Буровзрывные работы и их организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Восточный государственный университет»

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

По дисциплине "Организация и планирование горного производства" ("ОиПГП")

на тему "Буровзрывные работы и их организация"

 

 

 

Проверил доцент кафедры  геологии

Карпенко Л.И.

 «___»____________ 2014г.

 

 

Подготовил студент группы. МД-11

Колмакова А.О.

 «___»____________ 2014г.

 

 

 

 

 

 

Магадан

2014 
БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Буровзрывные работы — заключаются в отделении горных пород от массива при одновременном дроблении их на куски необходимых размеров путем взрывания зарядов ВВ, располагаемых в специальных углублениях (шпуры, скважины), пройденных с помощью бурения. Шпур – цилиндрическая подземная горная выработка (полость в массиве), пройденная способом бурения и имеющая глубину до 5 м и диаметр до 75 мм; все, что превышает указанные параметры - скважины. На подземных работах иногда особо выделяют штанговые шпуры (штанговые скважины) – полости диаметром 50-75 мм глубиной до 15 м. Как у любой подземной выработки начало шпура (скважины) называют устьем, дно – забоем.

Требования к БВР при проведении горных выработок:

- обеспечить заданную форму и размеры поперечного сечения выработок;

- обеспечить равномерное дробление породы и кучное ее расположение около забоя, что способствует повышенной производительности погрузки;

- обеспечить высокий коэффициент использования шпуров и заданное по паспорту подвигание забоя;

- исключить нарушение  массива пород за контуром  выработки;

- в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли - дополнительные требования по исключению возможности взрыва метана и угольной пыли.

 

Машины для бурения шпуров

Сверла. Применяют для бурения шпуров в мягких породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова  f  ≤ 4-6.  В этих машинах используют вращательный способ бурения. Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из резца и штанги с хвостовиком (рис.). Резцы армируют твердыми сплавами. Штанги для сухого бурения изготавливают витыми из полосовой стали ромбического сечения.

Буровая штанга для вращательного бурения: 1— резец, 2 — стержень, 3 — хвостовик

 

При вращательном бурении резец бурового инструмента, прижимаясь к забою шпура под действием внешних усилий, при вращении срезает и скалывает частицы породы. Породная мелочь, образующаяся при бурении шпуров, удаляется по виткам штанги.

В качестве бурильных машин при вращательном бурении применяют ручные или колонковые электрические или гидравлические (реже - пневматические) сверла. Конструкция ручных сверл довольно простая. В них имеется электродвигатель, понижающий редуктор и патрон шпинделя, в котором закрепляется хвостовик буровой штанги. Ручные сверла массой 16-24 кг применяют для бурения в мягких породах с f  ≤ 2 при осевом усилии до 30 кг. Работу этими сверлами производят с руки или с легкой распорной колонки, тогда в конструкцию сверла добавляется механизм для принудительной подачи сверла на забой (рис.). Мощность двигателя 1,0-1,4 кВт.

 

Схема  установки  ручного электросверла  с канатным податчиком  в забое выработки:

1 — электросверло;   2 — барабан   канатного   податчика;   3 — стальной   канат   (трос);  

4 — распорная   колонка;   5 — бур

 

Колонковые сверла массой 100-120 кг с двигателем мощностью 2,5-5,0 кВт применяют в породах с коэффициентом крепости f  до 4-6. Такие сверла крепят или на распорных колонках, или на манипуляторах буровых кареток.

 

Перфораторы (бурильные молотки). Это машины ударно-поворотного действия, которые применяют для бурения шпуров в породах средней крепости и крепких. По виду потребляемой энергии различают пневматические и гидравлические перфораторы (реже - электрические).

Перфоратор состоит из воздухораспределительно-ударного механизма, устройств для поворота бура, очистки шпуров от буровой мелочи (шлама), смазки трущихся частей и др.

Ударный механизм перфоратора состоит из цилиндра и поршня-бойка, совершающего под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения. При ходе вперед (рабочий ход) поршень наносит удар по хвостовику бура, который через тело бура и лезвие коронки передается породе, разрушая ее.

Схема  ручной бурильной машины ударно-поворотного действия:

1 – воздухораспределительно-ударный  механизм; 2 – механизм поворота; 3 – промывочное (продувочное) устройство; 4 – виброгасящее устройство; 5 -

 

При обратном ходе (холостой ход) происходит поворот поршня и, следовательно, поворот бура на некоторый угол. При последующем ударе лезвия бура порода в забое шпура разрушается в другом месте. Поворотный механизм, осуществляющий поворот поршня и бура, состоит из геликоидального стержня и храпового механизма или из геликоидальной нарезки на штоке поршня. Углубление шпура происходит за счет раздавливания, дробления и скалывания породы.

В зависимости от числа ударов поршня перфораторы делят на обычные (до 2000 ударов в минуту) и быстроударные (более 2000 ударов). Их ударные механизмы отличаются только размерами (диаметром и ходом поршня). Если у обычных перфораторов диаметр поршня изменяется от 60 до 70 мм, а ход поршня составляет 50 — 70 мм, то у быстроударных ход поршня уменьшен до 30 - 40 мм, и за счет этого возрастает частота ударов, но для сохранения энергии удара диаметр поршня увеличивается до 90 - 120 мм.

У быстроударных перфораторов частота ударов составляет 2000 - 6000 в минуту. Скорость бурения возрастает в 2 - 3 раза, но вместе с тем возрастает и вибрация. Вибрация перфоратора может привести к вибрационным заболеваниям бурильщиков, если не использовать виброгасящие приспособления.

По условиям применения пневматические перфораторы подразделяют на переносные (ПП), телескопные (ПТ) и колонковые (ПК).

Переносные (ручные) перфораторы предназначены для бурения нисходящих, горизонтальных и наклонных шпуров при проведении горизонтальных и наклонных выработок небольшого поперечного сечения (ПП63П). Они имеют вес от 15 до 40 кг и диаметр поршня от 60 до 100 мм.

Работу переносными перфораторами обычно ведут с пневматических поддерживающих колонок (пневмоподдержек), состоящих из цилиндра и выдвижного штока - поршня. Шток поршня пневмоподдержки упирается в почву (рис.). Перфоратор шарнирно соединен с верхней частью цилиндра пневмоподдержки. Усилие подачи перфоратора на забой регулируется углом наклона пневмоподдержки и давлением воздуха в цилиндре, которое регулируется вентилем на пневмоподдержке.

Схема размещения переносного перфоратора с установкой сухого пылеулавливания в забое:

1 — буровая  штанга;  2 — перфоратор;  3 — пылеотводящий  рукав;   4 — пылеуловитель; 

5 — эжектор; 6 — пневмоподдержка;  7 — рукав для воздуха; 8 — автомасленка

 

Телескопные перфораторы предназначены для бурения шпуров и скважин, направленных вверх при проведении восстающих, камерных выработок, а также при бурении шпуров для установки штанговой крепи.

Телескопный перфоратор:

1 - выдвижной  шток; 2 — цилиндр телескопной  колонки;

3 - бурильный молоток; 4 - буровая штанга

 

Составная часть телескопных перфораторов — поршневые автоподатчики (телескопы). Величина подачи телескопного устройства 500-750 мм, усилие подачи до 1,85 кН. Частота 2600-2800 ударов в мин.

В соответствии с ГОСТ телескопные перфораторы должны изготавливаться двух типоразмеров ПТ30 и ПТ48 (здесь число – масса молотка).

Колонковые перфораторы предназначены для бурения с колонок и буровых установок шпуров и скважин при проведении горизонтальных выработок большого сечения. В соответствии с ГОСТ колонковые перфораторы должны изготавливаться шести типоразмеров ПК50, ПК60, ПК75, ПК120, ПК150 и ПК 175 (число соответствует массе).

Устройство и принцип действия колонковых перфораторов почти не отличаются от устройства и принципа действия переносных, за исключением автоподатчика, с помощью которого перфоратор подается на забой и обратно. Ход подачи 1200...1400 мм.

Колонковые перфораторы устанавливают на распорных винтовых или пневматических колонках. Распорная колонка устанавливается вертикально между почвой и кровлей выработки или горизонтально между ее боками. Колонковый перфоратор вместе с распорной колонкой и автоподатчиком обычно называют бурильной установкой (рис.).

Колонковая бурильная установка:

1 – гидравлический перфоратор; 2 - салазки;

3 — распорная  колонка; 4 — пульт управления

  

 

Буровые каретки. В последние годы перфораторы с автоподатчиками стали монтировать на манипуляторах (стрелах) буровых кареток, что позволило значительно увеличить площадь обуриваемого забоя и производительность бурения. Каретки выпускаются на рельсовом, гусеничном или пневмоколесном ходу.

Они включают в себя бурильную головку с податчиком, манипулятор (1-3) и ходовую часть. Глубина шпуров достигает 2.5-3.0 м для отечественный установок, до 4-5 м – для импортных. 

Наиболее эффективными считаются буровые каретки на пневмошинном ходу с двигателями внутреннего сгорания, автономной маслостанцией, укомплектованные компьютером и цифровыми видеокамерами. Роль бурильщика сводится к наблюдению за работой установки. В начале смены он устанавливает в компьютер бурильной установки сменный носитель информации (флешку) с записанной на нем программой обуривания забоя. После каждого взрыва цифровая видеокамера производит съемку забоя, а компьютер корректирует паспорт буровзрывных работ.

  

 

Буры для пневматических бурильных машин изготавливают из легированной круглой или шестигранной стали диаметром 22, 25, 28 и 32 мм с внутренним осевым каналом 7—9 мм и со съемными головками (коронками), армированными твердыми сплавами.

В комплект для бурения входят несколько буров, забурник длиной 0,7—1,0 м. Каждый последующий бур длиннее предыдущего на 0,7—1,0 м.

Выпускаются коронки пластинчатые: КДП — долотчато-пластинчатые; КТП — трехперые пластинчатые; ККП — крестовые пластинчатые; штыревые и др.

 

Шпуровой комплект

Для отбойки пород заряды ВВ размещают в шпурах различного назначения, образующих шпуровой комплект. Он состоит из шпуров врубовых, отбойных (вспомогательных) и оконтуривающих.

Врубовые шпуры (1—4) предназначены для предварительного образования врубовой полости и создания дополнительных плоскостей обнажения.

Врубовые шпуры «работают» в самых трудных условиях - при одной обнаженной плоскости, поэтому их длину принимают на 10-15% больше, чем у остальных шпуров, следовательно, и величина заряда в них на такую же величину больше. Схемы расположения врубовых шпуров (тип вруба) очень разнообразны и зависят от крепости и трещиноватости пород, от формы и размеров поперечного сечения выработки, глубины шпуров и т. д.

 

Отбойные (вспомогательные) шпуры (5—8) предназначены для расширения полости, образованной взрывом зарядов врубовых шпуров. Заряды в этих шпурах взрывают сразу же после взрыва зарядов во врубовых шпурах. Вспомогательные шпуры располагают равномерно по площади забоя между врубовыми и оконтуривающими.

Оконтуривающие шпуры (9—18) служат для отбойки горной массы до проектного контура поперечного сечения выработки. Располагаются они по периметру забоя выработки на расстоянии 0,1—0,2 м от контура выработок и заряды ВВ в них взрывают последними. В выработках, проводимых в слабых породах, дно оконтуривающих шпуров совпадает с проектным контуром выработки, а в некоторых случаях их не добуривают во избежание увеличения проектного сечения выработки. В крепких породах дно шпура выходит за пределы контура выработки на 5—15 см.

Число шпуров в каждой группе определяют в зависимости от площади поперечного сечения выработки. Для выработок площадью сечения до 10 м2, проводимых по крепким породам, принимается среднее соотношение групп шпуров 1:0,6:1,6; для выработок большой площади сечения (до 20 м2) — 1:1,3:1,5.

Общее число шпуров в забое может быть определено по эмпирической формуле проф. М.М. Протодьяконова

где N – общее число шпуров, f – коэффициент крепости пород, S – площадь поперечного сечения выработки вчерне.

Глубину шпуров можно определить расчетом или принять на основании практических данных.

Рекомендуемая глубина шпуров в горизонтальных и наклонных выработках

Коэффициент крепости пород	Глубина шпуров, м, для выработок сечением, м2
	6—12	13—16
3—6 Более 6	2,0—2,5 1,5—2,0	2,5—3,0 2,0—2,5

 

Заряжание шпуров. Перед заряжанием шпуры должны быть очищены от буровой мелочи и грязи, иначе патроны не будут плотно прилегать один к другому и могут произойти отказы взрывов ВВ. При наличии в забое сжатого воздуха очистку шпуров производят их продувкой с помощью металлической трубки, вводимой в шпур.

Патроны вводят в шпур по одному, их оболочку надрезают, а патроны уплотняют ударами забойника, чтобы наиболее плотно заполнить полость шпура. Забойники изготавливают из дерева или других материалов, не дающих искры, длиной на 0.5 м больше самого длинного шпура в комплекте.

Патрон-боевик должен быть расположен первым от устья шпура (прямое инициирование). При этом электродетонатор необходимо помещать в ближайшей к устью шпура торцевой части патрона - боевика так, чтобы дно гильзы электродетонатора было направлено ко дну шпура.