CC BY
56
удк 62224 ф.и. Караманиц, А.С. Громадский,
Г.Г. Гончаренко, К.Л. Прокопчук, О.С. Чепела
СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И СЛАБОНАКЛОННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН
Показано, что при проходке выработок любым поперечным сечением по породам IIIa-IV категорий крепости компенсационные шпуры и скважины применять нецелесообразно, а предлагается использовать клиновый вруб. Однако это неэффективно для пород более крепких категорий I-III с точки зрения уходки выработки после взрыва и коэффициента использования шпура (КИШ). При глубине бурения шпуров 1,5-1,6 м уходка забоя равна 1,3-1,35 м по породам крепостью до 10 единиц по шкале профессора М.М. Про-тодьяконова, КИШ не достигает 0,85-0,9. При проходке выработок по породам III категории крепости поперечным сечением 5-11 м2 ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками целесообразно бурить врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 36-41 мм. Один компенсационный шпур диаметром 65 мм бурят в одну стадию комбинированной коронкой, на конус расширяющей части, выполненной как одно целое с ней, насаживают опережающую коронку меньшего диаметра. В этом случае КИШ увеличивается до 0,95, а уходка забоя увеличивается до 1,4-1,5 м. Это иллюстрирует эффективность применения компенсационного шпура.
Ключевые слова: буровзрывной способ, проходка горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок, уходка забоя, коэффициент использования шпура.
Проблема и ее связь с практическими задачами
Повышение скорости проходки подземных горных выработок при снижении себестоимости проходки является постоянной проблемой горных предприятий, в задачи которых входит обеспечение наилучших технико-экономических показателей производства.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 228-237. © 2016. Ф.И. Караманиц, А.С. Громадский, Г.Г. Гончаренко, К.Л. Прокопчук, О.С. Чепела.
Наиболее существенное влияние на показатели и темпы проведения горных выработок оказывает глубина отбойки за цикл.
Установлено, что с увеличением глубины отбойки с 1,5 до 2,5 м снижается: трудоемкость заряжания на 13—20%, погрузки на 20—31%, в целом затраты уменьшаются на 15—28%. При этом улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, и, в первую очередь, снижается запыленность в забоях [1].
Анализ исследований и публикаций
Известен способ проходки горизонтальных и слабонаклонных горных выработок сечением 18,6 м2 с применением 2-х компенсационных скважин параллельными врубами диаметром 102 мм и 125 мм, глубиной 3,2 м, которые бурят мощными гидравлическими перфораторами в крепкой породе 1—11 категории крепости лезвийными коронками КРК-105 и КРК-125 на глубину 3,2 м [1]. В данной работе показано, что для выработки сечением 5,8 м2 рационально применять прямой вруб с 2-мя компенсационными скважинами D = 65 мм расположенными на расстоянии 2D от взрывных шпуров. При этом обеспечивается КИШ 0,91. Однако по нашим исследованиям это слишком большое расстояние, при котором КИШ и уходка забоя не достигают максимальных величин.
Известен способ для бурения компенсационных шпуров 065 мм, включающий применение коронки с расширяющей частью, в передней части которой применяют направляющий центратор [1]. Этот центратор вставляется в предварительно пробуренный шпур 040—41 мм. Недостатком является то, что центратор часто отсоединяется от расширяющей части вследствие прохождения через нее волн напряжения от буровой штанги и остается в расширенном компенсационном шпуре. На его извлечение приходится не рационально терять время, которое иногда больше, чем время необходимое на бурение компенсационного шпура.
В случае бурения компенсационной скважины в одну стадию [2] вместо такого центратора на породах средней крепости f = 10—12 по шкале проф. М.М. Протодъяконова применяют штыревую комбинированную коронку 065 мм с опережающей коронкой меньшего диаметра насаженную на конус расширяющей части выполненный за одно целое с ней. Недостатки данного способа: не определено количество и диаметры компенсационных скважин в зависимости от размера поперечного сечения выработки; не определено соотношение глубины ком-
пенсационных скважин, врубовых шпуров, располагаемых рядом со скважинами, а также глубины вспомогательных и окон-туривающих забой шпуров.
Постановка задачи
Создание эффективного способа для проходки горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок различного поперечного сечения в породах различной крепости.
Методика исследований
Для проведения исследований изготовлены экспериментальные штыревые коронки 065 мм (рис. 1) с опережающей штыревой коронкой меньшего диаметра для бурения компенсационных шпуров 065 мм по породам крепостью f = 10—12 в одну стадию по патенту Украины № 95502 [2].
Кроме того, изготовлены экспериментальные штыревые коронки 065 мм с долотчатым центратором 2 (рис. 2) 040 мм для бурения по крепким породам f = 15—18 во второй стадии после предварительно пробуренного шпура 040—41 мм. А также изготовлены экспериментальные штыревые коронки 1 (рис. 3) 090 мм с опережающим долотом 2 045 мм, который армирован твердосплавной пластиной 3 для бурения скважин мощными гидравлическими перфораторами в одну стадию по породам средней крепости f = 10—12. Эти коронки разработаны для замены используемых в настоящее время на шахтах Криворожского железорудного комбината (КЖРК) коронок-расширителей МР-45
Рис. 1. Комбинированная ко- Рис. 2. Долотчатый Рис. 3. Долотчатый ронка для бурения компен- расширитель 065мм расширитель 090мм сационных шпуров 065мм
Рис. 4. Коронка — расширитель типа МР-45: а) направляющее устройство — пилот-адаптер, б) расширитель 0102мм, в) коронка в сборе
шведской фирмы «Санд-вик», рис. 4, для бурения компенсационных скважин 0102 мм мощными гидравлическими перфораторами в крепкой породе f = 15-18.
По технологии принятой на Криворожском железорудном комбинате (КЖРК) для проходки самоходными проходческими буровыми установками Boomer S1 D-DH с гидравлическими перфораторами COP 1638 Atlas Copco в выработках поперечного сечения 15-19 м2 бурят 4 компенсационные скважины 0102 мм. Нами разработан экспериментальный паспорт с одной компенсационной скважиной к 085-90 мм (рис. 5). Технология бурения по этому паспорту сравнивалась с принятой на КЖРК, где вместо скважины K (рис. 5) бурится врубовый шпур, а на месте 4-х врубовых шпуров вокруг нее — четыре скважины 0102 мм коронкой (рис. 4).
Для забоев меньшего поперечного сечения 512 м2 в породах различной крепости f = 8-18 осуществлялись варианты бурения шпуров традиционным клиновым врубом и бурение с компенсационными шпурами или скважинами параллельными врубами по схемам,
разработанным нами. По- рис. 5. Схема бурения забоя механизирован-сле взрывов оценивались ными комплексами Boomer S1 D-DH с одной уходка забоев и КИШ. компенсационной скважиной K085—90мм
Изложение материала и результаты
При проходке выработок любым поперечным сечением по породам ГГГа—ГУ категории крепости компенсационные шпуры и скважины применять нецелесообразно, а предлагается использовать клиновый вруб.
При проходке выработок по породам ГГГ категории крепости поперечным сечением 5—11 м2 в случае, когда бурят ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками типа УПБ [3] разработки института ВНИПИ-рудмаш (г. Кривой Рог), которые поставляются компанией ООО «Компани «Плазма»® [4]. Врубовые и вспомогательные шпуры 036—41 мм и один компенсационный шпур 0 65 мм, бурят в одну стадию комбинированной коронкой, рис. 1, на конус расширяющей части которой, выполненный как одно целое с ней, насаживают опережающую коронку диаметром 36— 41 мм, рис. 1. Причем вокруг компенсационного шпура бурят
4—6 врубовых шпуров на расстоянии 230—250 мм от него на глубину 1,8— 2,2 м одинаково с компенсационным шпуром в зависимости от производительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки.
При проходке выработок в породах Г—II категорий крепости сечением
5—11 м2 в случае, когда бурение осуществляется ручными перфораторами на пневмоподдержках или установками УПБ, применяют врубовые и вспомогательные шпуры 036— 41 мм и один компенсационный шпур 065 мм, который бурят на глубину 1,8—2,2 м одинаково с врубовыми шпурами в зависимости от произ-
Рис. 6. Схема расположения шпуров при клиновом врубе
водительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки. В выработках данной категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 45 мм и одну компенсационную скважину диаметром 85—90 мм, глубиной 2,2—3,3 м, которую расширяют во второй стадии коронкой, рис. 3, после предварительно пробуренного шпура 045 мм. Шесть врубовых шпуров бурят вокруг нее на расстоянии 250—270 мм. Причем все вспомогательные и контурные шпуры во всех случаях поперечных сечений и крепости пород бурятся короче на 150—200 мм по сравнению с врубовыми шпурами и компенсационными скважинами.
При проходке выработок по породам III категории крепости поперечным сечением 5—11 м2 бурят один компенсационный шпур диаметром 65 мм в одну стадию комбинированной коронкой, рис. 1. В выработках III категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 45 мм и одну компенсационную скважину диаметром 85—90 мм глубиной 2,2—3,3 м, которую расширяют во второй стадии после предварительно пробуренного шпура диаметром 45 мм, а также бурят 6 врубовых шпуров вокруг нее на расстоянии 250—270 мм, что также обеспечивает максимальную уходку забоя и КИШ после взрыва.
При проходке выработок в породах I—II категорий крепости сечением 5—11 м2 в случае если бурение осуществляется ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками, применяют врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 36—41 мм и один компенсационный шпур диаметром 65 мм, который бурят на глубину 1,8—2,2 м одинаково с врубовыми, в зависимости от производительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки. В выработках данной категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры 045 мм и одну компенсационную скважину 085—90 мм, глубиной 2,2—3,3 м, рис. 5, которую расширяют во второй стадии после предварительно пробуренного шпура 045 мм, а также бурят 6 врубовых шпуров вокруг нее на расстоянии 250—270 мм. Та-
ким образом, обеспечивается максимальная уходка забоя 2,8 м и КИШ 0,93 после взрыва.
Боевые шпуры в забоях с компенсационными шпурами (скважинами) взрывают в следующей последовательности: вначале врубовые диагонально вокруг компенсационных шпуров (скважин), затем вспомогательные и контурные по очереди с замедлением 35—40 мс по спирали, начиная от врубовых шпуров и заканчивая контурными шпурами. Таким образом, создают внутреннюю обнаженную полость, увеличивающуюся в процессе взрыва от компенсационного шпура (скважины) до контурных шпуров. При этом в устья всех взрывных шпуров в забоях I—III категории крепости забивают глиняную или гли-няно-песчаную забойку на глубину 6—10 диаметров шпура. Это позволяет увеличить уходку забоев после взрывов на 10—15% и максимально увеличить КИШ. Это повышает эффективность взрывов и позволяет максимально экономить взрывчатку.
Описанный способ проходки горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок апробирован в условиях шахты им. Ленина ПАО КЖРК на производственных участках № 1, № 4, а также на участках № 1 и № 3 проходческого управления шахты им. Ленина в забоях различного сечения от 6 м2 до 19 м2 по породам различной крепости f = 10—18.
При этом КИШ увеличен с 0,8—0,9 до 0,985—1,0, а уходка забоев после взрывов возросла на 10—15%. При бурении различной техникой: буровой кареткой УБШ-207 с колонковым перфоратором Б106, ручными перфораторами YT-28 производства Китай, самоходными проходческими буровыми установками Atlas Copco Boomer S1 D-DH с гидравлическими перфораторами COP 1638 расчетный экономический эффект по шахте им. Ленина составил порядка 2,7 млн грн./год.
Выводы и задачи дальнейших исследований
1. Разработаны высокоэффективные буровые коронки для формирования компенсационных скважин как в одну, так и в две стадии.
2. В результате промышленных экспериментов установлено:
• применение прямых врубов с компенсационными скважинами, по сравнению с клиновыми, позволяет увеличить уход-ку за один цикл за счет увеличения взрывной воронки, а также снижает процент выхода негабаритных кусков породы;
• в результате выбора рационального расстояния между компенсационными скважинами и врубовыми шпурами рис. 5
установлено, что расстояние 250—255 мм обеспечивает наилучшую эффективность взрывов;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 11 м2 буровой кареткой по породам крепостью f = 15—18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 085—90 мм, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,92 до 1,0—1,025;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 11 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 15—18 целесообразно применять две компенсационные скважины 065 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,91 до 0,92-0,94;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 15-18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 065 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,9 до 0,93;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 10-12 целесообразно применять одну компенсационную скважину 065 мм бурением в одну стадию комбинированной коронкой [2], при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,9 до 1,0;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f < 10 применение компенсационных скважин нецелесообразно, так как порода не крепкая и легко отбивается от массива;
• при проходке горизонтальных выработок сечением 16 м2 самоходной проходческой буровой установкой Boomer S1 D-DH по породам крепостью f = 15-18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 085-90 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,92 до 0,95.
Задачей дальнейших исследований является широкая проверка разработанного способа в различных горно-геологических условиях на шахтах Криворожского железорудного бассейна.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чувилин А. М., Ермаков Г. Т., Соколов Н. П. и др. Применение коронок - расширителей для бурения компенсационных скважин на проходческих работах // Горное дело. Обзорная информация. - 1998. -Вып. 6. - С. 31-33.
2. Грормадський А. С., Караманиць Ф. I., Кузьменко Д. I. Спойб буршня компенсацшних свердловин. Патент Украши на корисну модель, № 95502, кл. E21 В 7/00, опубл. 25.12.2014., бюл. № 24.
3. Установка переносная бурильная УПБ-1Б http:// www.plasma. com.ua/mining_ equipment/ drilling_rigs/product3.html
4. Информация о компании ООО «Компани «Плазма»®. http:// plasma.org.ua/about_us. it7^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Караманиц Федор Иванович1 — Председатель правления, Громадский Анатолий Степанович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: knu@alba.dp.ua, Криворожский национальный университет, Украина, Гончаренко Г.Г.1 — директор шахты им. Ленина, Прокопчук К.Л.1 — директор шахты «Родина», Чепела О.С.1 — директор шахты «Гвардейская», 1 ПАО «Криворожский железорудный комбинат», Украина, e-mail: krruda@krruda.dp.ua, e-mail: impulselux@yandex.ru.
UDC 622.24
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 228-237.
F.I. Karamanits, A.S. Gromadskiy, G.G. Goncharenko, K.L. Prokopchuk, O.S. Chepela
THE METHOD OF HORIZONTAL AND SLIGHTLY INCLINED UNDERGROUND WORKINGS DRIVING USING COMPENSATION BLAST-HOLES AND BORE-HOLES
The paper shows that when driving of workings in any cross-section of Illa-IV categories fortress rocks compensation blast-holes and bore-holes are not advisable to apply but to use a wedge cut. However, it is not effective for the species of stronger categories l-lll in terms of working drilling run after the explosion, and blast hole efficiency ratio (BHER).When the depth of drilling holes of 1.5-1.6 m face drilling run is 1.3-1.35 m according to rocks fortress up to 10 units on a scale of Professor M.M. Protodyakozhnov BHER doesn't reach 0,85-0,9. When driving of workings of Ill category fortress cross-section 5-11 m2 hand punches on air leg attachment or portable drill rigs it is efficient to drill cutting and auxiliary holes of 36-41 mm in diameter and one relief hole of 65 mm in diameter are drilled in one step with combined bit on expanding cone wherein part formed integrally with the skewer it anticipatory bit of smaller diameter. In this case, the BHER is increased to 0.95, and face drilling run increases to 1.4-1.5 m. This illustrates the effectiveness of the compensation blast hole.
Key words: drill and blast tunneling method, driving of horizontal and slightly inclined underground workings, face drilling run, blast hole efficiency ratio.
AUTHORS
Karamanits F.I.1, Chairman of Board,
Gromadskiy А.S., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, Kryvyi Rih National University, Kryvyi Rih, Ukraine, e-mail: knu@alba.dp.ua, Goncharenko G.G.1, Director of Mine Named after Lenin, Prokopchuk K.L.1, Director of Mine Rodina, Chepela О.S.1, Director of Mine Gvardeyskaya,
1 PSJC «Krivorozhskiy Iron Ore Combine», 50029, Kryvyi Rih, Ukraine.
REFERENCES
1. Chuvilin A. M., Ermakov G. T., Sokolov N. P. Gornoe delo. Obzornaya informatsiya. 1998, issue 6, pp. 31-33.
2. Grormads'kiy A. S., Karamanits' F. I., Kuz'menko D. I. Sposib burinnya kompensat-siynikh sverdlovin. Patent Ukraini na korisnu model', № 95502, E21B 7/00, 25.12.2014.
3. Ustanovka perenosnaya buril'naya UPB-1B, available at: http:// www.plasma.com. ua/mining_ equipment/ drilling_rigs/product3.html
4. Informatsiya o kompanii OOO «Kompani «Plazma»®, available at: http://plasma.org. ua/about_us.
ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ (СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)
МЕТОДИКА ПОДБОРА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ХРОМОМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ ВЗАМЕН ИМПОРТНЫХ ДЛЯ АРМАТУРОСТРОЕНИЯ
Болобов В.И.1 - доктор технических наук, профессор, Самигуллин Г.Х.1 - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой, Попов Г.Г.1 - магистр, e-mail: Genrih-91@mail.ru, 1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
Хромомолибденовые стали широко применяются в области нефтегазоперера-ботки, так как именно здесь необходимы материалы, которые способны работать с высокотемпературными технологическими средами под высоким давлением с содержанием агрессивных примесей. На данный момент на отечественных нефтеперерабатывающих заводах при указанных условиях закупается и устанавливается импортное оборудование из сталей по ASTM. В данной статье произведен подбор отечественных аналогов хромомолибденовых сталей способом сравнения химического состава, физико-механических свойств, наличием сталей в ГОСТ Р 55509-2013 «Арматура трубопроводная. Металлы, применяемые в арматуро-строении» и возможностью закупки для отечественного арматуростроения.
Ключевые слова: сталь, нефтегазопереработка, трубопроводная арматура, жаропрочные стали, импортозамещение, физико-механические свойства, химический состав.
SELECTION METHOD OF RUSSIAN CHROME-MOLYBDENUM STEEL INSTEAD OF FOREIGN FOR VALVE INDUSTRY
Bolobov V.I.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,
Samigullin G.H.1, Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of Chair,
Popov G.G.1, Magister, e-mail: Genrih-91@mail.ru,
1 National Mineral Resource University «University of Mines», 199106, Saint-Petersburg, Russia.
Chrome-molybdenum steel is widely used in the field of oil and gas processing as this field requires materials, that can operate in high temperature technological environments under high pressure with agrressive impurities. At present foreign equipment made from steel per ASTM is acquired and installed at domestic oil and gas processing factories under identified conditions. This article contains a selection of Russian analogues of chrome-molybdenum steel, that was selected by comparing chemical composition, physical and mechanical properties by steel presence in GOST 55509-2013 «Pipeline valve. Metals used in valve industry» by possibility of acquiring for Russian valve industry.
Key words: steel, oil and gas processing, pipeline valve, heat-resistant steel, import substitution, physical and mechanical properties, chemical composition.
