Способ оконтуривания горных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проходке горных выработок. Параллельно контуру горной выработки бурят ряд шпуров. Оформляют их в поперечном сечении каплевидной формы. Скругленную часть шпуров в поперечном сечении выполняют в виде параболы. Заостренные части поперечного сечения шпуров в ряду направляют в сторону скругленной части соседнего шпура. Заряжение всех шпуров ВВ по всему поперечному сечению. Взрывание шпуровых зарядов. Расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения: „ 1 Imp Rn (2ОЬ E/Rn 0мах)1 -2m ,M, где Rn - средний размер заряжаемого шпура каплевидной формы, м; оь - величина удельной энергии получения вновь образованной поверхности, приходящейся на единицу ее площади, н/м ; Е - модуль Юнга породы, н/м2; Омах - величина максимальных напряжений на стенках шпура в момент взрыва, н/м2. В выработках криволинейной формы расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения: Эдоп VR Rn , м, где R - радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м. В выработках полигональной формы продольные оси поперечного сечения последних оконтуривающих шпуров по направлению их заострения в каждом ряду располагают в направлении заострения последующего ряда . 1 з.п. ф-лы, 3 ил. со С ч О о о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 37/00

ГОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4722844/03 (22) 25.05.89 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) А,Я. Попов, А.Б. Морозов, В.А. Яковенко, К.И. Горохов и А.И. Векличев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1112870, кл. К 42 0 1/06, 1985.

Авторское свидетельство СССР

1ч 1232606, кл, Е 21 С 37/00 (F 42 0 3/04), 1985. (54) СПОСОБ ОКОНТУРИВАНИЯ ГОРНЫХ

Bbl РАБОТОК (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проходке горных выработок. Параллельно контуру горной выработки бурят ряд шпуров. Оформляют их в поперечном сечении каплевидной формы.

Скругленную часть шпуров в поперечном сечении выполняют в виде параболы. Заостренные части поперечного сечения шпуров в ряду направляют в сторону скругленной части соседнего шпура. Заряжение всех шпуров ВВ по всему поперечному сечению, Изобретение относится к горной промышленности, а, именно к буровзрывным работам при проходке выработок путем взрывания зарядов взрывчатого вещества в оконтуривающих шпурах.

Цель изобретения — улучшение качества оконтуривания и уменьшение трудоемкости взрывных работ, ЫЛ 1760108 А1

Взрывание шпуровых зарядов. Расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения:

Imp = Rn (20o E Rn 0 мах)1 — 2m M.

2 где Rn — средний размер заряжаемого шпура каплевидной формы, м; ст, — величина удельной энергии получения вновь образованной поверхности, приходящейся на единицу ее площади, н/м; Е - модуль Юнга

2.

ПОрадЫ, Н/М2; С х — ВЕЛИЧИНа МаКСИМаЛЬных напряжений на стенках шпура в момент взрыва, н/м, В выработках криволинейной

2 формы расстояние между оконтуривающими шпурами определяют из выражения:

anon=4 RRn, м, где  — радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м, В выработках полигональной формы продольные оси поперечного сечения последних оконтуривающих шпуров по направлению их заострения в каждом ряду располагают в направлении заострения последующего ряда. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Ка фиг. 1 показан процесс образования, развития и завершения зоны разрушения и оконтуривающей трещины между двумя соседними шпурами каплевидной формы при наличии дополнительной обнаженной поверхности; на фиг. 2 представлена схема расположения оконтуривающих шнуров каплевидной формы в выработках криволи1760108 нейной (круглой) формы; на фиг, 3 — представлена схема располо>кения оконтуривающих шпуров каплевидной формы в выработках полигональной формы.

Сущность изобретения заключается в том, что оно использует не только способность взрывных волн и продуктов детонации взрывчатого вещества отражаться при переходе из одной среды в другую, имеющих разные акустические импеданты, что приводит к усилению разрушающего эффекта в направлении отражения, но, учитывая характер и направление отра>кения и придавая оконтуривающим шпурам каплевидную форму с направлением заостренной части шпура в сторону последующего оконтуривающего шпура, а скругленной части, выполненной в виде параболы, в сторону предыдущего шпура, а также выполняя заряд в форме, близкой к каплеиидной, позволяет концентрировать llQ вершине заостренной части шпура, как на начале трещины, энергию отраженных взр IBIIQA волны и продуктов детонации, что значительно увеличивает направленное действие взрыва и преимущественное с большей, чем в других направлениях скоростью развития трещины в сторону последующего оконтуривающего шпура.

Вышеизложенное поясняется на примере (фиг. 1) взрывания в шпурах 1, 3 каплевидной формы зарядов 2 взрывчатого вещества по форме, близкой к каплевидной, В результате взрыва зарядов 2 ударная волна в каждом из рассматриваемых шпуров распространяется во все стороны от центра зарядов 2. На границе заряд-воздух (в направлении к скругленной части шпура 2) происходит частичное ее отражение в сторону к вершине заостренной части шпура 2, другая переходит в воздушный промежуток.

Перешедшая в воздушн:-,. : промежуток ударная волна распространяется в направлении к скругленной части. Дойдя до скругленной части, она отражается от всех ее точек, концентрируется и направляется также на вершину заостренной части. Таким образом, на вершине заостренной части шпура 2 создается дополнительная, максимальная по сравнению с другими точками стенок шпура концентрация напряжений.

Вокруг шпуров 1 и 3 образуются зоны разрушения 4 ° каждая из которых со стороны скругленной части шпура имеет мини лальные размеры. а в направлении заостренной части величина эоны разрушения будет максимальной, Кроме того, от заостренной части каждого из шпуров 1 и 3 оси симметрии с максимальной по сравнению с другими направлениями скоростью и на большее расстояние развиваются трещины 5 и 7. От предыдущего по отношению к шпуру 1 в свою очередь образуется трещина б. Данный механизм разрушения подтверждается

5 лабораторными исследованиями. От проектного контура 9 в законтурную часть массива разрушение от действия взрывных волн и проникновение продуктов детонации затруднено, наиболее слабым является на10 правление по линии наименьшего сопротивления в сторону дополнительной обнаженной поверхности 8, трещинообразование в этом направлении от действия взрывных волн и продуктов детонации бу15 дет максимальным. Порода, заключенная между оконтуривающими трещинами 5, 6, 7 и дополнительной обна>кенной поверхности 8 будет разбита развитой системой трещин 10 на отдельные блоки и куски и

20 отброшена внутрь выработки.

Согласно теории распространения взрывных волн и разрушения горных пород взрывом максимальное расстояние от центра заряда, на которое может распростра25 ниться трещина от заостренной части шпура вглубь массива может быть определено l13 выражения (Iëàêñèìàëüío возможное расстояние между оконтуривающими шпурами)

30 2о о Е mp =Вп(2 .)1 — 2п, М, Rn астмах где Imp — расстояние от центра заряда в направлении по оси симметрии оконтурива35 ющих шпуров каплевидной формы, на котором прекращается развитие (рост) трещины, м;

Rn — средний размер шпура каплевидной формы, м; . гго — величина удельной энергии образования вновь полученной поверхности, приходящейся на единицу ее площади, н/м;

Š— модуль Юнга, н/м2;

<гмбх — величина напряжений на стенках взрывной полости.в момент взрыва заряда

ВВ, н/м2;

m — показатель степени затухания волны напряжений.

Если оконтуривающие шпуры каплевидной формы располагать на расстоянии меньшем, чем mp то трещины 07 предыдущих шпуров сольются с последующими шпурами и выработка окажется оконтуренной сплошной трещиной по всему периметру выработки. Если их расположить на расстоянии друг от друга, большем, чем lmp,то рост трещины, идущий от предыдущего шпура к последующему, прекратится, и выработка окажется не оконтуренной сплош1760108 ной трещиной. Следовательно, окантуривающие шпуры каплевидной формы нужна располагать на расстоянии друг от друга,адов=4 BR, м; меньшем, чем imp.

Если выработка имеет криволинейную форму поперечного сечения, то устье и дно оконтуривающих шпуров 11, 12, 13...22 (фиг.

2) располагают на 1 — 3 диаметра шпура от линии проектного контура 9 внутрь выработки, Указанные расстояния обусловлены тем, что, располагая устья оконтуривающих шпуров ближе чем на 1 диаметр шпура к линии проектного контура, будут наблюдаться переборы породы. увеличивая расстояния устьев оконтуривающих шпурав от линии проектного контура внутрь выработки более чем на 3 диаметра шпура, будут наблюдаться недоборы породы. Это все приведет к дополнительным трудовым и материальным затратам на сооружении выработки.

Располагая устьевые и донные части окантуривдющих шпурав нд указанных расстояниях от линии проектного контура криволинейной формы выработки, достигают возможности располагать аконтуривающие шпуры на расстоянии друг от друга, равном где адо — максимально допустимое расстояние между оконтуривающими шпурами в выработках криволинейной формы, при котором переборы пород не выходят и за нормативные величины, м;

R — радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м.

Оконтуривание горной выработки шпурами каплевидной формы и зарядами в них по форме, близкой к каплевидной. осуществляют следующим образом (фиг. 2 и 3). Буровой машиной (например, перфоратором

ПР-30 лс) по всей площади забоя сооружаемой выработки обуривают врубовые, вспомогательные, отбойные (на фиг. 2 и 3 не показаны) и оконтуривающие шпуры 11, 12, 13...22 друг от друга на расстояниях, заложенных в паспорте буровзрывных работ, причем шпуры оконтуривающего ряда 11, 12, 13...22 располагают друг от друга на расстоянии не больше чем величина!тя, которую определяют заранее с помощью вышеприведенного выражения; для выработок, имеющих криволинейный контур это расстояние в свою очередь не должно быть более адоп. Затем оформляют каждый оконтуривающий шпур в поперечном сечении на всю длину каплевидной формы таким образом, чтобы каждый предыдущий шпур своей заостренной частью был направлен в

55 скругленную часть последующего шпура. причем необходимо, чтобы ось сил4метг ии каждого предыдущего шпура проходила через скругленную часть полости последующего шпура для выработок, имеющ:x криволинейную форму сечения (фиг. 2,; для выработок же полиганальнай формы неаб ходимо, чтобы оси симметрии акантуривагощих шпуров 11, 12, 13...22 (фиг. 3) совпадали друг с другом и были параллельны проектному контуру выработки, а окантуриваюв.ие шпуры, расположенные в углях выработки, выполняют таким образол4, чтобы их оси симметрии были параллельны последующей стороне проектного контура (фиг, 3. шпурь. 13, 16, 19, 22).

После окончания буровых работ и оформления окантуривающих шпурав в виде каплевидной фоамы весь комплект шпуров снаряжают заряды взрывчатого ве.цества, причем врубовые, вспомогательные и отбойные шпуры из патронов обычной, цилиндрической формы, окантуривающие шпуры

11, 12, 13...22 из патронов по форме, близкой к каплевидной. Взрывание всех зарядов производят в один прием, при этом в первую очередь инициируют заряды врубая ix во вторую — заряды вспол;агательны ;, в третью — заряды отбойных и в последнюю очередь — заряды аконтуривактщих шпуров (очередность создают применением. напрмер, электродетонаторов саответс-вующих ступеней замедления). В результате взрыва в забое выработки образуются дополнительные обнаженные поверхностью 8. В «езультате взрыва ээрядов окантуривгющих шпуров вокруг каждого заряда образуется зона разрушения (в направлении каждого последующего шпура — например к шпуру

12) от предыдущего шпура 11 раэвивае;с аконтуривающая трещина 5 и замыкается на шпуре 12. В свою очередь к шпуоу 11 идет и замыкается на нем трещина 6 ат шпура."2. а к шпуру 13 идет и замыкается на нем трещина 7 от шпура 12. Таким образам, B результате взрыва зарядов оконтурива:ащих шпуров по всему кснтуру 9 выработка оконтуривается замкнутой сплошной трещиной, в результате действия взрывных волн и продуктов детонации массив между оконтуривающей трещиной и обнаженной поверхности 8 разбивается на отдельные куски и блоки трещинами 10 и атбр;4сывается внутрь выработки, Таким абразал1. выработка качественно окантуривается, При таком способе оконтуривания расход оконтуривающих шпуров уменьшается, поверхность контура выработки получается гладкой, воздействие взрыва ня. закантурную часть массива свод тся лт минимуму.

1760108

Все зто уменьшает затраты на проведение и поддержание выработок, сокращает расход крепежных материалов и трудоемкость работ на крепление.

Способ оконтуривания может быть применен при проведении горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок в шахтах и рудниках, опасных и не опасных по газу и пыли, как по изотропным, так и Ilo анизотропным горным породам.

Формула изобретения

1. Способ оконтуривания горных выработок, включающий бурение оконтуривающих шпуров, оформление их в поперечном сечении каплевидной формы, скругленную часть которых выполняют в виде параболы, помещение в оконтуривающие шпуры зарядов ВВ в поперечном сечении каплевидной формы, о т л и ч а ю щ и A с я тем, что, с целью улучшения качества оконтуривания и уменьшения трудоемкости взрывных работ, оконтуривающие шпуры каплевидной формы бурят параллельно вдоль контура выработки, заостренные части их направляют в сторону скругленной части каждого последующего соседнего шпура. при этом оконтуривающие шпуры бурят на расстоянии друг от друга, определенном иэ выражения

2ао Е

Imp — Rn (2 )1 — 2п, 1л. п а мах где Imp — расстояние от центра заряда по направлению оси симметрии и заостренной части оконтуривающих шпуров каплевидной формы, на котором прекращается рост (развитие) оконтуриоающей трещины, м;

Rn — средний размер заряжаемого шпу5 ра каплевидной формы, м;

cTp — величина удельной энергии получения вновь образованной поверхности, приходящаяся на единицу ее площади, н/м;

Š— модуль упругости 1Онга породы, 10 н/м; аидах- величина максимальных напряжений на стенках взрывной полости (шпура) в момент взрыва. н/м2;

15 причем в выработках криволинейной формы расстояние между оконтуривающими шпурами определяют иэ выражения ад=4 i/Й, М, где адил — максимально допустимое рассто20 яние между оконтуривающими шнурами в выработках криволинейной формы, м;

R — радиус кривизны проектного контура выработки вчерне, м.

2. Способ по и. 1, отличающийся

25 тем, что в выработках полигональной формы продольные оси поперечного сечения последних оконтуривающих шпуров по направлению их заострения в каждом ряду располагают в направлении заострения последующего ряда;

30 m — показатель степени затухания волны напряжений.

1760108

Корректор М.Петрова

Редактор

Техред М.Моргентал

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3167 Тираж . Подписное

ОНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5