Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология и механизация буровзрывных работ

Содержание

Исходные данные к проекту

1. Выбор взрывчатого вещества и средств инициирования

2. Выбор средств взрывания

3. Выбор буровой установки

4. Параметры бурения шпуров

5. Конструкция шпуровых зарядов

6. Расчет зарядов взрывчатых веществ

7.Обоснование способа, режима, средств и показателей взрывания

8.Расчет электровзрывной сети

9. Определение показателей буровзрывных работ

10. Требования Правил безопасности при выполнении работ

10.1 Бурение шпуров

10.2 Взрывные работы и проветривание забоя.

Литература

Исходные данные к проекту.

Форма сечения выработки- арочная;

Основные размеры выработки в проходки:

радиус свода(R)- 1800мм,

Площадь поперечного сечения выработки(S)-11,6м²;

Коэффициент крепости пород(f) -12;

Плотность породы-2,8т/м³;

Угол наклона выработки к горизонту-3 градуса;

Категория шахты по газу – не опасная.

1. Выбор взрывчатого вещества и средств инициирования

Выбор взрывчатого вещества производится в зависимости от опасности шахты по газу и взрывчатой пыли, крепости взрываемых пород и обводненности забоя.

В шахтах, опасных по газу и пыли, следует применять предохранительные ВВ IV класса.

В шахтах опасных по газу, но не опасных по пыли, следует применять предохранительные ВВ III класса.

В шахтах, не опасных по газу и пыли, следует применять непредохранительные ВВ II класса.

По своим характеристикам непредохранительные ВВ более разнообразны, чем предохранительные, поэтому их выбор следует производить с учетом крепости породы. В мягких породах можно применять менее мощные ВВ. Они дешевле, а некоторое увеличение их расхода не оказывает существенного влияния на увеличение себестоимости проходки выработки. Увеличение количества шпуров также существенно не повышает стоимость проходки, так как бурение шпуров по мягким породам малозатратно.

В крепких и весьма крепких породах бурение шпуров требует больших затрат. Число шпуров при этом можно сократить за счет применения мощных ВВ, хотя их стоимость выше, чем у обычных ВВ.

В данном случае принимаем непредохранительное взрывчатое вещество (ВВ) II класса, а именно аммонал скальный №3. По своим свойствам он пригоден для взрывания пород выше средней крепости. Его выпускают в патронах 36 мм.

Таблица 1.1 - Технические показатели аммонала скального №3

Показатели	Данные
Плотность патронов, г/см³	1
Работоспособность, см³	450
Диаметр патронов, мм	36
Масса одного патрона, кг	0,25
Длина одного патрона, м	0,25

2. Выбор средств взрывания

В настоящее время наиболее распространенным является электрический способ взрывания, который обеспечивает возможность:

- взрывать любое количество зарядов с любого расстояния;

- взрывать заряды в любой последовательности и с любыми интервалами между взрывами;

- вести взрывные работы в шахтах опасных по газу и пыли;

- осуществлять перед взрывом проверку правильности монтажа взрывной сети.

Кроме того, при этом способе отсутствуют ядовитые газы, выделяющиеся при горении огнепроводного шнура.

К средствам электрического взрывания относятся электродетонаторы (ЭД) (Таблица 2.1), проводники тока, контрольно измерительные приборы и источники тока. Электродетонаторы короткозамедленного и замедленного действия отличаются от ЭД мгновенного действия тем, что у них между зарядом капсюля-детонатора (КД) и электровоспламенителем помещен замедляющий состав, горящий в течение определенного времени. Время замедления зависит от длины такого заряда и его состава.

При взрывании в шахтах, опасных по газу или пыли, можно применять только предохранительные электродетонаторы марки ЭДКЗ-ПМ с интервалом замедления 15 и 20 мс, ЭД-КЗ-П с интервалом замедления 20 и 25 мс, ЭД-КЗ-ПКМ с интервалом замедления 20 и 25 мс, ЭД-КЗ-OII и ЭД-8-ПМ с нулевым интервалом замедления (мгновенного действия).

В шахтах, не опасных по газу и пыли, применяются непредохранительные элсктродетонаторы мгновенного действия ЭД-8-Ж и короткозамедленного действия ЭД-3Н.

Таблица 2.1 – Техническая характеристика электродетонатора ЭД-3Н

Тип

электродетонатора

Сопротивление одного электродетонатора, Ом

Количество

серий замедления

Интервалы замедления

ЭД-3Н

2,5

1-10

20-200 (через 20 мс)

В качестве источника тока принимаем взрывной прибор ПИВ-100М.

Таблица 2.2 - Техническая характеристика ПИВ-100М

Параметры	Данные
Исполнение	РВ
Напряжение на конденсаторе-накопителе, В	600
Емкость конденсатора-накопителя, мкФ	10
Максимально допустимое сопротивление последовательной взрывной сети, Ом	320
Длительность подключения конденсатора к сети, с	2-4
Первичный источник тока	Три сухих элемента
Масса, кг	2,7

3. Выбор буровой установки

Для бурения шпуров крепостью менее 6 (f < 6) применяется вращательное бурение. В качестве бурильных машин для вращательного бурения используются ручные или колонковые электрические или пневматические сверла.

Ручные пневмосверла применяют в шахтах, особо опасных по взрыву метана или пыли, для бурения шпуров по породам с f < 4. Буровым инструментом при вращательном бурении шпуров являются бурильные штанги и съемные резцы.

В породах средней крепости и крепких применяется ударно-поворотное бурение шпуров. Бурильные машины ударно-поворотного действия называют перфораторами. По виду потребляемой энергии перфораторы подразделяют на пневматические, гидравлические, электрические и перфораторы с двигателем внутреннего сгорания.

По назначению и массе пневматические перфораторы подразделяют на переносные, колонковые и телескопные.

Переносные перфораторы предназначены для бурения шпуров с пневматических поддержек или других установочно-подающих устройств.

Колонковые перфораторы имеют большую массу, поэтому устанавливаются для бурения шпуров на манипуляторах бурильных установок или распорных колонках.

Исходя из горнотехнических условий задания (коэффициент крепости по шкале профессора Протодьяконова f =14), мы будем применять переносной перфоратор.

Бурение шпуров будем производить пневматическими переносными перфораторами типа ПП-63П с пневмоподдержкой П-1. Переключение подачи воздуха автоматическое, золотниковым устройством. Пуск перфоратора в работу производится рукояткой воздушного крана. Для снижения воздействия вибрации, работающий перфоратор снабжён виброгасящим устройством и глушителем шума.

Таблица 3.1 - Техническая характеристика переносного перфоратора ПП63П

Показатели	Данные
Энергия удара, Дж	63,74
Частота ударов, об/мин	30
Крутящий момент, Н·м	26,93
Удельный расход воздуха, м³/(с·кВт)	0,029
Номинальное давление воздуха, МПа	0,5
Размеры хвостовика буровой штанги, мм	25×108
Масса, кг	33

Пневматическая поддержка 1 типа П-1 предназначена для создания усилия подачи при бурении шпуров ручными пневматическими перфораторами и поддержки их на определённой высоте.

Таблица 3.2 - Основные параметры и размеры пневмоподдержки П-1

Показатели	Данные
Ход подачи, мм	800
Длина в сжатом состоянии, мм	1200
Раздвижное усилие, Н	1500
Номинальное давление воздуха, МПа	50
Масса поддержки, кг	15

4. Параметры бурения шпуров

Бурение шпуров в забое осуществляется с помощью переносного перфоратора типа ПП63П. В качестве установочных приспособлений для переносных перфораторов используются пневмоподдержки П-1. Так как диаметр патронов аммонала скального №3 составляет 36 мм, поэтому применяем в качестве породоразрушающего инструмента съёмные коронки КДП-40-25. Марка твёрдого сплава ВК – 15 или ВК – 11В.

Таблица 4.1 - Основные параметры буровой коронки

Показатели	Данные
Типоразмер коронки	КДП-40-25
Диаметр, мм	40
Размеры посадочного конуса, мм	25
Высота коронки, мм	77
Масса коронки, кг	0,5

Буровые коронки КДП-40-25 предназначены для бурения шпуров перфораторами ПП63П в горных породах с коэффициентом крепости f=6-20 по шкале проф. Протодъяконова. Тип соединения со штангой – конусное. Рекомендуемая область применения: бурение вязких, трещиноватых и абразивных пород.

Буровые штанги предназначены для передачи буровой коронке энергию удара, крутящего момента и осевого усилия подачи. Буровая штанга для перфораторов с боковой промывкой отличается тем, что её хвостовик удлинён для монтажа муфты боковой промывки.

Буровую штангу для перфораторов изготавливают из шестигранной стали с конусным соединением с коронкой.

Диаметр вписанной в шестигранник окружности составляет 25 мм. Буровые штанги с боковой промывкой имеют длину 1,5-5 м с интервалом 0,5 м.

Максимальная длина штанги в комплекте должна быть не менее, максимальной глубины шпуров. По таблице 4.2 .

Таблица 4.2 - Глубина шпуров в зависимости от крепости пород и сечения выработок

Коэффициент крепости	Глубина шпуров для выработок сечением
Коэффициент крепости		S < 12	S> 12
3-6	2,0-2,5	2,5-3,0
Более 6	1,5-2,0	2,0-2,5

Принимаем глубину комплекта шпуров равной 1,8 м.

Все шпуры в забое выработки подразделяются на врубовые, отбойные и оконтуривающие. Глубину и коэффициент заполнения врубовых шпуров ВВ принимают на 10-15% больше, а коэффициент заполнения оконтуривающих шпуров на 15-20 % меньше, чем отбойных шпуров. Отсюда рассчитаем глубину врубовых и оконтуривающих шпуров:

l_вр= 1,1·1,8 = 2,0 м;

Для переносных перфораторов применяются шестигранные штанги с осевым отверстием для промывки. Буровой комплект состоит из 2-4 штанг. Мы выбираем буровой комплект, состоящий из 3-х штанг БШ25-700, БШ25-1600, БШ25-2500, длиной 700,1600, 2500 мм, массой соответственно 2,8; 6,3; 9,9 кг.

Врубовые шпуры в забое взрываются первыми. Они предназначены для создания дополнительной обнаженной поверхности, что облегчает работу отбойных (основных) шпуров. Совокупность врубовых шпуров называют врубом.

Тип вруба и число вспомогательных шпуров для образования врубовой полости зависят от площади забоя, длины заходки, крепости и текстуры пород.

Врубы для образования врубовой полости подразделяются на три типа:

- с наклонными шпурами к плоскости забоя (воронкообразные, пирамидальные, клиновые, веерные);

-с перпендикулярно направленными шпурами (прямые врубы);

- комбинированные.

Врубы с наклонными шпурами применяют в породах любой крепости.

Вертикальный клиновой вруб применяют в породах однородного строения, а также при вертикальных трещинах и напластованиях. Горизонтальный клиновой вруб применяют в выработках большого сечения, а также при горизонтальных трещинах и напластованиях.

Так как по заданию к курсовому проекту информацией по напластованию и трещиноватости можно пренебречь, то мы принимаем горизонтальный клиновой вруб.

Одним из основных параметров бурения шпуров, определяющим расположение шпуров в забое и оптимальное расстояние между ними, является линия наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойного шпура W_от .

(4.1)

где К_м - коэффициент местных геологических условий, принимается в зависимости от категории трещиноватости пород от 0,9 до 1,1;

К₃ - коэффициент зажима, принимается при S < 4 м - 0,6; при 5 = 4-60 м² ; 0,7-0,8; при S > 60 м² - 0,9;

d₃ - диаметр заряда, м;

Δ - плотность заряжания, т/м ;

ρ - плотность породы, т/м ;

е - относительная работоспособность ВВ.

Коэффициент плотности заряжания шпуров Δ, в зависимости от диаметра патронов и крепости пород можно определить из таблицы 4.3.

Таблица 4.3 - Коэффициент плотности заряжания шпуров в зависимости от крепости пород и диаметра патронов ВВ

Диаметр патронов, мм	Значения крепости пород
Диаметр патронов, мм		2-9	10-20
28,32	0,7-0,8	0,75-0,85
36	0,5-0,6	0,5-0,65
40	0,54-0,5	0,5-0,55

Общее число шпуров в забое N следует определять по формуле, рекомендованной СНиП.

(4.2)

где q - удельный расход ВВ, кг/м³ ;

S - площадь поперечного сечения выработки, м²;

d - диаметр патронов ВВ или диаметр шпура (при использовании порошкообразных или гранулированных ВВ), м;

ρ_вв - плотность ВВ в патроне или в заряде, кг/м³;

k_з - коэффициент заполнения шпуров.

Для выработок, площадь поперечного сечения которых не превышает 20 м², удельный расход ВВ определяется по формуле:

(4.3)

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

S - площадь поперечного сечения выработки, м;

К_к - коэффициент, учитывающий требуемую степень дробления породы, (К_к = 1,1-1,3);

е - коэффициент относительной работоспособности применяемого ВВ по отношению к эталонному ВВ (аммонит 6ЖВ).

Относительная работоспособность (е) некоторых ВВ:

Аммонит 6ЖВ - 1,0; гранулит М - 1,11; игданит - 1,13: аммонал М-10 - 0,8; аммонит скальный № 1 - 0,8; граммонал А-8 - 0,8; аммонал скальный № 3 - 0,8; детонит М - 0,82.

Количество оконтуривающих шпуров (N_ок):

(4.4)

где Р_к - периметр контура выработки в поперечном сечении (13,6 м);

а_к - расстояние между контурными шпурами, м.

(4.5)

Принимаем на заходку 6 врубовых, 24 оконтуривающих и 8 отбойных шпуров.

5. Конструкция шпуровых зарядов

При проведении буровзрывных работ применяется конструкция шпуровых зарядов двух видов: сплошная и рассредоточенная.

Для проходки выработки мы применяем сплошную конструкцию зарядов. Патрон-боевик размещаем первым от устья заряда.

Рисунок 5.1 – Конструкция шпуровых зарядов

6. Расчет зарядов взрывчатых веществ

Масса заряда взрывчатых веществ в шпуре определяется по формуле:

(6.1)

где Q₃ - масса заряда ВВ в шпуре;

Q_ц - расход ВВ на цикл, кг;

N— общее количество шпуров на цикл.

Расход ВВ на цикл составит:

(6.2)

где Q_ц - расход ВВ на цикл, кг;

q_p - расчетный удельный расход ВВ, кг/м³ (q_р=q);

S - площадь поперечного сечения выработки, м²;

L_ш – глубина комплекта шпуров, м.

Ориентировочно определим величину зарядов во врубовых и оконтуривающих шпурах.

Массу заряда во врубовых шпурах мы увеличим на 10%, а массу заряда в оконтуривающих шпурах уменьшим на 15%.

Так как мы приняли сплошную конструкцию заряда, то количество патронов в шпуре (n) округляем до целого.

(6.3)

где m – масса одного патрона ВВ, кг.

(принимаем 7 патронов);

(принимаем 6 патронов);

(принимаем 5 патронов).

Уточненная масса заряда в одном шпуре

(6.4)

Фактический расход ВВ на цикл составит:

(6.5)

Средний удельный расход ВВ на цикл составит:

(6.6)

где η - коэффициент использования шпуров;

L_ш – глубина комплекта шпуров, м.

Коэффициент использования шпуров зависит от крепости породы и определяется по таблице:

f	≤4	5-7	8-13	14-19	20
η	0,95	0,92	0,90	0,86	0,82

7 .Обоснование способа, режима, средств и показателей взрывания

Для проведения горно-подготовительной выработки преимущественно применяют электрическое мгновенное и короткозамедленное взрывание.

Первыми обычно взрывают заряды во врубовых шпурах, затем, через интервал замедления, взрывают заряды в отбойных шпурах, которые делят на группы, взрываемые с интервалом. Заряды в контурных шпурах взрывают одновременно после отбойных.

Интервал замедления t между взрывами отдельных групп зарядов при короткозамедленном взрывании можно определить по формуле:

(7.1)

где W - линия наименьшего сопротивления, м;

f - коэффициент крепости пород.

Источником тока для производства взрывных работ принимаем взрывную машинку ПИВ-100М, технические характеристики которой указаны в таблице 2.2.

8. Расчет электровзрывной сети

Рассмотрим электрический способ взрывания при последовательной схеме инициирования, как наиболее часто применяемой на практике. Электровзрывная сеть состоит из электродетонаторов с проводами, соединяющих их между собой, и источника тока или минной станции. Расчет электровзрывной сети сводится к определению ее полного сопротивления и силы тока, проходящего через каждый электродетонатор.

Для соединения электродетонаторов со взрывной машинкой применяем магистральные провода марки ВМП. Для безопасного ведения работ, место укрытия взрывника находится на расстоянии 200 м от забоя, значит длина магистральных проводов также составит 200 м.

Техническая характеристика провода марки ВМП

Показатели	Данные
Материал жил	Медь
Количество жил	1
Диаметр жил, мм	0,8
Площадь сечения жил, мм²	0,5
Сопротивление 1 м провода, Ом/м	0,04
Назначение провода	Магистральные и соединительные

Величина сопротивления сети без электродетонаторов определяется по формуле

(8.1)

где R_м, R_c, R_y, R_к - сопротивление магистральных, соединительных, участковых и концевых проводов соответственно, Ом.

Полное сопротивление электрической цепи при установке одного ЭД в боевике

(8.2)

где L_м, L_c, L_y - длина соответствующих участков проводов, м;

N- число последовательно соединенных боевиков;

R_э - сопротивление одного ЭД, Ом;

r_м, r_c, r_у - сопротивление 1 м магистральных, соединительных и участковых проводов соответственно.

Общее сопротивление R_общ электровзрывной сети для обеспечения безотказного взрыва должно соответствовать неравенству

(8.3)

где R_ном - номинальное, паспортное (допустимое) сопротивление сети для выбранного типа взрывной машин.

128,5<320 (удовлетворяет ЕПБ).

Общая сила тока в сети

(8.4)

где U - напряжение в электровзрывной сети, В.

Общая сила тока, проходящего через ЭД, должна быть больше гарантийного тока. В соответствии с требованиями ЕПБ при ВР, при использовании постоянных источников тока в каждый ЭД должен поступать гарантийный ток не менее 1 А, если одновременно взрывается до 100 ЭД, не менее 1,3 А -до 300 ЭД, не менее 2,5 А при взрывании переменным током независимо от количества ЭД. При инициировании зарядов от взрывных приборов в электровзрывную сеть поступает импульсный ток, поэтому условие безотказного взрыва проводят только по допустимому сопротивлению.

(удовлетворяет ЕПБ при ВР).

9. Определение показателей буровзрывных работ

Объем бурения на цикл:

(9.1)

Подвигание забоя за один цикл:

(9.2)

где L_cp - средняя длина шпуров, м;

η - коэффициент использования шпуров (см. раздел 6)

Объем разрушенной породы за цикл:

(9.3)

Расход ВВ на 1 м³ взорванной породы q¹ и на 1 м проходки выработки q¹¹:

(9.4)

(9.5)

где Q_ц¹ - уточненный расход ВВ на забой, кг;

V- объем разрушенной породы за цикл, м³.

;

Расход бурения на 1 м³ породы L¹ и на 1 погонный метр выработки L¹¹:

(9.6)

(9.7)

Удельный расход ЭД на 1м³ взорванной породы N¹ и на 1 погонный метр выработки N¹¹:

(9.8)

(9.9)

где N- число шпуров (электродетонаторов) на один цикл.

Расход забоечного материала:

(9.10)

где d - диаметр шпуров, м;

L_{заб. ср}- средняя длина забойки в 1 шпуре на цикл, м.

Определим длину зарядов в шпурах:

(9.11)

где n_п – количество патронов в шпуре, шт.;

L_п – длина патрона ВВ, м .

Определим длину забойки в шпурах:

(9.12)

где L_ш – глубина определенного типа шпура, м.

Определим среднюю длину забойки в шпурах:

(9.13)