Способ оконтуривания горных выработок Советский патент 1992 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а, именно к буровзрывным работам при проходке выработок путем взрывания зарядов взрывчатого вещества в оконтуривающих шпурах.

Цель изобретения - улучшение качества оконтуривания и уменьшение трудоемкости взрывных работ.

На фиг. 1 показан процесс образования, развития и завершения зоны разрушения и оконтуривающей трещины между двумя соседними шпурами каплевидной формы при наличии дополнительной обнаженной поверхности; на фиг. 2 представлена схема расположения оконтуривающих шпуров каплевидной формы в выработках криволинейной (круглой) формы; на фиг, 3 - представлена схема расположения оконтурива- ющих шпуров каплевидной формы в выработках полигональной формы.

Сущность изобретения заключается в том, что оно использует не только способность взрывных волн и продуктов детонации взрывчатого вещества отражаться при переходе из одной среды в другую, имеющих разные акустические импеданты, что приводит к усилению разрушающего эффекта в направлении отражения, но, учитывая характер и направление отражения и придавая оконтуривающим шпурам каплевидную форму с направлением заостренной части шпура в сторону последующего окон- туривэющего шпура, а скругленной части, выполненной в виде параболы, в сторону предыдущего шпура, а также выполняя заряд в форме, близкой к каплевидной, позво- ляет концентрировать па вершине заостренной части шпура, как на начале трещины, энергию отраженных взрывной волны и продуктов детонации, что значительно увеличивает направленное действие взрыва и преимущественное с большей, чем в других направлениях скоростью развития трещины в сторону последующего оконту- ривающёго шпура.

Вышеизложенное поясняется на примере (фиг. 1) взрывания в шпурах 1, 3 каплевидной формы зарядов 2 взрывчатого вещества по форме, близкой к каплевидной. В результате взрыва зарядов 2 ударная волна в каждом из рассматриваемых шпуров распространяется во все стороны от центра зарядов 2. На границе заряд-воздух (в направлении к скругленной части шпура 2) происходит частичное ее отражение в сторону к вершине заостренной части шпура 2, другая переходит в воздушный промежуток, Перешедшая в воздушна промежуток ударная волна распространяется в направлении к скругленной части. Дойдя до скругленной части, она отражается от всех ее точек, концентрируется и направляется также на вершину заостренной части. Таким образом, на вершине заостренной части шпура 2 создается дополнительная, максимальная по сравнению с другими точками стенок шпура концентрация напряжений. Вокруг шпуров 1 и 3 образуются зоны разрушения 4. каждая из которых со стороны скругленной части шпура имеет минимальные размеры, а в направлении заостренной части величина зоны разрушения будет максимальной, Кроме того, от заостренной чисти каждого из шпуров 1 и 3 оси симметрии с максимальной по сравнению с другими направлениями скоростью и на большее

расстояние развиваются трещины 5 и 7. От предыдущего по отношению к шпуру 1 в свою очередь образуется трещина 6. Данный механизм разрушения подтверждается

лабораторными исследованиями. От проектного контура 9 в законтурную часть массива разрушение от действия взрывных поли и проникновение продуктов детонации затруднено, наиболее слабым является на0 правление по линии наименьшего сопротивления в сторону дополнительной обнаженной поверхности 8, трещинообра- зование в этом направлении от действия взрывных волн и продуктов детонации бу5 дет максимальным. Порода, заключенная между оконтуривающими трещинами 5, б, 7 и дополнительной обнаженной поверхности 8 будет разбита развитой системой трещин 10 на отдельные блоки и куски и

0 отброшена внутрь выработки.

Согласно теории распространения взрывных волн и разрушения горных пород взрывом максимальное расстояние от центра заряда, на которое может распростра5 питься трещина от заостренной части шпура вглубь массива может быть определено из выражения (максимально возможное расстояние между оконтуривающими шпурами)

02 ао Е i

Imp Rn (2-) мRn О мах

где Imp - расстояние от центра заряда в направлении по оси симметрии оконтуривац ющих шпуров каплевидной формы, на котором прекращается развит ие(рост)трещины, м;

Rn - средний размер шпура каплевидной формы, м; .

0ОЬ - величина удельной энергии образования вновь полученной поверхности, приходящейся на единицу ее площади, н/м2;

Е - модуль Юнга, н/м ,

5 Омах величина напряжений на стенках взрывной полости .в момент взрыва заряда ВВ, н/м2;

m - показатель степени затухания вол- ны напряжений.

Q Если оконтуривающие шпуры каплевидной формы располагать на расстоянии меньшем, чем Imp. то трещины от предыдущих шпуров сольются с последующими шпурами и выработка окажется оконтурен5 ной сплошной трещиной по всему периметру выработки. Если их расположить на расстоянии друг от друга,большем, чем Imp,- то рост трещины, идущий от предыдущего шпура к последующему, прекратится, и выработка окажется не оконтуренной сплошной трещиной. Следовательно, оконтурива- ющие шпуры каплевидной формы нужно располагать на расстоянии друг от друга меньшем, чем Imp.

Если выработка имеет криволинейную форму поперечного сечения, то устье и дно оконтуривающих шпуров 11.12,13...22 (фиг. 2) располагают на 1-3 диаметра шпура от линии проектного контура 9 внутрь выработки. Указанные расстояния обусловлены тем, что, располагая устья оконтуривающих шпуров ближе чем на 1 диаметр шпура к линии проектного контура, будут наблюдаться переборы породы, увеличивая расстояния устьев оконтуривающих шпуров от линии проектного контура внутрь выработки более чем на 3 диаметра шпура, будут наблюдаться недоборы породы. Это все приведет к дополнительным трудовым и материальным затратам на сооружении выра- ботки.

Располагая устьевые и донные части оконтуривающих шпуров на указанных расстояниях от линии проектного контура криволинейной формы выработки, достигают возможности располагать оконтуривающие шпуры на расстоянии друг от друга, равном

VRRn, м;

где адоп - максимально допустимое расстояние между оконтуривающими шпурами в выработках криволинейной формы, при котором переборы пород не выходят и за нормативные величины, м;

R - радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м.

Оконтуривание горной выработки шпурами каплевидной формы и зарядами п них по форме, близкой к каплевидной, осущест- вляют следующим образом {фиг. 2 и 3). Буровой машиной (например, перфоратором ПР-30 лс) по всей площади забоя сооружаемой выработки обуривают врубовые, вспо- могательные, отбойные (на фиг. 2 и 3 не показаны) и оконтуривающие шпуры 11,12, 13...22 друг от друга на расстояниях, заложенных в паспорте буровзрывных работ, причем шпуры оконтуривающего ряда 11, 12, 13...22 располагают друг от друга на рас- стоянии не больше чем величина Тр которую определяют заранее с помощью вышеприведенного выражения: для выработок, имеющих криволинейный контур это расстояние в свою очередь не должно быть более адоп. Затем оформляют каждый оконтуривающий шпур в поперечном сечении на всю длину каплевидной формы таким образом, чтобы каждый предыдущий шпур своей заостренной частью был направлен в

-

5 10 15 0

5

0

5

О 5 0 5

скругленную часть последующего шпуря причем необходимо, чтобы ось симметрии каждого предыдущего шпура проходила через скругленную часть полости последующего шпура для выработок, имеющих криволинейную форму сечения (фиг. 2); для выработок же полигональной формы г.еоб ходимо, чтобы оси симметрии оконтуривающих шпуров 11, 12,13...22 (фиг. 3)совпадали друг с другом и (Зыли параллельны проектному контуру выработки, а окснтуршззющие шпуры, расположенные в углях выработки, выполняют таким образом, чтобы их оси симметрии были параллельны последующей стороне проектного контура (фиг, 3, шпуры 3, 16, 19,22).

После окончания буровых работ и оформления оконтуривающих шпуров в виде каплевидной формы весь комплект шпуров снаряжают заряды взрывчатого вещества, причем врубовые, вспомогательные и отбойные шпуры из патронов обычной, цилиндрической формы, оконтуривающие шпуры 11, 12, 13...22 из патронов по форме, близкой к каплевидной. Взрывание всех зарядов производят в один прием, при этом в первую очередь инициируют заряды врубоя jx. во вторую - зеряды вспомогательных, а третью - заряды отбойных и в последнюю очередь - заряди оконтуривающих шпуров (очередность создают применением например, электродетонаторов соответствующих ступеней замедления). В результате взрыва в забое выработки образуются дополмитепь- ные обнаженные поверхностью 8. В оезул - таге взрыва зарядов оконтуриигющих шпуров вокруг каждого заряда образуется зона разрушения (в направлении кажл.ого последующего шпура - например к шпуру 12) от предыдущего шпура 11 развивзе сг оконтуривающая трещина 5 и замыкается на шпуре 12. В свою очередь к шпуру 11 идет и замыкается на нем трещина 6 от шпура 22, а к шпуру 13 идет и замыкается на нем трещина 7 от шпура 12. Таким образом, в результате взрыва зарядов оконтуриоаю- щих шпуров по всему контуру 9 выработка оконтуривается замкнутой сплошной трещиной, в результате действия взрывных волн и продуктов детонации массив между оконтуривающей трещиной и обнаженной поверхности 8 разбивается на отдельные куски и блоки трещинами 10 и отбрасывается внутрь выработки. Таким образом, выработка качественно оконтуривается. При таком способе оконтурисания расход оконтуривающих шпуров уменьшаете, поверхность контура выработки получается гладкой, воздействие взрыва ня законтурную часть массива сводчгсч : минимуму.

Все это уменьшает затраты на проведение и поддержание выработок, сокращает расход крепежных материалов и трудоемкость работ на крепление.

Способ оконтуривания может быть при- менен при проведении горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок в шахтах и рудниках, опасных и не опасных по газу и пыли, как по изотропным, так и по анизотропным горным породам.

Формула изобретения 1. Способ оконтуривания горных выработок, включающий бурение оконтуриваю- щих шпуров, оформление их в поперечном сечении каплевидной формы, скругленную часть которых выполняют в виде параболы, помещение в оконтуривающие шпуры зарядов ВВ в поперечном сечении каплевидной формы, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества окон гуривания и уменьшения трудоемкости взрывных работ, оконтуривающие шпуры каплевидной формы бурят параллельно вдоль контура выработки, заостренные части их направляют в сторону скругленной части каждого после- дующего соседнего шпура, при этом оконтуривающие шпуры бурят на расстоянии друг от друга, определенном из выражения

, г, f 2 Ob E у-1-

Imp - Кп (2 Л-2т М.

О мах

где Up - расстояние от центра заряда по направлению оси симметрии и заостренной

части окоптуривэющих шпуров каплевидной формы, на котором прекращается рост (развитие) оконтуриоающей трещины, м;

Rn средний размер заряжаемого шпура каплевидной формы, м;

оь - величина удельной энергии получения вновь образованной поверхности, приходящаяся на единицу ее площади, н/м ,

Е - модуль упругости Юнга породы, н/м2;

Омах- величина максимальных напряжений на стенках взрывной полости (шпура) в момент взрыва, н/м2; причем в выработках криволинейной формы расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения

VRRn, м,

где адоп - максимально допустимое расстояние между оконтуривающими шпурами в выработках криволинейной формы, м;

R - радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м.

2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что в выработках полигональной формы продольные оси поперечного сечения последних оконтуривающих шпуров по направлению их заострения в каждом ряду располагают в направлении заострения последующего ряда;

m - показатель степени затухания волны напряжений.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проходке горных выработок. Параллельно контуру горной выработки бурят ряд шпуров. Оформляют их в поперечном сечении каплевидной формы. Скругленную часть шпуров в поперечном сечении выполняют в виде параболы. Заостренные части поперечного сечения шпуров в ряду направляют в сторону скругленной части соседнего шпура. Заряжение всех шпуров ВВ по всему поперечному сечению. Взрывание шпуровых зарядов. Расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения: „ 1 Imp Rn (2ОЬ E/Rn 0мах)1 -2m ,M, где Rn - средний размер заряжаемого шпура каплевидной формы, м; оь - величина удельной энергии получения вновь образованной поверхности, приходящейся на единицу ее площади, н/м ; Е - модуль Юнга породы, н/м2; Омах - величина максимальных напряжений на стенках шпура в момент взрыва, н/м2. В выработках криволинейной формы расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения: Эдоп VR Rn , м, где R - радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м. В выработках полигональной формы продольные оси поперечного сечения последних оконтуривающих шпуров по направлению их заострения в каждом ряду располагают в направлении заострения последующего ряда. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. со С ч О о о 00

Риг. 1

9

I

#

Фиг. 2.

--Ф-;-Ф.А |

ttmx.orc-

i

Фиг. 3

Редактор

Техред М.Моргентал

Заказ 3167ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Корректор М.Петрова