Выбор параметров буровзрывных работ зависит от следующих горно-геологических факторов: физико-механических свойств пород, их обводненности и трещиноватости; типа, размеров и формы горной выработки; используемых взрывчатых материалов и бурового оборудования.
Взрывная отбойка породы при проходке разведочных и эксплуатационных горных выработок осуществляется шпуровыми зарядами ВВ.
Эффективность буровзрывных работ в проходческом забое в значительной степени определяется оптимальным шпуровым комплектом; характеристиками показателей последнего являются размеры (диаметр и глубина), количество и расположение в забое шпуров, их коэффициент использования (к. и. ш.), под которым понимают отношение величины подвигания забоя за один взрыв к средней глубине шпура.
Диаметр, глубина шпуров и к. и. ш. Расчетные формулы величин зарядов основаны на пропорциональности массы заряда объему разрушаемого массива породы, т. е. использование шпуров большого диаметра при прочих равных условиях обеспечивает большой объем разрушенной породы, приходящийся на 1 м шпура. Отсюда следует, что чем больше диаметр шпуров, тем меньшее их количество необходимо выбуривать в забое для достижения одного и того же эффекта. Однако увеличение диаметра шпура приводит к снижению скорости его бурения.
При выборе диаметра шпуров необходимо учитывать также диаметр патронов применяемых взрывчатых веществ; диаметр шпура должен быть больше диаметра патрона по крайней мере на 4—6 мм. Нормальным диаметром шпуров в проходческих забоях следует считать 36—45 мм. В некоторых горно-геологических условиях при проведении выработок (особенно с большей площадью поперечного сечения) становится целесообразным бурить шпуры увеличенного диаметра; бурение шпуров уменьшенного диаметра с использованием мощных BB дает хорошие результаты при проведении выработок небольшого сечения в крепких породах.
Глубина шпуров определяет величину «ухода» (подвигания) забоя выработки за один цикл проходческих операций. Глубина шпуров выбирается в зависимости от физико-механических свойств пород, площади забоя, применяемого бурового оборудования и организации проходческих работ. Обычно глубину шпуров выбирают с учетом выполнения работ проходческого цикла в заданное время. С увеличением глубины шпуров увеличивается время бурения, объем, а следовательно, и время уборки взорванной породы и время, затрачиваемое на некоторые вспомогательные операции. При проведении выработок сравнительно небольшого сечения глубина шпуров обычно принимается в пределах от 1,5 до 2 м; в горизонтальных и наклонных выработках большого сечения (более 12 м2) она достигает 3 м, а в забоях стволов шахт — от 2 до 5 м.
При взрывании сравнительно редко порода отрывается от забоя на всю глубину шпуров, обычно концы шпуров остаются в виде углублений (стаканов) во вновь образовавшейся после взрыва поверхности забоя.
Величина к. и. ш., зависящая от параметров шпуровых комплектов, свойств пород, количества и характеристики BB, обычно колеблется в пределах 0,8—0,9.
Число шпуров в забое, расчет расхода ВВ. Для определения числа шпуров в проходческом забое предложено много эмпирических формул, отражающих специфику тех или иных горногеологических условий проведения выработок.
Ориентировочно число шпуров можно определить по формуле М.М. Протодьяконова
где n — число шнуров на 1 м2 площади забоя;
f — коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову;
S — площадь поперечного сечения выработки, м2.
Несколько иной подход к определению числа шпуров предложен Н. М. Покровским. В рекомендуемой им формуле общее число шпуров в забое предлагается рассчитывать с учетом размещения в этих шпурах необходимого количества BB:
где q — удельный расход BB, кг/м3 (необходимое количество BB на разрушение 1 м3 породы в массиве);
γ — масса BB, размещаемая на 1 м длины шпура, кг.
Для определения величины удельного расхода BB может быть рекомендована следующая формула:
где Pх — коэффициент работоспособности применяемого BB, см3;
K’ — коэффициент, учитывающий дополнительный расход BB для мелкого дробления породы, принимается равным 1—1,3.
На практике, однако, при проектировании буровзрывных работ удельный расход BB определяют по табличным данным.
Расход BB на отбойку породы забоя за один цикл определяется по формуле
где V — объем обуренной породы, м3.
При определении массы BB, размещаемой на 1 м длины шпура, следует иметь в виду, что шпур заполняется взрывчатым веществом не на всю длину; отношение длины заряда к длине шпура называют коэффициентом заполнения шпура (табл. 20).
Остающаяся после зарядки свободная приустьевая часть шпура заполняется забойкой (своеобразный пыж, изготовленный из смеси влажной глины с песком). Забойка обеспечивает более полное использование энергии взрыва заряда, уменьшает количество образующихся при взрыве газов, повышает к. и. ш. и обеспечивает улучшение качества дробления породы. В мокрых забоях стволов шахт забойкой является вода.
Расположение шпуров в забое. При проведении выработок, особенно небольшого сечения, взрывная отбойка осуществляется в трудных условиях, так как забой имеет практически одну обнаженную поверхность. Это обстоятельство должно учитываться при выборе схем расположения шпуров в забое.
Шпуровой комплект в проходческом забое состоит из врубовых, вспомогательных и оконтуривающих шпуров.
Назначением врубовых шпуров, взрываемых первыми, является создание дополнительных поверхностей обнажения за счет образования в забое углубления — вруба. После образования дополнительной обнаженной поверхности условия отбойки породы при взрыве остальных шпуров комплекта значительно облегчаются.
Врубовые шпуры обычно выбуриваются длинее остальных на 0,2—0,3 м.
Назначение вспомогательных шпуров заключается в отбойке в сторону боковой обнаженной поверхности (вруба) возможно большего количества породы. В выработках большого сечения выбуривают большое количество вспомогательных шпуров, и так как на эти шпуры приходится основной объем отбиваемой породы, их обычно называют отбойными.
В забоях выработок небольшого сечения вспомогательных шпуров иногда не бурят, передавая их функции оконтуривающим шпурам. Вспомогательные шпуры взрывают вслед за взрывом врубовых шпуров.
Назначение оконтуривающих шпуров, взрываемых последними, сводится к приданию выработке запроектированной формы и размеров поперечного сечения. Концы оконтуривающих шпуров при крепких породах выводятся за контур выработки на 10—15 см, а при мягких породах не добуривают до него на 5—10 см.
В зависимости от конкретных условий проведения выработок выбирают схемы расположения шпуров, отличающиеся друг от друга в первую очередь типом вруба (расположением врубовых шпуров, определяющим форму образующегося вруба).
Комплекты шпуров, показанные на рис. 38, а, б, в, характеризуются тем, что врубовые шпуры расположены перпендикулярно поверхности забоя. Такие врубовые шпуры удобно выбуривать в выработках небольшого сечения, однако шпуровые комплекты этого типа с успехом применяются и в выработках с большой площадью поперечного сечения.
Часто не все шпуры заполняются BB, некоторые из них оставляются незаряженными и выполняют роль дополнительной поверхности обнажения.
На рис. 38, г,д, е изображены комплекты шпуров, имеющие врубы с наклонными врубовыми шпурами (клиновой вертикальный, клиновой горизонтальный и пирамидальный). Эти врубы образуются наклонными, сближающимися на глубине шпурами, взрывы зарядов в которых обеспечивают эффективное разрушение породы и образование врубов значительных размеров. Недостатком этих врубов является неудобство выбуривания наклонных шпуров в выработках небольших сечений (глубина шпуров лимитируется шириной или высотой выработки). Поэтому комплекты шпуров с наклонными врубовыми шпурами применяются обычно в выработках, имеющих площадь поперечного сечения более 4—5 м2. Шпуровые комплекты (рис. 38,ж,з,и) с верхним, нижним и боковыми врубами, образуемыми с одной стороны наклонными врубовыми шпурами, а с другой кровлей почвой или стенками выработки, применяют при ярко выраженной слоистости или трещиноватости пород, которая облегчает отбойку.
На рис. 39 изображены схемы расположения шпуров в забоях стволов шахт; в стволах круглого сечения шпуры часто располагают по концентрическим окружностям (рис. 39,а); при наклонном и крутом падении слоистых пород врубовые и отбойные шпуры располагают по схеме, изображенной на рис. 39, б.
В последнее время при проведении выработок большого сечения начали применять так называемое контурное взрывание, сущность которого сводится к сближенному расположению оконтуривающих шпуров, обеспечивающему при их взрыве более точное оконтуривание выработок. Сближенность оконтуривающих шпуров выражается при этом коэффициентом представляющим собой отношение расстояния между оконтуривающими шпурами к расстоянию между рядом оконтуривающих шпуров и смежным рядом отбойных шпуров. В породах средней крепости и крепких расстояние между оконтуривающими шпурами принимается равным 40—50 см, между рядом оконтуривающих и отбойных шпуров — 50—60 см.
Правильный выбор схемы расположения шпуров и типа врубов во многом определяет эффективность буровзрывных работ, поэтому этот выбор производится на основании целого ряда экспериментальных взрывов, осуществляемых в проходимой выработке.
