Результаты исследований ряда специалистов по разработке методов контурного (щадящего) взрывания показывают, что снижение разрушающего действия контурных шпуров на законтурный массив, а именно, на замораживающие колонки, сводится к поиску методов управления первичным полем напряжений, распространяющемуся от центра шпура (взрыва) к проектному контуру ствола. Достигаться это может различными приемами, в том числе применением зарядов с различными геометрическими формами и конструкциями, типа ВВ с меньшей скоростью детонации и теплотой взрывания или уменьшением массы шпурового заряда. Кроме того, часто применяется защита приконтурного массива от действий взрыва путем создания по контуру выработки разгрузочной щели или оконтуривание выработок незаряженными скважинами (шпурами).
Однако, практика взрывных работ при проходке шахтных стволов показывает, что с позиции влияния на сохранность замораживающих колонок взрывы зарядов во врубовых шпурах также оказывают влияние, как и взрывы оконтуривающих шпуров. Если разрушение массива врубовыми и отбойными шпурами произойдет некачественно, то заряды контурных шпуров будут работать при повышенных ЛНС (линии наименьшего сопротивления) либо при отсутствии второй плоскости обнажения. В таких случаях волна напряжения, действующая на колонки, будет иметь более значительную амплитуду (явление «зажима»). Известно также, что из-за повышенного сопротивления породы по подошве шпуров (увеличение «зажима») увеличивается воздействие напряжений на законтурную зону, увеличивается длительность волны напряжений. Один из рекомендуемых приемов для снижения «зажимов» – вертикальное расположение контурных шпуров.
Одним из приемов управления действием взрыва является усиление напряженного состояния разрушаемой породы в заданном направлении, например, в соответствии с проектным контуром ствола при общем снижении массы шпурового заряда.
Одним из приемов управления действием взрыва является усиление напряженного состояния разрушаемой породы в заданном направлении, например, в соответствии с проектным контуром ствола при общем снижении массы шпурового заряда.
Указанный эффект может быть достигнут за счет создания на стенках шпура концентраторов напряжений в виде треугольных надрезов на стенках шпура [3].
Наличие надрезов на стенках шпуров с углами при вершине α = 90° обеспечивает сохранность следов шпуров на контуре горной выработки, удельный расход ВВ при этом снижается более чем на 77% и равен:
где q0 – нормативный расход ВВ, кг/м³, Кэ – коэффициент снижения энергоемкости разрушения, зависящий от глубины надреза.
При глубине надреза около 3 мм Кэ = 0,7. [3].
Надрезы, то есть концентраторы напряжений, направлены в соответствии с проектным контуром ствола, позволяют снизить массу шпурового заряда ВВ и осуществить разрушение горной породы по направлению ориентации надрезов без уменьшения расстояния между шпурами контурного ряда. Благодаря уменьшению массы шпуровых зарядов (или применению маломощных зарядов ВВ) снижается разрушающее действие взрыва на приконтурный массив, то есть повышается его сохранность и надежность (рис. 1).
Рис. 1.
Зависимость коэффициента снижения энергоемкости разрушения пород от глубины профильного надреза.
Известно также, что уменьшение концентрации взрыва на 1 м шпура может быть достигнуто за счет применения ВВ с высокой (360-450 см³) работоспособностью в патронах малого (21-24 мм) диаметра или применения ВВ в патронах обычного (32-36 мм) диаметра, но малой (260-300 см³) работоспособности, а также комбинации двух первых способов. Благодаря увеличенному зазору между диаметром шпура и патроном ВВ снижается плотность заряжания и связанное с этим давление газа на стенки шпура.
При контурном взрывании применяют три типа конструкций заряда – с радиальным, осевым и радиально-осевым зазором. Заряды с радиальным зазором применяют при использовании ВВ в патронах малого диаметра, с осевым зазором – при использовании ВВ в патронах диаметром 32-36 мм; заряды с радиально-осевым зазором применяются в случаях, когда ВВ имеют большую работоспособность, но малый диаметр патрона. Применение контурного взрывания уменьшает глубину трещин в породном массиве в 4-7 раз, перебор породы – примерно в 3 раза и заметно снижает затраты на крепление 1 м выработок – в 1,5 раза.
Рис. 2.
Динамика NK/N при изменении f: 1 - при S = 30 м²; 2 - при S = 60 м²
В работе [2] приводится зависимость расстояния между оконтуривающими шпурами в вертикальных выработках от коэффициента крепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Так, например, при f = 3 это расстояние составляет 75 см, а при f = 10 уменьшается до 45 см. В то же время в указанных работах отсутствуют данные о параметрах размещениия оконтуривающих шпуров в породах с f > 10.
Воспользовавшись данными, приводимыми в [1, 2] можно установить зависимости параметров размещения шпуров от коэффициента крепости пород, экстраполировав их для условий с f = 10-20 (табл. 1).
Полученные зависимости параметров размещения шпуров контурного и предконтурного ряда используем для определения зависимости скорости проходки выработки при контурном взрывании в крепких породах. Исследуем зависимость скорости проходки выработки от крепости пород для различных условий (табл. 2) в выработках с площадью поперечного сечения S = 30 и S = 50 м, так как использование контурного взрывания зачастую приводит к необходимости бурения дополнительного числа шпуров, что уменьшает темпы проходки выработки.
Таблица 1. Зависимость параметров буровзрывных работ от коэффициента крепости пород.
Анализ результатов моделирования числа шпуров при обычном (N) и контурном (NK) взрывании показал следующее: при абсолютном (и весьма значительном) возрастании числа шпуров с увеличением коэффициента крепости пород относительное их увеличение при контурном взрывании будет более высоким при уменьшении крепости пород f. Так, например, в выработке с S =30 м² относительное возрастание числа шпуров при контурном взрывании по сравнению с обычным при f = 6 составит 1,252 раза, при f = 8-1,218 раза, в то время как при f = 10 оно уменьшится до 1,189 раза.
В стволе с S = 60 м² такое изменение, имея сходный характер, будет отличаться несколько меньшим уровнем: при f = 6 оно составит 1,252 раза, при f = 8-1,218 раза, в то время как при f = 10 – уменьшится до 1,189 раза.
Представляет интерес исследование изменения скорости проходки ствола при контурном взрывании, но при увеличении в 2 раза (в соответствующих случаях) производительности средств бурения, поскольку именно бурение оказывает наибольшее воздействие на темпы работ. Более интенсивное снижение скорости проходки при контурном взрывании при больших значениях f можно объяснить не столько увеличением в этом случае числа шпуров (интенсивность прироста числа шпуров при высоких f напротив, снижается), но усложнением условий их бурения.
Таблица 2. Варианты условий исследования.
Применение и в данном случае, по аналогии с выработкой меньшего сечения, сочетания контурного взрывания с удвоенной производительностью бурового оборудования заметно повышает скорость проведения выработки – до 54,9 м/мес. при f = 8 (уже при таком значении f скорость будет превышать имевшую место в варианте при обычном взрывании, но однократной производительности средств бурения) или 28,2 м/мес. при f = 10.
Таким образом, исследования зависимости влияния контурного взрывания на скорость скорости проходки выработок при различных условиях показали следующее: при использовании контурного взрывания возникает необходимость в бурении дополнительного числа шпуров, измеряемого, для различных условий, 19-28% для выработки с S = 30 м² или 17-24% для выработки с S = 60 м², причем с увеличением f имеет место относительное сокращение прироста числа оконтуривающих шпуров; скорость проходки выработки с S = 30 м² при контурном взрывании снизится в 1,14 при f = 6 и в 1,18 раза при f = 8; для выработки с ² = 60 м² указанные показатели составят соответственно 1,1 и 1,24 раза. Более интенсивное падание скорости проходки при повышении f можно объяснить снижением в этом случае производительности бурового оборудования. Удвоенная производительность средств бурения позволяет не только компенсировать снижение скорости при контурном взрывании, но и получить, при более высоких значениях f, ее приращение.
