Влияние типа вруба и схем расположения шпуров на интенсивность выбросов

01.12.2020

Опыт проведения горных выработок на шахте им. Cкoчинского показал, что на возникновение выбросоопасной ситуации оказывают влияние:

1. Горно-геологические условия: геологическое строение пород, тектонические проявления, глубина горных работ, газонасыщенность, температура, обводненность пород и др.

2. Физико-механические свойства пород: предел прочности на сжатие, растяжение и сдвиг; пористость, коэффициент Пуассона, модуль упругости и др.

3. Производственно-технологические условия, которые обусловлены горными работами: технологией проведения выработок — взрывная или механизированная, наличием очистных работ, взаимным расположением выработок и др..

Из всех перечисленных факторов только производственно-технологические условия можно изменять в широких пределах и тем самым способствовать уменьшению выбросоопасной ситуации.

Анализ статистических данных о выбросах породы, хронометражные наблюдения и проведенные исследования по совершенствованию параметров буровзрывных работ при проведении полевых бремсбергов и штреков на шахте им. Скочинского позволили установить, что частота проявления и интенсивность выбросов породы (при прочих равных горнотехнических условиях) в значительной степени зависят от схемы расположения шпуров в забое, применяемого BB, удельного расхода BB, конструкции заряда, расположения точки инициирования и других факторов. Это дает основание полагать, что частота и интенсивность выбросов породы зависят от величины динамических напряжений, возникающих при взрывных работах.

На шахте им. Скочинского выбросоопасные породы имеют неоднородное строение в отдельных слоях одной толщи пласта песчаника как по мощности, так и по простиранию. Следовательно, отдельные слои песчаника способны по-разному накапливать потенциальную энергию упругих деформаций, поэтому степень выбросоопасности пород не одинакова даже в пределах плоскости забоя выработки. Выбросоопасные, песчаники часто разделены на отдельные слои пропластками аргиллита и песчанистого сланца мощностью от 0,3 м и выше. На контактах с аргиллитами выбросоопасность песчаника снижается.

В зависимости от расположения выбросоопасного песчаника в плоскости забоя и за ее пределами в наиболее часто встречающихся вариантах можно выделить шесть групп (рис. 53), в каждой из которых выбросы проявляются неодинаково.

При расположении выработки в центре выбросоопасного слоя песчаника (группа I) разрушения массива за проектные контуры выработки происходит по всему периметру. При этом объем полостей изменяется в зависимости от характера распределения напряжений. в призабойной зоне, технологических параметров проходки и свойств песчаников. В группах II и III развитие выбросов наблюдается в бока и почву выработки. В группе III, кроме того, не исключены случаи развития выбросов в кровлю выработки, что неоднократно наблюдалось при проведении полевых штреков на шахте им. Скочинского. В группе IV выбросы пород развиваются в кровлю и почву выработки, в группе V — в бока и кровлю и в группе VI — в бока выработки. Поэтому в зависимости от степени выбросоопасности песчаника, вмещающего выработку, от места залегания выбросоопасного слоя и его мощности необходимо соответственно изменять параметры буровзрывных работ.

При проведении горных выработок на шахте им. Скочинского установлено, что выбросоопасные слои песчаника отличаются мелкими геологическими нарушениями, изменчивой мощностью, и невыдержанным залеганием. Литолого-петрографические и физико-механические свойства выбросоопасных песчаников по оси выработки изменяются через каждые 5—10 м. Постоянное изменение горно-геологических условий должно учитываться при выборе параметров буровзрывных работ.

К взрывным работам при проведении горных выработок по выбросоопасным породам предъявляются определенные требования. Необходимо для конкретных условий установить число, расположение, глубину шпуров, тип и место расположения вруба, а также величину зарядов и очередность их взрывания в зависимости от степени выбросоопасности и залегания выбросоопасного слоя в сечении выработки. Это позволяет отработать такую технологию взрывных работ, при которой: максимально используется глубина шпуров; точно оконтуривается периметр выработки; обеспечивается минимальное разрушение породы за проектным контуром выработки; отрываемая порода равномерно раздроблена и разброс ее по выработке минимален; исключается обнажение смежных зарядов BB; не происходит преждевременного переуплотнения BB в шпурах взрывами соседних зарядов, а также повреждения призабойной крепи; обеспечиваются безопасноть взрывных работ и высокая производительность при бурении и заряжании шпуров.

При выбранной технологии проведения выработки и технических средствах на производительность труда проходчика влияют: схема расположения и число шпуров, их глубина и диаметр; количество BB на забой; конструкция заряда; способ крепления выработки; организация работы по проходке, а также вспомогательных работ по ликвидации выбросов породы и т. д. Из большого числа факторов, влияющих на производительность труда проходчика, не все в одинаковой степени влияют на темпы проведения выработки. Однако поскольку предварительный выбор одного из элементов влияет на выбор другого, необходимо выделить те из них, которые в наибольшей степени влияют на скорость проходки, а затем в зависимости от них выбрать остальные параметры.

Скорость проведения выработки за сутки (м)
Влияние типа вруба и схем расположения шпуров на интенсивность выбросов

где L — относительное подвигание забоя, м; С — число ЦИКЛОВ В сутки.

Величины L и C в то же, время зависят от ранее перечисленных факторов. Например, уменьшение числа шпуров и их глубины дает возможность уменьшить продолжительность цикла и, как показал опыт, сократить интенсивность выбросов породы; плохая, организация работ по бурению шпуров, ведению взрывных работ, по уборке породы и ликвидации последствий выбросов породы вызывает увеличение продолжительности цикла и т.д. Кроме технологических факторов величина L-зависит от горно-геологических условий и физико-механических свойств пород.

На глубоких горизонтах в призабойной зоне породы находятся в сложном напряженном состоянии. Вблизи забоя по ходу выработки существует область пониженных напряжений, за которой следует область повышенных напряжений. По принятому на шахте паспорту буровзрывных работ длина шпуров 1,6—2,2 м. Практически заряды в шпурах расположены в области повышенных напряжений. Поэтому наиболее трудные условия работы по разрушению массива имеют врубовые шпуры, которые взрываются при максимальной глубине заложения зарядов. От глубины и размеров врубовой полости зависит подвигание забоя за цикл. Следовательно, подвигание забоя выработки зависит от правильно выбранного типа вруба.

Применяемые врубы можно подразделить на две основные группы: врубы, образуемые шпурами, наклоненными по отношению к оси выработки, — пирамидальный, клиновой, веерный, веерно-клиновой, боковой, «ножницы» и др.; врубы, образуемые шпурами, параллельными осп выработки, — призматический, цилиндрический, спиральный, прямой, щелевой и др.

Достоинства наклонных врубов: обеспечивают выброс породы из пределов контура, вруба, создавая благоприятные условия для взрывов зарядов отбойных и оконтуривающих шпуров; возможность применения в породах различной крепости. Недостатками наклонных врубов являются: зависимость их глубины от площади сечения выработки, ограничивает подвигание забоя; частые повреждения крепи из-за отклонения шпуров от заданного направления.

Достоинства параллельных врубов: независимость глубины врубовых шпуров от площади сечения выработки, что позволяет увеличить длину подвигания забоя. Применение параллельных врубов создает благоприятные условия для механизации процесса бурения. Недостаток параллельных врубов: необходимость увеличения числа шпуров с целью концентрации заряда для получения врубовой полости на всю длину шпуров.

В соответствии с паспортами буровзрывных работ на шахте им. Скочинского при проведении полевых штреков и бремсбергов применяют обычный и двойной вертикальный клиновые врубы. Их параметры приведены в табл. 25, из которой следует, что, независимо от ширины и высоты выработки, вертикальный клиновой вруб состоит в основном из шести шпуров (рис. 54). Размеры вруба как по ширине, так и по высоте приняты независимо от сечения выработки. Угол наклона врубовых шпуров принят в зависимости от длины шпуров без учета площади сечения выработки и крепости пород. Поэтому при отсутствии выбросов породы к.н.ш. составляет 0,6—0,8. Влияние угла наклона, шпуров к плоскости забоя на эффективность разрушения выбросоопасных пород выявлено при проведении полевых штреков № 1 и 2. Результаты взрывов зарядов оценивали по величине к. н. ш. В первой серии опытов, выполненных при вертикальном клиновой врубе с углом наклона шпуров 65, 70, 75, 80, 85°, глубина заложения шпуров 1,6 м. Длина шпуров изменялась в зависимости от угла их наклона. Заряды аммонита скального № 1 массой 0,5 кг инициировали электродетонаторами ЭДКЗ-ПМ-15. Во всех опытах этой серии врубовая полость после взрыва зарядов принимала различные формы и размеры. Самый низкий к. н. ш. (0,6) получен при угле наклона шпуров 85°. Следовательно, при уменьшении угла наклона для повышения к. н. ш. необходимо уменьшить расстояние между шпурами.

В забоях людского ходка и вспомогательного бремсберга второго западного вентиляционного ствола в период опытных работ выработки проходили, по песчанику высокой степени выбросоопасности. В первый прием взрывали шесть шпуровых зарядов вертикального клинового вруба, расположенного в центре забоя. Глубина врубовых шпуров составляла 2 м. При постоянной длине изменяли расстояние между шпурами, массу заряда и тип ВВ.

В опытах первой серии расстояние между шпурами на забое по вертикальной оси составляло 0,6 м, по горизонтальной — 1,3 м. Заряды аммонита скального № 1 по 0,75 кг на шпур инициировали электродетонаторами мгновенного действия. В результате взрывов происходили выбросы породы в бока выработки за проектное сечение от 0,5 до 0,9 м. В последующих опытах шпуры заряжали аммонитом ПЖВ-20 по 0,9 кг и интенсивность выбросов уменьшилась: полости не выходили за пределы проектного сечения выработки. При уменьшении массы заряда этого BB до 0,6 кг выбросы породы не происходили, однако к.н.ш. составил 0,6—0,7. Уменьшение расстояния между шпурами до 1,1 м при массе каждого заряда. 0,6 кг позволило увеличить к.н.ш. во врубовой полости до 0,9.

В восточном полевом штреке № 2 с восточного воздухоподающего ствола сечением вчерне 10,6 м2 проведены испытания простого и двойного вертикального клиновых врубов при глубине врубовых шпуров 1,8; 2,0; 2,2 и 2,4 м; BB — аммонит ПЖВ-20. Результаты испытаний приведены в табл. 26, данные которой показывают, что в породах с небольшой степенью выбросоопасности более высокий, к.н.ш. обеспечивается двойным клиновым врубом. В породах с высокой степенью выбросоопасности к.н.ш. до 0,98 обеспечивается простым вертикальным врубом. Анализ результатов проведенных опытов позволил установить, что параметры вруба зависят от степени выбросоопасности пород. Отсутствие оперативных методов измерения концентрации напряжении в призабойной зоне и степени выбросоопасности пород не позволяет определить оптимальные параметры вруба, исключающего возможность проявления выброса в течение длительного срока.

Применение, вертикального клинового вруба в условиях выбросоопасных пород требует особой точности бурения шпуров. Отклонение шпуров от проектного направления является основной причиной повреждения постоянной крепи. Кроме того, имеется разброс по времени срабатывания инициируемых зарядов с одним и тем же интервалом замедления. Чтобы обеспечивать эффективную работу клинового вруба, необходимо бурить дополнительные шпуры в центре вруба.

Для снижения интенсивности выбросов породы выполнена опытная проверка эффективности щелевого горизонтального вруба. Расстояние между врубовыми шпурами по высоте не превышало 400 мм. При наличии выбросоопасного песчаника по всему, сечению выработки щелевой вруб располагали у подошвы выработки (рис. 55). Преимущество такого расположения врубовых шпуров в следующем: горизонтальные ряды шпуров располагали на близком расстоянии, что обеспечивало создание щели по всей ширине выработки; при возникновении выброса малая площадь врубовой полости не дает развиться ему до больших размеров.

Экспериментальная проверка щелевых врубов проведена в забое полевого откаточного штрека; где песчаник высокой степени выбросоопасности располагался в средней части выработки. Длина врубовых шпуров изменялась от 1,6 до 2,2 м.. Заряды аммонита ПЖВ-20 по 0,9—1,2 кг на шпур инициировали электродетонаторами ЭДКЗ-ПМ-15 с пятью ступенями замедления в один прием. Опытными взрывами установлено, что с применением щелевых врубов интенсивность выбросов несколько снизилась, но при одновременном взрывании всего комплекта шпуров полную оценку влияния схемы вруба сделать практически невозможно, так как выброс может провоцироваться оконтуривающими шпурами.

Раздельное взрывание врубовых и оконтуривающих шпуров дало возможность оценить влияние типа вруба на параметры врубовой полости. При щелевом врубе выбросы не выходят за пределы проектной площади сечения выработки (рис. 56), в то время как при вертикальном клиновом врубе часто провоцируется выброс, полости от которого выходят за пределы проектной площади сечения выработки. Однако полости от выброса при взрыве врубовых шпуров в десятки раз меньше, чем при взрыве полного комплекта шпуров за один прием.

Расположение шпуров в комплекте с врубом любого типа должно обеспечить подвигание забоя на глубину шпуров и соответствующее проекту оконтуривание выработки. Опытами по выбросоопасным породам доказано, что проектирование схем расположения полного комплекта шпуров для проведения выработки в течение длительного периода нецелесообразно. В связи с непостоянным залеганием выбросоопасных пород по простиранию требуется регулярная корректировка схем расположения шпуров.

Влияние схем расположения и числа одновременно взрываемых шпуров на темпы проведения выработок и объем разрушения выбросоопасных пород за проектным контуром определяли при проведении вспомогательного бремсберга центральной панели шахты им. Скочинского. Бремсберг проходили снизу вверх и сверху вниз по выбросоопасным песчаникам. При проведении вспомогательного бремсберга снизу вверх применяли 8 схем расположения шпуров (рис. 57). Перед началом проходки бремсберг полным сечением располагали в невыбросоопасных породах. В забое бурили 39 шпуров длиной 1,6 м (см. рис. 57, схема № 1). Заряды скального аммонита № 1 по 0,75 кг на шпур инициировали электродетонаторами ЭДКЗ-ПМ-15. По данному паспорту было выполнено 11. взрывов и подвигание забоя за цикл составляло 1,3 м.

Во время 12-го взрыва произошел выброс породы из почвы выработки интенсивностью 47 м3, после чего шпуры заряжали аммонитом ПЖВ-20 по 0,9 кг. и по тому же паспорту выполнено 17 взрывов. В дальнейшем песчаник в кровле выработки начал замещаться выбросоопасным, и из кровли произошел выброс интенсивностью 164 м3. В связи с этим стали работать по новому паспорту буровзрывных работ, в котором общее число шпуров уменьшили до 24 (см. рис. 57, схема № 2). В 11 циклах взрывов выбросов не наблюдалось. Когда выработка полным сечением вошла в выбросоопасный песчаник, стали происходить выбросы из кровли выработки.

Число шпуров снова уменьшили до 18 (см. рис. 57,1 схема № 3). При этой схеме расположения шпуров произошло два выброса в 12 циклах. Общий объем | разрушенной породы за проектным контуром составил 104 м3. Подвигание выработки за месяц 22 м. На протяжении 5 месяцев применяли еще пять схем расположения шпуров (см. табл. 27). Данные об объеме разрушения породы за проектным сечением выработки по указанным паспортам буровзрывных работ представлены в табл. 27 из которой следует, что при расположении шпуров по всему забою происходят выбросы большой интенсивности. Уменьшение общего числа шпуров позволяет снизить интенсивность выбросов и частоту их проявления, поэтому в выбросоопасных породах необходимо буровзрывные работы осуществлять в два-три приема.

При экспериментальных работах по раздельному взрыванию в забое восточного полевого штрека №2 с главных стволов вертикальный двойной клиновой вруб бурили на глубину 1,6—2 м (рис. 58). Заряды аммонита скального № 1 массой 0,5—0,75 кг инициировали электродетонаторами ЭДКЗ-ПМ-15 трех ступеней замедления. Для создания водяной завесы в забое на почве выработки укладывали два полиэтиленовых мешка- емкостью по 50 л, в которых взрывали патрон ПВП-1 с электродетонатором мгновенного действия. В результате взрыва полость от выброса породы обычно не выходила за пределы проектного контура, а дальность разброса породы не превышала 12 м.

После уборки породы по периметру выработки бурили оконтуривающие шпуры (см. рис. 58). Часть шпуров устанавливали в зависимости от толщины породного целика в выработке. Глубина шпуров при л.н.с., равной 0,5, принята 1,6—2 м. Заряды аммонита ПЖВ-20 массой по 0,3—0,6 кг на шпур инициировали электродетонаторами ЭДКЗ-ПМ-15 четырех ступеней замедления. Взрывание зарядов в оконтуривающих шпурах иногда сопровождалось выбросами породы малой интенсивности. Полости выходили за контуры проектного сечения на 0,5—1,6 м.

Анализ опытных работ позволил установить, что в результате раздельного взрывания врубовых и оконтуривающих шпуров интенсивность выбросов уменьшилась в 2—3 раза. Наряду с этим расход шпурометров на 1 м3 породы уменьшился на 40—60%, а удельный расход BB снизился на 30—50%, к.н.ш. достиг 0,9—1,0. Темпы проведения выработки увеличились с 18— 25 до 40 м при одновременном взрывании комплекта шпуров.

Достоинства раздельного взрывания: после взрыва врубовых шпуров имеется возможность оценить размеры полости, которая обычно не выходит за пределы проектного контура выработки; в зависимости от толщины породного целика, оставшегося в выработке, можно уточнить число оконтуривающих шпуров и массу заряда в них.

При одновременном взрывании полного комплекта шпуров в большинстве случаев происходит непроизвольный перерасход BB и бурения на 1 м3 породы, что увеличивает интенсивность выброса.

При раздельном взрывании общее число шпуров на забой несколько снизилось. В обычных условиях при отсутствии выбросов породы для проведения выработки сечением 15,6 м3 необходимо бурить 48—54 шпура. В выбросоопасных породах общее число одновременно взрываемых шпуров в первый прием составляет 8—20 в зависимости от степени выбросоопасности пород, а общее число 38—44.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна