МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Основным способом вскрытия современных месторождений полезных ископаемых является проходка вертикальных стволов различного назначения.

Анализ данных по ряду вертикальных стволов, проектирование и строительство которых осуществлялось в России и за рубежом, показывает, что наметилась тенденция к увеличению глубины сооружаемых стволов. Увеличение глубины ствола обуславливается необходимостью вскрытия более глубоких месторождений, переходом рудников с открытой на подземную систему разработки [4].

При большой глубине разработки вскрытие вертикальными стволами может быть единственно возможным.

В горной промышленности взрывные работы широко распространены при строительстве вертикальных стволов. Эффективность и безопасность взрывных работ в вертикальных стволах зависит от многих факторов, и, прежде всего, от квалификации взрывников и мастеров-взрывников, непосредственно выполняющих эти работы. Эффективным средством разрушения горной породы при строительстве вертикальных горных выработок является ведение буровзрывных работ (БВР), осуществление которых производится в непосредственной близости с постоянной крепью и подвесного проходческого оборудования, а также осложняется подтоплением забоя водой и различными вариациями свойств пересекаемых пород и т.д. При проходке стволов удельный вес БВР в общем объеме проходческого цикла составляет от 25…30%, если крепость пород до 8, и 40…50%, если более 10 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Буровзрывные работы в стволе должны обеспечить точно соответствующую проекту форму и размеры поперечного сечения ствола, равномерное дробление породы для обеспечения максимальной производительности погрузочной машины и высокого коэффициента использования шпуров.

Предлагаемые методики расчета параметров БВР в результате, могут устанавливаться не совсем корректно, что в значительной мере сказывается на эффективности ведения взрывных работ. Таким образом, существующие методики не всегда дают требуемые результаты. Основной причиной этого может служить как компетенция специалиста, выполняющего расчеты, так и различного рода факторы, не учтенные при разработке методики.

Предлагаемая методика расчета параметров БВР направлена на улучшение эффективности показателей БВР при строительстве вертикальных стволов.

В основу методики было положено утверждение Б.Н. Кутузова и А.П. Андриевского [1-3] о формировании зон регулируемого дробления вокруг взрываемого заряда взрывчатого вещества.

Расчет радиуса зоны смятия производится по следующей зависимости:

, м,                                            (1)

где d – диаметр заряжаемого шпура (скважины), м;

ρ– плотность ВВ в заряде, кг/м³;

σ_с– предел прочности пород на сжатие, Па.

Далее следует расчет радиуса зоны трещинообразования:

, м,                    (2)

где τ_ср – предел прочности разрушаемого массива на срез (0,1÷0,02·σ_сж);

K_с – коэффициент структурного ослабления.

Линия наименьшего сопротивления, рассчитываемая по следующей зависимости:

  , м,                                         (3)

где R_тр – радиус зоны трещинообразования, м;

α – минимальный угол образующейся взрывной воронки α=60°.

После вышеуказанных вычислений по определению основных параметров БВР, производится графическое построение паспорта. При этом, изменение расстояния от расчётного параметра допустимо не более чем на ±10%.

Графическое построение начинается с оконтуривающих шпуров, шпуры расставляются на расстоянии зоны трещинообразования R_тр друг от друга (рис 1).

Рисунок 1. Расположение оконтуривающих шпуров

От окружности оконтуривающих шпуров откладывается расстояние линии наименьшего сопротивления (W) и строится первая окружность вспомогательных шпуров. Шпуры также расставляются на расстоянии зоны трещинообразования R_тр (рис.2).

Рисунок 2. Расположение первого ряда отбойных шпуров

Если при расчетах образуются участки выработки, которые могут быть не проработаны взрывом, на расстоянии линии наименьшего сопротивления от окружности первого ряда вспомогательных шпуров строится второй ряд вспомогательных шпуров (рис.3).

Рисунок 3. Расположение второго ряда отбойных шпуров

Затем в центре ствола располагается взрывной вруб (рис.4).

Рисунок 4. Расположение врубовых шпуров

На основе исходных данных (табл.1), были рассчитаны основные параметры паспорта БВР (табл.2), по которым графически был построен паспорт БВР (рис.5).

Таблица 1

Исходные данные для расчета паспорта БВР

Таблица 2

Характеристики основных параметров

Рисунок 5. Паспорт буровзрывных работ, разработанный по предлагаемой методике

Предлагаемая методика определения параметров буровзрывных работ при проходке вертикальных горных выработок при расчетах показывает уменьшением общего объема бурения и снижения расхода взрывчатого вещества, без снижения качества оконтуривания выработки и дробления отбиваемой породы. В настоящий момент ведутся переговоры о проведении промышленных испытаний.

Работа в данном направлении ведётся в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук – МК-5475.2015.8.

Список литературы:

1. Вохмин С.А. Методика расчёта параметров буровзрывных работ при проходке горизонтальных и наклонных горных выработок // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 4 (48). С. 5-9.
2. Кирсанов А.К., Вохмин С.А., Курчин Г.С. Совершенствование методики расчета параметров буровзрывных работ при строительстве горизонтальных и наклонных горных выработок на примере рудников ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2015. Т.8. №4. С.396-405.
3. Кутузов Б.Н., Андриевский А.П. Новая теория и новые технологии разрушения горных пород удлиненными зарядами взрывчатых веществ // Новосибирск: Наука, - 2002, с. 96.
4. Плешко М.С. Обоснование параметров крепления глубоких вертикальных стволов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2010. №1. С.182-188.