Технология проведения шурфов в крепких породах

Для шурфов, проходимых в крепких породах, характерны большие глубины и площади поперечного сечения, поэтому эффективная отбойка их может осуществляться только с помощью ВВ. При этом продолжительность цикла увеличивается на время заряжания шпуров, взрывания и проветривания.

Как и при других способах, работы по проходке шурфа начинают с подготовки площадки и разметки устья. Отбойка и рыхление с применением ВВ производятся в породах выше IV категории и в мерзлых.

Бурение шпуров в мерзлых, плотных вязких глинах с обломками пород, в выветрелых глинистых туфах, по вязкому туфогенному материалу, в выветрелых известковых сланцах производится вручную стальными бурами, по хвостовику которых наносятся удары кувалдой. Для бурения шпуров могут применяться мотоперфораторы, мотобуры, пневмоломы и пр.

В породах V–XII категорий бурение шпуров может производиться ручными электросверлами или пневмосверлами. При крепости пород выше XII категории – перфораторами.

В табл. 59 приведена рекомендуемая область применения различных способов бурения шпуров.

Число шпуров в забое рассчитывается по формуле М.М. Протодьяконова

N = n·S;

где n – число шпуров на 1 м² площади забоя.

Удельный расход ВВ можно определить по таблицам или по формуле М.М. Протодьяконова

где е − переводной коэффициент к аммониту N 6ЖВ.

При применении другого ВВ коэффициент его работоспособности будет равен

е=Р _э/ Р,

где Р _э − работоспособность эталонного ВВ; Р − работоспособность применяемого ВВ.

Коэффициент заполнения шпура по данным СНиП III-11–77 для вертикальных стволов при диаметре патрона 32–40 мм равен

f = 3 ÷ 9; φ = 0,4 ÷ 0,5; f = 10÷ 20; φ = 0,5 ÷ 0,65.

При φ = 0,75 и заряжании патронированными ВВ диаметром 32 мм значение Р _оφ = 0,8.

Таблица 59

Категория пород по буримости	Коэффициент крепости f	Рекомендуемые параметры бурения шпуров
Способ бурения	Бурильные машины	Резцы, коронки	Штанги, буры
I II III	0,1 0,3 0,5	Область проведения выработок без применения ВВ
IV	0,8–1	Вращательный	Ручные электросверла, пневмо-сверла, гидросверла, мотобуры	Резцы: РМ-40, РМ-43, РУ-4М	Витые штанги
V	1,2
VI	1,6	Резцы: РМЦА-43, РУ-4ЦА, РУ-13
VII
VIII	2–3	Электросверла колонковые	Резцы: РП-11, РП-7	Витые и полые штанги
IX	3–4
X
XI	5–6	Резцы: РП-12В, БИ-741, СКР-2, РЭСУ-1, РБ-42-2
XII	6–7
XIII	8–9
XIV	9–10
XV	11–12	Ударно-поворотный	Перфораторы пневматические, мотоперфораторы	Коронки долотчатые для бурения в монолитных породах	Буры диаметром для перфораторов 22+0,5 мм− ПП-54; 25+0,5 мм− ПП-36, ПП-63, ПТ-29, ПТ-36, ПТ-45К, 32+0,5 мм− КС-50, П-60, П-75, ПП-63
XVI	13–15
XVII	16–17
XVIII	17–18
XIX	18–19	Коронки крестовые для бурения в трещиноватых породах
XX

В общем случае

P = (πd ³/4) Δ,

где d – диаметр заряда (патрона), см; Δ – плотность ВВ в заряде (патроне), кг/см³.

Необходимое число шпуров, расположенное определенным образом в забое, носит название "комплекта шпуров". Шпуры по назначению подразделяются на врубовые, вспомогательные и оконтуривающие. Вспомогательные и оконтуривающие шпуры являются отбойными. В выработках с небольшими поперечными сечениями (в шурфах особенно) вспомогательные шпуры, как правило, отсутствуют.

Соотношение числа врубовых (N _вр) вспомогательных (N _вс) и оконтуривающих (N _ок) шпуров можно представить как

N _вр: N _вс: N _ок = 1:0,5:2

или

N _вр: N _отб = 1: 2,5,

где N _отб − число отбойных шпуров (вспомогательных и оконтуривающих).

На рис. 68 показаны типовые схемы расположения шпуров при проведении шурфов. Глубина шпуров может колебаться в широких пределах в зависимости от интервала опробования или организации работ от 0,2–0,3 до 1,5 м. Врубовые шпуры бурятся на 20% глубже отбойных.

Величина шпурового заряда может быть вычислена по формуле

Q _шп = Q / N,

где Q – количество ВВ, необходимое для отбойки породы, обуренной за 1 цикл, кг.

Q = q·S _пр ·l _отб,

где l _отб – глубина отбойных шпуров, м.

Рис. 68. Типовые схемы расположения шпуров в забое шурфа

Основным способом инициирования зарядов при проведении шурфов является электрический с применением электродетонаторов мгновенного, замедленного и короткозамедленного действия. Возможно также электроогневое взрывание.

Погрузка породы производится в основном вручную. Возможна погрузка породы грейферными грузчиками, но с выдачей породы непосредственно на поверхность.

Крепление шурфа устанавливается проектом. В зависимости от физико-механических свойств пород крепление шурфов может производиться всплошную, венцовой крепью, на стойках, с затяжкой боков. Может применяться подвесная крепь. Участок выработки от забоя до постоянной крепи может быть усилен временной крепью.

Опорные венцы в зависимости от устойчивости стенок шурфа укладываются через 1− 10 м. К опорному венцу подвешивают рядовые венцы на строительных скобах при креплении сверху вниз или укладывают их на опорные венцы при креплении снизу вверх. Элементы крепи длиной более 2 м запрещается спускать в бадьях. Для их спуска должны применяться специальные серьги.

Подъем породы производится в бадьях подъемными механизмами. Бадьи недогружают породой до верхней кромки не менее чем на 10 см. Бадьи должны двигаться по направляющим или в отделениях, обшитых досками сплошь на всем протяжении; движение бадей без направляющих или без обшивки допускается только на расстоянии не более 20 м от забоя. Это расстояние может быть увеличено до 40 м при сплошном венцовом креплении шурфа и при применении грейферов, шурфопроходческих кранов и пр.

Проветривание шурфов глубиной до 5 м допускается за счет турбулентной диффузии, а свыше 5 м − принудительным способом, центробежными и осевыми вентиляторами небольшой мощности (типа СВЦ 78М). Схема проветривания шурфов – нагнетательная. Для подведения свежего воздуха к забою применяют брезентовые трубы.

Для проходки шурфов в крепких породах ЦНИГРИ предложен комплекс шурфопроходческих механизмов КМШ-15М. В комплекс входят шурфопроходческий кран, электрическое сверло, проходческий винтовой насос и др.

Применение комплекса КМШ-15М повышает производительность труда в 1,3–1,5 раза по сравнению с ручной проходкой.

Одним из первых шурфопроходческих агрегатов, обеспечивающих комплексную механизацию проходки шурфов, был шурфопроходческий агрегат ШПА-2. На базе автомобильного двухосного прицепа смонтирован комплекс оборудования для механизации бурения шпуров, вентиляции, подъема породы, водоотлива и изготовления крепи.

Агрегаты для механизации производственных процессов создавались в различных геологических подразделениях. В ПГО "Якутскгеология" создан шурфопроходческий агрегат СШПГА, с помощью которого механизировались следующие операции проходческого цикла: уборка породы из забоя с подъемом ее на поверхность и поинтервальной раскладкой около устья шурфа, бурение шпуров и проветривание выработки.

Ходовой базой для агрегата является трелевочный трактор ТДТ-60 (75); двигатель трактора приводит в действие подъемно-поворотный механизм и компрессор.

Подъемно-транспортный механизм смонтирован из деталей автомобильного крана ЛАЗ-690. Длина стрелы 8 м, грузоподъемность 600 кг, максимальная глубина проходимого шурфа 30 м. Для уборки и подъема породы используется пневматический четырехчелюстной грейфер с дистанционным управлением емкостью 0,07 м³. Компрессор создает давление 9 атм и имеет производительность 3,5 м³/мин.

Комплекс шурфопроходческих механизмов КМШ–ВИТР предназначен для проведения поисковых и геологоразведочных шурфов глубиной до 15 м в породах до VII категории крепости. В его состав входит электрическая переносная станция СЭП-3,5 (с бензиновым двигателем Д-300), пульт управления (ПУ), шурфопроходческий кран КШ-100, ручное электросверло ЭР-14Д, пусковой агрегат АП-1,5, насос НВП-15 и проходческий центробежный вентилятор. Комплекс обеспечивает механическое бурение шпуров, подъем и разгрузку породы, вентиляцию и водоотлив; удобен для транспортировки, так как легко разбирается на узлы массой не более 80 кг.

Примеры проведения шурфов в крепких породах достаточно подробно изложены в работе [9].