Файл: Мельников Л.Л. Сооружение выработок большого сечения в крепких породах.pdf

ной степени влияющие на величину удельного расхода ВВ, например плотность заряжания, забойка шпуров и т. д. Считаем, что влияние этих величин учитывается значением В или qs, т. е. при определении взрываемости пород соблюдаются те же условия производства взрыв­ ных работ, что и при разработке основного массива. От­ носительный удельный расход ВВ, вычисленный по фор­ муле (10) в зависимости от площади поперечного сече­ ния выработки, имеет следующие значения:

Важным преимуществом предлагаемых формул явля­ ется их приемлемость для расчета удельного расхода ВВ в выработках практически любого сечения.

При применении глубоких шпуров в выработках сравнительно небольшого сечения, когда в общей по­ верхности отрыва доминирующую роль играет боковая поверхность, для расчета удельного расхода ВВ можно пользоваться упрощенной формулой

§ 9. ДИАМЕТР ШПУРОВ

Задача определения оптимального диаметра шпуров при сооружении горных выработок в крепких породах настолько важна, что она привлекает к себе все боль­

шпуры увеличенного диаметра [22, 23, 13, 18]. Другие ученые (Н. В. Стадниченко, Н. С. Родионов, Д. И. Имас) рекомендуют применять шпуры уменьшенного диаметра.

103

Такое расхождение во взглядах не носит отвлечен­ ный характер-—оно имеет важное значение для пер­ спектив . дальнейшего развития буровой техники и про­ изводства взрывчатых веществ. Сторонники уменьшен­ ных диаметров выступают за применение легких буро­ вых машин и более работоспособных ВВ, а сторонники увеличенного диаметра шпуров выступают за примене­ ние наиболее мощных буровых машин.

Основные доводы в пользу шпуров увеличенного диа­ метра сводятся к следующему: улучшаются взрывные свойства ВВ; возрастает объемная скорость бурения и снижается общая трудоемкость буровзрывного комплек­ са; уменьшается общее число шпуров на забой; умень­ шается удельный расход ВВ и повышается к. и. ш.

По мнению сторонников шпуров увеличенного диа­ метра, улучшение взрывных свойств ВВ, а следователь­ но, эффективности взрывных работ объясняется следую­ щим: с применением шпуров увеличенного диаметра обеспечивается большая сосредоточенность заряда в шпурах. Величина сосредоточенности заряда в шпуре характеризуется по данным проф. Г. П. Демидюка мо­ дулем концентрации заряда і, который представляет со­ бой отношение радиуса гш шаровой сферы того же объе­ ма, что и зарядная камера, к расстоянию RK от центра заряда до наиболее удаленной ее точки.

Чем больше модуль концентрации заряда, тем силь­ нее действие взрыва этого заряда. В действительности же повышения эффективности буровзрывных работ при сооружении горной выработки быть не может по той причине, что с уменьшением диаметров шпуров, а сле­ довательно, увеличением их числа появляется возмож­ ность более рационального размещения их по всему се­ чению выработки и повышения к. п. д. взрыва ВВ. Это особенно важно в связи с возросшими в последнее время требованиями к качеству оконтуривания выработки.

Практически все исследователи, занимающиеся воп­ росами контурного взрывания, считают, что наименьшие переборы получаются в случае применения шпуров (осо­ бенно оконтуривающих) максимально малых диаметров.

Из формулы (12) следует, что модуль концентрации

104

имеет максимальное значение (і= 1) при шаровой фор­ ме заряда. С другой стороны, совершенно очевидно, что шаровая форма заряда будет наименее благоприятна для соблюдения заданного контура выработки.

Рассматривая зависимость скорости бурения от диа­ метра шпуров, следует отметить, что результаты, полу­ ченные многими исследователями, не являются идентич­ ными. Отмечая некоторые разногласия в количественной оценке этого фактора, можно считать, что с уменьше­ нием диаметра шпуров скорость бурения возрастает.

Сторонники внедрения шпуров увеличенного диамет­ ра утверждают, что несмотря на уменьшение линейной скорости, с увеличением диаметра шпуров увеличивается (до определенного предела) объемная скорость бурения шпуров

(13)

где V— линейная скорость бурения шпура, м/мин. Максимальное значение (точка перегиба) объемной

скорости, соответствующее некоторому значению диа­ метра шпура, рекомендуется принимать оптимальным. В связи с этим следует отметить, что по фактору бу­ рения наиболее целесообразно принимать такой диаметр шпуров, чтобы общее время бурения комплекта шпуров было минимальным. Теоретическими исследованиями В. А. Свищева доказано, что уменьшение диаметра на одну четвертую вызывает увеличение линейной скорости в 1,5 раза, в результате чего даже при возможном уве­ личении числа шпуров резко возросшая скорость буре­ ния позволит в конечном итоге получить лучший ре­ зультат как по затратам времени на обуривание выра­ боток, так и по качеству взрывных работ.

Исследования Н. В. Стадничевко подтверждают, что чистое время бурения комплекта шпуров с увеличением их диаметра возрастает, так как снижение числа шпу­ ров при этом не компенсирует увеличение времени от снижения скорости бурения.

В настоящее время при сооружении горных вырабо­ ток на многих шахтах и рудниках совершается переход на бурение и взрывание шпуров малого диаметра. Этот переход сопровождается значительным улучшением ос­ новных показателей буровзрывного цикла. Так, напри­ мер, на руднике Хрустальном (Приморье) переход на

105

шпуры диаметром 32 мм (диаметр патрона 28 мм) поз­ волил повысить производительность проходчика на 60— 65% по сравнению с применением шпуров диаметром 42 мм (диаметр патрона 36 мм), на рудниках Кривбасса и Джезказгана — в среднем на 30—35% [3]. Практи­ чески во всех описываемых случаях отмечалось некото­

ВНИИОМШС по выявлению технико-экономической целесообразности применения шпуров уменьшенного диаметра (cf=36 мм) показали, что общая скорость бу­ рения увеличилась на 25—30%, удельный расход ВВ снизился на 5—8%, стоимость сооружения выработки уменьшилась на 14—17% по сравнению с применением шпуров диаметром 40 мм.

При применении шпуров увеличенного диаметра по­ нижается износоустойчивость коронок, а производитель­ ность бурения снижается не только за счет прямого уменьшения чистой скорости бурения, но и за счет уве­ личения времени на замену тупых коронок; ухудшается оконтуривание выработки. Поэтому задача выбора оп­ тимального диаметра шпура и соответствующего ему диаметра патрона не может иметь однозначного реше­ ния, так как нет такого универсального диаметра шпу­ ра, который был бы оптимальным для любых условий взрывных работ при сооружении выработок большого сечения.

В настоящее время при применении современных ти­ пов промышленных ВВ нет возможности установить влияние типа ВВ на диаметр шпуров. Достаточно от­ метить, что сооружение большинства тоннелей в США базируется на применении мощных ВВ типа 40- и 60%-ных динамитов в шпурах диаметром 44—48 мм, что сопровождается получением высоких технико-экономиче­ ских показателей. В свою очередь, в Швеции рекордные показатели сооружения тоннелей ГЭС (Харрселе, Сторнорфорсе и др.) основаны на применении таких же мощ­ ных ВВ (например, 35%-ный динамит LFB) в шпурах малого диаметра (32—38 мм).

Исследования болгарских ученых С. Лазарова и Н. Рашеева [54] установили, что на выбор оптимально­ го диаметра шпуров поперечное сечение выработки так­ же не оказывает влияния. Это подтверждается рис. 34,

106

где показана зависимость диаметров шпуров от площа­ ди сечения выработок.

Главным, определяющим условием при выборе оп­ тимального диаметра шпура является тип бурового обо­ рудования, применяемого для бурения шпуров в забое

(1,нм

о•

Рис. 34. Зависимость диаметров шпуров d от площади се­ чения выработки S по данным обобщения практики:

а — отечественной; б — американской; в — шведской

меняемых диаметров шпуров лежит в пределах 34— 40 мм, при использовании же тяжелого колонкового бу­ рового оборудования область применяемых диаметров шпуров лежит в пределах 42—48 мм.

Таким образом, можно считать оптимальным диамет­ ром шпуров при применении легкого ручного оборудо­ вания 34—38 мм. Справедливость этого положения под­ тверждается, с одной стороны, успешными испытания­

107

ми по применению таких шпуров на многих рудниках и шахтах СССР, с другой стороны — рекордными пока­ зателями при сооружении шведских тоннелей ГЭС.

При применении современного тяжелого колонкового бурового оборудования при сооружении выработок большого сечения оптимальный диаметр шпуров лежит в пределах 42—46 мм. Справедливость данного заклю­ чения подтверждается высокими скоростями сооруже-

Рис. 35. Фактическое распределение приме­ няемых диаметров шпуров в зависимости от принятого способа обуривания тоннеля:

1 — при обурнванни забоя легкими ручными бу­ рильными машинами; 2 — при обурнванни забоя тяжелыми колонковыми бурильными машинами

ния тоннелей в США, основанными на применении ко­ лонкового бурового оборудования и шпуров диаметром

44—46 мм.

На основании изложенного можно сделать следую­ щие выводы:

применяемый диаметр шпуров не зависит от площа­ ди сечения сооружаемой выработки;

на выбор оптимального диаметра шпура определя­ ющее влияние оказывает принятый метод обуривания выработки;

при применении легкого ручного бурового оборудо­ вания наиболее рациональный диаметр шпуров лежит в пределах 34—38 мм, а при применении тяжелого колонкового бурового оборудования — 42—46 мм.

108

§ 10. ЧИСЛО ШПУРОВ

Качественные и количественные показатели взрыва при сооружении выработок большого сечения в большей степени зависят от правильного определения необходи­ мого числа шпуров в забое. Оптимальное число шпуров обеспечивает минимальные затраты труда на сооруже­ ние выработки и правильное окоитуривание ее.

Исследования, посвященные вопросу определения оп­ тимального числа шпуров при сооружении выработок большого сечения, немногочисленны. Известна, напри­ мер, формула В. М. Мосткова, согласно которой

где W0 — л. и. с. шпура, м;

Р— периметр выработки, м.

Вгорном деле определению числа шпуров при со­

оружении выработок посвящено значительное число ис­ следований. Наибольшее практическое применение на-

шла методика проф. Н. М. Покровского, согласно кото­ рой в забое выработки бурят такое количество шпурометров, которое необходимо для размещения ВВ и за­ бойки. На рис. 36 показана зависимость числа шпуров от площади сечения выработки. Гиперболический харак­

109