трахидацитах с размером естественных отдельностей от 0,15 до 1,5 м.
Для проверки эффективности такой технологии испытаны в производственных условиях два варианта взрывной подготовки:
- взрывание одной скважины, проходящей по оси проектируемого восстающего и проходка восстающего в пределах зоны радиального трещинообразования, где имеет место снижение прочности массива;
- взрывание 2-3 скважин, находящихся за пределами проектного контура восстающего симметрично его оси, и проходка восстающего в искусственно созданной зоне остаточных напряжений.
Первый вариант взрывной подготовки испытан на 7 горизонте рудника «Восточный» при проходке вентиляционного восстающего в окварцованных трахидацитах с размером отдельности 0,4-1,0 м. Для этого по оси восстающего предварительно бурили снизу-вверх скважину длиной 30 м (длина проектируемого восстающего 57 м) и диаметром 105 мм, затем заряжали ее гранулитом АС-8 на длину 23 м. После взрыва бурили пилот-скважину диаметром 270 мм, а затем разбуривали восстающий до диаметра 1500 мм.
Установлено, что на участке взрыва длиной около 30м средняя скорость проходки составила 2,3 м/смену, в неподготовленном взрывом массиве - 1,5 м/смену. Однако этот способ имеет сущест-
венный недостаток - значительное отклонение взрывных скважин большой длины (при длине до 57м-до 3-6 м), а также малый радиус зоны радиального трещинообразования, который при диаметре скважины 105 мм равен 0,5-1,5 м. В этой связи практический и экономический интерес представляет использование для взрывного ослабления передовой скважины, пробуренной буровой установкой 2КВ [2]. Данный способ требует проведения дополнительных ис-следованиий.
Промышленные испытания способа взрывной подготовки массива с использованием поля остаточных напряжений (второй вариант) проводились на руднике «В» при проходке рудоспуска 4в-608/2 в неравномерно окварцованных трахидацитах. Вначале из буровой камеры бурили вертикально вниз две скважины диаметром 105 мм на расстоянии 3м друг от друга, глубиной 40-45 м. За счет искривления скважин фактическое расстояние между ними составило 3-6 м. Скважины заряжали патронированным аммонитом 6ЖВ, масса заряда в каждой 198 кг, длина - 27 м и взрывали одновременно. Затем бурили пилот-скважину и проходили восстающий комбайном 2КВ. При этом была предварительно произведена по зависимости оценка остаточных напряжений в центре между взорванными зарядами ВВ:
о(г) =
8 Фу ^ 1_у
N +Ру :
где D, рв„ d3 - соответственно скорость детонации, плотность, диаметр заряда ВВ; N - количество одновременно взорванных зарядов ВВ; с, V - соответственно скорость продольной волны и коэффициент Пуассона горной породы; Ф,ц/ - соответственно показатель трещиноватости массива, и коэффициент трения между отдельностями; Рх, Ру - главные компоненты горного давления, перпендикулярные оси взрываемого заряда соответственно в направлении «Север-Юг», и «Запад-Восток»; г - половина расстояния между взрывными скважинами.
Численные расчеты величины остаточных напряжений при взрыве двух скважин (N=2), расположенных симметрично относительно оси проектируемого восстающего для массивов гранитов с = 4540 м/с, Ф = 5, V = 0,22, ц = 0,5, Р = 47 МПа, Ру = 30 МПа и тра-хидацитов с = 4350 м/с, Ф = 6, V = 0,29, ц = 0,5, РХ = Ру = 16 МПа:
определены при В = 4,2^ 103 м/с, рв = 0,9-103 кг/м3, d3 = 0,105 м, г = 2 м
Расчеты показали, что при расположении двух взрывных скважин на расстоянии друг от друга равном 4м, величина напряжений в центре между ними после взрыва будет равна: для трахи-дацитов - 50,6 МПа, для гранитов при расположении скважин на линии «Север-Юг» 85,2 МПа, на линии «Запад-Восток» 51,2 МПа. Эти цифры сравнимы с пределами прочности образцов пород на сжатие (97 МПа - трахидациты, 144 МПа - граниты).
В результате хронометражных наблюдений установлено, что скорость проходки на участке, подготовленном взрывом к механическому разрушению, увеличивается в среднем с 1,45 м/смену до 2,98 м/смену. Это происходит преимущественно за счет формирования зоны взрывных остаточных напряжений, а также за счет разупрочнения массива на расстоянии от взорванных скважин 0,5-5 м и концентрации напряжений на забое проводимого восстающего.
Способ взрывной подготовки массива гранитов с бурением двух скважин вне контуров восстающих на всю высоту этажа (57 м) внедрен в блоке 6а-713 при проходке рудоспуска, вентиляционного, материального и двух закладочных восстающих. Результаты внедрения показали, что за счет разупрочнения массива и создания в нем зоны взрывных остаточных напряжений техническая скорость проходки восстающих увеличилась с 0,4-1,4 м/смену до 1,5-2,4 м/смену, т.е. в среднем в 2,1 раза. Стойкость шарошечных долот увеличилась с 1,78 м до 3,56 м. Фактический экономический эффект от использования комбинированной технологии проходки восстающих в бл. 6а-713 составил 3,3 млн. руб. в ценах 2002 года при объеме внедрения 290 п.м.
Таким образом, промышленные испытания и внедрение показали, что предварительная взрывная подготовка прочного массива горных пород и последующее бурение восстающих выработок комбайном 2КВ обеспечивает увеличение скорости проходки и стойкости шарошечных долот в среднем в 2 раза.
-------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ра-
мов
Ба-
1. Тюпин В.Н. Разработка взрывных способов снижения напряженного состояния удароопасных массивов.// Горный журнал. - 1992, №12, с. 27-29.
2. Лизункин В.М., Тюпин В.Н., Фофанов Н.П., Тюкавкин А.С. Область применения комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2 КВ в прочных породах Стрельцовской группы месторождений// Вестник Чит. гос. ун-та. Вып.36. - Чита, 2004. - С. 220-226.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Тюпин В.Н. - заведующий кафедрой «Строительство железных дорог» Забайкальского института инженеров железнодорожного транспорта, доктор технических наук.
Лизункин В^. - заведующий кафедрой «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Читинского государствен-ного университета; заведующий горной группой Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (г. Чита), доктор технических наук, профессор,
Фофанов Н.П. - заместитель генерального директора по горным работам ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение», кандидат технических наук.
