Возведение набрызгбетонной крепи взрывом

УДК 622.235:622.281.4

О. В. ХОМЕНЧУК, С. В. БОРЩЕВСКИЙ, В. В. ГОНЧАРЕНКО

ВОЗВЕДЕНИЕ НАБРЫЗГБЕТОННОЙ КРЕПИ ВЗРЫВОМ

Розглянуто основну схему зведення набризкбетонного крiплення у вертикальних виробках круглого перетину, а також алгоритм обчислення основних параметрiв способу. Наведено результати обчислень пара-метрiв способу за даним алгоритмом для основних промислових вибухових речовин.

Kлючовi слова: кртлення, вертикальна виробка, алгоритм, вибухова речовина

Рассмотрена основная схема возведения набрызгбетонной крепи в вертикальных выработках круглого сечения, а также алгоритм вычисления основных параметров способа. Приведены результаты вычислений параметров способа по данному алгоритму для основных промышленных взрывчатых веществ.

Ключевые слова: крепление, вертикальная выработка, алгоритм, взрывчатое вещество

The basic circuit design of erection of shotcrete lining in vertical excavations of round cross-section, and also algorithm of scaling of key parameters of a way is considered. Results of scalings of parameters of a way on the given algorithm for the basic industrial explosives are resulted.

Keywords: lining, vertical excavations, algorithm, explosive

Совершенствование технологических процессов и применение новых энергосберегающих материалов является основными задачами научно-технического прогресса не только в горном деле, но и во всех отраслях хозяйственной деятельности. Применение новых инновационных решений в горном деле при сооружении горных выработок способствует снижению стоимости добытого полезного ископаемого, а также повышению производительности труда. В частности это касается и возведения крепи горных выработок.

Традиционные виды крепи (металлическая арочная, монолитная бетонная, металлобетон-ная, сборная железобетонная и др.) являются весьма дорогостоящими и материалоемкими, требуют больших затрат ручного труда на возведение, плохо поддаются механизации. Кроме того, они не обеспечивают плотный контакт с породным массивом, не позволяют использовать несущую способность приконтурного слоя породы и выполняют лишь роль ограждающих конструкций.

В 80-90-е годы ХХ столетия рядом авторов был предложен способ, при котором жидкие покрытия наносятся на поверхности защищаемых объектов с помощью энергии взрыва [1, 2]. Предлагалось осуществлять способ при помощи различных средств: углубления в почве выработки, в котором располагался заряд и бетонная смесь; специальных сосудов (устройств) на рельсовом ходу; легкоразрушаемых сосудов. Наиболее простым в реализации оказался последний из перечисленных способов [3].

Сущность взрывного способа набрызгбето-нирования состоит в том, что направленный поток цементно-песчаной (бетонной) смеси формируется путем её диспергирования из лег-коразрушаемого (полиэтиленового) сосуда при помощи взрыва размещенного в нём центрального заряда ВВ [4].

Основные преимущества способа - это без-людность, т. е. в момент нанесения смеси на поверхность выработки рабочие не находятся в загрязненном пространстве, что является неизбежным при сухом и мокром набрызгбетониро-вании механическими способами, и энергонезависимость.

Областью применения способа являются стесненные, труднодоступные выработки, а также скважины, гезенки, геологоразведочные стволы малого сечения и пр.

Целью данной работы является исследование влияния массы и класса взрывчатого вещества на эффективные параметры взрывного способа набрызгбетонирования.

Методика исследований заключается в проверке и установлении параметров заряда ВВ (тип ВВ, масса патрона, количество патронов), а также необходимой массы смеси для нанесения слоя торкретбетона определенной толщины в выработке определенного радиуса, при которых не будет происходить «расслоение» и будет производиться нанесение смеси с минимальным отскоком.

На рис. 1 изображена схема размещения сосуда в вертикальной выработке с указанием основных пространственных параметров рас-

© Хоменчук О. В., Борщевский С. В., Гончаренко В. В., 2012

115

ширения дисперсной системы. В зависимости от площади поперечного сечения вертикальной выработки, могут применяться сосуды как малой, так и большой вместимости.

Рис. 1. Схема размещения устройства в вертикальной выработке при локальном ремонте крепи

В работе [5] установлена величина удельного, относительно массы вещества, энергетического критерия, при котором не наблюдается расслоение многофазного потока цементно-

песчаной смеси при возведении набрызгбетон-ной крепи взрывным способом. Этот показатель для цементно-песчаной смеси должен

8 1/2 3/2

быть не более чем 9,2*10 кгс- Дж на каждый килограмм смеси.

Основным фактором, влияющим на величину потерь и качество нанесенной смеси, является скорость соударения частиц со стенками выработки.

Оптимальная, с точки зрения минимизации потерь и максимизации прочности, скорость соударения частиц о стенки выработки для тор-кретбетонной смеси, согласно данным, полученным В. И. Шавриным [6] и Б. Т. Грязновым

[7], равна 30...40 м/с.

Для набрызгбетонной крепи оптимальная скорость значительно меньше из-за присутствия крупного заполнителя и составляет по экспериментальным данным Э. В. Казакевича

[8] в среднем 6.16 м/с.

Для определения массы смеси, необходимой для эффективного нанесения торкрета на стенки выработки радиусом Явыр, при использовании определенного заряда ВВ необходимо, в первую очередь, определить приведенную эквивалентную массу смеси, которая может быть найдена путем решения следующей системы уравнений:

К™ >

Явы

( ( 1п

Явы

V V

//

•103 > 6,

А = 3,96 + 0,58•

(Мэ -2,58^ 6,66

Ь =

0,58

где Копт - оптимальная скорость соударения частиц о стенки выработки, м/с; Явыр - радиус выработки, м; М^ - эквивалентная масса распыляемой навески, приведенная к массе эталонной порошковой оболочки и распыляющего заряда ВВ, кг [5].

В результате воздействия ударной волны на твердый заполнитель при взрыве взрывчатого вещества, последний будет дополнительно измельчен. Поэтому в дальнейшем будем использовать в расчетах скоростные пределы соударения частиц о стенки выработки, характеризующие эффективное нанесение торкретбетона.

Оптимальные параметры взрывного способа определяются по алгоритму, изображенному на рис. 2. Входными данными являются:

- масса заряда тзар;

- теплота взрыва заряда Qзар;

- скорость детонации заряда £>зар ;

- длина заряда 1 зар;

- радиус выработки Явыр . Энергетический критерий /зар , приведенная

масса М^, эквивалентная масса М^э рассчитываются по формулам, описанным в [4, 5].

I

2

Ь

Применяя полученный алгоритм, на основании проведенных исследований динамики разлета цементно-песчаной смеси при центральном взрыве и условия формирования однородного многофазного потока, были построены графики зависимости необходимой массы смеси в устройстве для торкретирования взрывным способом при использовании определенного заряда, зависящего от радиуса выработки.

В качестве заряда рассматривались промышленные взрывчатые вещества II - VII классов различной массы:

1) аммонит скальный № 1 прессованный массой 0,4 и 0,8 кг (рис. 3);

2) аммонит 6ЖВ массой 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 кг (рис. 4);

3) аммонит Т19 массой 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 кг (рис. 5);

4) угленит 13П массой 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 кг (рис. 6);

5) ионит массой 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 кг (рис. 7).

М, кг

2500 2000 1500 1000 500 0

1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 1*выР5 М

Рис. 3. График зависимости массы необходимой смеси от радиуса выработки при применении в качестве

заряда аммонита скального №1 прессованного

М, КГ п----

1,4 1,9 2,4 2,9 Рвыр, м

Рис. 4. График зависимости массы необходимой смеси от радиуса выработки при применении в качестве

заряда аммонита 6ЖВ

Определяется скорость V и масса смеси М

Определяется толщина крепи к,

Рис. 2. Блок-схема к определению эффективных параметров взрывного способа возведения набрызгбетонной крепи

Рис. 5. График зависимости массы необходимой смеси от радиуса выработки при применении в качестве

заряда аммонита Т19

М, кг

3000

2500

2000

1500

1000

500

т„р=0,75 кг т„р=1,0 кг т,,,, =1,25 кг

т,1р=0,5 кг

т зар ~ 0,25 кг

1,4

1,9

2,4

17выр, м

Рис. 6. График зависимости массы необходимой смеси от радиуса выработки при применении в качестве

заряда угленита 13П

М, кг -

3000

2500

2000

1500

1000

500

т5ар=1,о кг

тзар= 0,8 КГ

т.ар =0,6 кг

т з!р = 0,4 кг

тзар=0,2 кг

0,5

1,5

2 5 1?выр, м

Рис. 7. График зависимости массы необходимой смеси от радиуса выработки при применении в качестве

заряда ионита

По графикам (см. рис. 3-7) можно определить массу смеси, необходимую для нанесения одного качественного слоя торкретбетона взрывным способом в выработке радиусом до 3,1 м с минимальными потерями.

Зная необходимую массу смеси и размеры выработки, можно определить толщину одного

наносимого слоя й .

кр

Согласно исследованиям, проведенным Шевцовым Н. Р. и Михайловым А. Б. [3], облако взрыва имеет форму эллипсоида вращения, полученного вращением эллипса относительно малой оси. Причем малая ось эллипса в два ра-

за меньше большой. Эллиптическая форма сечения облака взрыва описывается уравнением

2

х 2 • у

--1--— = 1

А2 А2

2

или после преобразований

У

=1 •ТА 2

2 2 2 х

Подставляя вместо х радиус выработки Явыр, определим ширину обрабатываемой поверхности 1 (см. рис. 1):

1 А2 -Яыр .

Зная ширину обрабатываемой поверхности, массу распыляемой смеси и коэффициент потерь, можно посчитать среднюю толщину наносимого взрывным способом слоя торкретбетона по следующей зависимости:

5= М • Кп ,

2 ^Я • 1 •Рсм

где КП - коэффициент учитывающий потери.

Таким образом, в работе приведен алгоритм, позволяющий определять пространственно-временные параметры взрывного способа возведения набрызгбетонной крепи в вертикальных выработках круглого сечения.

Для определения толщины наносимого за одно взрывание слоя необходимо провести дополнительные экспериментальные исследования по установлению коэффициента потерь при возведении набрызгбетонной крепи взрывным способом в соответствии со схемой (см. рис. 1).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Томашев, Г. С. Нанесение набрызгбетона на стенки выработки взрывным способом [Текст] / Г. С. Томашев, В. В. Кореневский, Р. Х. Лукма-нов // Разработка месторождений полезных ископаемых Сибири и Северо-Востока. - Иркутск, 1980. - С. 47-50.

2. Ягнышев, В. С. Возведение набрызгбетонной крепи взрывным способом [Текст] /

B. С. Ягнышев, И. В. Дементьев, В. Д. Пропп // «Известия вузов. Горный журнал». - 1982. -№ 12. - С. 19-23.

3. Гречихин, Л. И. Основы теории распыления оболочек из жидких и порошковых материалов центральным взрывом. [Текст] / Л. И. Гречихин, Н. Р. Шевцов, О. В. Хоменчук // Проблеми прського тиску. Випуск 9 / тд заг. ред. О. А. Мшаева. - Донецьк: ДонНТУ, 2003. -

C. 236-256.

4. Шевцов, Н. Р. Взрывной способ набрызгбетони-рования [Текст] / Н. Р. Шевцов, О. В. Хоменчук // сб. научн. труд. НГУ. - № 17, Т. 2. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. - С. 43-49.

5. Хоменчук, О. В. Качественные параметры взрывного способа возведения торкретбетонной крепи взрывным способом [Текст] / О. В. Хоменчук, С. В. Чухлебов // Науковi пращ ДонНТУ: серiя прничо-геолопчна. Випуск 10(151). - Донецьк, ДонНТУ. - 2009. - С.80-85.

6. Шаврин, В. И. Структура свободной струи при набрызге бетона [Текст] / В. И. Шаврин. - К.: Госстрой, 1969. - 34 с.

7. Грязнов, Б. Т. Определение скорости торкретной струи [Текст] / Б. Т. Грязнов // Промышленное строительство. - 1962. - № 4. - С. 41-43.

8. Стрельцов, В. В. Крепление горных выработок угольных шахт набрызгбетоном [Текст] / В. В. Стрельцов, Э. В. Казакевич, Д. И. Пономаренко. - М.: Недра, 1978. - 273 с.

Поступила в редколлегию 01.10.2011. Принята к печати 21.11.2011.