Файл: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие.pdf

Во время производства взрывных работ могут иметь место вы­ бросы породы. Отбитые взрывом куски породы теряют свою моно­ литную структуру и превращаются в массу, состоящую из отдельных тонких пластинок толщиной 0,5—3 мм и более. Вблизи геологиче­ ских нарушений, где весьма велики напряжения в породном массиве, при взрыве происходят выбросы значительной силы. На вышележа­ щих горизонтах такое явление в этих же породах не наблюдается.

В настоящее время у специалистов, работающих над решением проблем борьбы с выбросами, существует две точки зрения на меха­ низм выброса. Одна группа ученых считает, что выброс вызывает взрыв зарядов ВВ, который обусловливает перераспределение напря­ женной части породного массива. Другие полагают, что разрушение породы при выбросах определяется наложением динамического поля напряжений от взрыва зарядов ВВ на статическое поле, вызванное проявлением горного давления.

С этих позиций рассмотрим, как происходит выброс породы при производстве взрывных работ в забоях горных выработок. Приле­ гающая к забою порода, за исключением разгруженной ее зоны, находится в состоянии всестороннего объемного сжатия. При взрыве происходит перераспределение напряжений в породе и ее деформа­ ция вокруг шпура. С момента появления трещин, т. е. с образова­ нием новой свободной поверхности в массиве, порода из состояния объемного сжатия переходит в состояние двустороннего неравно­ мерного сжатия. В этот момент на границе вновь образованной по­ верхности происходит формирование волны разрежения и частичный переход потенциальной энергии объемного сжатия в кинетическую, вызывающую отрыв и перемещение породы от забоя. Причем можно предположить, что потенциальная энергия частично переходит в тепловую и рассеивается. Выдвинутая гипотеза позволяет в лабо­ раторных условиях провести исследования явления выброса пород

сучастием взрыва. Если в массиве пород, в которых производят выработку, имеются сопутствующие слои других пород, то обыкно­ венно пределом глубины выброса становится граница раздела породы

сразными физико-механическими свойствами. При этом величина

отраженной волны будет зависеть от того, насколько плотность взрываемых пород больше плотности сопутствующих. Примером этому могут служить выбросы пород до сопутствующих пластов при проведении квершлагов на шахте «Щегловская-Глубокая». Самый сильный выброс породы должен происходить в углах забоя, где напряжение пород на порядок больше, чем на остальных участках. Такое положение подтверждено выбросами породы на шахте «Ма- кеевка-Глубокая».

Если взрывание зарядов происходит в зоне пород, находящихся в ненапряженном состоянии, то их выброса не будет или вероятность их возникновения крайне мала, так как прилегающий массив породы, находящийся вблизи зоны взрыва, уже высвободил потенциальную энергию и статическое поле напряжений исчезло. Поэтому при про­ ведении выработки на некотором расстоянии ее от места выброса

нового выброса может не произойти. На практике после происшед­ шего выброса в течение нескольких проходческих циклов выбросов не наблюдается. Когда же выработка войдет в зону объемного все­ стороннего сжатия, можно снова ожидать выброс породы.

В настоящее время экспериментально доказано, что на вероят­ ность и силу выбросов оказывают существенное влияние располо­ жение шпуров, величина поперечного сеченпя и форма выработки, образуемой взрывными работами, и длина шпуров. Это позволяет сформулировать основные предварительные требования к параме­ трам буровзрывных работ в условиях выбросоопасных пород:

для снижения вероятности и силы выбросов породы шпуровые заряды необходимо располагать на мпнпмально возможной площади забоя н таким образом, чтобы выработка, образованная при их взрываипп по своей форме приближалась к эллипсу с осями, отно­ шение которых равно отношению компонентов напряжений нетро­ нутого массива, действующих в плоскости поперечного сечения выработки;

прп расширении выработки шпуры следует располагать в пре­ делах зоны трещинообразования, чтобы отторжение породного мас­ сива не приводило к перераспределению напряжений.

В соответствии с изложенными требованиями разработан способ стадийного веденпя буровзрывных работ в выбросоопасных песча­ никах. Суть этого способа состоит в том, что взрывание в забое подготовительной выработки, проводимой по выбросоопасной породе, пропзводптся в несколько стадий прп ступенчатой форме забоя.

В первой стадпп взрываются врубовые п вспомогательные шпуры независимо от величины поперечного сечения выработки. При этом возможны два вида врубов — прямой п клиновой.

Во второй стадии взрываются шпуровые заряды по оконтурнванию (раскоске) забоя. Число и расположение оконтуривающих шпуров определяется формой контура полости, образованной взры­ ванием врубовых п вспомогательных шпуров или спровоцированным ими выбросом.

Оконтуривающпе шпуры располагают в один ряд на расстоянии не более 0,5 м от контура полости. Установлено, что наименьшая вероятность развязывания выброса при взрывании оконтуривающих шпуров имеет место при расположении их с отставанием от забоя на расстоянии не менее 1 — 2 м. Такое расположение оконтурива­ ющих шпуров в большей степени позволяет обеспечить при их взры­ вании отторжение породного массива, расположенного в разгружен­ ной зоне, и тем самым снизить вероятность развязывания выброса.

Весьма эффективным для локализацпи выбросов является раз­ грузка породного массива посредством создания горизонтальной разгрузочной щели. Разгрузочная щель образуется последовательным выбуриванием скважин малого диаметра и глубиной около 5—7 м. Наблюдения за изменением напряженного состояния породного массива позволили установить, что впереди забоя щели имеет место сжатие породного массива, причем концентрация сжимающих напря-

580

жеиий возрастает с увеличением ширины щели. Непосредственно над щелью и под ней происходит расширение породного массива и, как следствие, разгрузка его. Деформация расширения затухает по мере удаления от щели, а затем на определенном расстоянии пере­ ходит в деформацию сжатия. Установлено, что в части зоны расши­ рения породного массива над и под щелью и зоны, непосредственно прилегающей к щели, снижение напряжения в породном массиве происходит ниже предела, при котором происходят выбросы породы. Разрушение породы любым способом в пределах этой зоны не вызы­ вает выбросов.

Для предотвращения выбросов использовали также метод сни­ жения динамического воздействия энергии взрывчатого разложе­

тируют безопасность ведения работ, целесообразно создать техно­ логию производства работ, обеспечивающую работу без выбросов. По этой технологии наиболее перспективным методом борьбы с вне­ запным выбросом пород следует признать создание компенсационных защитных зон, гасящих выброс породы в забое. Технология произ­ водства горных работ при этом методе весьма проста. На незначи­ тельном расстоянии от забоя размещают металлический щит. Расстоя­ ние между щитом и забоем должно быть выбрано таким образом, чтобы порода, отбитая при взрыве, заполнила полностью компенса­ ционное пространство и полость, образованную взрывом. При вы­ бросе эта порода за счет коэффициента разрыхления будет уплот­ няться, гася скорость выброса. Следует отметить, что при этом методе весьма важно, чтобы в созданной компенсационной зоне не оста­ валось сквозных пустот ввиду того, что при наличии зазора даже в несколько сантиметров через это отверстие может произойти вы­ брос. Выброс породы при применении этого метода не представит опасности, так как он сможет распространяться только в пределах

и дегазации взрываемого угольного массива.

Сотрясательное взрывание применяют при проведении выработок по углю, при выемке угля в лавах, а также при проведении выработок по пластам, не опасным по выбросам, в местах геологических нару­ шений в случае проявления признаков внезапных выбросов угля и га­ за. Этот способ применяют также при вскрытии пластов, не опасных по выбросам угля и газа, но имеющих давление газа более 10 кгс/см2

581

и залегающих ыа глубине от поверхности более 300 м для условий Донбасса, Сучана и Тавричанского месторождения, более 150 м — для условий Кузбасса и Егоршииского месторождения и более 400 м — для условий Воркуты и Караганды.

Взрывные работы иа расстоянии 2 м и меиее со стороны кровли и 5 м со стороны почвы вскрываемых пологих пластов, опасных по внезапным выбросам угля или газа, а также на расстоянии 1 м от опасного или угрожаемого крутого пласта проводят при соблю­ дении требований, установленных для сотрясательного взры­ вания.

Для каждого забоя, где применяют сотрясательное взрывание, составляют инструкцию, устанавливающую порядок и технику производства сотрясательного взрывания п меры безопасности, на­ правленные па защиту людей от возможного выброса угля, породы и газа. К инструкции прикладывают паспорт буровзрывных работ, в котором устанавливают число шпуров, их расположение и глубину, способ инициирования зарядов, расход ВМ, длину забойки н другие параметры взрывания, при выполнении которых должна быть обеспе­ чена отбойка угля и породы по всему сечению забоя.

Еслп при сотрясательном взрывании не достигнуто достаточное разрушение угля н поэтому не представляется возможным получить правильную конфигурацию забоя, проводят повторное сотрясатель­ ное взрывание. Во избежание запоздалых выбросов угля и газа категорически запрещается выравнивание забоя и прирезка ручным инструментом.

Перед производством сотрясательного взрывания в подготови­ тельных выработках на крутых пластах, склонных к высыпанию, применяют опережающую крепь. При составлении паспортов буро­ взрывных работ в этих случаях верхний ряд шпуров располагают на расстоянии не менее 0,5 м от опережающей крепи.

Для ведения взрывных работ на опасных и склонных к выбросам пластах, а также при их вскрытии применяют только предохрани­ тельные ВВ, предназначенные для этих условий.

При пересечении опасных по выбросам пластов вертикальными стволами шахт, проходимыми с поверхности, допускается примене­ ние непредохранительных ВВ, но при содержании метана менее 1 %, причем забой ствола необходимо подтапливать водой на высоту не менее 20 см в наиболее выступающих частях забоя.

Инициирование зарядов осуществляется электродетонаторами мгновенного и короткозамедленного действия с общим временем замедления не более 135 мс. В породных забоях в вертикальных стволах и в случае применения водяных завес общее время замедле­ ния не может превышать 195 мс.

Взрывание зарядов при прохождении горизонтальных и наклон­ ных выработок необходимо производить за один прием мощными взрывными машинками, допущенными Госгортехнадзором СССР для использования в шахтах, опасных по газу или пыли. Запрещается при этом использовать переменный ток. Перед пересечением крутых

582