и их агрегатов, в связи с чем породы типа чистых песков при замер зании становятся монолитными, а физико-механические свойства их приближаются к свойствам скальных пород.
Породы, в состав которых входят глинистые и пылевидные фрак ции, наряду со свободной водой содержат так называемую связанную воду, физико-химическая природа которой резко отличается от сво бодной (более низкая температура замерзания, большая плотность, иной химический состав).
Низкая температура замерзания связанной воды приводит
ктому, что при замораживаиии глиносодержащих дисперсных пород,
атакже пород со слабой минеральной цементацией (мягкие глини стые сланцы, мергели с низким содержанием извести, мергелистые
сланцы, песчанистая глина, супеси, суглинки мягкие, алевролиты и др.) часть этой воды (иногда значительная) остается в жидкой фазе. Этим и объясняется часто наблюдаемое на практике сохранение пластических свойств некоторыми видами глиносодержащих пород даже при относительно низких отрицательных температурах. Со стояние таких пород, согласно принятой терминологии, называется пластичномерзлым.
При замерзании цементация льдом у обломочных пород либо неполная, наблюдаемая в пределах отдельных структурных агрега тов, либо вообще отсутствует.
Отбойку твердомерзлых пород с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьякопова / > 2 производят обычно взрыв ным способом. Иногда, при неблагоприятной гидро-геологической обстановке, отбойку дисперсных разновидностей пород производят отбойными молотками п пневмоломами. В остальных случаях при меняют буровзрывные работы.
Бурение шпуров в скальных породах, а также в чистых песках твердомерзлой консистенции осуществляется теми же бурильными молотками, что и в обычных условиях. В настоящее время чаще всего применяют обычные серийные перфораторы.
Для снижения пылеобразоваппя, особенно при бурении в крепких кварцсодержащпх мерзлых породах, бурение, как и в обычных усло виях, осуществляется с промывкой. Для предотвращения замерза ния промывочной жидкости, а также вмерзания в полости шпура бу рового инструмента в жидкость добавляется хлористый кальций, при этом требуется соблюдение определенных мер предосторожности.
При проходке выработок по рыхлым пластичномерзлым породам (суглинки, супеси и др.), а также по породам со слабой минеральной цементацией (мергель, мергелистые сланцы, мягкие алевролиты, мягкие глинистые сланцы и др.) с / < 3 шпуры бурятся вращательным способом с использованием в основном пневматических сверл СПР-11м
или СР-3.
Параметры буровзрывных работ, независимо от категории пере секаемых мерзлых пород и способов бурения, определяют по расчет ным формулам, используемым при обычных способах проходки. При проведении стволов в искусственно замороженных породах,
всвязи с опасностью нарушения защитного ледопородиого цилиндра,
атакже замораживающих колонок, расстояние окружности перифе рийных шпуров от стенок ствола установлено Правилами безопас ности и должно быть более 0,3 м. Безопасное расстояние от пери ферийных шпуров до замораживающих колонок составляет не менее 1,1—1,2 м.
Это условие связано с действием системы отраженных и проходя щих волн, возникающих на границе раздела замороженных и талых пород при взрыве периферийных зарядов. При этом, если интенсив ность отраженных воли на каком-то расстоянии от контактной по верхности вызовет напряжения в замороженной среде, большие или равные сопротивлению ее на разрыв, то произойдет ее откол в сто рону выработки. Чем ближе линия расположения периферийных шпуров к контактной области, тем большую интенсивность будут иметь отраженные и проходящие волны. Последнее может привести к повреждению замораживающих колонок.
При взрывании мерзлых пород в зависимости от категории кре пости и газообильиости в качестве ВВ применяют обычно аммониты ПЖВ-20„'и скальный № 1 (порошкообразный или прессованный (см. табл. 96). Последние обладают хорошей морозостойкостью и безопас ностью в обращении в условиях низких отрицательных температур.
Способ взрывания применяют электрический, при этом в качестве средств взрывания, исходя из конкретных горнотехнических условий, обычно используют электродетонаторы мгновенного (ЭД-8-56С), короткозамедленного (ЭДКЗ) со ступенями замедления 25, 50, 75, 100 и 150 мс и замедленного (ЭДЗД) действия с замедлением от 0,5 до 10 с.
Буровой инструмент, как при ударно-поворотном, так н при
вращательном способах бурения, применяют такой же, как п при бурении по немерзлым крепким и средней крепости породам. При периферийном бурении лучшие результаты дают Т-образные и кресто образные коронки диаметром 40—45 мм.
Особенности производства буровзрывных работ в мерзлых дисперсных породах и в породах со слабой минеральной цементацией. В некоторых случаях при близком расположении водоносных горизонтов илп подходе забоя ствола к зоне контакта пластичномерзлых пород с крепкими скальными породами, когда ведение взрывных работ по правилам безопасности при проходке стволов шахт специальными способами недопустимо, разработка таких пород осуще ствляется так же, как и дисперсных разновпдиостей твердомерзлых пород — механическим способом с использованием ручных ппевмоотбойных инструментов. В остальных, более благоприятных условиях отбойку пластичномерзлых пород стремятся осуществлять взрывным способом, эффективность которого по срав нению с механическим очевидна. Однако до настоящего времени взрывной способ отбойки этих пород применяют в крайне ограниченных масштабах, что наряду с опасностью нарушения ледопородного ограждения, вызвано осложнениями, связанными с бурением шпуров как при ударно-поворотном, так и при враща тельном способах буренпя. Эти осложнения заключаются в следующем.
При перфораторном бурении выдуваемые из забоя шпура ^частицы породы, содержащие фракции водно-коллоидного характера, под действием положи тельной температуры сжатого воздуха, а также удара бурового инструмента оттаивают, превращаясь в кашеобразную массу. Двигаясь по кольцевому за-
зору, эта масса вновь попадает в область отрицательных температур п, при липая к стенкам шпура гг поверхности буровой штанги, замерзает. Постепенно накапливаясь, она полностью перекрывает кольцевой зазор между буровой штангой и стенками шпура. В результате происходит обмерзание и заклинивание бурового инструмента. Кроме того, в процессе бурения центральное продувочное отверстие коронки п ее боковые канавки также забиваются частицами оттаявшей породы. При этом циркуляция воздуха между коронкой и стенками шпура пре кращается, буровая мелочь утрамбовывается и дальнейшее буренне становится невозможным. При бурении перфораторами в скальных твердомерзлых породах (песчаники, известняки п др.) подобных осложнений не происходит.
С аналогичными осложнениями сталкиваются и при вращательном способе бурения в пластичномерзлых породах глинистого состава с использовавшем: пневмосверл. Разрушенная резцом порода, находясь некоторое время в при забойном пространстве шпура, увлекается резцом во вращательное движение. Перемещаясь вверх и в периферии шпура, частицы породы выходят из зоны вращательного движения и испытывают лишь подпор со стороны вновь обра зующихся частиц, направленный вертикально вверх. Дойдя до первого витка штанги, последние увлекаются ею к устью шпура, часть же буровой мелочи задерживается под действием сил трения в месте соединения штанги с резцом. Частично оттаивая в процессе бурения, эта часть штыба налипает на стенку шпура и тело штанги, а затем вновь замерзает и препятствует движению вверх новой порцпи штыба, в результате чего буровой инструмент заклинивается гг вмерзает в шпур.
При бурении специальными шнеками в пластичномерзлых породах (мягкие мергели) (ствол № 2 II ОКК Белорусского СШУ) с использованием пневмосверл, так же как и при вращательном бурении обычными витыми буровыми штангами, наблюдалось обволакивание шнека и резца буровой мелочью, при замерзании которой образуются сальники, препятствующие выдаче из полости шпура новых порций выбуриваемой породы. При этом дальнейшее бурение прекращается. Средняя техническая скорость бурения составляет около 300 мм/мин.
В твердомерзлых породах, в частности в крепких мергелях, обволакивание шнека обычно незначительно и процесс бурения протекает без каких-либо ослож нений. Скорость бурения при этом достигает 760 мм/мин. С увеличением степени пластичности мерзлых пород, бурение их шнеками ухудшается и в особо пла стичных породах с большим содержанием глинистых частиц вообще становится невозможным.
При перфораторном бурении средние технические скорости в этих породах, по данным ВНИИОМШС, для молотков типа ПР не превышают 250 мм/мин. Следовательно, использование существующих средств бурения шпуров в пластпчномерзлых породах оказывается либо малоэффективным, либо вообще невозможным.
В настоящее время разработан эффективный способ образования полостей шпуров в пластичномерзлых и в некоторых видах твердомерзлых пород путем уплотнения пли продавливания их на необходимую глубину с помощью спе циального газодинамического устройства, исполнительный орган которого представляет собой удлиненную цилиндрическую штангу-пробойник с заострен ной ударной частью. Принцип работы устройства заключается в следующем. Под действием газов высокого давления, образующихся пли заключенных в гер метичной оболочке рабочей камеры, штанга-пробойник разгоняется в напра вляющей конструкции до скоростей порядка нескольких десятков метров в се кунду и внедряется в мерзлую породу до требуемой глубины. После извлечения штанги с помощью специального съемного устройства получается цилиндри ческая полость заданной глубины с гладкими и устойчивыми стенками. Таким образом выполняют весь комплект шпуров. Дальнейшие операции по заряжанию шпуров и взрыванию зарядов производят обычными методами. Основными пара метрами описанного устройства являются: величина заряда газообразующего вещества, в качестве которого используются заряды беспламенного взрывания типа гпдрокс, обладающие хорошими метательными свойства™; длина напра вляющей конструкции (ствола); длпна (масса) штангп-пробойнпка и расстояние от пижнего среза направляющего ствола до поверхности забоя проходимой
выработки. Оптимальные значения указанных параметров для образования полостей шпуров диаметром 40 мм и глубиной до 1 м в породах с / =5 2, уста новленные в процессе лабораторных п полевых испытаний, имеют следующий диапазон:
Величина заряда гпдрокс, г ............................................. |
м |
|
‘ |
50—100 |
Длина направляющего ствола, |
|
1,5—2,0 |
Длина штангп-пробойипка, м |
направляющего.......................................... |
ствола |
1,25—1,5 |
Расстояние от нижнего |
среза |
|
до поверхности забоя, |
равное илц |
большее |
длины |
1,25—1.5 |
используемой штангп-пробойнпка, |
м .......................... |
|
Разработанный способ образования шпуров в мерзлых породах, где при» ыененпе существующих способов и средств сопряжено с описанными выше осложнениями, позволяет бесперебойно п производительно осуществлять этот процесс.
В качестве ВВ для разрушения пластичномерзлых пород применяют п при веденные выше морозостойкие аммониты в патронах диаметром 36 мм. Как правило, для разрушения вязких пород вообще требуется увеличенный удельный расход ВВ, однако, учитывая необходимость соблюдения мер предосторожности при ведении работ под защитой ледопородного ограждения, а также возможности наличия в этих породах крупных ледяных прослоев, ослабляющих массив, расход ВВ в периферийном комплекте шпуров следует принимать уменьшенным по сравнению с обыкновенными условиями на 20—30%. Соответственно умень шается также п число шпуров в этом комплексе. Этп меры обеспечивают рас трескивание массива по плоскостям ослабления (ледяные прослойки) в пери ферийной зоне, не вызывая дробления породы,
§ 129. Коптурное взрывание
Применение взрывной отбойки при проведении горных вырабо ток приводит к частичному разрушению массива горных пород за проектным контуром выработки. В результате фактические размеры поперечных сечений выработок в проходке превышают проектные, стенки выработок приобретают неровные очертания, образуются заколы и трещины в законтурном массиве, что требует дополнитель ных работ по уборке излишне вынутой горной массы и забучиванию или тампонажу закрепного пространства, снижает устойчивость выработок и вызывает необходимость установки усиленной крепи. Все это снижает темпы и повышает стоимость проходки и поддержапия выработок.
При разработке жильных месторождений разубоживание руды в значительной степени является следствием нарушений при ведении взрывных работ.
Установлено, что при проведении вертикальных и горизонталь ных выработок объем переборов породы достигает 12—20%. В то же время действующие нормативы СНиП допускают при проектировании проходческих работ перебор по контуру выработки, в зависимости от категории пород, 5—8% от полезной площади сечения выработки, определяемой наружным контуром шахтной крепи.
Способы ведения буровзрывных работ, при которых проектный контур выработки получается без переборов породы, при незначи тельной шероховатости стенок и отсутствии нарушенности законтур ного массива называют контурным взрыванием. Способы контурного
