Способ проходки горизонтальной горной выработки Советский патент 1992 года по МПК E21C37/00 E21D9/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к области проходки горизонтальных горных выработок буровзрывным способом.

Известен способ проходки горизонтальных выработок, включающий бурение врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, их заряжание и взрывание с замедлением, начиная с врубовых В центральной части забоя выбуривают горизонтальный клиновой вруб, а часть отбойных шпуров располагают тремя рядами параллельно горизонтальной оси выработки Диаметр всех шпуров составляет 36-40 мм но может быть увеличен в зависимости от горногеологических условий до 45 47 мм Максимальная глубина шпуров достигает 6 м При проходке выработок данным способом применяли два варианта метода контурного взрывания Расстояние между оконтуривающими шпурами равнялось 1 м Взрывание применялось электрическое,электродетонаторами с 12 ступенями замедления.

Данный способ требует значительных трудозатрат на технологические операции связанные с бурением, заряжанием большого количества шпуров Кроме того, для получения максимального эффекта при ведении взрывных работ с применением клиновых врубов требуется строгое соблюдение углов наклона врубовых шпуров, что при применении ручных буровых машин вызывает значительные сложности

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являе гея способ проходки горизонтальных горных выработок, включающий бурение в направлении проходки контурных рядов щелевых шпуров и разрушающего шпура, заряжание их ВВ и взрывание с предварительным образованием щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрыванием зарядов в ра зрушающем и оконтуриваю- щих шпурах.

Этот способ неэффективен при большой плоа(ади поперечного сечения выработки и в крепких, монолитных породах, так как в этих случаях требуется значительное увеличение числа шпуров, Увеличение числа шпуров влечет повышение трудозатрат на бурение и заряжание их, что в значительной степени влияет на технико-экономические показатели всего комплекса проходческих работ. Кроме того, при ведении проходческих работ в крепких, монолитных породах для обеспечения высоких показателей БВР необходимо увеличить удельный расход ВВ. что в значительной степени влияет на состояние законтурной части породного массива.

Целью изобретения является повышение эффективности буровзрывных работ при отбойке массива на всю глубину заход- ки за счет улучшения КПД взрыва разруша- ющего заряда, путем использования напряженного состояния массива и снижения трудозатрат на буровзрывные работы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проходки горизонтальных горных выработок, включающем бурение в направлении проходки контурных, щелевых и разрушающего шпуров, заряжании их ВВ, взрывание с предварительным образованием щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрыванием зарядов в разрушающем и оконтуриваю- щих шпурах, бурение щелевых шпуров производят по двум симметричным /-об- разным рядам с встречным расположением плосхих углов V-образных рядов, при этом плоскость расположения вершины углов V- образных рядов располагают перпендикулярно направлению действия максимальных сжимающих напряжений, а першины V-образных рядов располагают на расстоянии друг от друга, определяемом из выражения:

ib ..С °1:.

48 -0,63 f f rL-щ

где Кк - коэффициент концентрации напряЧ-Г-НИН,

f - коэффициент крепости пород по шкале М.М.Протодьяконова;

Цц - ширина щели, полученная в результате взрывания зарядов в щелевых шпу- pax.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании искусственно созданного одноосного напряженного состояния и концентрации его в центральной 0 части забоя для повышения КПД взрыва разрушающего шпура.

На фиг. 1 показана схема расположения шпуров на забое выработки; на фиг. 2 - забой выработки с изображением образова- 5 ния щелей, полученных в результате взрывания щелевых шпуров; на фиг 3 - забой выработки после взрывания разрушающего шпура на щели.

Способ осуществляют следующим об- 0 разом.

Сначала производят ориентировку рядов щелевых шпуров в направлении действия максимальных сжимающих напряжений, действующих в породном мас- 5 сиве, и производят разметку в забое точек их забуривания. Затем бурят V-образные ряды 1 щелевых шпуров 2. Расстояние между вершинами V-образных рядов 1 располагают на расстоянии определяемом по 0 формуле:

.Кк( 101 -f)

IB ь-

48-0,63 f +

1-щ

(1)

где Кк -.коэффициент концентрации напря- жений;

f - коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова; - ширина щели.

Данная формула получена эмпириче- ским путем, в результате математической обработки экспериментальных данных

Проведенные в шахтных условиях эксперименты показали, что наличие напряженного состояния в призабойной части массива влияет на разрушающий эффект взрыва. Чем больше величина напряжений в центральной части массива, тем больше радиус действия разрушения шпурового заряда, расположенного в этом районе, и тем больше вынос взорванной горной массы из врубовой полости.

На основании этого в формулу расчета расстояний между вершинами V-образных рядов 1 щелевых шпуров 2 был введен коэф фициент Кк, учитывающий уровень напря женного состояния в центральной части забоя.

Величина Кк зависит от многих факте ров, но основным из них является гпубинл

ведения горных работ и наличие вершин углов V-образных щелей, размеры которых очень незначительно влияют на изменение уровня напряженного состояния.

Ниже представлены оптимальные значения коэффициента Кк в зависимости от уН (величина угла щелей принимается постоянной).

Таким образом, абсолютное значение Кк возрастает с увеличением глубины ведения горных работ.

В случае игнорирования данного фактора, учитывающего уровень напряженного состояния, расчет расстояний между вершинами углов шпуров по приведенной формуле приводит к занижению их численных значений. Данные производственных экспериментов показывают, что уменьшение расстояний между вершинами рядов щелевых шпуров на 20% от оптимальных приводит к запрессовке 30-40% взорванной горной массы во врубовой полости, что в дальнейшем в значительной степени снижает технико-экономические показатели взрыва Точно такой же отрицательный эффект может быть получен при уменьшении остальных расчетных коэффициентов.

Увеличение абсолютного значения коэффициентов свыше оптимального в расчетных параметрах БВР по приведенной формуле при реализации их результатов на практике приводит к прострелам шпуровых зарядов, неполному разрушению породного массива в центральной части забоя.

Увеличение расстояния между вершинами углов V-образных рядов щелевых шпуров на 25% свыше оптимальных приводит к прострелу разрушающего шпура и соответственно к резкому снижению КИШ до 0,4- 0,5.

Щелевые шпуры 2 о самих V-образных рядах 1 шпуров 2 располагают на расстоянии, равном 3-5 их диаметров, что обеспечивает при взрывании зарядов полное разрушение породных перемычек между шпурами 2 рядов 1 (фиг. 1). Далее производили разметку точек забуривания оконтури- вающих шпуров 3, входящих в ряды 1 шпуров 2.

Расстояние между оконтуривающими шпурами определяют по формуле

к 19doK-0,0735f + 0,43,(2)

где doK - диаметр оконтуривающих шпуров, м;

f - коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова

Данная эмпирическая формула получена на основании проведенных экспериментов в результате математической обработки их результатов

При проведении экспериментальных работ по определению расстояний между оконтуривающими шпурами 3 диаметр шпуров принимался 45-65 мм, а в качестве ВВ использовали натренированный аммонит N° б ЖВ. В связи с этим из параметров заряда в эмпирическом выражении (2) учитывается

лишь диаметр заряда и коэффициент крепости пород.

Разрушающий шпур 4 располагают по средине между вершинами V-образных рядов 1 щелевых шпуров 2 (фиг. 2) После

окончания буровых работ приступают к зарядке и взрыванию шпуров. Щелевые шпуры 2 заряжают через один с таким расчетом, чтобы оконтуривающие шпуры 3 были с зарядом ВВ, а угловые шпуры V-образных рядов 2 - незаряжены. Это делают с целью уменьшения зоны наведенной трещинова- тости от взрывов в породном массиве, так как наличие большого количества трещин может снизить уровень напряженного состояния в центре выработки Сцелыоуменьшения воронкообразова ия и увеличения импульса взрыва во всех заряженных шпу pax делают забойку не менее 0,2 длины заряда.

Взрывание зарядов во всех шпурах производят в один прием электроогневым способом с замедлением.

На первой стадии образования выработки при взрывании V-образных рядов 1

щелевых шпуров 2 получают щели 5, отсекающие центральную часть забоя от породного массива (фиг 2). Наличие щелей 5 способствует формированию одноосного напряженного состояния в центральной части породного массива и концентрации напряжений, возникающих под воздействием сжимающих напряжений, действующих в направлении расположения щелей 5.

На второй стадии образования выработки взрывают разрушающий шпур 4. При этом происходит суперпозиция динамических и статистических полей напряжений в центральной части забоя, способствующая повышению КПД взрыва разрушающего

шпура 4 до такой степени, что его воздействие на породный массив равноценно взрыванию нескольких шпуров в обычных условиях. В момент взрывания разрушающего шпура 4 получают компенсационную

полость 6 (фиг 3) достаточного объема

На третьей стадии взрывают с одной степенью замедления оконтуривающие шпуры 3, при этом отбойка производится ня компенсационную полость 6

Таким образом применение предлагаемого способа проходки горизонтальных горных выработок позволяет создать условия для суперпозиции динамических и статистических полей напряжений в центральной ча сти забоя, облегчающей разрушение горного массива и способствующей увеличению КПД взрыва разрушающего (центрального) шпура. Все .это позволяет уменьшить объем бурения повысить скорость проходки.

Пример Проходку по предлагаемому способу вели в полевом штреке гор 1025 м щ Родина в амфиболитах с коэффициентом крепости пород 18-20 Площадь поперечного сечения выработки 12 м2 Шпуры бурили диаметром 65 мм В качестве ВВ применяли аммонит № 6 ЖВ в патронах

Расстояние между вершинами V-образ- ных рядов шпуров и между оконтуривающи- ми шпурами определяли согласно приведенных формул

1.2 ( 101 -20) 20

,4 м

48- 0,63 20 +

0,1

|к 1,14- 1,4 + 0,43 1 17м

Работы выполнили в следующей последовательности

В центре забоя на уровне углов рядов шпуров выбуривали разрушающий шпур Затем бурили V-образные ряды шпуров расстояние между шпурами не превышало 0,3 м в направлении вертикальной оси выработки Шпуры по контуру выработки бурили в последнюю очередь Удельный расход ВВ составил 3,4 кг/м Взрывание шпуров - электроогневое, в качестве ВВ применяли аммонит № 6 ЖВ в патронах Коммутация сети велась с разбежкой огнепроводного шпура, обеспечивающего замедление 2 с между взрывами шпуровых зарядов В сравнении с применяемым на руднике способом ведения буровзрывных работ в данных условиях есть возможность сократить количество шпуров в 1,5 раза, снизить расход ВВ на проходку 1 м выработки в 1 7 раза и повысить скорость проходки в 3 раза

Использование предлагаемого способа проходки горных выработок по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить КПД взрыва при разрушении централь

ной части забоя, уменьшить количество шпуров и ВВ для образования выработки снизить содержание вредных газов при взрыве; снизить трудозатраты на БВР и по высить скорость проходки, уменьшить объ

ем проходческих работ по буровзрывному комплексу; снизить количество контактов горнорабочих с ВВ, что повышает безопасность горнопроходческих работ снизить запыленность и улучшить санитарно-гигиенические условия труда проходчиков Формула изобретения Способ проходки горизонтальной горной выработки, включающий бурение в направлении проходки кгттурных рядов

щелевых шпуров и разрушающего шпура заряжание их ВВ и взрывание с предварительным образованием щелей путем взрывания зарядов ВВ в щелевых шпурах с последующим взрыванием зарядов в разру

шающем и оконтуривающих шпурах отличающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат на проходку горных выработок путем использования напряженного состояния горных-пород, щелевые шпуры бурят

по двум симметричным V-образным рядам с встречным расположением вершин углов V образных рядов, при этом плоскость распо ложения вершиньТ углов у-образных рядов располагают перпендикулярно к напрзвлению действия максимальных сжимающих напряжений, а вершины V-образных рядов располагают на расстоянии IB одна от дру- гой;определяемом из выражения . Кк(101 - f)

в 7

48 -0,63 f +г1-щ

где К -- коэффициент концентрации напряжений

f - коэффициент крепости по шкале М М Протодьяконова,

- ширина щели, полученная в результате взрывания зарядов в щелевых шпурах м

Изобретение относится к горному делу и м б использовано при сооружении подземных горных выработок Цель - снижение трудозатрат на проходку горных выработок за счет использования напряженного состояния горных пород Перпендикулярно поверхности забоя бурят два V-образных симметричных ряда щелевых шпуров (ЩШ) V-образные ряды ЩШ располагают со встречным расположением вершин углов Плоскость расположения вершин углов V образных рядов ЩШ располагают перпендикулярно направлению действия максимальных сжимающих напряжений Расстояние между вершинами V-образных рядов ЩШ определяют из выражения в КК(101 - f)/48 - 0,63f + f/U, где Кк - коэффициент концентрации напряжений f - ко- эффициент крепости по шкале М М Протодьяконова; Цц- ширина щели полученная в результате взрывания зарядов в ЩШ, м Между вершинами V-образных рядов перпендикулярно поверхности забоя бурят разрушающий шпур По контуру выработки бурят оконтуривающие шпуры Все шпуры заряжают ВВ В первую очередь взрывают заряды в ЩШ Затем взрывают заряд ВВ в разрушающем шпуре В последнюю очередь взрывают заряды ВВ в оконту ривающих шпурах 3 ил С

К

150 1 1

1751310

« W4f ,;-,„