Условия применения горизонтальных скважинных зарядов для рыхления скальных горных пород

Взрывные работы при строительстве железных дорог в условиях развития (вторые пути, двух путные вставки и др.) применяются, в основном, для разрушения крепких скальных пород при уширении полки на косогоре (рис. 4.19) или разносе одного из бортов выемки. Применение горизонтальных скважинных зарядов для рыхления скальных горных пород на косогорах ограничивается возможностями буровых станков, а именно высотой бурения горизонтальных скважин.

Рис. 4.19. Пример участка однопутной железной дороги, проходящей по полке на косогоре в скальных породах

¹ Шевкун Е. Б. Указ. соч.

В настоящее время ряд фирм выпускает станки с пневмо- гидроударниками, способными бурить горизонтальные скважины. Так, например, компания «Atlas Сорсо» предлагает станки с погружным пневмоударником ROC F6, ROC L6, ROC L8 для бурения скважин диаметром 92-152 мм (рис. 4.20). Высота бурения горизонтальных скважин станком, например, ROC L8, составляет 3 680 мм, поэтому станки с погружным пневмоударником могут быть применены для бурения скальных пород на косогорах сравнительно небольшой высоты. Недостатком этих станков является то, что часто диаметр скважины заведомо большим требуемого, т. к. в скважину должны войти не только буровая коронка, но и пневмоударник.

Рис. 4.20. Горизонтальное бурение станком с пневмоударником Atlas Сорсо ROC L8

Эта же компания выпускает ряд буровых станков типа ROC L7 и ROC F9 с гидравлическими перфораторами для бурения скважин диаметром 89-127 мм (рис. 4.21).

Сам термин «бурение перфоратором» подразумевает, что перфоратор располагается в верхней части бурового става и оказывает ударное воздействие на коронку через колонну буровых штанг и энергия удара поршня перфоратора передается буровой коронке в виде ударных волн. Существенным достоинством станков с гидравлическими перфораторами, по сравнению с пневмоударниками, является большая энергия удара, поскольку давление в гидросистеме составляет 23 МПа, а в пневмоударнике давление воздуха - 0.7 МПа. Недостатком станков с гидравлическими перфораторами является также небольшая высота бурения горизонтальных скважин.

Рис. 4.21. Станок с гидравлическим перфоратором Allas Qgggg ROC L7

Кроме перечисленного оборудования, для бурения горизонтальных взрывных скважин могут быть использованы буровые станки для подземных горных работ. Так, компания выпускает ряд станков на пневмоколес- ном шасси типа Rocket Boomer, которые могут бурить шпуры диаметром 75 мм (рис. 4.22 и табл. 4.1). Как видно из табл. 4.1, эти станки имеют значительное преимущество по сравнению со станками с погружными пневмоударниками и гидравлическими перфораторами благодаря значительно большей высоте бурения горизонтальных скважин. Машина имеет повышенную производительность из-за большой площади обуривания с одной установки и применения нескольких перфораторов одновременно.

Рис. 4.22. Буровой станок для подземных горных работ фирмы Atlas Copco Rocket Boomer L2

Таблица 4.1

Краткая техническая характеристика многостреловых буровых станков фирмы Atlas Copco

Здесь, однако, придётся преодолеть устоявшиеся стереотипы и привычки к вертикальным скважинам большого диаметра, ибо с уменьшением диаметра скважин кратно падает производительность по обуренной горной массе. Но кратно же возрастает скорость бурения и существенно возрастает равномерность дробления горной массы при снижении размера среднего куска, что весьма положительно влияет на работу выемочно-погрузочного оборудования. Так, установлено ', что при уменьшении диаметра взрывных скважин в 1,95 раза (с 350 до 200 мм) повысилась износостойкость балок рукояти экскаватора в 1,7 раза, ковша - в 3,6 раза, зубьев ковша - в 2,5 раза и подъёмного каната - 1,8 раза.

Таким образом, взрывание горных пород горизонтальными скважинными зарядами под укрытием становится реальным путём комплексного решения возникших проблем: исключается обводнённость скважин и, как следствие этого, - рост производительности бурения, зарядки, отказ от экологически вредных водоустойчивых ВВ. С этой целью нами предложен способ взрывания скальных горных пород зарядами рыхления, при котором горные породы взрывают слоями, параллельными подошве уступа, последовательно сверху вниз, с увеличением мощности каждого следующего взрываемого слоя пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоев.

Для этого демпфирующие возможности трансформируемого укрытия для взрыва первого слоя оптимизируются глубиной заложения W и величиной массы заряда скважины с учётом допустимой величины подброса укрытия. Расчётными методами определяют мощность верхнего слоя взрываемых горных пород, исходя из условий снижения удельного расхода ^[1]

ВВ согласно рекомендациям В. Н. Мосинца *, полной массы укрытия и её способности демпфировать разлёт горной массы. Затем по энергии ВВ с применением стандартных методик рассчитывают параметры горизонтальных скважинных зарядов первого слоя: диаметр, расстояние между скважинами и глубину их заложения от поверхности уступа. По результатам нескольких опытных взрывов в конкретных горнотехнических условиях эти параметры уточняются и оптимизируются. При расчёте параметров скважинных зарядов для взрывания следующих слоёв горных пород используется обычная методика расчёта, поскольку масса пригрузки от взорванного первого слоя превышает необходимую массу пригрузки укрытия.

На подготовленном к обуриванию участке уступа вначале проходят контурные скважины по границе намеченного к взрыву объёма для предварительного щелеобразования. Скважины располагают под заданным углом наклона (исходя из условий длительной устойчивости откоса уступа). Контурные скважины взрывают с опережением не менее 100 мс по отношению к взрывным скважинам рыхления. Образование сплошной щели при взрывании контурных скважин обеспечивает минимальное нарушение массива в глубину уступа и создание дополнительной свободной поверхности по контуру разрушаемого объёма, от которой энергия волны напряжений отражается и в виде волны растяжения возвращается в массив оконтуренного взрываемого объёма, повышая долю энергии взрыва, используемую на дробление при многократной взрывной нагрузке вышележащих взорванных слоёв горной массы с одновременным снижением сейсмического воздействия на массив уступа ^{[2] [3]}.

Затем проходят горизонтальные скважины (параллельные или веерные), послойно обуривая уступ на ширину (глубину) горизонтального мата трансформируемого укрытия. При этом мощность каждого следующего слоя может быть увеличена пропорционально массе пригрузки от вышележащих взорванных слоёв. Скважины заряжают, монтируют взрывную сеть и укрывают намеченный к взрыву объём горного массива.

При взрыве зарядов ВВ в горизонтальных скважинах верхнего слоя начинается движение отбиваемого объёма горных пород вверх и частичная подвижка в сторону откоса уступа. Основная доля энергии взрыва расходуется на дробление горных пород и подъём горной массы с упругими элементами укрытия. Подбором массы и размеров шин укрытия обеспечивают необходимое сопротивление воздействию взрыва в рациональном режиме до окончания срабатывания скважин в первом взрываемом слое горных пород. На этом заканчивается самый важный и опасный этап взрывания под укрытием, когда все динамические усилия воспринимаются элементами укрытия.

При взрывании следующего слоя горных пород картина качественно меняется - возникает слой разрушенной горной породы, играющий двоякую роль: с одной стороны, его нижняя граница служит отражающей поверхностью для волн напряжения и до 25 % их энергии отражается в массив следующего взрываемого слоя, кроме того, взорванный слой поглощает энергию волн напряжений и она уходит на дополнительное дробление пород этого слоя ; ас другой стороны, взорванный слой выполняет роль инертной пригружающей массы, суммирующейся с массой укрытия. Учитывая эти обстоятельства, взрывание последующих слоёв происходит в щадящем для укрытия режиме. Скважины первого слоя принимают минимального диаметра, взрывание их проводят небольшими группами или одиночными зарядами.

Подробно технология взрывного рыхления горизонтальными зарядами изложена в работе^{[4] [5]}.

• [1] Влияние дробления на эффективность технологических процессов открытой разработки / М. Ф. Друкованый, Б. Н. Тартаковский, В. С. Вишняков, Э. И. Ефремов. Киев.1974. 272 с.
• [2] Мосинец В. Н, Пашков А. Д., Латышев В. А. Разрушение горных пород. М.,1975. 216 с.
• [3] Способ разрушения горных пород взрывом и устройство для его осуществления :пат. 2039253 российская Федерация. № 5066979 ; заявл. 03.08.92 ; опубл. 09.07.95. Бюл.№ 19.6 с.
• [4] Мосинец В. Н, Пашков А. Д, Латышев В. А. Указ. соч.
• [5] Шевкун Е. Б. Указ. соч.