ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛАХ
Асс. Купенко И.В., студ. Павленко С.Н., ДонНТУ, г. Донецк
В настоящее время взрывные работы в вертикальных шахтных стволах ведутся длинношпуровым методом. Диаметр шпуров равен 52 мм. Наиболее часто применяется одно- или двухступенчатый воронкообразный вруб при глубине основных шпуров 4,5 м и вспомогательных – 3 м. Глубина отбойных и оконтуривающих шпуров составляет 4,0…4,2 м. Шпуры располагаются по концентрическим окружностям. Шпуры, расположенные по периферии ствола (оконтуривающие) располагают в два ряда: шпуры первого ряда (ближнего к врубу) имеют нормальную глубину и расчетный заряд, а шпуры второго ряда (ближнего к контуру выработки) имеют уменьшенную глубину, равную 1,5 м (для того, чтобы не допустить перебора породы и уменьшить трещинообразования в законтурном массиве). Именно короткие шпуры предопределяют точность проектного контура ствола и недопущение недобора породы. Шпуры обоих рядов оконтуривающих шпуров имеют одинаковый наклон к горизонтали (примерно 850) и их заряды взрываются за один прием. В качестве взрывчатого вещества применяется аммонал скальный № 1 прессованный в патронах массой 0,4 кг, диаметром 45 мм и длиной 180 мм. Масса шпурового заряда в отбойных и длинных оконтуривающих шпурах составляет 4 кг (ЛНС равна 3,3 м), а в коротких оконтуривающих – 1,6 кг (ЛНС равна 1,15 м). Взрывание шпуровых зарядов производится в подтопленном по всему сечению забое. В качестве запирающей забойки применяется гранулированный шлак. [1]
Многолетний опыт проходки вертикальных шахтных стволов в Донбассе по описанной выше технологии свидетельствует, что и при соблюдении изложенных технологических параметров имеют место отказы и неполные детонации, особенно при инициировании всего забойного комплекта шпуровых зарядов ВВ электродетонаторами замедленного действия [1]. Учитывая, что патроны ВВ прессованные, шпуры перед заряжанием тщательным образом очищаются от породной мелочи, а также то, что шпуры заполнены водой, наличие которой исключает возникновение откольных явлений, основной причиной отказов и неполных детонаций в данных условиях может быть только смещение относительно друг друга патронов ВВ в процессе взрывания забойного комплекта зарядов. [2]. Как показали шахтные эксперименты [3], подвижка патронов в шпуре от действия ранее взрывавшихся зарядов может иметь место еще до начала разрушения горного массива. Данное явление обусловлено в основном действием волн разряжения со стороны забоя ствола.
При замедленном взрывании шпуровых зарядов раздвижка патронов может иметь место, если шпуры оказываются в пределах воронки взрыва зарядов предыдущей серии замедления. В этом случае вместе с породой переместится и забойка в этих шпурах, которая потянет за собой проводники электродетонаторов и патроны. В результате электродетонатор может выдернуться из гнезда патрона ВВ, или же сместиться вдоль шпура патрон-боевик. Обе ситуации приведут к отказу.
Следовало установить, каким образом зависит радиус воронки взрыва от этого критерия, а также от крепости разрушаемых пород. Для этого были установлены и математически обработаны зависимости радиуса воронки взрыва (r) от линии наименьшего сопротивления (W) для различных зарядов ВВ в песке, в грунте и глине, в угольном пласте и скальных горных породах различной крепости. Причем заряды взрывались в горизонтальных и вертикальных «сухих» шпурах. Оказалось, что эти зависимости изменяются по параболическому закону, вид которого определяется не только физическими характеристиками и крепостью разрушаемой среды, но и энергией взрыва в шпуре QШ. Для каждой зависимости были определены максимальные значения радиуса воронки взрыва (rmax) и соответствующие им величины QШ. По этим значениям была установлена зависимость rmax = f(QШ). При взрывании в угольном пласте искальных породах она имеет вид:
rmax = 0,82·exp(–8,37/Qш) (1)
Из полученной зависимости вытекает два принципиальных вывода. Во-первых, при QШ < 350 кДж rmax практически не зависит от свойств и крепости разрушаемой среды. Во-вторых, максимально возможный радиус воронки взрыва начиная с определенной величины теплоты взрыва практически не возрастает. Так, например, при взрывании в скальных породах предельное значение радиуса равно 0,82. Причем активный его рост прекращаетя начиная с QШ ≈ 350 кДж.
Эти положения были учтены при изучении радиуса воронки взрыва в вертикальных шпурах, заполненных водой. Шахтные эксперименты проведены в условиях ствола на шахте «Заря» ПО «Снежноеантрацит».
Методика исследований была следующей. В стволе производилось взрывание зарядов аммонала скального № 1 прессованного. Шпуры бурились перпендикулярно забою ствола. Причем схема их размещения была выбрана такой, чтобы взрыв одного шпурового заряда не воздействовал на соседний (расстояние между шпурами составляло не менее 1,7 м). Диаметр шпуров принимался равным 52…53 мм, диаметр патронов – 45 мм. Породы – глинистые сланцы с f = 7. При заряжании контролировались длина шпура и длина колонки заряда. Шпуры были полностью заполнены водой при высоте подтопления ствола не более 20 см от забоя. Взрывание осуществлялось электродетонаторами мгновенного действия ЭДКЗ-0П.
После взрывания производился замер образовавшихся в породном массиве воронок. Воронку взрыва измеряли в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По полученным данным строили профиль воронки. За диаметр основания воронки брали среднеарифметическое значение двух взаимно перпендикулярных диаметров.
В результате обработки результатов эксперимента была получена зависимость радиуса воронки взрыва от ЛНС:
r = 0,58 – 0,12⋅W (2)
Исследование этой зависимости показывает, что радиус воронки взрыва заряда в заполненных водой вертикальных шпурах глубиной 4,2 м (W = 3,3 м) не превышает 0,2 м, что примерно в 4 раза меньше принятого при проведении вертикальных шахтных стволов расстояния между шпурами, т.е. воронки от взрыва зарядов в отбойных шпурах не смыкаются между собой. Это означает, что весь комплект шпуровых зарядов взрывается в режиме, при котором обеспечивается рыхление, дробление и вспучивание породы без ее значительного выброса (подъема вдоль ствола). Разрушение всей толщи пород, расположенной в месте размещения забойки происходит под действием разрушенных в районе размещения зарядов пород, а также откольных явлений. При этом высота разрушенной зоны вдоль каждого заряда составляет для действующей технологии примерно 2 м при радиусе разрушения вокруг каждого шпура равном 0,3…0,5 м. Действительно, расчеты показывают, что при принятой конструкции заряда и забойки режим взрывания приближается к камуфлетному без выброса забойки (полный камуфлет) [4].
В то же время при взрыве зарядов в коротких оконтуривающих шпурах (W = 1,15 м) радиус воронки взрыва может достигать 0,4 м, т.е. превышать возможное на практике расстояние между устьями этих шпуров и длинных оконтуривающих шпуров. Поэтому при применении замедленного взрывания, заряды в коротких шпурах должны инициироваться электродетонаторами разных серий замедления, причем при таком интервале замедления взрыва, который превышал бы фактическое время срабатывания (с учетом стандартного времени разброса) электродетонаторов в зарядах длинных оконтуривающих шпуров. Например, заряды 5-й окружности будут инициироваться электродетонаторами ЭДЗД-10 (фактическое время срабатывания равно 1350…1850 мс), а 6-й – ЭДЗД-11 (фактическое время срабатывания равно 1900…2600 мс). Данные рекомендации прошли опытно-промышленную проверку при строительстве воздухоподающего ствола на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько».
Библиографический список
1. Бородуля Н.Ф. Опыт скоростной проходки воздухоподающего ствола // Технология и проектирование подземного строительства: Вестник. – Донецк: Норд-пресс, 2002.– Вып. 2. – С. 137-142.
2. Взрывные работы в опасных условиях угольных шахт / Кутузов Б.Н., Бутуков А.Ю., Вайнштейн Б.И. и др./ Под общ. ред. Б.Н. Кутузова. – М.: Недра, 1979. – 373 с.
3. Исследование процесса раздвижки патронов в шпурах при взрывных работах в вертикальных шахтных стволах / Шевцов Н.Р., Купенко И.В., Лабинский К.Н. и др.: Сб. научн.тр. ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. Вип. 45. – Донецьк: ДонНТУ, 2002. – с. 118-123.
4. Шевцов Н.Р., Фам Ван Лан, Михайлов А.Б. Экспериментальные и теоретические исследования камуфлетного взрывания шпуровых зарядов ВВ // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб.научн.тр. МакНИИ. – Макеевка-Донбасс: МакНИИ. – 1998. – с. 226-233.
|
