Взрывные работы в угольных шахтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

92

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению курсового проекта

Взрывные работы в угольных шахтах

Донецк - 2010

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Целью курсового проекта является закрепление знаний, полученных при изучении дисциплин "Разрушение горных пород" и "Взрывозащита горных выработок при их строительстве". Проект выполняется на 5 семестре после изучения дисциплины "Разрушение горных пород" и прохождения студентом производственной практики на действующей шахте.

Проект выполняется параллельно с изучением дисциплины "Взрывозащита горных выработок при их строительстве". В процессе выполнения проекта студент приобретает опыт работы над дипломным проектом и в будущей инженерной деятельности. Выполнение курсового проекта будет способствовать развитию навыков самостоятельной работы, поможет проявить творческие способности и умение, на практике использовать знания, полученные при изучении теоретических дисциплин.

Задачи курсового проекта определяются тем, что в процессе его выполнения студент должен научиться:

· умению увязывать частные вопросы, решаемые в проекте, с общими народнохозяйственными задачами;

· выбирать и научно обосновывать принятые технические решения;

· применять современные, наиболее эффективные методы расчета и средства вычислительной техники; умению четко выражать идею технического решения; пользоваться специальной научно-технической и справочной литературой, действующими стандартами и патентными материалами;

· производить критический анализ действующей технологии путем оптимизации параметров взрывных работ.

2. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТ

Задание по курсовому проекту выдается руководителем проекта индивидуально каждому студенту согласно варианта по таблице (Приложение А) или после рассмотрения материалов, собранных студентом на производственной практике на действующей шахте. С этой целью во время прохождения практики студент должен ознакомиться с технологией буровзрывных работ при проведении подземной горной выработки и в отчет по практике включить исходные данные для составления проекта буровзрывных работ для этой выработки:

· наименование выработки;

· форма поперечного сечения;

· материал крепи;

· площадь поперечного сечения выработки;

· размеры поперечного сечения;

· глубина расположения выработки;

· длина выработки;

· схема горных выработок, примыкающих к данной выработке;

· характеристика пересекаемых выработкой горных пород (наименование пород, коэффициент их крепости по шкале М.М. Протодьяконова, трещиноватость пород, приток воды);

· характеристика пылегазового режима, в условиях которого проводится выработка (выделение СН₄, наличие взрывоопасной угольной пыли, наличие суфляров, опасность по внезапным, выбросам угля, газа и др.);

· применяемые на шахте взрывчатые вещества и средства инициирования.

К отчету по практике также прикладывается копия действующего паспорта БВР при проведении рассматриваемой выработки.

3. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ УКАЗАНИЯ

3.1 Состав и объем курсового проекта, организация и планирование работы над ним

В процессе проектирования между преподавателем-руководителем курсового проекта и студентом-проектантом должны быть установлены связи, приведенные в табл.1.

Следует отметить, что инициатива выбора того или иного технического решения в конечном счете принадлежит проектанту. Задача же руководителя - предостеречь его от ошибок, обратить внимание на более современные или оптимальные методы, помочь определить глубину и полноту раскрытой темы и т.д.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка включает обоснование принятых технических и организационных решений, необходимые расчеты, рисунки, схемы, таблицы.

В начале записки размещается задание на проектирование, подписанное руководителем проекта, и содержание, в конце - перечень литературы со ссылками в тексте.

Текст записки излагается на стандартных листах бумаги формата А4 (210х297 мм). Графическая часть проекта оформляется в виде чертежей на стандартном листе формата А1 (841х594 мм). Чертежи должны иметь все необходимые размеры, надписи, угловой штамп.

Выполненный курсовой проект подается руководителю в установленный учебным планом срок, а после проверки руководителем назначается дата защиты.

3.2 Указания о порядке защиты проекта

Законченный проект студент сдает руководителю в срок, установленный календарным графиком. После проверки проекта руководителем и устранением отмеченных им ошибок курсовой проект допускается к защите перед комиссией, назначаемой заведующим кафедрой. В состав комиссии обязательно входит руководитель проекта. При оценке проекта учитываются: обоснованность и правильность принятых решений, качество выполнения графического материала и расчетно-пояснительной записки, реальность выполненного проекта для производственных условий (подтвержденная предприятием), содержание доклада и ответов на вопросы во время защиты.

Таблица 1. Связи «Руководитель - студент» при выполнении КП

№ п/п	Руководитель	Проектант
1.	Выдает задание на курсовой проект	Получает задание и методические указания на выполнение курсовой работы
2.	Проводит беседы со студентами, чтобы убедиться, что задания поняты ими.	Уясняет и уточняет задание у руководителя
3.	Рассматривает календарные графики выполнения курсового проекта по срокам и содержанию. Согласовывает сроки промежуточного контроля с этапами выполнения проекта, устанавливает сроки консультаций.	Составляет календарный план выполнения проекта, согласовывает его с руководителем. Вносит в график сроки промежуточного контроля и консультаций.
4.	Осуществляет руководство проектантами, предлагает современные технические решения и методы расчета.	Выполняет работы над проектом в соответствии с календарным планом, консультируясь с руководителем.
5.	Осуществляет промежуточный контроль качества и объема работ.	В установленные сроки представляет руководителю выполненные части проекта для проверки.
6.	Организует и проводит консультации, разъясняя особенности следующего этапа проектирования.
7.	Тщательно проверяет полноту и качество выполняемого курсового проекта.	Представляет полностью выполненный курсовой проект на просмотр руководителю и готовится к защите проекта.
8.	Уточняет сроки защиты проекта.	Вносит уточненный срок в календарный план выполнения проекта.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

4.1 Общие методические указания. Рекомендуемая литература

Проектирование является особым видом инженерной деятельности, где недостаточно знаний лишь одной теории: нужны критические оценки существующих технологических и логических решений, а так же умение воплощать свои идеи на практике в форме конкретного технического решения производственной задачи.

Вначале выполняется вся расчетная часть, а затем графическая часть проекта. Однако при составлении схем расположения шпуров рекомендуются расчеты параметров расположения отдельных групп шпуров выполнять параллельно с конструктивной разработкой на схеме в виде черновика на миллиметровой бумаге.

4.2 Методические указания по выполнению расчетно-пояснительной записки

4.2.1 Введение

В данном разделе описывается цель работы в соответствии с индивидуальным заданием. Дается оценка геологических и горнотехнических условий выполнения взрывных работ, а также характеристика выработки и условий проведения выработки (наименование, форма и площадь поперечного сечения выработки, размеры, опасность по метану и взрывчатой угольной пыли).

Приводится характеристика горных пород (коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова (f), текстура, трещиноватость, обводненность, акустическая жесткость породы).

Горно-геологические условия угольных месторождений характеризуются рядом специфических особенностей: резкое различие физико-механических свойств пород, слагающих угленосные формации, которые представлены бурыми и каменными углями, антрацитами, аргиллитами (глинистыми сланцами), алевролитами (песчаными сланцами), песчаниками и известняками; показатели физико-механических свойств пород в различных частях месторождений (бассейнов) варьируют в широких пределах; породный массив характеризуется значительной анизотропностью; горные породы могут быть трещиноватыми и монолитными, устойчивыми и неустойчивыми, склонными к пучению; угол падения пластов меняется от 0 до 90є. В таких условиях осложняется решение проблемы обеспечения устойчивости выработок, особенно при проявлении горного давления угля и вмещающих пород. Кроме того, фактором, значительно осложняющим процессы горного и взрывного дела, является метаноносность, присущая почти всем месторождениям каменных и частично бурых углей. Нередко имеют место газодинамические явления - суфлярные выделения метана, внезапные выбросы его с углем или породой. Склонность угля к образованию взрывоопасной угольной пыли, к самовозгоранию вызывают необходимость осуществления комплекса весьма трудоемких и дорогостоящих мер безопасности.

Важнейшей технологической характеристикой породного массива, оказывающей наибольшее влияние на эффективность взрывных работ, является прочность пород, характеризуемая временным сопротивлением на одноосное сжатие у_сж (МПа) или коэффициентом крепости по проф. М.М. Протодьяконову, представляющему собой у_сж/10.

Для учета физико-механических свойств горных пород при установлении параметров буровзрывных работ следует использовать лабораторные данные о свойствах этих пород и, при необходимости, уточнять их в процессе ведения горных и взрывных работ. При определении рациональных параметров взрывных работ нужно применять усредненные значения показателей физико-механических свойств породы.

Приведенные в табл. Б.1, Б.2, Б.3, Б.4 и Б.5 (Приложение Б) показатели физико-механических свойств горных могут служить ориентировочными данными при проектировании и производстве взрывных работ. В этих таблицах приняты следующие обозначения:

f - коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову;

с_пор - плотность пород в массиве, кг/м³;

м - коэффициент Пуассона;

С_пор - скорость распространения звуковых волн в массиве, м/с;

f_тр - коэффициент внутреннего трения пород (тангенс угла внутреннего трения);

П_ч - пористость (пустотность) пород, %.

Также в этом разделе обосновывается необходимость проведения выработки буровзрывным способом.

4.2.2 Условия ведения взрывных работ в угольных шахтах

Для эффективного и безопасного ведения взрывных работ в забоях выработок угольных шахт, в зависимости от интенсивности пылегазовых проявлений и особенностей проходки, условия ведения взрывных работ разделены на следующие группы и подгруппы относительной безопасности:

I - Условия в угольных шахтах, опасных по внезапным выбросам:

Iа - в забоях, отнесенных к опасным по внезапным выбросам угля, газа или породы;

Iб - в забоях, не отнесенных к опасным по внезапным выбросам.

II - Условия в угольных шахтах, опасных по газу и пыли:

IIа - в забоях с повышенным выделением метана;

IIб - в забоях, в которых возможно образование опасных концентраций метана, кроме забоев с повышенным выделением метана.

IIв - в угольных смешанных забоях на пластах с незначительным выделением метана, опасных по газу и пыли;

IIг - в чистопородных забоях, где имеется выделение метана, но не опасных по пыли;

IIд - в чистопородных, угольных и смешанных забоях по антрацитовым пластам при отсутствии метана и не опасным по угольной пыли, а также в забоях вертикальных стволов, проводимых с поверхности, при наличии метана (менее 1%) и подтопления забоя водой на высоту не менее 0,2 м.

III - Условия в угольных шахтах, не опасных по газу или пыли.

К группе I отнесены условия угольных шахт, разрабатывающих пласты, опасные или угрожаемые по внезапным выбросам угля и газа; шахты с выбросами породы (опасные по внезапным выбросам).

К группе ІI отнесены условия угольных шахт 1-3 категорий опасности по газу, сверхкатегорные с относительной метанообильностью 15 куб.м/т, более опасные по суфлярным выделениям или разрабатывающие пласты с выходом летучих веществ 15% и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих веществ, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными испытаниями.

К группе IІІ отнесены условия взрывания в угольных шахтах, не опасных по газу или пыли. В забоях шахт этой группы не предъявляется каких-либо ограничений по пылегазовому фактору и безопасность в них обеспечивается соблюдением требований ЕПБ при взрывных работах, распространяющихся на шахты, не опасные по газу и пыли.

Режимы ведения взрывных работ.

Взрывные работы в очистных и подготовительных выработках и на протяжении выработок должны осуществляться при соблюдении определенного для каждого забоя или протяженной выработки режима, разработанного в соответствии с требованиями, приведенными в табл. В.1 Приложения В.

Особенности взрывных работ в восстающих выработках.

Взрывные работы в угольных и смешанных забоях восстающих (с углом восстания более 10⁰) выработок, в которых выделяется метан, должны выполняться с применением предохранительных ВВ V, VI классов. При этом:

· применение предохранительных ВВ V класса, допускается в угольных и смешанных забоях восстающих выработок, в которых выделяется метан, при проведении их с предварительно пробуренными скважинами, обеспечивающих проветривание выработок за счет общешахтной депрессии.

· предохранительные ВВ VI класса разрешается применять в угольных забоях восстающих выработок, в которых выделяется метан, при проведении их без предварительно пробуренных скважин.

Ведение взрывных работ по нарушенному массиву.

Проведение выработок по завалу, как правило, сопровождается образование за контуром выработки куполов и пустот. В полостях, шпурах и трещинах массива, а также в куполах и пустотах за контуром выработки шахт, опасных по газу, как правило, скапливается метан в опасных концентрациях.

При взрывной отбойке пород нарушенного массива шпуровой заряд ВВ может обнажиться непосредственно или пересекаться открытыми и закрытыми трещинами. При этом происходит так называемое «обнажение заряда», под которым понимается образование непосредственного контакта поверхности заряда или его части с рудничной атмосферой. Шпуровые заряды могут иметь обнажение различных видов, основными из которых являются боковые и торцовые.

Эффективность и безопасность взрывных работ в выработках, проводимых по нарушенному массиву, в которых имеется выделение метана, обеспечивается выполнением мер, предусматривающих:

· применение предохранительных ВВ V и VI классов, при этом максимальная масса заряда должна составлять для ВВ типа угленита 13П - 0,2 кг, для угленита 10П - три патрона общей массой 0,6 кг;

· создание предохранительной среды в опережающих частях пластов и в призабойном пространстве выработки с помощью водораспылительных завес или водовоздушных завес длительного действия. Применение пластичной ингибиторной забойки в донной части шпуров;

· выбор оптимальных безопасных параметров взрывных работ с использованием шпуров глубиной более 1,5 м;

· для производства взрывных работ в выработках, проводимых по нарушенному трещиноватому массиву при отсутствии выделения метана допускается использование ВВ IV класса с максимальной общей массой заряда 0,6 кг. Взрывные работы в этих условиях могут проводиться с использованием гидрозабойки без применения способов создания предохранительной среды. Заряды во всех случаях инициируются предохранительными электродетонаторами мгновенного и короткозамедленного действия с временем замедления последней ступени, не превышающим 120 мс по номиналу;

· для предотвращения воспламенения метана и угольной пыли в выработках, где имеются водопроводы с давлением воды 1,0 МПа и более, должны применяться водовоздушные завесы длительного действия, создаваемые распылительными устройствами типа Р3-7 при подаче к ним воды под давлением не менее 0,5 МПа.

Предохранительная среда при применении таких завес создается как в призабойном пространстве напротив устьев шпуров, так и в опережающих полостях нарушенного массива и в видимых куполах и пустотах незакрепленных постоянной крепью выработки по всему ее сечению;

· в случаях, когда нет условий для создания водовоздушных завес длительного действия, в качестве предохранительной среды при взрывных работах могут применяться водяные (водораспылительные) завесы кратковременного действия, создаваемые взрывным распылением воды из полиэтиленовых сосудов емкостью 20…40 л. Такие завесы должны создаваться с двухрядным расположением сосудов. Технология и организация работ по созданию водораспылительных завес должны соответствовать требованиям «Руководства по применению водяных завес при взрывных работах в угольных шахтах»;

· в качестве внутренней забойки необходимо применять полиэтиленовые ампулы, заполненные водой, или пластичную ингибирующую забойку ИПЗ-1 (ингибиторная пластичная забойка) или ПЗМ-3 (пластичный забоечный материал). В случаях, когда не исключается возможность обнажения заряда ВВ, целесообразно использовать две ампулы с водой, одна из которых располагается со стороны шпура (донная забойка), а вторая - со стороны устья;

· шпуры бурятся непосредственно перед заряжанием. При этом, время, задолживаемое на выполнение вспомогательных операций после окончания бурения до заряжания шпуров, должно быть не более двух часов;

· от видимых на открытой поверхности забоя трещин шириной 2 мм и более шпуры должны располагаться на расстоянии не менее 0,3 м.

Взрывные работы по частичному рыхлению (ослаблению) угольного массива.

Взрывное рыхление (ослабление) угольного массива применяют в забоях подготовительных выработок при струговой или молотковой выемке угля и в очистных забоях - в целях снижения трудоемкости и повышения производительности труда.

Эффективность и безопасность взрывного рыхления угольного массива в шахтах, опасных газу и пыли, обеспечивается выполнением следующих мер:

· при взрывном рыхлении должны использоваться ВВ ІV класса, типа аммонит Т-19 (ПЖВ-20) и электродетонаторы мгновенного действия типа ЭДКЗ-0П;

· глубина шпуров должна составлять 3…5 м;

· расход ВВ следует принимать для мягких (f = 1,0), средней крепости (f = 1,0…1,50) и крепких углей (f = 1,51…2,0 и более), соответственно 0,45, 0,55 и 0,65 кг на 1 м шпура;

· при рыхлении угля в забоях с одной открытой поверхностью расстояние между зарядами по мягким, средней крепости и крепким углям должно составлять соответственно 1,5, 1,2 и 1,0 м. В забоях с двумя открытыми поверхностями (пласты мощностью до 1,2 м) эффективное расстояние между зарядами нужно принимать 1,4…1,5 мощности пласта;

· в качестве забойки шпуров должна использоваться пластичная забойка ИПЗ-1 или ПЗМ-3 в ампулах, или иная забойка, допущенная для этих целей. При этом число ампул должно быть не менее трех, одна из которых укладывается в донной части шпура;

· общая длина забойки в отдельном шпуре должна составлять не менее 3-х кратной величины, предусмотренной требованиями ЕПБ при взрывных работах;

· другие операции по производству взрывного рыхления угольного массива должны выполняться в соответствии с требованиями ЕПБ при взрывных работах и нормативных документов по применению гидрозабойки.

Сотрясательное взрывание.

Сотрясательное взрывание - специальный вид взрывных работ, выполняемых на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа, который осуществляется в определенном режиме, направленном на защиту людей от последствий возможных выбросов угля, породы и газа.

Сотрясательное взрывание применяется:

· при проведении горизонтальных, наклонных (проводимых сверху вниз) и восстающих выработок с углом наклона до 10⁰ включительно, а также для отбойки угля в очистных забоях;

· при вскрытии выбросоопсных угольных пластов мощностью более 0,1 м;

· при вскрытии угрожаемых угольных пластов, если прогнозом установлены опасные значения показателей выбросоопасности или прогноз не осуществлялся;

· при вскрытии песчаников на глубине 600 м и более, если прогнозом установлено, что песчаник выбросоопасный или прогноз выбросоопасности перед вскрытием не осуществлялся;

· при проведении выработок по выбросоопасным песчаникам;

· при проведении пластового и внепластового (передового) торпедирования, предназначенного для предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

Прогноз опасности пласта или его участка по внезапным выбросам и определение необходимости ведения ВР в режиме сотрясательного взрывания проводятся согласно «Инструкции по ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа».

Выбор параметров сотрясательного взрывания и порядок его проведения осуществляются в соответствии с «Инструкцией по применению сотрясательного взрывания в угольных шахтах».

Взрывные работы в очистных забоях.

Основные параметры взрывных работ для очистных забоев устанавливаются на основании расчетных данных, практики ведения взрывных работ в аналогичных горно-геологических условиях, включая другие предприятия, а также опытных взрываний в данном забое.

Опытные взрывания должны проводиться согласно ЕПБ при взрывных работах.

С применением взрывных работ проводят отбойку угля в лавах на пластах с предварительным щелеобразованием при помощи машинного вруба, проходки ниш при комбайновой выемке угля, предварительное рыхление массива угля перед выемкой комбайном или стругом крепких и весьма крепких углей.

Кроме того, отбойку взрывами выполняют при невозможности применения механизированной выемки угля на наклонных и пологих пластах в зонах геологических нарушений, а также на крутопадающих пластах. При взрывных работах в очистных забоях (лавах), особенно при использовании ВВ V и VI классов предохранительности, необходимо обращать особое внимание на подбор оптимальных интервалов замедлений между смежными шпуровыми зарядами. Интервалы целесообразно увеличивать:

· при уменьшении мощности (работоспособности) взрывчатого вещества;

· при уменьшении мощности пласта (взрывание в зажатой среде) или при увеличении глубины шпуров;

· при слабой кровле (с целью снижения опасности деформации призабойной крепи);

· при увеличении расстояний между смежными шпуровыми зарядами.

Оптимальные интервалы замедлений в связи с этим являются переменными и колеблются в пределах 30…50 мс. При подборе интервалов необходимо учитывать отклонения, связанные с качеством изготовления ЭД, которые у ЭДКЗ-ПКМ могут составлять ±(7 - 10 мс).

Взрывные работы для забоев пластовых выработок с одной открытой поверхностью, т.е. проводимых совместной выемкой угля и породы.

Расчет ведут по той же схеме со следующими особенностями:

а) отдельно рассчитывают параметры ВР для угольного пласта, верхней породной подрывки и нижней породной подрывки;

б) при определении параметров ВР при одновременном взрывании угля и породы за величину S_вч принимают общее сечение выработки;

в) принимают крепость той породы, для которой ведется расчет.

Взрывные работы для забоев выработок с двумя открытыми поверхностями.

Порядок расчета параметров паспорта БВР для породных подрывок рассчитывают согласно раздела 4.2.6.2, но учитывают минимальное расстояние до свободной поверхности от первого ряда шпуров. Оно равно для породы 0,3 м, а для угля - 0,5 м.

4.2.3 Выбор метода ведения взрывных работ, способа и режима взрывания, ВВ и средств инициирования зарядов

В зависимости от горно-геологических условий проведения выработки (текстура и крепость пород, их обводненность, наличие метана и взрывчатой угольной пыли и др.) обосновываются и выбираются: метод выполнения взрывных работ (обычное или контурное), способ электрического взрывания (короткозамедленное, замедленное, комбинированное), режим взрывания (обычное или сотрясательное), количество приемов взрывания, взрывчатые вещества и средства инициирования.

Рекомендации по выбору ВМ, способов взрывания, конструкции, порядка инициирования шпуровых зарядов, забойки, с учетом требований эффективности и безопасности работ сводятся к следующему: выбранные взрывчатые материалы, способы взрывания должны обеспечивать необходимый эффект взрыва, характеризующийся высоким КИШ, достаточной степенью дробления пород, незначительным их развалом и воздействием на крепь выработок, минимумом нарушения законтурного массива и удовлетворять установленным требованиям безопасности.

Пылегазовая обстановка конкретных забоев угольных шахт может существенно ограничивать ассортимент ВМ и способы взрывания, что в ряде случаев обуславливает ведение взрывных работ с большими затратами труда и средств.

При выборе ВВ должны учитываться технологические и организационные факторы, включающие: удобство в обращении и хранении ВМ, их доставку к объектам и местам работ, стоимость, возможность поставки заводами. При этом соответствие энергетических свойств условиям применения должно быть определяющим. Из равноценных по энергетическим свойствам при наличии надежных средств механизации заряжания, предпочтение должно отдаваться только тем ВМ, которые отвечают установленным требованиям.

Все патронированные ВВ, рекомендуемые для применения в угольных шахтах, относительно водостойки и в установленных пределах времени могут использоваться в забоях любой степени обводненности.

При проведении горизонтальных и наклонных выработок в неопасных условиях забоев подгруппы II_д по породам с f не менее 10 следует использовать ВВ II-го класса, не содержащие сенсибилизаторов более чувствительных, чем тротил (аммонит 6ЖВ, аммонал водоустойчивый и т.п.).

ВВ II-го класса, содержащие гексоген или нитроэфиры (скальный аммонит№1 и детонит), допускаются к применению для взрывания пород с f = 10 и более, а также во врубовых шпурах забоев с f = 7-10.

Примечание. При использовании детонитов, а также угленитов, содержащих нитроэфиры, у работающих могут появляться головные боли. Это имеет место, когда ВВ попадает на открытую поверхность тела, поэтому при использовании таких ВВ работы по заряжанию должны проводиться в кожаных перчатках. При этом необходимо следить, чтобы ВВ не просыпалось из патронов, не попадало на открытую поверхность тела людей, не загрязняло спецодежду.

Выбор ВВ для опасных условий угольных шахт должен основываться на соблюдении принципов соответствия степени опасности забоя по пыле-газовому фактору, назначения и класса предохранительности ВВ, а также рекомендаций по эффективным удельным затратам энергии ВВ в зависимости от прочностных свойств горных пород (таблица Г.1 Приложения Г).

ВВ следует выбирать с учетом требований §223 ЕПБ при ВР с учетом следующих рекомендаций:

· Аммониты ПЖВ-20, Т-19, Ф-5, Г5 и П5 как ПВВ IV класса по технико-экономическим показателям и предохранительности примерно равноценны. Однако ПЖВ-20 и аммонит Т-19 имеют высокую горючесть и как следствие шпуровые заряды этих ВВ не устойчивы против выгорания. По это причине применение аммонита Т-19 и ПЖВ-20 в угольных забоях запрещено. Применять аммониты ПЖВ-20 и Т-19 в чистопородных забоях, где разрешено использование ВВ III класса АП-5ЖВ, технически и экономически нецелесообразно, поскольку при этом эффективность взрывных работ снижается на 10 - 20%.

· Углениты (13П и П52) рекомендуется применять для ВР по углю в условиях повышенного выделения газа метана. Следует иметь в виду, что кроме прямого назначения, как предохранительное ВВ V класса, угленит 13П является основным ВВ для зарядов оконтуривания выработок при контурном взрывании.

· Область применения предохранительных ВВ V и VI класса определяется степенью опасности условий взрывания согласно требований §223 ЕПБ при ВР.

Во всех забоях выработок, кроме проводимых в режиме сотрясательного взрывания, а также кроме специальных взрывных работ, допускается применение предохранительных ВВ более высокого класса, чем это требуется для конкретных условий взрывания объекта. Допустимо также применение в одном забое двух типов ВВ одного класса или разных классов предохранительности при условии, что низший класс предохранительности этих ВВ должен быть не ниже допустимого для конкретных условий ведения взрывных работ.

Исходя из горно-технических условий, выбирают ВВ, руководствуясь ассортиментом и основными характеристиками, приведенными в таблицах Г.2, Г.3и Г.4 Приложения Г.

При выборе способа взрывания следует руководствоваться:

· горно-геологическими условиями проведения выработок, требованиями «ЕПБ при взрывных работах», допускающими определенный способ взрывания при допустимом уровне обеспечения безопасности взрывных работ в конкретных горно-геологических условиях;

· экономическим обоснованием, в котором должны быть учтены стоимость приборов взрывания, приборов контроля, магистралей, затраты труда и численность персонала, связанного с ведением взрывных работ и т.д.

Исходя из принятого способа взрывания выбирают средства взрывания, руководствуясь ассортиментом и рекомендуемой областью применения, приведенными в таблицеГ.5 Приложения Г.

Величину достаточного безопасного замедления электродетонаторов при электрическом короткозамедленном взрывании при отсутствии ограничений, рекомендуется выбирать в соответствии с данными таблицы Г.6 Приложения Г.

В общем случае при групповом взрывании зарядов в ходе проведения выработок СИ выбираются таким образом, чтобы обеспечить взрывание с максимальным числом ступеней и максимальным суммарным временем замедления, установленными для конкретных условий.

Для взрывных работ с применением ПВВ V и VI классов общее время замедления должно составлять не более 330мс.

При производстве взрывных работ в особо тяжелых условиях (проходка выработок в вязких монолитных породах с f> 7, забои которых отнесены к подгруппам IIб, в, г) предприятиям рекомендуется разрабатывать и в установленном порядке согласовывать с региональными органами госгортехнадзора специальные мероприятия по контролю, подавлению и снижению уровня пылегазовых проявлений с целью использования в данных условиях более эффективных ВМ и способов взрывания (ВВ повышенной мощности, СИ с большим числом и интервалов ступеней замедления)

Для работ общего назначения в угольных шахтах наибольшее распространение получили следующие конструкции зарядов:

· колонковые сплошные с радиальным зазором (все конструкции с патронированием ВВ);

· колонковые сплошные без радиального зазора;

· колонковые рассредоточенные (ярусные).

Сплошные колонковые заряды с радиальным зазором являются основными при проведении выработок, для очистных и ряда иных работ специального назначения. Основным требованием, предъявляемым к зарядам этой конструкции, является наличие минимального радиального зазора (не менее 3мм для обеспечения проходимости патронов) с целью достижения лучших условий передачи энергии ВВ среде, или обеспечение значительно большего воздушного промежутка для уменьшения бризантного воздействия ВВ на среду (при контурном взрывании).

При проведении взрывных работ в условиях, предусматривающих применение предохранительных ВВ, заряды должны состоять из целого числа стандартных патронов. В условиях I и II запрещается также нарушать целостность оболочек патронов, укорачивать их длину и уплотнять патроны в шпуре.

Сплошные колонковые заряды без радиального зазора могут создаваться только при механизированном заряжании россыпными ВВ. Область применения этих конструкций - забои шахт III группы.

Ярусные колонковые заряды состоят из двух и более частей зарядов, расположенных в одном шпуре. Эти конструкции могут быть как с радиальным зазором (при заряжании патронированным ВВ), так и без него (при механизированном заряжании россыпным ВВ). Части (ярусы) инициируются в один прием детонаторами разных ступеней замедления.

С целью предотвращения возбуждения детонации частей зарядов через их взаимное влияние или уплотнение их до критического значения, когда возможно появление отказов, осевые промежутки между зарядами должны быть заполнены сплошной песчано-глинистой забойкой длиной не менее 0,75…1,0 м.

В условиях подгруппы забоев Iа, б; а также IIа, б, в, г допускается применять в одном шпуре не более двух ярусов. В условиях IIд и III могут применяться три и более ярусов. При этом, в случаях проведения горизонтальных выработок с применением ярусных конструкций, заряд каждого шпура не рекомендуется составлять более, чем из трех частей.

При конструировании зарядов основные размеры патронов ВВ на 1м шпура принимаются по табл. В.2.

Наиболее распространенным в угольной промышленности при электрическом взрывании является прямое инициирование зарядов. При этом возможно применение электродетонаторов с малой длиной проводов (1,5…2,0 м).

Обратное инициирование зарядов обеспечивает больший эффект взрыва, однако,оно рекомендуется для врубовой части забоя в породах с f> 7, когда необходимо дополнительно повысить эффективность работы зарядов этой части забоя и когда другие способы повысить концентрацию энергии ВВ исчерпаны.

Обратное инициирование не рекомендуется использовать в обводненных забоях при групповом взрывании электродетонаторов, а также в забоях нисходящих выработок. Его не следует применять при механизированном заряжании шпуров.

Прямое и обратное инициирование ярусных зарядов должно проводиться с учетом требований ЕПБ при ВР.

Линейное инициирование зарядов ВВ осуществляется с помощью ДШ.

В качестве забоечного материала в угольных шахтах допускается использовать воду и растворы на ее основе, специальные ингибиторы, глину, буровой штыб без органических примесей, песчано-глинистые смеси, песок влажностью не менее 3…4%, не содержащий силикозоопасных фракций или не вызывающий запыленности воздуха свыше санитарных норм, и другие допущенные материалы. Забойка может состоять из комбинации перечисленных материалов. Глиняная забойка должна иметь относительную влажность не более 18%.

По технологичности изготовления и заполнения, дефицитности и стоимости материалов наиболее целесообразно в неопасных забоях угольных шахт применять забойку при ручном заряжании из песчано-глинистых смесей в соотношении 1:3, или в комбинации с водяной забойкой, а при механизированном заряжании - песчаную забойку.

Чем ниже бризантные свойства ВВ и выше прочность и вязкость разрушаемой среды, тем большей запирающей способностью должен обладать материал забойки и выше должно быть качество заполнения шпуров (скважин).

В шахтах, опасных по газу и (или) разрабатывающих пласты, опасные по взрыву пыли, забойка шпуров и скважин должна исключать возможность воспламенения метано-воздушной, метано-пылевоздушной и пылевоздушной смесей, а также предотвращать выброс в призабойную зону выработки высокотемпературных твердых частиц и горящих остатков ВМ, способных поджигать у забоя выработки легковоспламеняющиеся предметы (бумагу, фуфайки, куртки и др.). Для достижения этой цели необходимо применять забойку высокого качества из негорючих материалов. При этом во всех случаях ее длина должна быть не менее 0,5м.

Исходя из условий эффективности взрыва, длину забойки в шпурах рекомендуется принимать равной не менее длины заряда или доводить ее до устьев шпуров.

Общую минимальную длину забойки, исходя из условий безопасности при ведении взрывных работ во всех случаях необходимо принимать согласно требованиям «ЕПБ при взрывных работах».

В шахтах, опасных по газу или разрабатывающих пласты опасные по взрывам пыли, в качестве забойки при проведении взрывных работ шпуровым методом следует применять в сочетании с запирающей забойкой гидрозабойку в виде воды или пластичную забойку на основе ингибиторов ИПЗ-1. Такая комбинированная забойка обладает более высокими пламегасящими свойствами по сравнению с глиной и смесью ее с песком. Кроме того, применение ингибиторной забойки способствуют улучшению санитарно-гигиенических условий труда шахтеров и уменьшает вероятность выгорания зарядов.

Применение в качестве забойки шпуров воды или пластичных ингибиторов может осуществляться в виде:

· ампул, заполненных водой или ингибитором;

· заливки наклоненных (пробуренных по углом > 10 град. сверху вниз) шпуров водой;

· ампул с гидрогелем или пульпой.

Минимальная длина запирающей забойки в случае применения заполненных соответствующим составом полиэтиленовых ампул применяется 0,15 м, при заливке шпуров водой - 0,3м.

Использование водяной забойки путем заливки ее в шпуры без запирающей забойки при групповом взрывании недопустимо.

Применениепластичной ингибиторной забойки целесообразно при проведении выработок по нарушенному массиву, в том числе при выполнении взрывных работ в забоях выработок, проводимых по завалам. Это связано с тем, что такая забойка обеспечивает повышенную безопасность за счет способности заполнять трещины вокруг шпуров и не вытекать из них.

4.2.4 Выбор буровых машин и бурового инструмента

В зависимости от коэффициента крепости пород, длины шпуров и площади поперечного сечения выработки выбирается тип буровой машины, производится подбор к ней буровых штанг и коронок (резцов) (таблицы Г.1, Г.2 и Г.3 Приложения Г).

Приводится техническая характеристика принятой буровой машины, описываются принятые буровые штанги и коронки (резцы).

4.2.5 Установление длины заходки

Установление длины заходки (l_зах), планируемого коэффициента использования шпуров (КИШ) (з), определение глубины шпуров (l_ш) и объема (V) взрываемой горной массы выполняется в следующей последовательности.

Длина заходки должна обеспечивать нормативную (или требуемую) скорость (U) проведения выработки, поэтому определяем ее по следующей формуле:

 , м

Где V_мес - месячная скорость проведения выработки, м/мес;

Т_ц - продолжительность проходческого цикла при проведении выработки буровзрывным способом (как правило, принимается кратной продолжительности смены, равной 6 ч.);

n_дн - количество рабочих дней проходческой бригады в месяц (25дн.)

Т_сут - количество часов работы проходческой бригады в сутках по проходке горной выработки (как правило, при буровзрывной технологии принимают Т_сут= 24ч.)

Если скорость проведения выработки неизвестна, то длину заходки устанавливают следующим образом:

· для забоев полевой выработки с одной открытой поверхностью принимается по табл.3 приложения 2 /II/ в зависимости от S_вч и f;

· для пластовых выработок она должна быть, согласно § 229 ЕПБ ВР, не более 2,0м;

· при проведении вентиляционных штреков вслед за лавой она должна быть равна суточному подвиганию забоя лавы.

Принятая величина l_зах должна быть краткой (по возможности) шагу крепи.

Значение коэффициента использования шпуров (з) принимается в зависимости от коэффициента крепости породы и площади поперечного сечения выработки. В забоях с одной открытой поверхностью КИШ обычно принимают равным 0,80...0.85, а с двумя - 0,90...0,95.

Глубину шпуров, кроме врубовых, определяют по формуле

Глубину врубовых шпуров принимают в зависимости от крепости породы на 0,1 - 0,3 м больше.

Объем взрываемой горной массы определяют по формуле:

.

4.2.6 Порядок расчета параметров взрывных работ

4.2.6.1 Расчет для забоев с одной открытой поверхностью

4.2.6.1.1 Расчет для полевой выработки

а) Определяют удельный расход по формуле профессора Н.М. Покровского:

,

где - удельный нормативный расход ВВ;

f - коэффициент крепости пород по шкале профессора М,М, Протодьяконова;

s - коэффициент текстуры породы (при вязких упругих S=2; с мелкой трещиноватостью S=1,4; со сланцевым залеганием и с напластованием, перпендикулярным направлению шпура S=1,3);

V - коэффициент зажима пород,

,

е = 380 / Р_ВВ - коэффициент, учитывающий работоспособность ВВ;

380 см³ - работоспособность 62%-ного динамита, принятого Н.М. Покровским за эталонное ВВ;

Р_ВВ - работоспособность ВВ, принятого для ведения взрывных работ, см³.

б) Отпределяют расход ВВ на заходку:

;

в) Расчитывают число шпуров на забой:

,

Где _ВВ - плотность ВВ, кг/м³;

d_п - диаметр патрона (заряда) ВВ, м;

k_зап - коэффициент заполнения шпура взрывчатым веществом (принимается по данным практики, k_зап = 0,4…0,6);

г) Находят массу шпуровых зарядов:

q_ш.р = Q_зах.р. / N;

д) Определяют количество патронов на шпур:

n_п = q_ш.р / q_п ,

где q_п - масса одного патрона ВВ, кг.

Довольно часто при делении расчетной массы шпурового заряда на массу патрона получается не целое количество патронов ВВ в шпуре. В связи с тем, что резать патроны ВВ при заряжании шпуров не разрешается, необходимо округлять найденное значение до целого количества n_п.ут, а затем уточнять массу шпурового заряда:

Если q_ш.ут отличается от q_ш.р более чем на 5%, то следует скорректировать количество шпуров, сохранив расчетный расход ВВ на заходку, т. е.

N_ут= Q_зах.р. / q_ш.ут

е) Уточняют расход ВВ, кг, на заходку:

4.2.6.1.2 Особенности расчета для смешанного забоя

Расчет параметров для забоев пластовых выработок с одной открытой поверхностью, т. е. проводимых с совместной выемкой угля и породы, осуществляют по этой же схеме, учитывая следующее:

· отдельно рассчитывают q и все другие параметры для угольного пласта, верхней и нижней породной подрывки;

· при определении параметра q за S_вч принимают общую площадь сечения выработки, а не площадь угольного забоя или породных подрывок;

· за коэффициент f принимают крепость той части горного массива, для которой выполнятся расчет (угля, пород верхней и нижней подрывок).

4.2.6.2 Расчет для забоев с двумя открытыми поверхностями

4.2.6.2.1 Расчет для пластовых выработок

а) Определяют удельный расход ВВ по формуле профессора М.М. Протодьяконова:

,

Где f_п - коэффициент крепости пород подрывки;



Рис. 1. Расчетная схема для определения параметров БВР в пластовом штреке:

а - поперечное сечение штрека; б, в , г - продольное сечение штрека со схемой расположения шпуров по углю и породе, с расположением шпуров по породе (выемка угля на участке заходки уже произведена) уголь и порода вынуты (на рисунке показаны стаканы)

В_п - ширина породной подрывки, м, определяется графически на эскизе поперечного сечения выработки (см. рис. 1), параллельно опережающей полости на среднем расстоянии от нее до контура выработки;

е ^-1 = 525 / Р_ВВ - коэффициент, учитывающий работоспособность ВВ;

525 см³ - работоспособность 93%-ного динамита, принятого М.М. Протодьяконовым за эталонное ВВ;

k - коэффициент увеличения расхода ВВ для более мелкого дробления породы (при погрузке породы тяжелыми погрузочными машинами 1-ППН-5 следует принимать k = 1…1,1, а при погрузке более легкими машинами или машинами типа нагребающие лапы - k = 1,2…1,3).

б) Определяют объем породы, разрушаемой за одно взрывание по верхней и по нижней подрывке

V_зах=l_захS_п,

Где S_п - площадь подрывки, м².

в) Определяют расход ВВ на одну заходку (по каждой подрывке):

;

г) Определяют массу заряда одного шпура и округляют до значения q_ш.ут, кратного массе одного патрона:

q_ш = _ВВl_шk_зап рd_п² / 4,

где _ВВ - плотность ВВ, кг/м³;

д) Определяют количество шпуров по каждой подрывке и округляют до целого:

N= Q_зах / q_ш.ут

е) Уточняют расход ВВ по каждой подрывке и общий рсход ВВ:

.

4.2.6.2.2 Особенности расчета для забоев лавы с машинным врубом

а) Определяют длину заходки(см. рис. 2), которая численно равна длине бара врубовой машины l_вр (стандартные длины врубов 1,6; 1,8 и 2,2 м).

Глубина шпуров

l_ш = l_зах / з = l_вр / з

Рис. 2. Схема к расчету зарядов для забоя лавы:

1 - зарубная щель; 2 - подшашки

б) Определяют удельный расход по углю по формуле Протодьяконова для забоев с двумя открытыми поверхностями (см. 4.2.6.2.1 а).

в) Определяют расход ВВ на одну заходку из выражения

,

Где V_у - объем угля, отбиваемого на участке заходки, м³;

m - мощность угольного пласта, м;

h₁ - высота зарубной щели, м.

г) Определяют массу заряда ВВ одного шпура по углю аналогично 4.2.6.2.1 г, уточняют округлением до целого количества патронов в шпуре q_ш.у.

д) Определяют количество шпуров в забое и округляют до целого значения:

N= Q_зах / q_ш.ут .

е) Уточняют общий расход ВВ, кг, на лаву:

.

ж) Определяют расстояние между шпурами в забое лавы по формуле

a = L_л / N

На практике на антрацитовых пластах без породных прослойков расстояние между шпрурами в ряду составляет 1,8…2,5 м.

4.2.6.2.3 Особенности расчета для забоев бутовых штреков

а) Определяют размеры подрывки из условия равенства объема породы, требующегося для выкладки 1 м бутовой полосы (в разрыхленном состоянии) и объема, получаемого в результате подрывки (рис. 3):

Рис. 3. Схема к расчету зарядов для забоя бутового штрека

,

где L_б - ширина бутовой полосы, м;

m - мощность угольного пласта, м;

k_р - коэффициент разрыхляемости породы;

В_б - ширина бутового штрека, м;

в_б - высота подрывки, м.

б) Определяют ширину бутового штрека, м (на практике принимается в_б = 0,6…1,6 м).

В_б = L_бm/ в_бk_p.

в) Принимают подвигание забоя бутового штрека за сутки равным суточному подвиганию забоя лавы, т.е.

г) Определяют глубину шпуров для подрывки пород в штреке

l_ш = l_зах / з = l_с.п.л. / з

д) Определяют удельный расход ВВ по формуле Протодьяконова как для забоев с двумя открытыми поверхностями (см. 4.2.6.2.1 а, за параметр В_п принимают В_б,

е) Определяют расход ВВ на заходку

ж) Определяют массу заряда ВВ одного шпура по углю аналогично 4.2.6.2.1 г, уточняют округлением до целого количества патронов в шпуре q_ш.у.

з) Уточняют общий расход ВВ на забой

4.2.6.3 Расчет параметров взрывных работ для полевых выработок с одной открытой поверхностью при проектировании новых шахт и горизонтов (прогнозные показатели)

а) Определяют удельное число шпуров на 1 м² сечения выработки вчерне

, шп./м²,

Где Q_ВВ - удельная теплота взрыва В, Дж/кг;

е - удельное содержание ингибитора в продуктах взрыва ПВВ, кг/кг.

б) Определяют расстояние между шпурами

, м.

в) Определяют число шпуров на 1 м² разрушаемой породы

, шп./м³.

г) Определяют количество энергии на разрушение 1 м³ породы

, Дж/м³,

где U_кр - критическая скорость отрыва породы при разрушении, U_кр ?1,0 м/с.

д) Определяют массу шпурового заряда

, кг/шп.

е) Определяют коэффициент забойки шпура

.

где ?_заб - минимальная длина забойки в соответствии с «ЕПБ при ВР».

ж) Определяют уточненную массу шпурового заряда округлением до целого количества патронов в шпуре q_ш.у, и его взрывобезопасность во взрывоопасной среде.

Взрывобезопасность шпурового заряда ВВ оценивается неравенством

,

где m_кр - предельный заряд ВВ, не воспламеняющий МВС или ПВС (см. табл. Г.4).

з) Определяют расход ВВ на заходку

Общее число шпуров

, шп. округлено до целого.

, кг.

4.2.7 Выбор материала и конструкции забойки, расчет ее длины. Конструкции заряда

Длину забойки определяют по формуле:

,

где l_п - длина одного патрона ВВ (принимают по табл.1 приложения 2 [II]), м;

n_п - количество патронов, формирующее заряд ВВ.

Для шахт, опасных по газу или разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли, величина l_заб должна быть не менее 0,5 м при длине шпура более 1 м и не менее половины шпура при длине шпура от 0,6 до 1,0 м.

Проводится анализ возможных для данных условий конструкций забойки и выбирается наиболее рациональная из них.

В горизонтальных и наклонных выработках, в которых имеется выделение метана и взрывчатая угольная пыль, должна применяться гидрозабойка в виде водонаполненных полиэтиленовых ампул с обратным клапаном или ингибиторная забойка в виде пастообразной массы, запатронированной в упомянутые полиэтиленовые ампулы (ПЗМ-3) в сочетании с запирающей забойкой из глины или смеси глины с песком длиной не менее 15 см.

Приводится конструкция шпурового заряда (место расположения патрона-боевика, направление донышка электродетонатора, число патронов в шпуре, конструкция забойки).

Описывается технология изготовления патронов-боевиков, место их изготовления, технология заряжания и забойки шпура.

4.2.8 Выбор взрывного вруба и составление схемы расположения шпуров

В забоях с одной открытой поверхностью, чтобы получить высокий КИШ при буровзрывной технологии проведения выработок, необходимо создать вторую открытую поверхность. В виде выемки, называемой врубовой полостью, она создается с помощью взрывного вруба, который представляет собой небольшой комплект шпуров, пробуренных по определенной системе наклонно или перпендикулярно к забою, с размещенными в них зарядами ВВ, взрываемыми в заданной последовательности.

Взрывные врубы можно разделить на такие основные группы:

· с наклонными шпурами, образуемые шпурами, пробуренными под острым углом к забою;

· прямые врубы, образуемые шпурами, пробуренными параллельно друг другу под прямым углом к забою;

· комбинированные, образуемые шпурами, пробуренными наклонно и под прямым углом к забою.

Взрывные врубы с наклонными шпурами имеют наиболее широкое применение в угольных шахтах при проведении выработок по породам средней крепости и крепким, а также при выемке угля, поскольку имеют ряд существенных достоинств, а именно: простота конструирования и реализации, небольшое количество серий замедления электродетонаторов, возможность применения как в шахтах, не опасных по газу или пыли, так в и опасных условиях.

По форме и расположению врубовой полости различают: клиновые, воронкообразные, пирамидальные и веерные врубы.

Прямые врубы целесообразны в крепких породах, а также в породах любой крепости в выработках малой площади сечения, т. е. там, где клиновые врубы малоэффективны или их невозможно применить. Достоинства: длина шпуров не ограничивается поперечными размерами выработки, высокий КИШ (0,90…0,95). Недостатки: из-за необходимости сближенного расположения шпуров и бурения "холостых" шпуров применяют только в выработках, в которых отсутствуют выделение метана и взрывчатая угольная пыль.

Наибольшее распространение получили врубы призматический, щелевой и спиральный шагающий.