Способ проведения горных выработок по выбросоопасным пластам и породам Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении горных выработок по тонким и средней мощности выбросоопасным пластам и выбросоопасным породам.

Известен способ проведения выработок по выбросоопасным пластам и выбросоопасным породам с возведением заградительных перемычек в комплексе со специальными параметрами буровзрывных работ, включающий возведение перемычки из металлических канатов, двутавровых балок и других материалов на расстоянии 3,0-3,5 м от забоя и взрывное разрушение части пород в сечении выработки. При этом способе взворванная и выносимая выбросом горная масса заполняет пространство от перемычки до забоя, тормозя дальнейшее развитие выброса.

Недостатками такого способа являются большие затраты труда на монтаж и демонтаж перемычки после каждого взрыва; рекомендуемые параметры расположения перемычек и ведения взрывных работ допускают возникновение и развитие выброса.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение по проведению

VJ

О

ел

4 О

ю

горных выработок буровзрывным способом, включающее бурение комплектов врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров на глубину не менее половины наибольшего поперечного размера проводимой выработки, заряжание шпуров взрывчатыми веществами с инертной забойкой со стороны устья шпуров и последовательное взрывание зарядов, начиная с врубовых и кончая оконтуривающими.

Существенным недостатком приведенного способа является то, что при рекомендованных параметрах и порядке ведения взрывных работ допускается отброс горной массы от забоя и его обнажение, что может привести к возникновению и развитию внезапного выброса.

Целью изобретения является повышение безопасности работ за счет предотвращения возникновения внезапных выбросов путем создания преграды (пробки) из взорванной горной массы, заполняющей все сечение выработки и плотно прилегающей к забою, а также снижение трудоемкости работ по ликвидации последствий внезапных выбросов.

Указанные цели достигаются тем, что при проведении горных выработок по вы- бросоопасным пластам и породам, включающем бурение врубовых, вспомогательных и отбойных шпуров длиною, равной половине наибольшего поперечного размера выработки I-, их заряжание взрывчатым

веществом, забойку и последовательное взрывание зарядов В В с короткозамедлен- ным обратным инициированием,начиная с врубовых и кончая отбойными, разрушение выбр осоопасного массива производят в режиме предкамуфлетного взрывания, длину заряда и забойки в отбойных шпурах опре- .деляют соответственно из отношений

D

опт

(D

,9 Wnp

(2)

где Wont - оптимальная линия наименьшего сопротивления отбойных зарядов относительно вновь образованной боковой свободной поверхности, при которой показатель действия взрыва равен единице, м;

Wnp; - предельная линия наименьшего сопротивления при групповом взрывании зарядов одной серией замедления, при превышении которой происходит камуфлетный взрыв, м;

D-скорость детонации заряда ВВ, м/с;

С - скорость распространения волны напряжения в массиве угля или породы, принимается равной скорости продольной волны в массиве, м/с.

1

При длине шпуров, равной - L, но превышающей суммарную длину забойки и заряда, вычисленную из выражений (1) и (2), в отбойных шпурах применяют рассредоточенные двухъярусные заряды, состоящие из донной и устьевой частей, причем осуществляют разновременное взрывание этих частей в следующей последовательности: сначала взрывают донные части зарядов

первого ряда отбойных шпуров, затем устьевые части первого ряда и донные части второго ряда, после чего устьевые части второго ряда и донные части третьего ряда и т.д. Последними взрываются устьевые части

зарядов последнего ряда отбойных шпуров.

На фиг. 1 изображено расположение

врубовых, вспомогательных и отбойных

шпуров (обозначены арабскими цифрами) и

очередность их взрывания (обозначена римскими цифрами) при применении сплошных зарядов в шпурах; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на |yir. 3 - расположение врубовых, вспомогательных и отбойных шпуров (обозначены арабскими цифрами) и очередность

их взрывания (обозначена римскими цифрами) при применении рассредоточенных зарядов в отбойных шпурах; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3 с указанием последовательности взрывания частей рассредоточенных зарядов в отбойных шпурах; на фиг. 5 - преграда (пробка) из горной массы, образованная после взрыва, и ее размеры; на фиг. 6 - элементы воронки взрыва цилиндрического заряда.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Вначале, исходя из конкретных поперечных размеров выработки определяют

длину шпуров, равную -к L Затем из зависимостей (1, 2) определяют длину забойки и заряда. Если расчетная суммарная длина забойки и заряда окажется равной половине наибольшего размера поперечного сече1

ния выработки у L, то применяют

сплошные заряды в шпурах. Если расчетная суммарная длина забойки и заряда будет

меньше L, то буровзрывные работы ведутся с применением рассредоточенных двухъярусных зарядов в отбойных шпурах (во врубовых и вспомогательных шпурах сплошные заряды). Затем в забое производят бурение врубовых 1, вспомогательных 2 и отбойных шпуров 3 на длину j L

Расположение шпуров, величину зарядов определяют из расчета обеспечения за- данной глубины отрыва, выноса разрушенной породы из врубовой полости и достижения заданного коэффициента рыхления породы. Взрывание зарядов производят в следующем порядке, Сначала взрывают врубовые заряды 1, затем вспомогательные 2 с замедлением не менее 30 мс и затем последовательно взрывают отбойные заряды 3 с допустимым интервалом замедления. Во всех шпурах применяют обратное инициирование зарядов.

При применении рассредоточенных зарядов в отбойных шпурах в том же порядке производят взрывание врубовых 1 и вспомогательных зарядов 2 (фиг. 3), Взрывание же рассредоточенных двухъярусных зарядов в отбойных шпурах 3 (фиг. 4) производят разновременно по ступенчатой схеме: первыми взрываются заряды второго яруса 4, расположенные в донной части первого ряда отбойных шпуров. Затем с последующей ступенью замедления взрывают заряды первого яруса (первые от устья шпура) первого ряда 5 и второго яруса второго ряда 6. После этого очередной ступенью замедления взрывают части зарядов 7 и 8. В заключение взрываются заряды первого яруса 9 последнего ряда отбойных шпуров.

Образование пробки из взорванной горной массы происходит следующим образом. После взрыва врубовых 1 и вспомогательных зарядов 2 произойдет разрушение части забоя и отбрасывание взорванной массы в сторону выработки, так как длина забойки в указанных шпурах принимается равной Worn-, т.е. преодолеваемой взрывом заряда ВВ. При взрывании отбойных зарядов на врубовую полость длина забойки в этих шпурах принимается равной предкамуфлет- ному своему значению О-заб О.Э Wnp), а расстояние от заряда до боковой поверхности - равным Wont, в связи с такой разностью расстояний до свободных поверхностей направление перемещения разрушенной породы будет происходить, в основном, как известно из физики взрыва, по линии наименьшего сопротивления, т.е. в направлении боковой свободной поверхности. В сторону выработки же будет происходить перемещение разрушенной массы на величину приращения объема пород при разрыхлении взрывом (определяется коэффициентом разрыхления). Учитывая, что заряды взрываются с обратным инициированием, фронт разрушения участка массива будет распространяться от дна шпуров к их устью, при этом степень дробления породы и плотность прилегания породы к забою будут наибольшими в донной части шпуров, т.е. в зоне расположения зарядов, и наименьшими в устьевой части, т.е. в зоне

расположения забойки,

Аналогичные результаты взрыва будут получены и при взрывании рассредоточенных зарядов, при котором донные заряды взрываются первыми и в условиях отсутст0 вия других направлений перемещение взор- ванной породы будет происходить в направлении к боковой поверхности.

В результате взрывания с указанными параметрами шпуровых зарядов в приза5 бойном пространстве выработки будет образована пробка из взорванной горной массы 1Q (фиг, 5), плотно прилегающая к забою, длиной, равной глубине шпуров, умноженной на коэффициент разрыхления по0 роды (для наиболее распространенных пород угольной формации коэффициент разрыхления равен 2, поэтому длина пробки будет равна L, если глубина шпуров составляла 1/2 L).

5 Воздействие пробки из взорванной массы на процесс предотвращения возникновения выброса породы и угля сводится к следующему. После отделения части массива взрывом в массиве происходит перестро0 ение местного поля напряжений с образованием волны восстановления напряжений. При ее падении на вновь образо- ванную поверхность забоя, зажатую разрушенной горной массой, на границе

5 раздела сред (забой-пробка) образование волны разгрузки (волны отражения в отрицательной фазе) происходить не будет, а будет иметь место торможение потока, отражение волны в положительной фазе, а в

0 местах контакта забоя с кусками взорванной породы переход волны восстановления в разрушенную горную массу (пробку) и поглощение энергии волны пробкой. Согласно волновой механике полное поглощение

5 энергии волны восстановления напряжений будет происходить при условии, если длина пробки из разрушенной горной массы будет больше или равна половине длины волны восстановления напряжений. Согласно про0 веденным расчетам длина волны восстановления напряжений для рассматриваемых условий равна 2L, а следовательно, длина пробки из разрушенной горной массы должна быть не менее L. При соблюдении ука5 занного условия отброса разрушенной горной массы от поверхности забоя происходить не будет и внезапный выброс не может быть развязан.

Таким образом, предлагаемый способ, будучи простым по своей технологии, существенно повышает безопасность работ при проведении выработки по выбросоопасным породам и пластам.

В связи с тем, что понятие оптимальной и предельной линии наименьшего сопротивления Wont и Wnp) встречается сравнительно редко, даже в специальной литературе, приводим их пояснения с целью избежания различного их толкования, При взрывании одиночного заряда в массиве горных пород эффективность действия взрыва зависит от расстояния заряда до свободной поверхности. В общем случае кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности называется линией наименьшего сопротивления (сокращенно Л НС) и обозначается W. На фиг. 6 представлены элементы воронки взрыва шпурового заряда, расположенного параллельно горизонтальной свободной поверхности и перпендикулярно торцевой свободной поверхности. Окружность, показанная пунктиром, представляет зону предельного разрушения. Доказано, что наибольший объем взорванной породы (наибольшая эффективность взрыва) будет достигнут при нахождении свободной поверхности в положении А, т.е. при W, равном радиусу воронки взрыва (показатель действия

Р

взрыва Тдт равен единице). Эта линия наименьшего сопротивления называется оптимальной и обозначается W0ni. При нахождении свободной поверхности в положении В на границе зоны предельного разрушения, Л НС называется предельной и обозначается Wnp. При нахождении свободной поверхности на расстоянии, превышающем Wnp, происходит камуфлетный взрыв. При групповом (порядном) взрывании зарядов одной серией замедления величина предельной ЛНС возрастает на 25-30% по сравнению с Wnp одиночного заряда, при прочих равных условиях.

При , зависимость между Wnp и Wont из равнобедренного треугольника (фиг. 6) имеет вид

W,

,41 Woni, откуда Wonr-0,71 Wnpfc yWnp.

Количественные значения Wnp в зависимости от крепости горных пород определе- ны с достаточно высокой точностью расчетом и экспериментально многими исследователями. Иными словами, зная величину Wnp, можно определить значение Wont,

при котором показатель действия взрыва равен единице.

Принято длину забойки Цаб принимать равной W для обеспечения равномерного действия взрыва на массив. При происходит неравномерное воздействие взрыва по линиям Цаб и W.

В формуле (1) величина скорости волны, напряжения или скорости продольной вол- ны во взрываемом массиве может быть определена одним из трех путей: непосредственным замером скорости продольной волны в массиве с помощью осциллографа; поданным справочной литературы по физико-механическим свойствам пород; вычислена по формуле, если известны значения упругих констант массива (модуль Юнга, плотность массива и коэффициент Пуассона).

Формула изобретения

1. Способ проведения горных выработок по выбросоопасным пластам и породам,

включающий бурение врубовых, вспомогательных и отбойных шпуров на глубину не менее половины наибольшего размера поперечного сечения выработки, заряжание шпуров ВВ, их забойку и последовательмое взрывание зарядов ВВ с короткоза- медленным обратным инициированием, начиная с врубовых и кончая отбойными шпурами, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности работ

путем создания преграды из взорванной породы, заполняющей сечение горной выработки и прилегающей к забою, разрушение выбросоопасного массива производят в режиме предкамуфлетного взрывания,

при этом длину заряда В В L3ap и забойки Ьзаб в отбойных шпурах определяют из соотношений

Wonr -p ,

,9 Wnp,

где Wont - оптимальная линия наименьшего сопротивления при взрывании отбойных зарядов;

Wnp - предельная линия наименьшего сопротивления при взрывании отбойных зарядов;D - скорость детонации зарядов ВВ;

С - скорость распространения волны напряжений в массиве, затем взрывами зарядов формируют преграду длиной в верхней части, равной наи- большему поперечному размеру выработки,

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при длине шпуров больше расчетной суммарной длины забойки и заряда отбойные шпуры заряжают рассредоточенными двухъярусными зарядами, состоящими из донной и устьевой частей, причем осуществляют разновременное взрывание этих частей, при этом

первоначально взрывают донные части зарядов первого ряда отбойных шпуров, затем устьевые части первого ряда и донные части второго ряда, далее устьевые части второго ряда и донные части третьего и т.д., причем в последнюю очередь взрывают устьевые части зарядов последнего ряда отбойных шпуров.

Использование: горное дело, разработка выбросоопасных месторождений подземным способом, проведение горных выработок по выбросоопасным пластам и породам. Сущность изобретения: при проведении горных выработок с помощью буровзрывных работ осуществляют бурение шпуров на глубину не менее половины наибольшего размера поперечного сечения выработки и взрывание зарядов ВВ с короткозамедленным обратным инициированием, при этом разрушение массива происходит в режиме предкамуфлетного взрывания за счет рационального выбора длины, забойки и заряда ВВ. Для предотвращения развязывания и развития выброса в процессе производства взрывных работ формируют преграду из отбитой породы путем взрывания зарядов ВВ в определенной последовательности и с шириной преграды в ее верхней части не менее наибольшего размера поперечного сечения выработки. Для повышения эффекта применяют рассредоточенные двухъярусные заряды ВВ. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

/ /// ////// /,

LГ

/// /// ///

Жаб.,

Фиг. 2

Lain.

УУХХТТ/УУ 1 1

ZjflЈ L30D

-

Фиг.4

1765462

7

§

ч N

ff///////.

Фиг, 6

25