Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ 1. Начальные сведения о буровзрывных работах.

Условия ведения взрывных работ

Взрывные работы на угольных шахтах ведутся в выработках, где возможно образование взрывоопасной концентрации метана и угольной пыли с воздухом. Шахты, в которых обнаружен CH₄, называются газовыми. Взрыв метана может произойти при концентрации CH₄ от 4(4,5) до 16%. Наибольшей силы взрыв достигает при 9,5%. В соответствии с §236 ПБ в зависимости от величины относительной метанообильности газовые шахты подразделяются на 5 категорий:

Опасные по внезапным выбросам. Пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа, а так же выбросоопасные породы.

Запрещается производство ВР при содержании CH₄ 1% и более в забоях и примыкающих к ним выработках на протяжении 20 м от них а так же в месте укрытия мастера - взрывника.

Угольная пыль является взрывчатой при содержании летучих веществ более 15%. Легче всего взрывается пыль с содержанием летучих 17 - 32%. Наиболее опасны в отношении взрыва пылинки размером 10 - 75 мкм. Пределы взрывчатости пыли 16 - 20; 1500 - 2000 г/м³. Взрыв максимальной силы происходит при концентрации пыли 300 - 600 г/м³. Перед производством ВР производится осланцевание выработок и обмыв угольной пыли водой.

Бурение -- процесс последовательного разрушения породы в забое скважины (шпура) и удаления из него продуктов разрушения. В угольных шахтах применяют только вращательный и вращательно-ударный способы бурения, в рудниках помимо указанных используют также ударно-поворотный и ударно-вращательный способы бурения.

Шпуры бурят различного рода бурильными машинами, ручными и колонковыми сверлами, перфораторами и бурильными установками.

Для бурения шпуров по мягким и средней крепости породам и углю используют электросверла СЭР-19М, ЭР-14Д2М и ЭР-18Д2М. Последнее имеет специальный механизм для принудительной подачи сверла на забой.

Шпуры бурят диаметром 36--43 мм и глубиной до 3 м. Электросверла, которые используют в газовых шахтах, изготавливают во взрыво- и искробезопасном исполнении, а сверла, применяемые в шахтах с пневмоэнергией, имеют пневмопривод. Например, пневматические сверла СР-31М и СР-ЗБ1М применяют для бурения шпуров диаметром до 46 мм.

Ручные электросверла работают от сети напряжением 127В, имеют мощность двигателя до 2 кВт и массу до 25 кг.

В качестве бурового инструмента при бурении сверлами используют витые металлические штанги, снабженные наконечниками -- резцами.

Производительность бурения шпуров ручными электросверлами (м/ч) в породах с коэффициентом крепости f =2--5

Для бурения шпуров диаметром 32--46 мм и глубиной до 5 м по породам с коэффициентом крепости />5 применяют переносные (ручные) перфораторы -- бурильные машины ударно-поворотного бурения, работающие на сжатом воздухе. Ручные перфораторы ПП-36В, ПП-54В1. ПП-63В и ПП-63ВБ расходуют 2,8--3,8 м/мин сжатого воздуха, развивают энергию удара до 63 Дж и имеют массу 24--35 кг.

Если сверло или перфоратор устанавливают на распорной колонке, то его называют колонковым. Колонковые перфораторы ПК-60А, ПК-75А применяют для бурения шпуров и скважин по крепким и очень крепким породам (f =8--20). Для бурения шпуров, направленных снизу вверх под углом 45° и более к горизонту, используют телескопные перфораторы. Диаметр буримых шпуров и скважин 40--85мм, длина до 15 м.

Общие сведения о взрывчатых веществах и средствах инициирования

Взрывчатыми являются вещества или смеси веществ, которые способны при определенных видах внешнего воздействия к очень быстрому само распространяющемуся химическому превращения с выделением тепла и образованием газов. 1кт ВВ средней мощности освобождает за время 10^-5 с около 4 10³ Дж тепловой энергии.

В зависимости от вида внешнего воздействия ВВ могут испытывать три формы превращения:

Термическое разложение

Горение

Взрыв (детонацию)

Детонация - перемещение по ВВ со сверхзвуковой скоростью узкой зоны химической реакции с крутым скачком давления на фронте (ударным фронтом).

Детонация возбуждается при действии на ВВ ударной волны достаточной интенсивности.

ВВ, детонация в которых возникает при простых видах механического или теплового воздействия называются инициирующими (ТЭН, ТНРС, азид свинца, гремучая ртуть). Виды воздействия - удар, накол, луч огня.

В свою очередь инициирующие ВВ, содержащиеся в средствах инициирования (CU) служат для возбуждения детонации в промышленных ВВ.

В качестве источника возбуждения инициирующего ВВ обычно используется электро воспламенитель, изготавливаемый из нихромовой проволоки или огнепроводный шнур (ОМ)

Различают:

Огневое инициирование

Электро огневое инициирование

Электрическое инициирование.

К средствам огневого инициирования относят: капсюль - детонатор, огнепроводный шнур и средства его зажигания (воспламенения).

Огневое инициирование применяется на поверхности, в шахтах и рудниках, не опасных по газу и пыли.

Электро-огневое инициирование отличается от огневого тем, что отрезком зажигаются при помощи электро зажигателей. Электро огневое инициирование применяется на поверхности, в шахтах и рудниках не опасных по газу и пыли в случаях, когда огневое инициирование применять невыгодно или небезопасно.

К средствам электрического инициирования относятся электро детонаторы, взрывные и контрольно - измерительные приборы и магистральные провода.

Различают электро детонаторы мгновенного и короткозамедленного действия.

ЭД мгновенного действия (и КЗ действия) представляет собой металлическую гильзу, внутри которой расположены бризантное, инициирующие вещества и электро воспламенитель. ЭВ представляет из себя мостик накаливания из нихромовой проволоки.

ЭД замедленного действия отличаются от ЭД мгновенного наличием столбика замедляющего состава, размещаемого между ЭВ и инициирующими ВВ.

ЭДКЗ имеют замедление от 25 до 250мс.

ЭДЗД имеют интервал замедления от 0,5 до 10с.

В угольных и смешанных забоях шахт, опасных по газу и пыли применяются только предохранительные (покрытые пламене гасящим составом) ЭД мгновенного и коротко замедленного действия.

В выработках, проводимых по породе при отсутствии метана и угольной пыли можно применять не предохранительные ЭД, в т.г. и ЭДЗД с временем замедления до 10с. Для подрыва ЭД используют спец. взрывные приборы.

Классификация ВВ

Согласно существующей промышленной классификации ВВ подразделяются на 8 классов

Классы с 1-го по 7-й специальные ВВ

ВВ I класса применяют на открытых работах.

ВВ II класса на открытых и подземных работах кроме шахт, не опасных по газу и пыли.

ВВ I и ВВ II классов относятся к не предохранительным.

ВВ III - VII классов относятся к предохранительным и допускаются для ведения работ в шахтах, опасных по газу и пыли.

Специальные ВВ используются для импульсной обработки металлов, дробление негабаритов, прострелочно - взрывных работ и т.д.

ВВ изготавливаются в виде смесей в мешках, шланговых упаковках или патронах.

При взрывных работах в шахте используются только патронированные ВВ.

Для предохранительных ВВ стандартный диаметр патрона 36 - 37мм, для непредохранительных 27 - 28мм, 31 - 32мм, 36 - 37мм, 44 - 45мм. Длина патронов определяется плотностью набивки и составляет 220-330 мм. Стандартная масса патронов 150, 200, 250, 300 и 500 грамм.

Понятие о конструкции шпурового заряда

Шпур - углубление в массиве горных пород диаметром до 75 мм и длиной до 5,0 м.

Скважина - углубление в массиве горных пород диаметром > 75 мм и длиной > 5,0 м.

Для патронов диаметром 36-37 мм диаметр шпура принимается равным 42-43 мм.

При длине шпура < 1 м забойка составляет не менее Ѕ длины шпура, при длине шпура > 1 м - не менее 0,6 м.

Коэффициент использования шпура (КИШ) - отношение длины шпура после взрывания к общей длине шпура.

Линия наименьшего сопротивления (ЛНС) - минимальное расстояние от заряда до открытой (обнаженной) поверхности.

Средства бурения шпуров

f< 6 - ручные электро-, пневмо и гидросверла (ЭР-14, ЭР-18Д-2М, СЭР-19, ГНОМ).

f = 6 - 16 - бурильные машины с электро, гидро и пневмоприводом.

Персонал и документация при ведении взрывных работ

Все БВР ведутся по проектам, паспортам или схемам, составленным в соответствии с ЕПБ и утвержденными главным инженером шахты.

ВР ведутся специально обученными взрывниками, а в шахтах, опасных по газу и пыли - мастером-взрывником.

ВВ хранятся на специально оборудованных складах. Для перевозки ВВ используются специально оборудованные транспортные средства.

ЛЕКЦИЯ 2. Горное давление и управление состоянием массива горных пород

Понятие о массиве горных пород

Физические процессы, происходящие в недрах при ведении горных работ распространяются далеко в породы подстилающей и покрывающей толщи, часто достигая земной поверхности. При проектировании и эксплуатации шахт приходится иметь дело с большим участком литосферы, включающими месторождения.

Массив горных пород - геологическое тело, состоящее из совокупности горных пород, сформировавшееся в определенной геолого-структурной обстановке и характеризующееся присущими ему физическими и геологическими особенностями. Горная порода, находящаяся в массиве в естественном состоянии, называется горной породой в массиве. По строению массивы пород характеризуются мощностью и углом падения слоев, наличием геологических нарушений, зон трещиноватости, секущих жил, и т.д.

С известным приближением можно выделить следующие виды массивов:

однородные

крупноблочные

слоистые

мелкоблочные (трещиноватые)

сложной структуры

комбинированные

Большое значение имеют величины характеристик пород, слагающих ту или иную часть горного массива а также структура массива и их изменения в пространстве.

Описание состояния массива горных пород

Состояние горной породы является функцией соотношения внутренних свойств (плотности, влажности, внутренней энергии, теплопроводности) и внешних условий (величины нагрузок, температуры, времени и характера приложения нагрузки).

Напряжения в массиве пород определяются как отношения нагрузки к площади опоры

= F/S где F - нагрузка, Н; S - площадь опоры, м².

Различают напряжения в нетронутом массиве и напряжения, формирующиеся (перераспределяющиеся) в результате ведения горных работ.

В настоящее время по вопросу о напряженном состоянии нетронутого массива существует три гипотезы.

Гипотеза 1 Горные породы в нетронутом массиве находятся в гидростатическом напряженном состоянии, т.е. все составляющие тензора напряжения равны между собой.

,

где - удельный вес горных пород, т/м³;

Н - глубина ведения горных работ, м.

Гипотеза 2 Согласно гипотезе 2 напряжение в любой точке массива определяются весом пород до поверхности, т.е. имеют гравитационную природу.

При этом вертикальная составляющая _z = г H, а горизонтальные составляющие

д_x = д_y = лгЗ , где л - коэффициент бокового распора л = /(1- )

где - коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации).

Образец испытывает напряжение растяжения. Относительные деформации по осям определяются следующим образом:

_Z = (a₁ - a)/a; _X = (b₁ - b)/b; _Y = (c₁ - c)/c;

Для изотропного тела = 0,1 ч 0,5

т.е. коэффициент Пуассона является отношением поперечных относительных деформаций образца к продольным. - модуль Юнга

и - основные показатели, характеризующие свойства горных пород с точки зрения геомеханики.

Гипотеза 3

Согласно этой гипотезе напряжения в нетронутом массиве формируются под действием неотектонических процессов. В этом случае основное значение придается горизонтальными силами, возникающими в результате перемещения в горизонтальном направлении отдельных участков (плит). Каждая из упомянутых гипотез имеет право на жизнь и определенную область применения.

Горное давление при проведении подготовительных выработок

взрывной угольный горный давление

Горное давление - сила, вызванная весом вышележащих пород, горное давление определяет напряжение в массиве.

Существует несколько гипотез, объясняющих горное давление на крепь выработок. Одна из них принадлежит проф. М.М. Протодьяконову.

По этой гипотезе над горизонтальной выработкой образуется свод горных пород в форме параболы, который воспринимает давление вышележащих пород. На крепь оказывает влияние лишь порода, заключенная внутри этого свода.

Высота свода определяется b = a/ѓ при сроке выработки < 1 года.

b = 2a/ѓ при сроке службы выработки 1 год и более.

Тогда давление на 1 погонный метр выработки определяется из формулы.

P_b = 4/3 a b _k = 4/3 a²/ѓ _k ; Н/м².

P_b = 8/3 a²/ѓ _k ; Н/м².

Нагрузка на одну крепежную раму составит

P_b = P_b ?, н/м м = Н

Где ? - расстояние между рамами крепи, м.

_k - удельный вес породы в кровле выработки, н/м³.

Горное давление при ведении очистных работ

Если оделяющийся слой породы равен мощности непосредственно кровли h_н то горное давление в очистной выработке P_оч.

P_оч = h_{н k} /100 (мПа)

Где _k - удельный вес пород кровли н/м³.

Способы управления кровлей в очистном забое

После выемки угля в толще горных пород начинаются процессы с движения, которые могут носить характер:

Рассмотрение с обрушением нижнего слоя и зависанием верхнего на 2-х опорах - крепи и обрушенных породах.

Зависание пород кровли в виде консольной плиты без опоры в выработанном пространстве в случае если прочность пород кровли на разрыв между слоями достаточно велика: вследствие неравномерности деформаций плита может обломится.

Неустойчивые и нарушенные породы кровли обрушаются мелкими кусками: при этом в кровле образуются полости, по своей форме близкие к своду.

Условие подпора пород основной кровли обрушенными породами:

h_н ? (m_b - h_c)/(k_p - 1)

где h_c - возможное (допустимое) свободное опускание основной кровли до упора на обрушенные породы, м.

m_b - вынимаемая мощность пласта, м.

k_p - средний коэффициент разрыхления обрушенных пород.

Управление кровлей - совокупность мероприятий по регулированию нагрузки на крепь очистного забоя, проводимых с целью обеспечения эффективной и безопасной выемки угля.

Способы управления кровлей:

Полное обрушение;

Частичное обрушение;

Полная закладка;

Частичная закладка;

Плавное опускание;

Понятие об управлении состоянием массива горных пород

Управление состоянием массива горных пород - совокупность мероприятий по регулированию напряжений в массиве, проводимых с целью обеспечения горных работ.

Горный удар - внезапное хрупкое разрушение отдельных сильно напряженных участков угольного, рудного или породного массива с выделением большего количества энергии упругой деформации пород, возникающей в результате воздействий на м. Г. п. Горного давления.

Внезапный выброс угля (породы) и газа - быстропротекающее разрушение при забойной части газоносного угольного или породного массива под воздействием горного давления, давления газа и собств. веса пород сопровождающееся отбросам угля (породы) в горную выработку и повышенным газовыделением.

Способы воздействия на массив г.п.

Надработка или подработка очистными забоями без оставления целиков угля.

Изменение напряженного состояния массива горных пород за счет

нагнетания воды в пласт; гидроразрыва пласта; гидроотжима.

Предварительная дегазация пласта, склонного к проявлению газодинамических явлений.

Отработка защитных пластов.

Защитный пласт - один из пластов свиты, отработка которого позволяет изменить напряженное состояние массива и осуществить безопасную отработку остальных пластов свиты.

Размещено на Allbest.ru

...