Новые разработки в области проведения капитальных горных выработок в удароопасных породах

УДК 622.235.6

НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ПРОВЕДЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УДАРООПАСНЫХ ПОРОДАХ

Рассмотрены условия проведения горных выработок в крепких удароопасных горных породах. Рекомендованы новые схемы врубов, обеспечивающие снижение удароопасности горных пород и повышение эффективности проведения горных выработок.

Ключевые слова: ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА, ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА, ГОРНЫЙ УДАР, ВОДЯНАЯ ЗАБОЙКА, СХЕМА ВРУБА, НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ.

Сложность сооружения горных выработок при разработке рудных месторождений предопределена условиями формирования рудных залежей и вмещающих горных пород, обладающих высокими прочностными свойствами - упругостью, вязкостью и, соответственно, коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, изменяющемся в широком диапазоне.

Кроме физико-механических свойств горных пород немаловажное значение при проведении горных выработок имеет геологическая структура района ведения горных работ, глубина заложения горных выработок, их форма и размеры, а также ориентация относительно структуры и заложения горных пород. Но главным проблемным фактором является существующее напряженное состояние в ненарушенном породном массиве - вид действующих напряжений, их величина и направление, а с увеличением глубины залегания горных пород наблюдается наличие обособленных напряженных зон, что является одной из причин проявления различных геодинамических процессов. И особенно опасными являются горные удары, наиболее часто проявляющиеся при разработке рудных месторождений, как в очистных забоях, так и выработках различного назначения. Форма таких проявлений может быть различная - от отдельных толчков, стреляния, микроударов, до интенсивного зако-лообразования и разрушения пород-

ных обнажений.

В процессе проведения капитальных и подготовительных горных выработок разрушениям подвергается как свод и стенки выработок в форме интенсивного трещинообра-зования, заколов, отдельных вывалов, так и почвы выработок с разрушением крепи, рельсовых путей и др.

Любые геодинамические проявления, кроме возможной опасности для работающих, оказывают различные негативные воздействия на весь производственный процесс, выводя из технологического цикла отдельные забои и даже комплексы выработок. Все это требует непредвиденных дополнительных трудовых и материальных затрат.

Для предотвращения аварийного воздействия горных ударов на состояние горных выработок при их проведении в удароопасных породах разрабатываются различные мероприятия, направленные на приведение породного массива в не-удароопасное состояние. Некоторые мероприятия направлены на изменение напряженного состояния породного массива, другие - на перемещение зоны повышенных напряжений с контура горной выработки в глубину массива в процессе производства буровзрывных работ, и для этого предусматривают изменение формы и размеров поперечного сечения горных выработок. Получил распространение способ проведения горных выработок с передовой незаряжаемой скважиной диаметром до 150 мм,

В.Ю. Масаев

канд. техн. наук, доцент кафедры Кемеровского института (филиал) ФГОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова»

соискатель ФГОУ ВПО «КузГТУ»

изменяющей в какой то степени концентрацию напряжений впереди забоя горной выработки.

Накоплен положительный опыт применения камуфлетного взрывания впереди забоя горной выработки для снижения концентрации напряжений и перераспределения максимума опорного давления. Но помимо обеспечения безопасных условий проведения горных выработок, одним из основных является создание условий качественной отбойки горных пород, обеспечивающей не только высокую скорость проведения горной выработки, но и устойчивое состояние законтурного массива, особенно при длительном сроке эксплуатации готовой горной выработки. А для этого требуется правильное определение и соблюдение всего комплекса буровзрывных работ

С целью решения указанных проблем авторами разработан вруб для разрушения крепких горных пород [1], конструктивное выполнение которого предусматривает снижение концентрации напряжений впереди забоя горной выработки за счет камуфлетного взрывания, и, одновременно, создает условия качественного формирования врубовой полости.

Вруб (рис.1) состоит из опережающей компенсацио нной скв ажины 1 и из комп лекта непосредственно врубовых шпуров 2.Компенса-ционную скважину диаметром не более 125 мм пробуривают в центре врубовых шипуров на глубину в 2 раза превышающую глубину врубовых шпуров .

Рисунок 1 - Вруб для разрушения крепких работ А - до взрывания прострелочного заряда В В; В - после вврыывания прострелочного заряда ВВВЕВ

В компенсационную скважину размещается прострелочный заряд взрывчатых веществ (ВВ) 3 на глубине, соответствующей глубине врубовых шпуров 2. Величина прострелочного заряда ВВ принимается в зависимости от конкретных горногеологических условий проведения горной выработки.

Перед прострелочным зарядом ВВ компенсационная скважина заполняется водонаполнен-ными ампулами 4, а за ним - водонаполненны-ми ампулами 5,что позволяет сконцентрировать действие взрыва прострелочного заряда ВВ в зоне его расположения.

Схема расположения врубовых шпуров может быть любая в зависимости от формы и размеров сечения горной выработки и ее назначения. Величина зарядов ВВ во врубовых шпурах - согласно разработанному паспорту буровзрывных работ.

Первой серией взрывают прострелочный заряд ВВ. При детонации заряда ВВ возбуждаемая мощная ударная волна воздействует на гидрозабойку 4 и 5, и водная масса в процессе сжатия создает эффективное распорное усилие на стенки компенсационной скважины, препятствуя преждевременному выходу газообразных продуктов детонации из скважины. За счет отого обеспечиваются условия формирования максимального импульса давления и полноты использования энергии взрыва на образование ма ксималь ной величины камуфлетной полости, а за счет прохождения по породному массиву сформированной волны напряжения происходит передислокация напряженной зоны впереди забоя горной выработки, что предотвращает возможность возникновения горного удара.

Одновременно, в процессе формирования камуфлетной полости вокруг нее создается обширная схема трещин в зоне донных частей врубовых шпуров - зона предразрушения 6.

Заряды ВВ врубовых шпуров взрывают второй серией. К этому моменту неразрушенная устьевая часть компенсационной скважины освобождена от гидрозабойки 5 и она становится дополнительной обнаженной поверхностью в системе вруба, что создает условия формирования системы отраженных волн и облегчает работу зарядов ВВ врубовых шпуров. А наличие зоны предразрушения в донных частях врубовых шпуров обеспечивает полноту отрыва горной породы на всю глубину пробуренных шпуров, что обеспечивает формирование врубовой полости максимальных размеров и в итоге качественное разрушение породы взрывом основного комплекта шпуровых зарядов ВВ.

А-А

'\

!©_©] \ ^ /

Ьг

Рисунок 2 - Комбинированный призматический вруб

С целью повышения эффективности взрыва зарядов ВВ и формирования максимального объема врубовой полости, обеспечивающей высокую скорость проведения горных выработок заходками 4,5-5 метров за один взрыв, нами разработан комбинированный призматический вруб [2].

Вруб состоит из четырех шпуров 5,6,7,8 внешнего призматического вруба (рис.2), в центре которого по горизонтальной оси на пробивном расстоянии друг от друга (Ь= (2,0+2,5) расположены шпуры 1 и 2, один из которых (шпур 1) не заряжается, по вертикальной оси расположены два шпура 3 и 4

Первой серией взрывают заряд ВВ в шпуре 2, расположенном на пробивном расстоянии от незаряжаемого шпура 1, выполняющего роль дополнительной обнаженной поверхности. Инициирование его заряда ВВ прямое - после взрыва разрушается породная перемычка между шпурами 1 и 2, и образуется щелевидная полость на всю длину шпуров 1 и 2. Второй серией взрывают шпуры 3 и 4, в которых применено двухстороннее инициирование зарядов ВВ.

В каждом из этих шпуров расположено по два патрона - боевика в центрах зарядов ВВ и детонационные волны направляются одновременно и в сторону устьев шпуров и в сторону дна шпуров. Такое расположение патронов боевиков и направление детонационных волн в удлиненных зарядах ВВ обеспечивает равномерное распределение энергии взрыва на разрушаемую часть породного массива по всей длине заход-ки и сокращает время детонации всего заряда ВВ.После взрыва зарядов 3 и 4, работающих на щелевидную полость от взрыва зарядов 1 и 2, образуется внутренняя врубовая полость, за счет которой облегчается работа шпуровых зарядов ВВ 5,6,7 и 8 основного призматического вруба, в которых применяется прямое инициирование зарядов ВВ. Взрывание этих зарядов ВВ завершает образование врубовой полости проектного объема.

Опытная проверка разработанных схем врубовых шпуров показала положительные результаты и их применимость при проведении горных выработок по крепким удароопасным породам.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Масаев, Ю. А. Условия формирования зоны нарушенности законтурного массива при сооружении горных выработок / Ю.А. Масаев, О.В. Зиберт // Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений. Материалы III Международной конференции. - Екатеринбург,

2010, - С. 114-118.

2. Масаев, Ю. А. Исследование применяемых схем врубовых шпуров и разработка принципиально новой конструкции вруба / Ю.А. Масаев, Н.В. Мильбергер // Взрывная технология. Эмпирика и теория. Достижения. Перспективы. Материалы международной научно практической конференции. - Тула,

2011. - С. 99-105.

3. Масаев, Ю. А. Условия проведения горных выработок а напряженном породном массиве / Ю.А. Масаев // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2013 . - №1. - С. 24-27.

4. Пат. 122476. РФ, МПК F 42 D 1/08 (2006.1). Вруб для разрушения крепких пород / Масаев Ю.А.,

32

Копытов А.И., Масаев В.Ю., Лебедев А.А.; заявитель и потентообладатель Кузбасс. гос. техн. ун-т. - № 2012124493/03; заявл. 13.06.2012; опубл. 27.11.2012. Бюл. № 33.

5. Пат. 146195. РФ, МПК F 42 D 1/02 (2006.1). Комбинированный призматический вруб / Масаев Ю.А., Стафеев А. А.; заявитель и патентообладатель Кузбасс. гос. техн. ун-т. - № 2014109190/03; заявл. 11.03.2014; опубл. 10.10.2014. Бюл. № 28.

6. Копытов, А. И. Взрывные работы в горной промышленности: Монография / А.И Копытов, Ю.А. Масаев, В.В. Першин. - Новосибирск: Наука, 2013. - 511 с.

7. Масаев, Ю. А. Исследование закономерностей формирования импульса давления в зарядной полости / Ю.А. Масаев, В.В. Першин, Н.В. Мильбергер. - Екатеринбург: Известия вузов. Горный журнал, 2015, №1. - С. 93-101.

NEW DEVELOPMENTS IN THE AREA OF CAPITAL MINE OPENINGS HEADING THROUGH SHOCK-HAZARDOUS ROCKS

Masaev Yu. A., Masaev V. Yu., Kuznetsova

K. V.

Conditions of mine opening heading through strong shock-hazardous rocks are reviewed. New schemes of cut-ins are recommended which will provide the rock shock hazard reduction and will increase mine opening heading efficiency.

Key words: MINE OPENING, EXPLOSIVE CHARGE, ROCK SHOCK, WATER FILLING, CUTIN SCHEME, STRESSED CONDITION

Масаев Юрий Алексеевич e-mail: recess@bk.ru

Масаев Владислав Юрьевич e-mail: recess@bk.ru

Кузнецова Ксения Владимировна e-mail: kkseniav_mail.ry

33