СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ ГРУНТОВ ПРИ БУРОВЗРЫВНОЙ ПРОХОДКЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
METHOD OF DESTRUCTION OF FROZEN SOIL DURING DRILL AND FIRE EXCAVATION

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении вертикальных и наклонных горных выработок в замороженных грунтах, в том числе и при наличии ледопородного ограждения по контуру сооружаемой выработки.
Известен способ разрушения горных пород при проходке горных выработок в сложных условиях, в том числе и в замороженных грунтах, по авт. свид. СССР №248598 от 18.07.1969 г., кл. Е21D 01/00.
По данному техническому решению горная порода разрушается механическим способом, то есть отбойными молотками, или выбуривается с целью формирования по контуру горной выработки кольцевой щели, заполняемой затем глинистым раствором. Данная кольцевая щель, заполненная раствором или бетоном, предохраняет приконтурный массив (ледопородное ограждение по контуру выработки) от разрушения при дальнейших работах в забое выработки. Однако недостатком данного решения является то, что велика трудоемкость разрушения пород при формировании кольцевой щели по контуру выработки либо требуется создание специального оборудования для выбуривания кольцевой щели по контуру выработки, что удорожает горнопроходческие работы.
Известен способ разрушения горных пород при буровзрывной проходке горных выработок, при котором для предохранения приконтурного массива от разрушения бурят по проектному контуру горной выработки близкорасположенные шпуры, то есть с расстоянием между центрами 0,2-0,4 м (Густафсон Г. Шведская техника взрывных работ. Под ред. Г.П. Демидюка, М.: Недра, 1977, 264 стр.). Указанные шпуры, как правило, не заряжают зарядами ВВ. Такой способ позволяет снизить давление на фронте волны напряжений, которая будет сформирована действием взрыва зарядов, размещаемых в других шпурах. Это позволяет повысить сохранность приконтурного массива или ледопородного слоя, окружающего контур горной выработки.
Недостатком данного технического решения является необходимость бурения большого количества шпуров контурного ряда, что приводит к увеличению объема буровых работ.
Кроме того, при данном способе разрушения горных пород необходимо заряжать шпуры предконтурного ряда зарядами ВВ пониженной мощности, что приводит к образованию заколов на контуре горной выработки и к необходимости использования ручного труда для их устранения. Это повышает трудоемкость горнопроходческих работ.
Наиболее близким для предлагаемого технического решения является способ взрывной отбойки горных пород по авт. свид. СССР №1343931 A1 от 08.01.1986 г., кл. Е21С 37/00. Данный способ-прототип включает операции по бурению цилиндрических шпуров в забое по задаваемой схеме, а в контурном ряду - бурение шпуров с профильными надрезами на стенках. Затем все шпуры заряжаются зарядами ВВ, но удельный расход ВВ для шпуров с профильными надрезами уменьшается благодаря наличию на стенках шпуров профильных надрезов. Эти надрезы, то есть концентраторы напряжений, направлены в соответствии с проектным контуром горной выработки, позволяют снизить массу шпурового заряда ВВ и осуществить разрушение горной породы по направлению ориентации надрезов без уменьшения расстояния между шпурами контурного ряда. Благодаря уменьшению массы шпуровых зарядов (или применению маломощных зарядов ВВ) снижается разрушающее действие взрыва на приконтурный массив, то есть повышается его сохранность и надежность.
Недостатком технического решения-прототипа является следующее:
- известно, что структура водонасыщенного грунта, из которого путем контурного замораживания создается ледопородное ограждение по контуру горной выработки, неоднородна. Прочность этого ограждения незначительна, и его величина в разных зонах контура различна даже в пределах одной заходки. Это влияет на параметры (скорость волны, давление на фронте и т.д.) волны напряжений, сформированной при взрыве заряда ВВ в шпурах как контурного ряда, так и других рядов. Это приводит к ситуации, при которой может разрушиться ледопородное ограждение;
- известно, что применение шпуров с профильными надрезами позволяет снизить удельный расход ВВ, то есть снизить массу шпурового заряда на 30-50%, а остальная доля энергии взрыва будет формировать волны напряжений в горном массиве, направленные в том числе и на ледопородное ограждение.
Участки этого ограждения, имеющие уменьшенную прочность, могут разрушаться.
Таким образом, недостатком прототипа является низкая сохранность ледопородного ограждения при буровзрывном разрушении замороженных грунтов.
Целью настоящего изобретения является повышение сохранности ледопородного ограждения.
Указанная цель достигается тем, что бурение шпуров с профильными надрезами осуществляют в предконтурном ряду, а центры шпуров контурного ряда размещают на общем радиусе с центрами шпуров предконтурного ряда и расстояние между этими центрами назначают не более 2,5-3,0 величин диаметров шпуров контурного ряда.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена плоскость забоя горной выработки, сооружаемой в замороженных грунтах, на фиг.2 - узел 1, представляющий собой фрагмент плоскости забоя с рядами шпуров.
Предлагаемый способ разрушения замороженных грунтов включает следующие основные операции.
Обводненный горный массив 1 подвергается замораживанию, например создается ледопородное ограждение 2 по контуру 3 горной выработки. Данная операция проводится по известной технологии, например путем циркуляции хладоносителя по замораживающим колонкам 4, размещенным в водонасыщенном грунте.
На плоскости забоя выполняют разметку шпуров по расчетной схеме, из которых 5 - это врубовые шпуры, 6 - ряды отбойных шпуров, 7 - шпуры предконтурного ряда и 8 - шпуры контурного ряда. Ряды отбойных 6, предконтурных 7 и контурных 8 шпуров размещают по окружностям, центр радиуса которых находится в центре плоскости забоя. Заряжание шпуров зарядами ВВ и их взрывание осуществляется известными методами.
Предлагаемый способ разрушения замороженных грунтов осуществляется следующим образом.
Размещают по расчетной схеме вокруг проектного контура 3 горной выработки замораживающие колонки 4. За счет циркуляции хладоносителя по замораживающим колонкам создается ледопородное ограждение 2. Затем начинают подготовку к разрушению горных пород в забое выработки.
Для этого производят разметку шпуров на плоскости забоя. Врубовые шпуры 5 располагают в центре забоя, а отбойные 6, предконтурные 7 и контурные 8 размечают в рядах, которые располагаются по окружностям, центр радиуса которых находится в центре плоскости забоя горной выработки.
Затем осуществляют бурение шпуров. Причем врубовые 5, отбойные 6 и контурные 8 шпуры имеют цилиндрическую форму, а шпуры предконтурного ряда 7 бурят с профильным надрезом на стенках шпуров в виде треугольников 9. Расстояние между центрами шпуров врубовых 5, отбойных 6 и шпуров предконтурного ряда 7 определяют по существующим в горном деле известным методикам.
При бурении цилиндрических шпуров контурного ряда 8 выполняют условие, при котором центры этих шпуров находятся на общем радиусе с центрами шпуров предконтурного ряда 7, а расстояние «а» между этими центрами не должно превышать 2,5-3,0 диаметра шпуров 8 контурного ряда.
Затем производят заряжание и взрывание врубовых 5, отбойных 6 и шпуров 7 предконтурного ряда по известным методикам. Шпуры контурного ряда 8 не заряжают.
Наличие надрезов 9 в профильных шпурах 7 предконтурного ряда позволяет обеспечить эффективное разрушение грунта без уменьшения расстояния между шпурами.
Центры цилиндрических шпуров 8 контурного ряда размещаются на общем радиусе с центрами шпуров 7, поэтому расстояние между шпурами 8 контурного ряда также не будет уменьшаться, то есть обеспечивается снижение объема буровых работ при одновременном повышении сохранности ледопородного ограждения.
Повышение сохранности ледопородного ограждения по предлагаемому способу достигается следующим образом.
Давление взрыва в шпурах 7 с надрезами формирует в вершине надреза 9 волну напряжения в виде эллипса, которая разрушает горную породу в направлении вершины 9 надрезов. Другая часть энергии взрыва формирует волну напряжений, направленную к ледопородному ограждению, то есть к незаряженным шпурам 8 контурного ряда. Эта волна напряжений интенсивно разрушает горную породу, находящуюся между рядом контурных шпуров 8 и рядом предконтурных шпуров 7, то есть на расстоянии, обозначенном «а», теряет свою энергию и увеличивает трещиноватость породы в этой зоне, повышая сопротивление для волны напряжений. Таким образом снижается энергия волны напряжений, направленной к контуру ледопородного ограждения 2.
Известно, что контур любого цилиндрического отверстия является местом концентрации напряжений, уменьшающим сопротивляемость среды разрушению, как на контуре отверстия, так и на расстоянии от центра отверстия, равном 2,5-3,0 величины диаметра этого отверстия (Савин Г.Н. Концентрация напряжений около отверстий. М.-Л.: Госуд. издательство технико-теоретической литературы, 1951 г., 454 стр.). Поэтому цилиндрические шпуры 8 контурного ряда, располагаемые на общем радиусе со шпурами 7 с расстоянием «а» между центрами, равном 2,5-3,0 величины диаметра цилиндрических шпуров 8, являются «ловушками» для волны напряжений, сформированных взрывом зарядов ВВ в шпурах 5, 6 и 7, то есть снижают давление на фронте этой волны. Благодаря снижению давления на фронте волны напряжений, направленной на ледопородное ограждение, повышается его сохранность.