Оценка современного состояния проблемы и ее актуальность: При проходке горных выработок особое значение первоначально уделяется врубовым шпурам, а затем вспомогательным и отбойным шпурам. Дело в том, что вспомогательные и отбойные шпуры должны достигать такой же глубины, что и врубовые шпуры. Если этого не произойдет, то в целом коэффициент использования шпура (КИШ) по забою будет ниже, чем во врубовых шпурах. Как правило в таких случаях в забое остаются так называемые «стаканы», т.е. не отбитая порода определенной глубины и по ним образуются трещины, создавая возможности откола от основной породы. Это – во первых показывает, что шпуры (штанговые шпуры) работали не эффективно, а во вторых создает опасность внезапного обрушения кусков горных пород, при этом высока вероятность получения травмы работающих в забое по проходке горных выработок. В этой связи для достижения проектного КИШ необходимой величины проведены настоящие исследования.
Материалы и методы исследования
В работе приводятся результаты многолетних исследований. Исследования проводились непосредственно на различных рудниках Республики Казахстан в различные периоды времени в различных горно-геологических и горнотехнических условиях, например, рудники Миргалимсай, Жолымбет, Аксу, Бестюбе, Ушкатын, Жайремский ГОК, Акбакай, Бескемпирское месторождение.
Результаты исследования и их обсуждение
Эффективность очистной выемки и проведения подготовительно-нарезных выработок определяется качеством отбойки, которая зависит от выбранного типа вруба. Выбор типа вруба зависит от крепости пород, характера их напластования, трещиноватости очистного забоя, работоспособности ВВ.
Наиболее весомое влияние на основные показатели проходки оказывает глубина шпуров, зависящая от типа применяемого вруба, которая также определяет и качество врубовой полости и ее размеры. С увеличением объема врубовой полости увеличивается площадь обнажения, что создает благоприятные условия при взрывании следующих комплектов шпуров в забое. Увеличение длины врубовой полости позволяет повысить коэффициент использования шпуров. При этом врубы должны обладать значительной эффективностью (КИШ = 0,95÷0,98) без дополнительных расходов материалов, трудовых затрат и выполняться с помощью однотипного оборудования с минимальным объемам вспомогательных операций в процессе бурения.
Одним из путей повышения эффективности буровзрывных работ (БВР) является применение секционных способов образования врубовых полостей, конструктивные особенности которых позволяют значительно улучшить показатели шпуровой отбойки [5]. Физическая сущность предлагаемого способа образования врубовой полости заключается в том, что первоначально взрываются короткие шпуры первой секции на созданные компенсационные полости за счет незаряженной части длинных шпуров. В результате этого и образуется дополнительная компенсационную полость, которая улучшает работу длинных шпуров второй секции. Кроме этого при взрывании коротких шпуров в их торцевой части образуются зоны интенсивного переизмельчения и растрескивания и, таким образом, происходит запрессовка (забойка) незаряженной части смежных (ближних к ним) длинных шпуров крупнокусковой породой.
На основании теоретических и производственных исследований нами были предложены зависимости для определения параметров секционных врубовых шпуров [6], позволяющих повысить коэффициент использования шпура (КИШ). В связи с этим, для повышения эффективности буровзрывных работ в целом по забою, возникла необходимость определение линии наименьшего сопротивления (ЛНС) вспомогательных и контурных шпуров в забое.
Как известно, ЛНС при шпуровой отбойке определяется по формуле [1],
м, (1)
где d – диаметр шпура, м;
Δ – плотность заряжания, кг/м;
kз – коэффициент заполнения шпура;
q – удельный расход ВВ, кг/м3;
m – коэффициент сближения зарядов, при электрическом взрывании m = 1÷1,5, при огневом 1,2÷1,5.
Такой подход к определению параметров шпуровой отбойки не всегда оправдано. Например, в [1] эффективность действия ВВ достигается тогда, когда коэффициент сближения находится именно под корнем квадратным. Кроме того в приведенной методике и другие авторы не учитывают скорости детонации ВВ например, в [7] указывается, что «Скорость детонации ВВ, хотя теоретически связана с теплотой взрыва, по ряду причин для промышленных ВВ в технической литературе не приводится однозначной связи между скоростью детонации ВВ и их общим взрывным действием».
В этой связи, нами установлено, что ЛНС скважинных зарядов зависит от скорости детонации ВВ и она определяется по формуле [3]:
, м, (2)
где lc – длина заряда скважин, м;
d – диаметр скважин, м;
D – скорость детонации ВВ, м/с;
ρ – плотность заряда ВВ, г/см3.
Преобразуя полученную формулу [3], т.е. вместе длины скважин подставляя длину шпура, получим иное выражение для определения ЛНС шпурового заряда в виде:
(3)
где lз – длина заряда шпура, м;
d – диаметр шпура, м;
D – скорость детонации ВВ, м/с;
ρ – плотность заряда ВВ, г/см3.
Из параметров, входящих в (3), переменными величинами являются lз, d, ρ и D, значения которых соответственно зависят от проектных размеров шпура и экспериментальной характеристики ВВ.
полученную формулу (3) необходимо интерпретировать в зависимости от переменных величины т.е. от lз, d, ρ и D.
В табл. 1 показана зависимость ЛНС от длины шпуров и скважин при d = 0,055 м тип ВВ игданит.
В работе [7] показано, что для условий Миргалимсайского месторождения между ЛНС скважинного и шпурового заряда существует следующая зависимость:
, м, (4)
где dскв – диаметр скважины м; кВВ – категория породы по взрываемости; WЭТ – эталонная ЛНС шпурового заряда в зависимости от категории взрываемости пород и руд Миргалимсайского месторождения.
На рис. 1 показана зависимость ЛНС от длины шпура и скважин при d = 0,055 м тип ВВ игданит.
В табл. 2 показана зависимость ЛНС от длины шпура и скважин при d = 0,055 м ВВ гранулит АС-8.
На рис. 2 показана зависимость ЛНС от длины шпура и скважины при d = 0,055 м тип ВВ гранулит АС-8.
Таблица 1
Зависимость ЛНС от длины шпуров и скважин при d = 0,055 м тип ВВ игданит
|
Lск |
d |
D |
ρ |
L |
W |
W |
||
|
8 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
5,6 |
16,50016 |
1,6362 |
0,997683 |
|
11 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
7,7 |
16,50016 |
1,824467 |
1,11248 |
|
6 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
4,2 |
16,50016 |
1,482885 |
0,904198 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,4 |
16,50016 |
1,018432 |
0,620995 |
|
1,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,05 |
16,50016 |
0,923002 |
0,562806 |
|
3,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
2,45 |
16,50016 |
1,233249 |
0,751981 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
3,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
2,45 |
16,50016 |
1,233249 |
0,751981 |
|
3,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
2,45 |
16,50016 |
1,233249 |
0,751981 |
Таблица 2
Зависимость ЛНС от длины шпура и скважин d = 0,055 м ВВ гранулит АС-8
|
Lск |
d |
D |
ρ |
L |
W |
W |
||
|
8 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
5,6 |
16,50016 |
1,6362 |
0,997683 |
|
11 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
7,7 |
16,50016 |
1,824467 |
1,11248 |
|
6 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
4,2 |
16,50016 |
1,482885 |
0,904198 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,4 |
16,50016 |
1,018432 |
0,620995 |
|
1,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,05 |
16,50016 |
0,923002 |
0,562806 |
|
3,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
2,45 |
16,50016 |
1,233249 |
0,751981 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
2,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
1,75 |
16,50016 |
1,099196 |
0,670241 |
|
3,5 |
0,4 |
0,055 |
3300 |
1,1 |
2,45 |
16,50016 |
1,233249 |
0,751981 |
Рис. 1. зависимость ЛНС от длины шпура и скважин при d = 0,055 м тип ВВ игданит. 1 – ЛНС скважинного заряда; 2 – ЛНС шпурового заряда по Шапиро В.Я.
Таблица 3
Результаты расчета при применении ВВ типа Аммонита 6ЖВ d = 0,042 м
|
2 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
1,4 |
17,91874 |
0,919699 |
0,560792 |
|
1,8 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
1,26 |
17,91874 |
0,887149 |
0,540945 |
|
1,6 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
1,12 |
17,91874 |
0,852124 |
0,519588 |
|
1,4 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
0,98 |
17,91874 |
0,814084 |
0,496393 |
|
1,2 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
0,84 |
17,91874 |
0,772278 |
0,470901 |
|
1 |
0,4 |
0,042 |
4200 |
1,1 |
0,7 |
17,91874 |
0,725594 |
0,442435 |
рис. 2. Зависимость ЛНС от длины шпура и скважины при d=0,055 м и тип ВВ гранулит АС-8. 1 – ЛНС скважинного заряда; 2 – ЛНС шпурового заряда по Шапиро В.Я.
рис. 3. Зависимость ЛНС от длины шпура при применении ВВ типа Аммонит 6ЖВ
В табл. 3 показаны результаты расчета при применении ВВ типа Аммонита 6ЖВ.
На рис. 3 показана зависимость ЛНС от длины шпура при применении ВВ типа Аммононит 6ЖВ.
Обсудим высказанное в [7] о том, что существует связь между ЛНС одиночного шпурового и скважинного заряда чрез коэффициент 1,64. Полученные нами результаты (рис. 1–3) позволяют сделать вывод о том, что связь меду ЛНС шпурового и скважинного заряда существует, но не такая строгая, как показано в [7]. В этой связи анализ рисунков показывают следующее:
– из рис. 1 видно, что при длине скважин равной 9,0 м ЛНС составляет 1,6 м, а при длине шпуров 2,5 – 2,7 м – 1,0 м;
– из рис. 2 видно, что ЛНС при длине скважин 10–11 м составляет 1,8 м, а при длине шпура 2,0 м – 1,0 м;
– из рис. 3 видно, что когда диаметр шпура равен 0,042 м и длина – 2 м ЛНС составляет 0,92 м, а когда длина равна 1,0 м, ЛНС равна 0,73 м.
Эти результаты соответствуют современным условиям взрывания отбойных и вспомогательных шпуров, когда взрывание осуществляется с применением современных средств взрывания типа неэлектрическая система инициирования Нонель.
Следует отметить, что ЛНС не только зависит от длины, диаметра шпура, скорости детонации ВВ и еще от скорости волн напряжения во взрываемом массиве [4].
Предложенные параметры Шапиро В.Я. соответствует одиночным взрываниям с применением огнепроводного шнура.
Одним из эффективных мер расчета ЛНС шпуровых зарядов является определение ЛНС во взаимной увязке с коэффициентом сближения шпуровых зарядов. В этой связи нами разработан способ определения КИШ с учетом ЛНС и коэффициента сближения шпуровых зарядов. Основной смысл способа заключается в том, что, зная ЛНС при коэффициенте сближения равном 1, увеличивая коэффициент сближения шпуровых зарядов, увеличивают КИШ, что позволяет снижать заколообразование в груди забоя, обеспечивая безопасность людей от падения закола, увеличивается продвигания забоя и снижается потеря руды. Таким образом, КИШ предложено определять по формуле:
где lш –глубина шпура;
W – ЛНС шпурового заряда, м;
m – коэффициент сближения шпура, м.
Приводим пример. В обычных условиях взрывание производили с ЛНС равном 0,75 м и соответственно расстояния между шпурами составляло 0,75 м. При этом величина оставляемого «стакана» или не отбитой части шпура составляет
м
При этом коэффициент использование шпура составляет
.
При предлагаемом способе
.
Таким образом, при увеличении КИШ с 0,925 до 0,958 подвигание забоя возрастает 2,876 – 2,775 = 0,1 м.
Выводы
1. Предложенная методика расчета ЛНС позволяет её рассчитывать как для шпуровой так и для скважинной отбойки с учетом скорости детонации ВВ.
2. Соотношения ЛНС скважинной к ЛНС шпуровой отбойки могут быть различным в зависимости от длины шпура и скважин, скорости детонации, плотности ВВ и коэффициента сближения скважинных и шпуровых зарядов.
3. С увеличением коэффициента сближения КИШ возрастает.