Проектирование взрывных работ при выемке породы в подземном руднике
Введение. Проектирование взрывных работ при проходке подземных выработок является важнейшей частью процесса добычи полезных ископаемых. Обоснованность проекта напрямую влияет на эффективность, стоимость, безопасность и воздействие на окружающие породы. Оптимизированный план взрывных работ позволяет увеличить скорость проходки, контролировать вибрацию, поддерживать устойчивость окружающих пород и создавать благоприятные условия для последующей добычи. В данной статье, основанной на многочисленных источниках, излагаются ключевые элементы и практические методы проектирования взрывных работ при проходке подземных выработок.
Предварительная подготовка к проектированию взрывных работ. Анализ геологических условий: Получите детальное представление о геологии шахты, включая типы горных пород, их твёрдость и распределение трещин и трещин. Например, трещиноватость и трещиноватость могут влиять на распространение волн напряжения и разрушение горных пород. Точную геологическую информацию следует собирать посредством полевых исследований, данных бурения скважин и геофизических исследований. Различные типы и твёрдость горных пород требуют разных параметров взрывных работ; для твёрдых пород обычно требуются более мощные заряды и соответствующее расположение скважин.
Определите инженерные требования: уточните размеры выработки, форму поперечного сечения и направление выработки. Например, для круглых и прямоугольных выработок требуются разные схемы взрывных работ; углы прямоугольных выработок могут потребовать специального расположения скважин для контроля профиля. Учитывайте требуемую скорость продвижения — для более быстрой выемки могут потребоваться более эффективные методы взрывных работ и сочетание параметров.
Проектирование расположения взрывных скважин Проектирование щелевых скважин:
Выбор метода долбления: К распространённым методам долбления относятся клиновидное и прямое долбление. Клиновидное долбление подходит для пород средней и мягкой мягкости: наклонные щелевые отверстия создают клиновидный свободный забой для последующего взрывания. Прямое долбление используется для твёрдых пород, где параллельные пустые отверстия создают свободный забой и компенсационное пространство, в то время как окружающие заряженные отверстия выполняют отбойку. Были изучены и применены инновационные методы долбления, такие как кавитационное долбление и долбление с выбросом осколков (ККФТ); например, конструкция параллельного долбления с двойными шпурами (P-ДФХ) усиливает донные заряды и обеспечивает двухступенчатую детонацию, которая формирует более полную щелевую полость, преодолевая ограничения традиционного плотного бурения.
Определение параметров щелевых отверстий: укажите глубину щелевых отверстий, расстояние между ними и угол. Глубина щелевых отверстий обычно на 15–20% больше, чем у других взрывных скважин, для обеспечения эффективного прорезания щелей. Для пород средней твёрдости углы клиновидных щелей могут составлять 60°–75°, расстояние между ними — 0,5–1,0 м в зависимости от свойств породы. При прорезании щелей прямыми шпурами расстояние между пустыми и заряженными шпурами обычно составляет 0,2–0,5 м.
Вспомогательные (разгрузочные) скважины: размещаются между щелевыми скважинами и периметральными скважинами для увеличения объёма щелевых скважин и создания более свободной поверхности для периметральных зарядов. Расстояние между вспомогательными скважинами обычно несколько больше, чем между периметральными скважинами, и заряды взрывчатого вещества могут быть относительно больше. Для пород средней твёрдости расстояние между вспомогательными скважинами может составлять 0,6–0,8 м, при этом количество зарядов регулируется в зависимости от характеристик породы.
Периметральные (контурные) шпуры: используются для контроля профиля выработки и обеспечения соответствия поперечного сечения проектным размерам. Расстояние между шпурами и количество заряда имеют решающее значение для контроля профиля. Численное моделирование и полевые испытания показывают, что при определённых условиях, например, в глубоких выработках фосфатного рудника Кайян, расстояние между шпурами S = 0,70 м, линейная плотность заряда β = 0,9 кг/м и коэффициент развязки ζ = 2,5 обеспечивают хорошие результаты контурного взрывания с минимальным переотбойкой/недоотбойкой. Использование песчаного трамбования в периметральных шпурах снижает повреждение окружающей породы и повышает эффективность использования энергии взрыва.
Расчет параметров взрывных работ. Количество заряда: Количество заряда является ключевым фактором, влияющим на результат взрывных работ, и обычно определяется свойствами горных пород, диаметром и глубиной скважин, а также расстоянием между ними. Распространенные эмпирические формулы включают формулу объема и формулу удельного расхода. Например, формула объема Q = qV, где Q — заряд, q — расход ВВ на единицу объема горной породы, а V — объем взрываемой породы. Удельный расход q зависит от прочности горной породы и обычно находится в диапазоне 0,3–1,5 кг/м³.
Последовательность взрывания и время задержки: Рациональная последовательность взрывания и время задержки могут контролировать вибрацию взрыва и улучшать отбойку. Как правило, сначала отбойка производится в щелевых шпурах, затем в вспомогательных, а затем в периферийных шпурах. Время задержки должно учитывать время разрушения породы и время отброса, а также снижение вибрации. Например, задержка между щелевыми и вспомогательными шпурами может составлять 25–50 мс, а между вспомогательными и периферийными — 50–100 мс. Численное моделирование и полевые испытания могут использоваться для оптимизации времени задержки, чтобы улучшить фрагментацию и снизить вибрацию.
Выбор взрывчатых веществ и оборудования. Выбор взрывчатого вещества: выберите тип взрывчатого вещества, подходящий для условий шахты. Для подземной проходки обычно используются взрывчатые вещества с высокой степенью безопасности и умеренной мощностью, например, эмульсионные взрывчатые вещества. Эмульсионные взрывчатые вещества обладают хорошей водостойкостью и стабильными характеристиками, что делает их пригодными для большинства подземных взрывных работ. В угольных шахтах, подверженных выбросам газа, следует использовать только взрывчатые вещества, разрешенные к применению в соответствии с правилами техники безопасности.
Инициирование и выбор детонатора: К распространённым устройствам инициирования относятся электродетонаторы и детонаторы с ударной трубкой (неэлектрические). Электродетонаторы просты и надёжны в эксплуатации, но могут быть опасны в условиях блуждающих токов. Детонаторы с ударной трубкой устойчивы к статическому электричеству и блуждающим токам и широко используются при подземных взрывных работах. В сложных условиях взрывных работ могут использоваться электронные детонаторы, которые позволяют точно контролировать время взрыва, повышая эффективность и безопасность взрывных работ.
Прогнозирование и оценка эффективности взрывных работ. Численное моделирование: используйте программное обеспечение для численного моделирования (например, ANSYS/ЛС-ДИНА) для построения численной модели процесса взрывных работ в штреках. Вводя механические параметры горных пород, схему расположения скважин и параметры взрывных работ, можно моделировать разрушение горных пород, их отскок и вибрацию во время взрывных работ. Например, моделирование позволяет оценить влияние различных методов прорезки и параметров взрывных работ на результаты выемки и создать основу для оптимизации проекта.
Оценка результатов полевых испытаний: Проведите небольшие полевые испытания перед началом полномасштабных земляных работ. Оцените эффективность взрывных работ, наблюдая за фрагментацией породы, формированием профиля выработки и измеряя вибрацию взрывных работ. Скорректируйте и оптимизируйте проект на основе результатов испытаний, чтобы обеспечить удовлетворительные результаты при крупномасштабном строительстве.
Меры безопасности. Определение безопасных расстояний: Установите безопасные расстояния для взрывных работ с учетом количества взрывчатых веществ и свойств горных пород. Разметьте и обезопасьте зоны отчуждения в пределах безопасного расстояния для предотвращения несанкционированного доступа. При подземных буровзрывных работах безопасные расстояния обычно составляют 100–300 м, а конкретные значения рассчитываются в каждом конкретном случае.
Вентиляция и пылеподавле-ние: Взрывные работы сопровождаются образованием газов и пыли, которые необходимо оперативно удалять. Используйте локальные вентиляторы, воздуховоды и другое вентиляционное оборудование, чтобы обеспечить соответствие качества воздуха стандартам безопасности. Кроме того, используйте водяное распыление и орошение для снижения воздействия пыли на рабочих.
Контроль вибрации при взрывных работах: Уменьшите воздействие вибрации на окружающие породы и конструкции, оптимизировав параметры взрывных работ — контролируя размер заряда и используя правильную последовательность и задержки взрывания. В зонах, чувствительных к вибрации, предварительное раскалывание, плавное взрывание и другие контролируемые методы могут дополнительно снизить вибрацию.
Заключение. Разработка плана взрывных работ для проходки подземных выработок – сложная, системная задача, требующая учета геологических условий, инженерных требований, взрывчатых материалов и мер безопасности. Рациональное расположение скважин, точное проектирование параметров взрывных работ, правильный выбор взрывчатых веществ и систем инициирования, а также строгое соблюдение правил техники безопасности позволяют добиться эффективной, безопасной и экономичной проходки выработок. Для прогнозирования и оценки эффективности взрывных работ, а также для постоянной оптимизации проектов с учетом конкретных условий различных шахт и повышения эффективности горных работ и экономической отдачи следует использовать численное моделирование и полевые испытания.
