Расчет параметров буровзрывных работ

При проходке выработок с применением буровзрывных работ рекомендуется применение контурного взрывания. Контурное взрывание – это технологический прием, при котором достигается высокое качество оконтуривания выработок, характеризующееся незначительными переборами пород, сравнительной гладкой поверхностью боков и кровли выработки и малой глубиной нарушения законтурного массива. Это достигается уменьшением энергии взрыва и рациональном расположении оконтуривающих шпуров. Уменьшение концентрации взрыва на 1 м шпура достигается за счет применения ВВ с высокой работоспособностью (300 – 450 см³) в патронах малого диаметра(21 – 24 мм) или применения ВВ в патронах обычного диаметра (32 – 36 мм), но малой работоспособности (260 – 300 см³), а также комбинации двух первых способов.

Рис. 4.1 Конструкции зарядов в оконтувающих шпурах при контурном взрывании.

а – с радиальным зазором; б – с осевым зазором; в – с радиально-осевым зазором. 1-2 – донный заряд; 1 – боевик; 2 – патрон ВВ нормального диаметра; 3 – патрон ВВ уменьшенного диаметра; 4 – деревянный вкладыш; 5 – провода; 6 – забойка.

Существует два метода производства контурного взрывания: метод последующего оконтуривания выработки (или метод контурной отбойки - МКО) и метод предварительного оконтуривания выработки (или метод предварительного щелеобразования – МКЩ). Их различие заключается в очередности взрывания контурных зарядов по отношению к отбойным шпуровым зарядам. Если при использовании МКО образуется дополнительная свободная поверхность со стороны предконтурного ряда, существенно облегчающая работу контурных зарядов, то при использовании МПЩ процесс трещинообразования по линии размещения контурных зарядов происходит в условиях нетронутого породного массива в отсутствии каких либо компенсационных пространств и дополнительных поверхностей обнажения. Это приводит к необходимости сближения контурных зарядов по сравнению с методом МКО, но при этом поверхность откола при МПЩ получается более ровной и менее нарушенной.

Порядок расчета параметров БВР

1. Выбирают ВВ и СВ в соответствии с естественными горно-геологическими условиями.

2. Устанавливают длину заходки, КИШ, глубину шпура в зависимости от крепости породы и размеров выработки.

3. Определяют параметры контурного взрывания (для разных методов оконтуривания выработки существуют свои особенности расчета параметров размещения отбойных шпуров).

Рис. 4.2 Схема зон действия шпуровых зарядов: I – зона вруба; II – ядра; III – почвы; IV – контура.

При последующем оконтуривании выработки параметры размещения контурных зарядов рассчитывают исходя из двух факторов - крепости породы и минимальной амплитуды шероховатости оконтуриваемой поверхности D_min (м). Крепость породы определяет величину необходимого удельного расхода ВВ на контурную отбойку q_к (кг/м³), амплитуда шероховатости - необходимую линейную плотность заряжания контурных шпуров P_к (кг/м):

(4.3)

(4.4)

где: f - коэффициент крепости породы по шкале проф. М. М. Протодьяконова, ед;

P_max - линейная плотность шпурового заряда при полном заряжании, кг/м;

g- показатель степени в уравнении адиабаты расширения продуктов детонации, ед.

(4.5)

где: d_ш - диаметр шпура, м (принимается на 4-6 мм больше диаметра патрона ВВ)

Таблица 4.5

Численные значения показателя γ

gвв, кг/м3
g, ед	1.843	1.892	1.940	1.987	2.033	2.125	2.214	2.301

g_вв - объемный вес ВВ в заряде, кг/м³

Расстояние между контурными зарядами определяют по формуле (м):

(4.6)

где: К₀ - численный коэффициент, учитывающий взаимодействие соседних контурных зарядов и потери энергии на расширение продуктов детонации в объеме шпура, ед.;

L_зк - длина забойки контурных шпуров (определяется по таблице), м;

L_к - длина контурных шпуров, м.

Таблица 4.6

Значение численного коэффициента К₀

	K0
Линейная плотность заряжания контурных шпуров Pк, кг/м	диапазон изменения	средние значения
0.4	0.654-0.590	0.622
0.5	0.763-0.706	0.735
0.6	0.866-0.818	0.842

Таблица 4.7

Приведенная длина забойки контурных зарядов L_зк / ÖS_выр

Коэффициент	Линейная плотность заряжания контурных шпуров Pк, кг/м
крепости пород	0.4	0.5	0.6
4-6	0.110-0.097	0.121-0.110	0.129-0.119
7-9	0.092-0.082	0.106-0.097	0.115-0.108
10-14	0.077-0.061	0.093-0.079	0.105-0.092
15-18	0.057-0.046	0.076-0.067	0.089-0.081
19-20	0.042-0.039	0.064-0.061	0.079-0.076

Коэффициент сближения контурных шпуров определяется по формуле:

(4.7)

При g_вв = 900 - 1100 кг/м³ данная формула может быть использована в следующем виде:

(4.8)

Соответственно линия наименьшего сопротивления контурных шпуров определяется по формуле (м):

(4.9)

Количество контурных шпуров определяется по формуле (шт.):

(4.10)

где: П - полный периметр забоя выработки, м;

В - ширина выработки на уровне почвы, м

Площадь части забоя которая приходится на контурный ряд, равна (м²):

(4.11)

Для улучшения качества проработки породы на уровне концевых частей контурных шпуров в забой последних следует помещать дополнительный заряд весом, равным (кг):

(4.12)

Количество ВВ на контурную отбойку определяется по формуле (кг):

(4.13)

При предварительном оконтуривании выработки удельный расход ВВ определяют с учетом глубины ведения работ Н (м) по формуле (кг/м³):

(4.14)

При этом следует иметь в виду, что при уменьшении глубины ведения работ значение q_к не должно быть меньше величины, определяемой формулой (4.3).

Расстояние между контурными шпурами рассчитывают по формуле (4.6), при этом величину L_зк определяют по таблице (4.8).

Таблица 4.8

Приведенная длина контурных зарядов при предварительном оконтуривании выработки

Коэф-нт	Глубина ведения работ Н, м
крепости	менее 100	100-200	200-400	400-600
пород, f	Линейная плотность заряжания контурных шпуров Рк, кг/м
	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6
4-6	0.109	0.120	0.128	0.120	0.130	0.137	0.132	0.139	0.145	0.142	0.148	0.152
7-9	0.093	0.106	0.116	0.106	0.117	0.125	0.118	0.128	0.135	0.130	0.138	0.144
10-14	0.074	0.091	0.103	0.089	0.103	0.113	0.104	0.115	0.124	0.118	0.127	0.135
15-18	0.057	0.077	0.090	0.073	0.090	0.101	0.089	0.103	0.113	0.105	0.117	0.125
19-20	0.046	0.067	0.082	0.062	0.081	0.093	0.080	0.096	0.106	0.097	0.110	0.119

Вес дополнительного заряда в забое контурных шпуров определяется по формуле (кг):

(4.15)

Количество контурных шпуров N_к и расход ВВ на оконтуривание выработки Q_к рассчитывают по формулам.(4.10) и (4.13)

После определения параметров контурного взрывания переходят к расчету параметров заряжания и размещения врубовых и отбойных шпуров, Основой расчета служит величина удельного расхода ВВ на дробление породы в пределах обуренного объема.

При последующем оконтуривании отбойка ядра забоя производится в условиях напряженного состояния окружающего породного массива, что приводит к необходимости увеличения энергозатрат на дробление породы в обуренном массиве. В этом случае вначале следует определить характерное значение длины отбойных шпуров, учитывающее степень такого влияния (м):

(4.16)

В зависимости о фактической длинны отбойных шпуров L_отб, которая, как, правило определяется организацией работ и возможностями бурового оборудования, величину удельного расхода ВВ на дробление рассчитывают по формулам (кг/м³):

- при L_отб ³ L_*:

(4.17)

- при L_отб < L_*:

(4.18)

где: е_вв - переводной коэффициент, учитывающий тип и плотность применяемого ВВ.

Таблица 4.9

Значение коэффициентов е_вв

Наименование ВВ	Удельная теплота взрыва, ккал/кг	Плотность, г/см3	евв, ед
Аммонит №6ЖВ		1.0 - 1.2	1.0
Аммонит скальный №1 пресс.		1.4 - 1.6	0.76 - 0.8
Аммонит скальный №1 насыпн.		0.9 - 1.1	0.85 - 0.87
Аммонал 200		0.9 - 1.1	0.85 - 0.88
Аммонал скальный №3		1.0 - 1.1	0.73 - 0.76
Детонит М		0.9 - 1.2	0.72 - 0.77

При предварительном оконтуривании выработки отбойка основного породного объема производится в условиях частичной разгрузки, что позволяет при длине отбойных шпуров L_отб < L_* снизить величину удельного расхода ВВ до значения, определяемого формулой (4.17)

После определения удельного расхода ВВ рассчитывают параметры размещения шпуров в прямом врубе. Величину удельного расхода ВВ во врубе определяют с учетом общей эффективности отбойки породы в забое выработки:

(4.19)

где: N_вр - число врубовых шпуров, ед;

Р_вр - линейная плотность их заряжания, кг/м;

L_вр - длина врубовых шпуров, м;

L_зб - длина забойки, м.

Абсолютное значение L_зб определяют по нижележащим таблицам с последующим делением на Öе_вв, что позволяет учесть тип применяемого ВВ.

Таблица 4.10

Приведенная длина забойки отбойных шпуров при последующем оконтуривании горной выработки

Коэффициент	Глубина ведения работ Н, м
крепости		100 - 200	200 - 400	400 - 600
пород
4-6	0.145	0.151	0.156	0.162
7-9	0.137	0.143	0.149	0.156
10-14	0.128	0.135	0.142	0.149
15-18	0.119	0.127	0.135	0.143
19-20	0.113	0.122	0.130	0.139

Таблица 4.11

Приведенная длина забойки отбойных шпуров при предварительном оконтуривании горной выработки

Коэффициент крепости пород	Lзб / ÖSвыр
4-6	0.145-0.139
7-9	0.136-0.131
10-14	0.129-0.121
15-18	0.119-0.113
19-20	0.111-0.110

Площадь обуривания вруба определяется по формуле (м²):

(4.20)

Количество ВВ во врубе определяют по формуле (кг)

(4.21)

Поскольку в прямых врубах дробление породы производится в условиях одной свободной поверхности, для облегчения работы врубовых зарядов целесообразно использовать одну или несколько компенсационных скважин, минимальный диаметр которых определяется по формуле (м):

(4.22)

Где: W_min - расстояние от скважины до ближайшего врубового шпура, работающего на эту скважину, м;

d_шп - диаметр врубового шпура, м.

Зная площадь вруба и принимая форму поперечного сечения в виде той или иной плоской геометрической фигуры, можно определить размеры сечения вруба и параметры размещения врубовых шпуров (Рис. 4.3):

- квадрат:

(4.23)

- эллипс:

(4.24)

- круг:

(4.25)

- щелевой:

(4.26)

(4.27)

(4.28)

(4.29)

Рис 4.3 Примеры размещения шпуров в прямых врубах.

После расчета параметров вруба переходят к расчету параметров отбойки.

Суммарное количество отбойных шпуров (включая почвенные) определяется по формулам (шт.):

- при последующем оконтуривании:

(4.30)

- при предварительном оконтуривании:

(4.31)

где: Р_отб - линейная плотность заряжания отбойных шпуров, кг/м;

е_отб, е_к - переводные коэффициенты соответственно для отбойных и контурных зарядов.

Расстояние между почвенными шпурами рассчитывают по формуле (м):

(4.32)

Линию наименьшего сопротивления почвенных шпуров определяют по формуле (м):

(4.33)

Количество почвенных шпуров и площадь части забоя, которая приходится на эти шпуры, определяется по формулам:

, шт (4.34)

, м² (4.34)

Число шпуров, предназначенных непосредственно для разрушения породного ядра, определяют по формуле (шт.):

(4.35)

Ориентировочный размер сетки бурения отбойных шпуров определяют по формуле (м):

(4.36)

При предварительном оконтуривании выработки S_к = 0.

Количество ВВ на отбойку породы в пределах зон ядра и почвы определяют по формуле (кг):

(4.37)

На основании расчетов и схемы расположения шпуров составляется сводная таблица параметров взрывных работ по форме.

Таблица параметров буровзрывных работ

№ шпуров	Глубина шпура, м	Угол наклона шпура, градус	Масса заряда, кг	Кзап	Замедление, мс
		к вертикали	к горизонтали	шпура	всего

Рис. 4.4 Схема расположения шпуров.

а – схема расположения шпуров; б – конструкция заряда; 1 – патрон ВВ;
2 – электродетонатор.

После расчета всех параметров буровзрывного комплекса составляет паспорт буровзрывных работ.

В паспорте БВР должна быть представлена схема расположения шпуров (в трех проекциях), указаны количество и диаметр шпуров, их глубина и углы наклона, количество серий взрывания, последовательность взрывания, величина зарядов в шпурах, общий и удельный расход ВВ, расход детонаторов, длина внутренней забойки каждого шпура и общее количество забоечного материала для всех шпуров, а также время проветривания забоя.

Для пояснения текстовой части данного раздела в записке следует привести соответствующие схемы (схему расположения шпуров, схему конструкции заряда в шпуре, схему вруба, схему соединения детонаторов во взрывной сети).

Расчет электровзрывной сети.

При электровзрывании зарядов возможно применение всех известных схем соединения сопротивлений в цепь. Выбор схемы соединения ЭД зависит от числа взрываемых ЭД и однородности их характеристик. При использовании электрических взрывных приборов определяют сопротивление взрывной сети и сравнивают полученный результат с предельным значением сопротивления цепи, указанным в паспорте прибора. При использовании силовых и осветительных линий определяют сопротивление взрывной цепи, затем рассчитывают величину тока, проходящий через отдельный ЭД, и сравнивают эту величину с гарантийным значением тока для безотказного взрыва. Для гарантийный ток принят - для 100 ЭД равным 1.0 А, а при взрывании ЭД в больших группах (до 300 шт) 1.3 А и не менее 2.5 А при взрывании переменным током.

При последовательном соединении концы проводов соседних ЭД соединяют последовательно, а крайние провода первого и последнего ЭД присоединяют к магистральным проводам, идущим к источнику тока.

Общее сопротивление взрывной цепи при последовательном соединении ЭД определяют по формуле:

, Ом (4.38)

где: R₁ - сопротивление магистрального провода на участке от взрывного прибора до выводов взрывной цепи в забое выработки, Ом;

R₂ - сопротивление дополнительных монтажных поводов, соединяющие концевые провода ЭД между собой и с магистральным проводом, Ом;

n₁ - количество последовательно соединенных ЭД, шт;

R₃ - сопротивление одного ЭД с концевыми проводами, Ом.

Сопротивление проводов определяется по формуле:

, Ом (4.39)

где: ρ – удельное сопротивление материала проводника, (Ом*мм²)/м;

l – длина проводника, м;

S – сечение проводника, мм².

При ведении взрывных работ в качестве соединительных проводов и для прокладки временных взрывных магистралей применяются провода для промышленных взрывных работ марки ВП с медными жилами в полиэтиленовой изоляции. Провод выпускается одножильным ВП1 и двух жильным ВП2x0,7.

Для прокладки постоянных взрывных магистралей предназначены кабели марки НГШМ. Токоведущие жилы изготавливаются из медной проволоки. Изоляция токоведущих жил выполняется из самозатухающего полиэтилена.

В исключительных случаях по согласованию с органами Госгортехнадзора в качестве постоянных взрывных магистралей может применятся провод ВП2x0,7

Таблица. 4.12