Средства механизации технологических процессов при взрывной отбойке (бурение, заряжание, взрывание)

1. Взрывная отбойка руды

1) шпуровая отбойка

2) скважинная отбойка

3) минная отбойка

Как сказано выше, взрывной способ остается ос­новным для отбойки руд крепких и средней крепости. Эффектив­ность его, помимо свойств пород, зависит в первую очередь от способа бурения и типа ВВ.

Основным способом бурения на ближайшие десятилетия оста­ется механический. Отметим, что если рассматривать одно только бурение, то его удельная энергоемкость (кгм/см³) при механиче­ском, струйногидравлическом и термическом способах бурения будет находиться в соотношении 1: 9: 100. Особенно энергоемок электро-термо-механический способ.

ВВ используются химические с нормальной энергетической ха­рактеристикой (теплота взрыва 800—1300 ккал/кг). Вместе с тем есть попытки значительно расширить диапазон мощности зарядов.

Так, для резкого увеличения мощности технически возможно при­менение ядерных зарядов в определенных, весьма ограниченных условиях: очень большая мощность залежи, невысокая.ценность руды, а также малая населенность района и изолированность грунтовых вод, что необходимо в связи с большим сейсмическим действием и радиацией.

Основные факторы, влияющие на показатели отбойки руды. Крепость руды. Ориентировочно удельный расход ВВ и удельный расход бурения зависят от крепости руды почти в прямой пропор­ции. Это же относится и к трудоемкости бурения 1 м скважины. Поэтому трудоемкость буровых работ на 1 т отбитой руды пропор­циональна коэффициенту крепости руды в степени, близкой к 2.

Трещиноватость руды. Массив расчленяется по естественным трещинам даже при уменьшенном расходе ВВ. Вместе с тем тре­щины ограничивают распространение энергии взрыва, поэтому участок руды, заключенный между трещинами, часто остается не­разрушенным, если не будет взорван 'заряд именно в нем.

Благоприятна густая сеть трещин с расстоянием между ними меньше кондиционного куска. В этом случае обеспечивается хо­рошее дробление руды при относительно небольшом объеме буро­взрывных работ.

При редкой сети трещин необходим увеличенный объем буро­взрывных работ (с тем чтобы минимальное число рудных участ­ков, ограниченных трещинами, оказалось в интервалах между зарядами ВВ) и даже при этом возможен значительный выход негабаритных кусков руды.

Мощность залежи. Влияние ее на эффективность отбойки свя­зано с тем, что на крайние скважины ряда приходится уменьшен­ный объем руды. Чем меньше ширина забоя, тем меньше число остальных скважин, работающих в нормальных условиях, а сле­довательно, меньше средний выход руды с 1 м скважины и, очевидно, на столько же больше удельный расход ВВ. При парал­лельном расположении скважин оконтуривающая скважина отби­вает почти в два раза меньше руды по сравнению с остальными скважинами.

Свойства пород при определенном размере отбойки обычно учитываются через функциональный технологический параметр (см. гл. IV, § 2) —удельный расход ВВ, означаемый щ.

Чтобы учесть в расчетах влияние мощности, примем за базис­ные условия неограниченно большую ширину забоя

Удельный расход и сечение подготовительно-нарезных вырабо­ток. Из сказанного очевидно, что отбойка наименее эффективна в узких выработках с одной обнаженной плоскостью. Поэтому проходка нарезных выработок обходится сравнительно дорого. Для повышения производительности отбойки по блоку в целом сле­дует по возможности обуривать весь массив блока из минималь­ного числа выработок или непосредственно из очистного прост­ранства, если это безопасно.

Бурят шпуры в подавляющем большинстве случаев перфора­торами средними и тяжелыми; последние часто устанавливают на буровых каретках.

При невысокой крепости руды (калийные соли и т. п.) приме­няют ручные и колонковые электросверла, устанавливаемые на распорных колонках или на специальных каретках.

Перфораторы применяют телескопные Г1Т-29, ПТ-38, Г1Т-29М, ПТ-36М и колонковые КС-50, а также мощные колонковые с неза­висимым вращением бура ПК-60 и Г1К-75. Из перечисленных пер­фораторы ПТ-29М, ПТ-36М, ПК-60 и ПК-75, выпускаемые криво­рожским заводом «Коммунист», имеют улучшенную характери­стику по шуму и вибрации.

Производительность пневматического перфоратора за 7-часовую смену по породам с коэффициентом крепости 4—6, 10—14 и 19— 20: легкого перфоратора — соответственно 60, 30 и 20 м/смену, тяжелого — 95, 50 и 35 м/смену.

Все более широко применяют самоходные шахтные буровые установки. При их использовании бурильщики не имеют длитель­ного контакта с перфоратором, не испытывают вибрации и нахо­дятся в зоне с более низким уровнем шума. Один бурильщик с пульта дистанционно управляет всеми перфораторами буровой установки. Самоходные шахтные буровые установки часто исполь­зуют в комплексе с самоходным оборудованием для погрузки и доставки руды.

Самоходные буровые установки (рис. 1У.6, табл. IV.2) оснаще­ны двумя-тремя манипуляторами, колонковыми перфораторами,, имеют пневмоколесный или, реже, гусеничный ход, дизельный или пневматический двигатель, причем все шире применяются пневмо- колеса и дизельные двигатели. Гусеничные установки предназна­чены в основном для работы в тяжелых условиях; на подэтажах, с подъездами под крутым углом, в загрязненных буровым шламом выработках и т. п. Характеристику некоторых установок см. в- табл. 1У.2. Помимо них, в 1976 г. начато изготовление кареток серии БК. Имеется 9 типоразмеров этих кареток на пневмоколес- ном ходу, две — на 1 и 2 перфоратора ПК-60 и с пневматическим приводом хода, остальные — на 2 и 3 перфоратора Г1К-60 или ПК-75 и с дизельным приводом хода. Диаметр шпуров 40—50 мм, глубина до 3—4 м. Наиболее мощная каретка, оборудованная пер­фораторами с гидровращателями, может бурить скважины глу­биной до 30 м. Ширина зоны бурения изменяется по типам буро­вых установок от 3,2 до 8,5 м, высота — от 3 до 7 м, масса ка­ретки — от 5 до 20 т.

Производительность труда бурильщика по породам средней крепости на лучших образцах кареток достигает 500 м/смену.

Самоходные шахтные буровые установки на крупногабаритных шасси с мощным (60—80 л. с. и более) дизельным приводом стоят дорого и требуют высококвалифицированного обслуживания, по­этому их наиболее выгодно применять на крупных рудниках. На небольших рудниках или при малой производительности забоев нередко используют самоходные буровые установки на малогаба­ритных шасси с менее мощным дизельным (до 30 л. с.) или пнев­матическим приводом. Буровые установки с пневмоприводом — трехколесные, оборудованы двумя колонковыми перфораторами <см. рис. 1У.6) и стоят приблизительно в 7 раз дешевле против мощных дизельных. Но они менее маневренны н обуривают за ■смену лишь один забой.

Для оборки кровли и крепления ее штангами, а также заряжа­ния "шпуров на самоходные буровые установки на место среднего манипулятора может быть установлен манипулятор с платформой.

Начинают использовать буровое оборудование с полной авто­матизацией управления, включая подачу бурового инструмента, забуривание шпуров в заданных точках и направлениях по пас- лорту буровзрывных работ, бурение на заданную глубину, возвра­щение бурового инструмента в исходное положение, смену буро­вых коронок.

Заряжание и взрывание шпуров. Применяемые ранее для заря­жания шпуров и (скважин) аммиачно-селитренпые ВВ — аммо­ниты и детониты ввиду своих особых свойств (слеживание в россыпном виде, сильное пыление и высокая чувствительность к ме­ханическим воздействиям) непригодны для механизированного заря­жания в россыпном виде. Ручное заряжание шпуров и скважин патронированными ВВ было тяжелой и трудоемкой операцией и, наряду с низкой безопасностью труда, не обеспечивало необходи­мой плотности заряда

Созданные для заряжания патронированными ВВ пневматиче­ские и механические зарядчики мало снижали трудоемкость работ н не обеспечивали необходимой безопасности и плотности заряжа­ния. Поэтому механизированное заряжание патронированными ВВ и в связи с этим сами патронированные ВВ стали применять редко.

Механизация заряжания шпуров (и скважин) на подземных рудниках стала возможной с появлением новых типов ВВ — грану­лированных ВВ, характеризующихся хорошей сыпучестью и безо­пасностью в обращении. Гранулированные ВВ обеспечивают более длительное воздействие импульса взрыва на массив, уменьшают переизмельчение руды в ближней зоне и более равномерно дробят массив. Для заряжания шпуров (и скважин), начиная с шестидесятых годов, наиболее широко применяют гранулирован­ные ВВ (игдапиты, гранулиты различных марок, зерногранулит 79/21 и др. — табл. 1У.4) и в гораздо меньшей степени — патрони­рованные ВВ (аммониты, аммоналы и детониты).

Заряжание гранулированными ВВ производят простыми по конструкции и удобными в эксплуатации пневматическими заряд­чиками: эжекторными «Курама-7М» (для наклонных шпуров) и «Курама-8» (для вертикальных шпуров) и камерно-порционными типа ЗП.

Для взрывания шпуровых зарядов применяют патроны-боевики с размещенными в них капсюлями-детонаторами при огневом взрывании или электродетонаторами при электрическом.

Организация работ. Обычно бурение шпуров выполняют брига­ды, в состав которых помимо бурильщиков входят рабочие, заня­тые на погрузке и доставке руды. Это заинтересовывает буриль­щиков не только в объемных, но и в качественных показателях работы, так как от качества дробления руды решающим образом зависит производительность погрузки и доставки руды.

СКВАЖИННАЯ ОТБОЙКА. Бурение погружными пневмоударниками. Этот способ (пред­ложен С. П. Юшко в 1949—1951 гг.) устранял основной недоста­ток перфораторного (штангового) бурения — поглощение силы удара инерцией колонны штанг. В скважину вводится только ударный механизм, вращение его осуществляется через став штанг вращателем, установленным около скважины.

Основной объем бурения скважин на отечественных рудниках производится с помощью погружных пневмоударников станками НКР-ЮОм (см. табл. 1У.5), диаметр скважин 105—110 мм и стан­ками ЛПС-3, диаметр 150 мм. Выпускаются пневмоударники ПБ-85 для бурения скважин диаметром 85 мм (при диаметре менее 75—#0 мм значительно уменьшается энергия единич­ного удара, а многопоршневые конструкции создать затрудни­тельно).

Глубина скважин до 50—60 м (а в опытном порядке до 100 м при диаметре 145 и 214 мм). При максимальной глубине искрив­ление скважин не превышает 2—2,5 м. Для бурения нисходящих скважин рудники вносят в станок конструктивные изменения, однако скорость бурения нисходящих скважин снижается на 15— 20% в связи с худшей очисткой забоя скважины от продуктов раз­рушения пород.

Вращательное бурение твердосплавными коронками применяют при коэффициенте крепости пород до 6—8. Продукты разрушения удаляются из скважины водой. Для бурения скважин диаметром 80—100 мм применяются станки АБВ института Гипрорудмаш и др. Коронки используют, как правило, кольцевые (аналогичные применяемым при геологоразведочных работах), армированные пластинчатыми или цилиндрическими вставками твердого сплава

ВК-15, ВК-8.

Заряжание и взрывание скважин прискважинной отбойке.. ВВ применяются те же, что

и при шпуровой отбойке. В основном используют гранулирован­ные ВВ, а при малом диаметре скважин — водонаполненные ВВ (см. гл. IV, § 5). Для заряжания скважин гранулированными ВВ используют пневмозарядчики (рис. IV. 15), различные по принципу действия и условиям применения в части глубины и угла наклона скважин. Скважины диаметром до 150 мм и глубиной до 50 м заряжают пневматическими зарядчиками непрерывного йли ци­кличного действия.

Взрывают скважипные заряды с помощью детонирующего шнура (ДШ), который прокладывают вдоль'всего зарйда. Для инициирования ДШ обычно применяют' электродетонаторы мгно­венного действия (ЭД-8-Э, ЭД-8-Ж, ЭД-8-П), короткозамедлен- ного действия с замедлением 25; 50, 75, 100, 150, 250 мс (ЭДКЗ) и с замедлением 0,5; 0,75; 1; 2; 4; 6; 8; 10 с (ЭДЗД).