Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом

Предложена новая схема отбойки пород при проходке стволов. Особенностью схемы является уступная форма забоя с отставанием оконтуривающих шпуров от основного комплекта. Обоснована численная модель для изучения напряженно-деформированного состояния призабойной части ствола. Выполнены численные исследо...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2014
Main Authors:	Солодянкин, А.В., Янкин, А.Е.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Series:	Розробка родовищ
Subjects:	Розробка рудних родовищ
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104553
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом / А.В. Солодянкин, А.Е. Янкин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 229-237. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104553
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1045532025-02-09T21:02:30Z Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом Підвищення якості оконтурювання вертикальних стволів при проходці буропідривним способом Quality improvement of vertical shafts outlining at blast-hole drilling Солодянкин, А.В. Янкин, А.Е. Розробка рудних родовищ Предложена новая схема отбойки пород при проходке стволов. Особенностью схемы является уступная форма забоя с отставанием оконтуривающих шпуров от основного комплекта. Обоснована численная модель для изучения напряженно-деформированного состояния призабойной части ствола. Выполнены численные исследования по определению эффективной высоты уступа, при котором разрушения контура ствола в нижней части заходки не происходит. Установлена зависимость коэффициента устойчивости приконтурного массива пород от высоты уступа. Запропоновано нову схему відбійки порід при проходці стволів. Особливістю схеми є уступна форма вибою з відставанням контурних шпурів від основного комплекту. Обґрунтована чисельна модель для вивчення напружено-деформованого стану привибійної частини ствола. Виконані чисельні дослідження з визначення ефективної висоти уступу, при якому руйнування контуру ствола в нижній частині західки не відбувається. Встановлена залежність коефіцієнта стійкості приконтурного масиву порід від висоти уступу в вибої ствола. A new scheme of breaking rocks during shafts is proposed. Feature of the scheme is benching shape contouring the face with a lag from the main holes of the round. Numerical model for the study of stress-deformed state of the barrel bottom hole is substantiated. Numerical study to determine the effective height of the ledge, where the destruction of the circuit at the bottom of the barrel stope happens is executed. The dependence of the coefficient of the marginal stability of rock mass on the height of the ledge at the bottom of the barrel is established. 2014 Article Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом / А.В. Солодянкин, А.Е. Янкин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 229-237. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104553 622.235 ru Розробка родовищ application/pdf УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Розробка рудних родовищ Розробка рудних родовищ
spellingShingle	Розробка рудних родовищ Розробка рудних родовищ Солодянкин, А.В. Янкин, А.Е. Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом Розробка родовищ
description	Предложена новая схема отбойки пород при проходке стволов. Особенностью схемы является уступная форма забоя с отставанием оконтуривающих шпуров от основного комплекта. Обоснована численная модель для изучения напряженно-деформированного состояния призабойной части ствола. Выполнены численные исследования по определению эффективной высоты уступа, при котором разрушения контура ствола в нижней части заходки не происходит. Установлена зависимость коэффициента устойчивости приконтурного массива пород от высоты уступа.
format	Article
author	Солодянкин, А.В. Янкин, А.Е.
author_facet	Солодянкин, А.В. Янкин, А.Е.
author_sort	Солодянкин, А.В.
title	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
title_short	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
title_full	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
title_fullStr	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
title_full_unstemmed	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
title_sort	повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Розробка рудних родовищ
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104553
citation_txt	Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом / А.В. Солодянкин, А.Е. Янкин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 229-237. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT solodânkinav povyšeniekačestvaokonturivaniâvertikalʹnyhstvolovpriprohodkeburovzryvnymsposobom AT ânkinae povyšeniekačestvaokonturivaniâvertikalʹnyhstvolovpriprohodkeburovzryvnymsposobom AT solodânkinav pídviŝennââkostíokonturûvannâvertikalʹnihstvolívpriprohodcíburopídrivnimsposobom AT ânkinae pídviŝennââkostíokonturûvannâvertikalʹnihstvolívpriprohodcíburopídrivnimsposobom AT solodânkinav qualityimprovementofverticalshaftsoutliningatblastholedrilling AT ânkinae qualityimprovementofverticalshaftsoutliningatblastholedrilling
first_indexed	2025-11-30T17:32:36Z
last_indexed	2025-11-30T17:32:36Z
_version_	1850237474072166400
fulltext	229 УДК 622.235 © А.В. Солодянкин, А.Е. Янкин А.В. Солодянкин, А.Е. Янкин ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОКОНТУРИВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ПРИ ПРОХОДКЕ БУРОВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ Предложена новая схема отбойки пород при проходке стволов. Особенностью схемы является уступная форма забоя с отставанием оконтуривающих шпуров от основно- го комплекта. Обоснована численная модель для изучения напряженно- деформированного состояния призабойной части ствола. Выполнены численные исследования по определению эффективной высоты уступа, при котором разрушения контура ствола в нижней части заходки не происходит. Установлена зависимость коэффициента устойчивости приконтурного массива пород от высоты уступа. ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ОКОНТУРЮВАННЯ ВЕРТИКАЛЬНИХ СТВОЛІВ ПРИ ПРОХОДЦІ БУРОПІДРИВНИМ СПОСОБОМ Запропоновано нову схему відбійки порід при проходці стволів. Особливістю схеми є уступна форма вибою з відставанням контурних шпурів від основного комплекту. Обґрунтована чисельна модель для вивчення напружено-деформованого стану привибійної частини ствола. Виконані чисельні дослідження з визначення ефективної висоти уступу, при якому руйнування контуру ствола в нижній частині західки не відбувається. Встановлена залежність коефіцієнта стійкості приконтурного масиву порід від висоти уступу в вибої ствола. QUALITY IMPROVEMENT OF VERTICAL SHAFTS OUTLINING AT BLAST-HOLE DRILLING A new scheme of breaking rocks during shafts is proposed. Feature of the scheme is benching shape contouring the face with a lag from the main holes of the round. Numerical model for the study of stress-deformed state of the barrel bottom hole is substantiated. Numerical study to determine the effective height of the ledge, where the destruction of the circuit at the bot- tom of the barrel stope happens is executed. The dependence of the coefficient of the marginal stability of rock mass on the height of the ledge at the bottom of the barrel is established. ВВЕДЕНИЕ Буровзрывной способ в настоящее вре- мя остается основным при выемке горных пород. В Донбассе все вертикальные ство- лы проходят с применением буровзрывной технологии. Удельный вес буровзрывных работ (БВР) в общем объеме проходческого цикла составляет до 40 – 50% [1]. Основны- ми параметрами буровзрывных работ при проходке вертикальных стволов являются: удельный расход ВВ, количество, глубина и расположение шпуров. Контур породных стенок при буро- взрывной проходке имеет сложный рельеф 230 в виде случайно расположенных неровно- стей – выступов и впадин. При этом харак- терными являются переборы породы, т.е. излишнее разрушение приконтурных по- род, превышающие проектные размеры ствола. По данным [2], средневзвешенные линейные переборы для стволов с бетон- ной крепью составляют 100 – 300 мм, мак- симальные 400 – 450 мм. Объем переборов породы на 1 м ствола в основном колеб- лется от 2 до 4,4 м3 (7 – 17,1%), иногда достигая 6 м3 (27,3%), в 1,5 – 2 раза пре- вышая допустимые значения. Это увели- чивает затраты труда и времени на уборку породы и вызывает перерасход бетона, увеличивая его в 1,5 – 2 раза, по сравне- нию с проектным объемом. Неровности породного контура ствола, помимо этого, ухудшают условия работы крепи. Так при использовании в качестве крепи тюбингов неровности стенок стано- вятся причиной неравномерных давлений на крепь, появления опасных сосредото- ченных нагрузок, приводящих к деформа- циям и разрушению крепи. При значитель- ных неровностях и нарушениях сплошно- сти породного контура провоцируется раз- витие разрушений в глубь массива, вызы- вая вывалы, что обусловливает проведение весьма трудоемких и дорогих работ по ре- монту выработки. Все сказанное говорит об актуальности исследования вопросов более гладкого оконтуривания боковых стен столов при выполнении БВР и разработке эффектив- ных мероприятий, позволяющих снизить величину неровностей и степень нарушен- ности приконтурного массива пород. Целью настоящей статьи является обоснование параметров способа взрывной отбойки при проходке вертикальных ство- лов, снижающей величину разрушений и переборов в боковых стенах ствола. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Неравномерность разрушения боковых стен ствола по глубине заходки может быть объяснена различными условиями разрушения породы по длине оконтури- вающего шпура. В [3] приведена принци- пиальная схема характера разрушения по- род буровзрывным способом при проведе- нии горизонтальных выработок (рис. 1). III II I III'' III' h 9 2 6 5 4 7 3 1 7 8 A A Рис. 1. Принципиальная схема различных зон разрушения по длине оконтуривающего шпура: І, ІІ, ІІІ – зоны разрушения; 1, 2 – плоскости обна- жения; 3 – слой породы, отбиваемый оконтури- вающими шпурами; 4 – оконтуривающий шпур; 5 – проектный контур выработки; 6 – фактиче- ский контур выработки; 7 – грудь забоя последую- щей заходки; 8, 9 – стаканы соответственно отбойного и оконтуривающего шпуров Участок І у устья шпура разрушается практически при двух поверхностях обна- жения 1 и 2. Причем находится в зоне, уже подвергавшейся действию взрыва донной части шпуров предыдущей заходки. Обычно расстояние от устья оконтури- вающего шпура до проектного контура выработки колеблется от 20 до 60 см. Глу- бина стаканов 9 оконтуривающих шпуров равна, как правило, 20 – 40 см, иногда бо- лее. Вследствие этого взрыв разрушает по- роду не только по линии оконтуривающих шпуров в сторону забоя, но и за обурен- ным контуром, т.е. в сторону массива. Раз- рушение распространяется на некоторую глубину h, которая приблизительно равна расстоянию между донной частью оконту- ривающих шпуров предыдущей заходки и устьем оконтуривающих шпуров в новой 231 заходке, а иногда несколько превышает указанное расстояние. По мере удаления от устья ко дну окон- туривающих шпуров влияние второй по- верхности обнажения 2 на разрушение по- роды уменьшается. С достаточной степе- нью точности можно полагать, что в сред- ней части шпурового заряда ІІ разрушение происходит уже при одной обнаженной поверхности, причем в участке, практиче- ски не подвергавшемся действию взрыва донной части оконтуривающих шпуров предыдущей заходки. Естественно, что пе- ребор породы здесь заметно уменьшается. На участке ІІІ у донной части оконту- ривающего шпура разрушение породы происходит в особых условиях. Та часть заряда ІІІ', которая расположена непосред- ственно в донной части шпура, остающей- ся затем в виде стакана, взрывается прак- тически при отсутствии поверхности об- нажения. Результатом взрыва этой части заряда является некоторое нарушение сплошности окружающего массива. Обыч- но дно оконтуривающих шпуров выводят за проектный контур выработки на 20 – 30 см, а иногда и более. Действие взрыва части заряда ІІІ'', непосредственно приле- гающей к груди забоя, направлено на от- рыв породы по линии оконтуривающих шпуров (с небольшим перебором) и на срез по линии А – А. Проведение буровзрывных работ в вер- тикальных выработках имеет свою специфи- ку. В отличие от горизонтальных выработок, в настоящее время для стволов характерна глубина заходки около 4 м при глубине шпуров 4,2 – 4,4 м. Шпуровой заряд при использовании патронов диаметром 45 мм занимает примерно половину длины шпура. В связи с этим для определения степени соответствия схемы разрушения боковых пород по глубине шпура для горизонталь- ных и вертикальных выработок в забое воздухоподающего ствола №2 на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» был проведен комплекс визуальных обследований со- стояния породных обнажений после вы- полнения БВР. Выполненные обследования показали, что основной причиной переборов породы при проходке является существующая тех- нология ведения буровзрывных работ. Значительная концентрация избыточной энергии ВВ в оконтуривающих шпурах вследствие применения в них зарядов уве- личенного диаметра и плотного заряжания вызывает дополнительные переборы и раз- рушение обнажений в стволах до закреп- ления их монолитным бетоном. Между тем, при проходке стволов существует практика увеличения зарядов именно в нижней части шпура (за счет более мощ- ных патронов ВВ, применения обратного инициирования и др.) с целью увеличения КИШ, лучшего дробления породы, уси- ленного рыхления нижней части взрывае- мого массива для повышения производи- тельности и полноты механизированной по- грузки. Следует отметить также, что на сфор- мированном контуре выработок, пройден- ных буровзрывным способом, места пере- боров породы оказываются областями пе- ренапряженными. Величины дополнитель- ной концентрации напряжений в зонах вы- валов находятся в прямой зависимости от их глубины. Кроме того, вызываемые при взрывных работах разрушения пород в об- нажениях влияют на их состояние, предо- пределяя дополнительные отслоения, вы- валы, а, в конечном счете, снижение ус- тойчивости породного контура. Таким образом, качественная картина разрушения породы по длине оконтури- вающих шпуров при обычном методе ве- дения БВР в проходческом забое как гори- зонтальных, так и вертикальных выработок схожа, хотя и имеет определенные отли- чия, обусловленные длиной шпура (заход- ки) и длиной заряда. Взрывание и разру- шение породы в любых выработках проис- ходит не в одинаковых условиях: наиболее благоприятных у устья и наименее благо- приятных – у дна шпуров. Поэтому при одинаковой величине заряда на единицу длин шпуров объем разрушения (следова- тельно, и перебор породы) закономерно 232 увеличивается в глубине массива, у дна оконтуривающего шпура. В большей сте- пени это проявляется в стволах. Кроме то- го, двойное воздействие взрыва в зоне рас- положения стаканов (дна шпура) приводит к переборам породы именно в данной зоне. Это необходимо учитывать при контурном взрывании и принимать меры к обеспече- нию одинаковых условий разрушения по- роды по всей длине оконтуривающих шпу- ров. Для этого требуется сводить к мини- муму глубину стаканов, располагать окон- туривающие шпуры возможно ближе к проектному контуру выработки и точно выводить на последний дно каждого окон- туривающего шпура. Нужно также прини- мать меры к уменьшению влияния площа- док А – А, затрудняющих разрушение мас- сива в зоне ІІІ и вызывающих тем самым необходимость увеличения донной части заряда. Это может быть достигнуто, во-первых, за счет правильного расположения бли- жайшего ряда отбойных шпуров, во- вторых, за счет смещения по длине окон- туривающих шпуров относительно осталь- ных шпуров комплекта (с тем, чтобы вы- емка центральной части забоя опережала отбойку приконтурного слоя). В-третьих, требования качества оконтуривания обу- словливают необходимость снижения ве- личины зоны трещинообразования, что может быть достигнуто путем применения зарядов ВВ уменьшенного диаметра или снижения давления в зарядной камере за счет специальных конструкций зарядов (рассредоточенных, с увеличенным объе- мом зарядной камеры). В [3, 4] для повышения качества окон- туривания горизонтальной выработки, снижения переборов и нарушений прикон- турного массива от взрывания оконтури- вающих шпуров предлагается перемеще- ние дна этих шпуров в сторону от забоя. В [3] дно оконтуривающих шпуров смещали на 20 – 30 см относительно плоскости за- боя, что дало положительный результат. В [4] смещение рекомендуется делать рав- ным примерно половине величины подви- гания забоя (рис. 2). В [3] этот способ так- же рекомендуется при проходке верти- кального ствола (рис. 3). A A A – A Рис. 2. Схема расположения шпуров с перемещением контурных шпуров в сторону от забоя 5,9 5,7 4,9 3,0 1,8 0,9 90º 78º 75º 90º 87º 2, 2 2, 0 1, 8 0, 2 – 0, 3 Рис. 3. Схема расположения шпуров паспорта БВР на проходку шахтного ствола Величина отставания дна оконтури- вающих шпуров от забоя ствола принята 20 – 30 см. Данных об эффективности при- менения данного паспорта БВР не приво- дится. Следует также отметить, что пред- ложенные параметры этого паспорта не могут быть рекомендованы для современ- ной технологии проходки вертикальных стволов. В рассматриваемом случае диа- метр ствола вчерне Dвч = 5,9 м, длина за- ходки lзах = 1,8 м, длина основного ком- плекта шпуров lшп = 2 м. В связи с этим необходимо проведение исследований эффективности способа от- бойки породы со смещением (отставанием) дна оконтуривающих шпуров относитель- но забоя с учетом современных параметров 233 и требований буровзрывной технологии проходки стволов. Рассмотрим схему расположения шпу- ров и основные параметры буровзрывных работ применительно к условиям проходки воздухоподающего ствола №2 на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» (рис. 4). Диа- метр ствола вчерне Dвч = 8 м, длина заход- ки lзах = 4,0 м, длина основного комплекта шпуров – lшп = 4,2 м. D 8,0 м D 7,6 м A D 6,5 м A AA h y l за х = 4 ,0 м l з. ок = 2 ,5 м l за х = 4 ,0 м Рис. 4. Предлагаемая схема расположения шпуров для условий проходки воздухоподающего ствола №2 на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» Отличительные признаки предлагаемой схемы расположения шпуров от традици- онной состоят в следующем. 1. Оконтуривающие шпуры располага- ются по одной окружности и отстают от комплекта основных шпуров на величину hу. Высота уступа, в отличие от предлагае- мой в [3] схемы (см. рис. 3), должна быть равной, предположительно, hу = 0,5 – 1,5 м. При меньшей высоте эффект от смещения не будет ощутимым, а при бóльшей высоте возникнут технологические трудности, свя- занные с бурением шпуров, уборкой поро- ды и т.д. 2. Длина оконтуривающих шпуров за счет перемещения их дна из зоны наиболее «зажатых» пород уменьшена и равна длине заходки lок = lзах = 4,0 м (для них КИШ равен 1,0). 3. Оконтуривающие шпуры имеют уменьшенный заряд. При этом заряд рас- полагается на бóльшей длине шпура (2,5 м) за счет применения деревянных брусков, устанавливаемых между патронами ВВ. Передача детонации при этом осуществля- ется отрезком ДШ. Этот прием позволяет увеличить объем зарядной камеры и, соот- ветственно, уменьшить давление газов взрыва. 4. Внешняя окружность с отбойными шпурами расположена ближе к оконтури- вающим для облегчения отрыва породы последними. Ширина уступа после взрыва- ния основного комплекта шпуров составля- ет bу = 0,75 м. Преимуществом данной схемы является уменьшение разрушения боковых пород в нижней части оконтуривающих шпуров за счет смещения их дна из самой удаленной от устья шпуров зоны, а также за счет уменьшения расстояния до обнаженной по- верхности при уступной форме забоя. Кро- ме этого, устраняется присутствующее в традиционных схемах взрывания двойное воздействие взрыва зарядов в нижней части заходки. Верхняя часть оконтуривающих шпуров, не имеющая заряда, не воздейству- ет на боковую поверхность ствола, а уступ «срезается» при взрывании всего комплекта шпуров, не образуя переборов. Решение задачи определения рацио- нальной высоты уступа в аналитической постановке не представляется возможным из-за достаточно сложной расчетной схемы и большого количества влияющих факто- ров. Более эффективным и достоверным методом является экспериментальный, вы- полняемый в конкретных горно- геологических условиях непосредственно при проходке шахтного ствола. Тем не ме- нее, для определения параметров схемы расположения шпуров с уступной формой забоя необходимы обоснованные данные о возможной высоте уступа. Наиболее удоб- ный в данном случае численный метод ис- следований, который позволяет решать по- добные геомеханические задачи с доста- точным уровнем точности. 234 Рассмотрим возможность решения этой задачи в плоской постановке, ограничив- шись рассмотрением взрывного воздейст- вия на линию проектного контура ствола только оконтуривающих шпуров. При этом протяженная часть ствола в качестве объ- екта исследования не рассматривается; изучению подвергается только торцовая его часть – забой. При таком подходе ствол может быть представлен плоской моделью в виде щели шириной, равной диаметру ствола в проходке Dпр. Поскольку шахтный ствол является долговременной капитальной выработкой, закрепленной жесткой монолитной бетон- ной крепью, фиксируем стены ствола по всей протяженности, за исключением при- забойной части, где, в соответствии с тех- нологией проходки, находится незакреп- ленная часть ствола, опалубка со свеже- уложенным бетоном и набирающая проч- ность крепь из монолитного бетона. Согласно результатам исследований С.В. Борщевского, набор прочности бето- на, после которой крепь может создать достаточный отпор смещениям породного массива, происходит после 5 суток, что со- ответствует расстоянию до забоя 20 – 30 м при поточной технологии [5]. С учетом этих данных принимаем протяженность незакре- пленной части ствола у забоя равной 24 м. Размеры исследуемой области должны быть такими, чтобы исключить влияние краевых эффектов. Поскольку целью исследований являет- ся изучение степени влияния только окон- туривающих шпуров, для чистоты экспе- римента целесообразно исключить влияние взрывного воздействия врубовых и отбой- ных шпуров. При этом можно считать, что разрушающее воздействие при их взрыва- нии не оказывает влияния на проектный контур ствола, а действует только в зоне, ограниченной периметром их расположе- ния. Само взрывное воздействие оконтури- вающих шпуров в модели может быть представлено исходя из следующих сооб- ражений. Радиальное давление газов взрыва ВВ может быть разложено на ортогональные составляющие (рис. 5). Допустимо считать, что составляющие давления, направленные в сторону соседних оконтуривающих шпу- ров, не оказывают влияние на разрушение контура ствола, а их совместное влияние формирует кольцо, также симметричное относительно вертикальной плоскости, проходящей через центр ствола. ВВ РВВ РВВ РВВ РВВ Контур ствола Соседний оконту- ривающий шпур Соседний оконту- ривающий шпур Отбойный шпур Рис. 5. Схема, характеризующая действие взрыва заряда оконтуривающих шпуров Таким образом, в плоской модели дей- ствие взрыва в шпуре может быть пред- ставлено в виде равномерно приложенной нагрузки по длине шпура, соответствую- щей давлению газов взрыва. В соответствии с [6], давление в объеме зарядной камеры шпура при плотности за- ряжания Δ = 800 кг/м3 составляет Р = 320 МПа. Как было сказано выше, для рас- сматриваемой схемы, задача которой сни- зить степень разрушения боковых стен ствола, принимается уменьшенный шпуро- вой заряд при увеличении длины зарядной камеры с 1,8 до 2,5 м. Давление в шпуре при этом снижается до 150 МПа. Для выполнения исследований исполь- зуем программный комплекс Phase 2. Рас- четная схема и конечно-элементная модель для рассматриваемых условий приведена на рис. 6. Рассматривается участок верти- 235 кального ствола, забой которого располо- жен на глубине 1000 м. Ствол диаметром 8 м (ширина щели) моделируется в одно- родном породном массиве. Размеры облас- ти массива пород составляют 200×200 м. Исследуемая область аппроксимирована трехугольными конечными элементами. Крепость вмещающих пород f = 10. Физи- ко-механические параметры для построе- ния модели приведены в таблице. Внешний массив заменен вертикаль- ными и горизонтальными распределенны- ми нагрузками γН, где γ – средневзвешен- ный объемный вес пород; Н – глубина за- ложения выработки. Рассматриваем гидро- статическое поле напряжений (λ = 1,0). -100 -50 0 50 100 Рис. 6. Расчетная схема и конечно-элементная модель ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ Таблица Физико-механический параметр Значение Объемный вес пород, γ, МПа/м 2,5⋅10-2 Предел прочности на одноосное сжатие, σс, МПа 100 Предел прочности на одноосное растяжение, σр, МПа 10 Предел прочности на сдвиг, τ, МПа 2,93 Модуль Юнга, Е, МПа 614⋅104 Коэффициент Пуассона, μ 0,35 Модуль сдвига, G, МПа 1,33⋅104 В качестве критерия разрушения при- нимаем обобщенный критерий Хоека- Брауна [7]: a ci bсi sm       ++= σ σσσσ 3 31 , (1) где σ1 и σ3 – максимальные и минимальные напряжения в массиве; mb – константа Хоека-Брауна для по- родного массива; s и a – постоянные величины, учиты- вающие генезис и состояние (качество) по- родного массива; σci – предел прочности на одноосное сжатие массива пород в интактном состоя- нии. С учетом изложенных подходов, упро- щений и установок было проведено иссле- дование НДС породного массива приза- бойной части ствола, подвергавшейся взрывному воздействию. При этом выпол- нялась оценка влияния воздействия окон- туривающих шпуров на проектный контур ствола при различной величине отставания оконтуривающих шпуров от общего ком- плекта шпуров. На рис. 7 показан этап моделирования ситуации в забое ствола с заданной высо- той породного уступа. На рис. 8 приведен результат определения НДС призабойного незакрепленного участка ствола. Состоя- ние оценивалось на основе strength- фактора, определяемого в ПП «Phase 2». Strength-фактор – некоторая величина, эк- вивалентная коэффициенту устойчивости kу. Значение kу, меньше единицы, означает разрушение массива. 236 150 150 150 150 1010 44 43 42 41 40 Рис. 7. Взрыв. Отставание устьев оконтуривающих шпуров hу = 0,9 м tension unbounded 150 150 150 150 1010 44 43 42 41 40 2 1 Рис. 8. Распределение strength-фактора в призабойной части ствола после взрывания оконтуривающих шпуров. Высота уступа hу = 0,9 м На рис. 9 приведены зависимости kу от величины уступа и расстояния от плоскости забоя по длине оконтуривающего шпура. Рис. 9. Зависимость коэффициента устойчивости (strength-фактора) от высоты уступа по глубине шпура (0 – устье шпура, 4 – дно) Выполненные исследования показали, что при уступной форме забоя ствола (от- ставании комплекта оконтуривающих шпуров от основной группы) снижается динамическое воздействие на стенки ство- ла от взрывания оконтуривающих шпуров в нижней части заходки. Максимальный эффект при такой форме забоя для ствола диаметром вчерне 8 м достигается при вы- соте уступа hу = 0,9 м. Зависимость коэф- фициента устойчивости (strength-фактора) от высоты уступа носит линейный харак- тер (рис. 10) и описывается выражением: 850160 ,h,k yy += . (2) При обосновании и выборе параметров буровзрывных работ необходимо приме- нять принципы контурного взрывания, из- вестные из практики проходки тоннелей, горизонтальных и вертикальных горных выработок, в том числе с использованием известных методик и рекомендаций. 237 Рис. 10. Зависимость коэффициента устойчивости (strength-фактора) от высоты уступа Улучшение условий работы крепи при проходке стволов методом контурного взрывания дает возможность в дальнейшем перейти на облегченные виды крепи, вы- полняющей функции изолирующей оболоч- ки. Перспективным в этом отношении явля- ется набрызгбетонная крепь. Методы контурного взрывания позво- ляют значительно уменьшить экономиче- ский ущерб от допускаемых переборов, снизить фактические затраты на проходку стволов, а также повысить долговечность крепи. ВЫВОДЫ Основной причиной образования значи- тельных неровностей контура и переборов породы при проходке стволов является су- ществующая технология и параметры буро- взрывных работ. Улучшить состояние по- родного контура после взрывания можно за счет смещения по длине оконтуривающих шпуров относительно остальных шпуров комплекта и снижения давления в зарядной камере за счет специальных конструкций зарядов. При уступной форме забоя ствола снижается динамическое воздействие на стенки ствола от взрывания оконтуриваю- щих шпуров в нижней части заходки. Мак- симальный эффект при такой форме забоя для ствола диаметром вчерне 8 м достигает- ся при высоте уступа hу = 0,9 м. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Тюркян Р.А. Повышение эффективности и опти- мизация параметров БВР при проходке вертикальных стволов / Р.А. Тюркян // Уголь Украины. – 1996. – № 5- 6. – С. 35 – 36. 2. Фисунов В.Д., Фисунов А.В. Разрушаемость по- родных обнажений в стволах при взрывной проходке // Уголь Украины. – 1989. – № 12. – С. 37 – 38. 3. Барон Л.И. Контурное взрывание при проходке выработок / Л.И. Барон, А.В. Ключников. – М.: Недра, 1967. – 204 с. 4. Бротанек И. Контурное взрывание в горном деле и строительстве / И. Бротанек, Й. Вода. – М.: Недра, 1983. – 144 с. 5. Борщевский С.В Основные направления повышения прочности монолитной бетонной крепи / С.В. Борщев- ский, Н.Р. Шевцов // Вісті Донецького гірничого інсти- туту. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – Вип. 2. – С. 105 – 108. 6. Кутузов Б.Н. Лабораторные и практические ра- боты по разрушению горных пород взрывом / Б.Н. Куту- зов. – М.: Недра, 1981. – 255 с. 7. Hoek E. (2002). Practical Rock Engineering. London // Institution of Mining and Metallurgy. –325 p. ОБ АВТОРАХ Солодянкин Александр Викторович – д.т.н., профессор кафедры строительства, геотехники и геомеханики Национального горного университета. Янкин Александр Евгеньевич – ассистент кафедры геодезии Национального горного университета.

Повышение качества оконтуривания вертикальных стволов при проходке буровзрывным способом

Institution

Similar Items