Курсовая работа: Расчеты параметров БВР при проведении горизонтальной подземной выработки

Курсовая работа: Расчеты параметров БВР при проведении горизонтальной подземной выработки

Введение

При разведке и разработке месторождений полезных ископаемых первостепенной задачей имеют буровзрывные работы. Начальным процессом технологии добычи пород является их отделение от массива и дробление на куски определенных размеров.

В настоящее время универсальным и практическим единственным высокоэффективным способом подготовки горных пород к выемке с коэффициентом крепости выше шести по классификации проф. Протодьяконова М.М., является разрушение пород энергией взрыва.

Для ведения взрывных работ в массиве пород бурят шпуры, скважин или проходят камеры, в которых размещают, а затем взрывают заряды ВВ.

Основной целью выполнением курсового проекта «Взрывные работы» является закрепление и углубление знаний, полученных по указанной дисциплине «Взрывные работы» и на знаниях полученных при прослушивании, проведенных ранее, других дисциплин, такие как: «Разрушение горных пород», «Физика горных пород» и т.д. При выполнении курсового проекта основной задачей следует считать усвоение методики расчета, основных параметров и значений при ведении буровзрывных работ при проходке геологоразведочных выработок. Все буровзрывные работы, в том числе проходческие, выполняются в строгом соответствии с паспортом (проектом) БВР.

Паспорт БВР – это технический документ, содержащий основные сведения по ведению буровзрывных работ. Он представляет собой инструктивную карту (бланк) с указанием основных горно-геологических характеристик.

Примерный перечень разделов паспорта БВР:

1.Характеристика выработки (формы, размеры, площадь сечения).

2.Характеристика пород (крепость, трещиноватость, слоистость,
водо- и газообильность и т.д.).

3.Исходные технологические данные (типы врубов, средства и инструмент для бурения, наименование ВВ, способ взрывания).

4.Параметры БВР (количество шпуров, деление их на группы, их
диаметр и длина, длина заряда и забойки, удельный расход ВВ, масса
заряда ВВ и др.).

5.Меры безопасности при ведении взрывных работ (учет безопасных расстояний, указание постов оцепления и укрытия взрывников,
пути их отхода).

6.Дополнительные сведения и замечания (особенности изменения
горно-геологических условий при проведении выработок).

Паспорта составляются на проведение всех горно-разведочных выработок, проводимых путем взрывания шпуровых зарядов (штольни, штреки, канавы, траншеи).

1.  Буровые работы

1.1 Краткое описание существующих способов бурения

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважин и одновременно с определенным условием подается на забой. Величину усилия задают из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой линии. Удаление продуктов разрушения производят механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), промывкой забоя водой или продувкой воздухом.

В горной промышленности применяют:

– вращательное бурение резцами шпуров с помощью ручных и колонковых сверл;

– вращательное (шнековое) бурение резцами скважин с помощью буровых станков.

При ударном бурении с помощью ударника инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая получение круглого сечение шпура или скважины.

Различают следующие виды ударного бурения:

Ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками, при котором инструмент поворачивается только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством.

Ударно-вращательное бурение погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вращением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту. Разрушение породы при этих двух способах бурение происходит только за счет его внедрение при ударах.

Вращательно-ударное бурение, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим (в 10 раз большим, чем при ударно-вращательном) осевым усилием инструменту. Разрушение происходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так как за счет поворота при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами относятся к ударному, при долотах в чистого качения и к вращательно-ударному при долотах, в которых зубцы наряду с перекатыванием по забою срезают ее скользящим движением вдоль поверхности забоя (долота со скольжением).

При огневом бурении разрушение породы происходит за счет термонапряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности породы потоками раскаленных газов (t=200000С), вылетающих из сопел горелки со скоростью 2000 м/с и более. Горелка охлаждается водой или воздухом.

При взрывном бурении скважин разрушение породы происходит последовательными взрывами на забое небольших зарядов ВВ. Известно два метода взрывного бурения: патронный (ампульный) – с помощью патронов жидких или твердых ВВ, взрывающихся на забое от удара или детонатора, и струйный, при котором из взрывобура, расположенного над забоем, происходит подача жидких компонентов ВВ (горючего и окислителя) на забой м формирование жидкого плоского заряда, взрыв которого вызывают вспрыскиванием капли инициатора (эвтектического сплава калия и натрия). Опытные работы последних лет показатели, что при взрывобурении на забое могут быть достигнуты скорости проходки (30–60 м/ч), недостижимые для механических методов, особенно в крепких породах.

1.2 Выбор способа бурения

Исходя из рассмотренных выше способов бурения бурильные машины разделяют на следующие:

1. Ударно-поворотного действия – перфораторы;

2. Вращательного действия – сверла;

Способ бурения следует выбирать учитывая коэффициент крепости. В данном курсовом проекте f=11. Следовательно, выбираю ударно – поворотный способ бурения.

Бурение производится обычными и погружными бурильными пневматическими молотками, при котором инструмент поворачивается только в промежутках между ударами вмонтированным в молоток поворотным устройством.

Бурильные молотки делят на ручные, телескопные и колонковые, которые в свою очередь делят на легкие (18–20 кг), средние (20–30 кг) и тяжелые (>30 кг). Бурильные молотки проходят скважины и шпуры диаметром 50–70 мм и глубиной 5–20 м.

Основными факторами, определяющие эффективность ударно-поворотного бурения, является энергия и частица удара поршня по буровой штанге, осевое усилие подачи и угол поворота бура между ударами. В зависимости от величины удельной энергии удара и твердости породы может иметь место разрушение породы, как и при вращательном бурении, объемное, усталостное или истиранием. Условие разрушение породы на забое в области разрушение истиранием. Эффективность ударно – поворотного бурения определяется соответствием энергии удара крепости пород, т.е. для объемного разрушение породы энергия удара должна быть больше произведения твердости породы на вдавливание на площадь контакта инструмента с породы и больше диаметр инструмента, тем больше должна быть энергия удара.

Разрушение породы при ударно – поворотном бурении производится ударами, периодически наносимыми по буровой штанге с определенной частотой и поворачиванием бура в период между ударами.

При выборе бурильных машин учитывается крепость пород, площадь поперечного сечения, энергетические ресурсы, стоимость оборудования, возможности его приобретения и доставка на объект работ.

Поэтому для бурения шпура выбраны ударно-поворотные бурильные машины. Бурильные машины ударно-поворотного действия (перфораторы) предназначаются для бурения шпура в породах 4–20 категорий. В зависимости от назначения и массы пневматические бурильные машины подразделяют на три группы: ручные, колонковые, телескопные.

По способу очистки шпура от бурового шлама различают бурильные машины: с осевой промывкой и продувкой; с боковой промывкой; с центральным пылеотсосом сжатым воздухом.

Тип буровой машины и бурового инструмента выбирается исходя из крепости горных пород (f=11), вида горной выработки и способа бурения (ударно-поворотный): Ручные перфораторы.

Таблица 1.1 Техническая характеристика переносных перфораторов

1.3 Выбор бурового инструмента

Буровой инструмент для бурения бурильными молотками состоит из сплошных или составных буров и коронок. Сплошной бур представляет собой стержень из буровой стали, имеющей с одного конца породоразрушающую коронку, а с другого – хвостовик для установки в бурильном молотке. Рабочим органом инструмента для ударно-поворотного бурения шпуров является бур, состоящий из коронки, буровой штанги, хвостовика с буртиком.

Хвостовик воспринимает удары поршня бурильного молотка, а коронка бура воздействует на породу и разрушает ее. Буртик служит для ограничения длины хвостовика и удержания штанги в грандбуксе перфоратора.

Буровые коронки различаются формой породоразрушающей головки, видам и параметрами соединения со штангой, основными размерами геометрии твердосплавных ставок.

По принципу поражения забоя коронки подразделяются на лезвийные и штыревые. Из лезвийных коронок наиболее широко применяют долотчатые, двух лезвийные, трех и четырех первые.

Для бурения шпуров и скважин диаметром до 64 мм применяют крестовые коронки. Наибольшее распространение получили коронки с цилиндрической формой наружной поверхности юбки, как способствующей лучшему удалению бурового шлама. Буровую коронку выбираем исходя из коэффициента крепости. Коронка марки ККШ36–22 применяются бурению шпуров хрупких и вязких монолитных или трещиноватых породах с коэффициентом крепости до 10 легкими переносными перфораторами.

Для повышения прочности и износостойкости буровых штанг большое значение имеют качество проката и технологии изготовления. Выбор штаги зависит от типа коронки, коронка маркой ККШ-22. Индекс 22 показывает диаметр посадочного конуса.

Таблица 1.2 Техническая характеристика

1.4 Выбор диаметра шпура

Общепризнанных формул, позволяющих определить оптимальный для данного горнотехнических условий проходки диаметр шпуров, что оптимальные диаметры шпуров следует выбирать с учетом сечения выработки, мощности буровой машины, типа В.В., и физико-технических свойств пород.

С увеличением диаметра шпура увеличивается количество вмещаемого в шпуре В.В., уменьшается число зарядов. Сложными являются создание высокостойкого бурового инструмента для бурения шпуров диаметром 25–28 мм. В случае применения В.В. с невысокой детонационной способностью, например, предохранительных аммонитов, целесообразно использовать патроны диаметром 36–40 мм., размещая их в шпурах соответствующего диаметра. Это позволит повысить эффективность разрушения пород. С увеличением диаметра шпуров увеличиваются неравномерность дробления породы и ухудшение качества оконтуривания выработки. Диаметр шпура выбран равным 42 мм.

1.5 Расчет производительности бурения

При бурении пневматическими бурильными машинами скорость бурения (мм/мин.), зависящая от мощности единичного удара, частоты ударов, диаметра коронки и крепости пород.

– десятикратный предел прочности породы одноосному сжатию, Мпа.

Техническую производительность бурения (в метрах за 1 час машинного времени) принимают равной:

где:

- коэффициент одновременности работы бурильных машин;

 – число бурильных машин;

 – время, затрачиваемое на установку и перестановку бурильных машин в процессе бурения шпуров;

 – время холостого обратного хода бурильной головки по автоподатчику после окончания бурения шпура;

Фактическая производительность:

Эксплуатационная производительность бурильной установки определяется за общее время работы (обычно в течение смены) с учетом времени на подготовительные и заключительные операции, связанные с бурением, и различного рода простоев по организационным и техническим причинам:

Чистое время бурения определяется по следующей формуле:

где:   L – длина всех шпуров, L = 46.44 м;

Qэ – эксплуатационная производительность бурильной установки;

1.6 Мероприятия по ТБ при бурении шпуров

Средства защиты от шума. Для предотвращения вредного воздействия на организм бурильщиков шума, который возникает при работе пневматических перфораторов, сверл и отбойных молотков, используют индивидуальные средства защиты и специальные конструкции глушителей. Индивидуальные средства защиты от шума предоставлены наушниками и ушными заглушками.

Противошумные наушники ВЦНИИОТ предназначены для защиты органов слуха от воздействия высокочастотного производственного шума (свистящего, звенящего, шипящего) с уровнем до 115 дБ. Наушники состоят из наушников с изменяемой заглушающей способностью и пружинной ленты оголовья. Наушники имеют звукоизолирующие пластмассовые корпуса, звукопоглотители из эластичного поропласта и наполнителя и уплотняющие протекторы. Наушники прижимаются к околоушным областям головы пружинной лентой (оголовием), которую располагают между лобной и теменной областями головы. Силу прижатия к голове регулируют.

Средства защиты от вибрации. Для борьбы с вибрацией – периодическими колебаниями сложного характера, применяются индивидуальные средства защиты и виброгасящие устройства. К средствам индивидуальной защиты рук от воздействия вибраций относятся виброзащитные рукавицы или перчатки, а также прокладки и пластины, снабженные креплениями для руки.

Средства для защиты от пыли. Для борьбы с пылью, образующейся при бурении шпуров и скважин, предназначаются индивидуальные средства защиты, устройства для промывки и пылеулавливающие установки. Средствами индивидуальной дополнительной защиты рабочих являются противопыльные респираторы одноразового и многократного пользования.

Устройства для центральной и боковой промывки шпуров, предусмотренные в конструкциях различных бурильных машин, обеспечивают не только своевременное удаление, но и смачивание бурового шлама.

Пылеулавливающие установки различаются на индивидуальные и групповые. Индивидуальное пылеулавливание используется при работе 1 – 2 перфораторов или сверл. Пылеуловители состоят из пылеприемного колпака или муфты, пылепроводного резинотканевого рукава, пылеулавливающего аппарата и отсасывающего устройства (эжектора или вакуумного насоса). При включении эжектора или вакуумного насоса запыленный воздух от бурильной машины по пылевому шлангу поступает в приемный штуцер и далее в корпус фильтра, в котором поток завихряется, крупная пыль падает на конусное устройство и ссыпается в бункер пылесборника. Оставшиеся тонкодисперсные частички пыли увлекаются воздухом, проходящим через ворсистую ткань фильтра, задерживаются на ее поверхности и осыпаются по мере накопления. В конце смены бункер очищается от осажденной пыли. Наиболее эффективно работают забойные пылекловители УПЗ – 3, ДСП – 3, ПУР – 4 и др.

1.7 Общая организация буровых работ

Число бурильных машин принимается в зависимости от площади поперечного сечения выработки. Площадь поперечного сечения равняется 6.4 м², то число бурильных машин будет равным 2. Число бурильщиков зависит от числа бурильных машин, в данном случае принимаю равным 2. Продолжительность смены 12 часов по 2 смены при проведении подземных горизонтальных выработок.

2. Расчет параметров БВР

2.1 Выбор типа ВВ и диаметра патрона ВВ

Выбор ВВ производят с учетом газового режима, прочности и водообильности пород.

В горных выработках, не опасных по пыли и газу, применяют непредохранительные ВВ II класса: в крепких и средней крепости породах – аммонит скальный №1, аммонал скальный №3, детонит М; в слабых породах – аммонит 6 ЖВ.

2.2 Определение удельного расхода ВВ

Удельный расход ВВ зависит от крепости пород, степени зажима породы (числа обнаженных плоскостей), мощности ВВ, условий взрывания.

Удельный расход ВВ чаще всего определяется по формулам проф. Протодьяконова М.М. и Покровского Н.М.

Р – работоспособность применяемого ВВ, равна 470 см3.

Формула Протодьяконова М.М. с поправкой В.И. Богомолова:

где е – коэффициент работоспособности ВВ, по отношению к эталонному ВВ (аммониты №6ЖВ) определяющийся по формуле:

где Рэт – работоспособность эталонного ВВ, (360см3).

Отсюда находим

Формула Покровского Н.М.:

, (2.5)

где lшп – глубина шпура, lшп  1,5…3 м, lшп  2,4 м;

e – коэффициент работоспособности ВВ,

из-за незначительного расхождения (до 10%) qср и qтаб, для дальнейших расчетов принимается величина удельного расхода ВВ qср = 2,5.

2.3 Определение количества шпуров в забое

Общее число шпуров определяем из формулы:

Количество шпуров можно определить по формуле, предложенной М.А. Мачайченковым:

Хорошее приближение к данным практики дает формула М.М. Протодъяконова с поправкой Г.Г. Мухтарова:

где:   Sв - площадь сечения выработки вчерне (при расчетах Sв < S на 5 – 12%), Sв = 6.08 м²;

К – коэффициент, учитывающий трещиноватость пород, K = 0.75;

Рогинским В.М. предложено определять число шпуров для горизонтальных разведочных выработок по эмпирической формуле:

где:   S – площадь сечения выработки в проходке,

f – крепость пород по Протодьяконову,

2.4 Определение длины (глубины) шпуров

Для ориентировочных расчетов и для определения глубины шпура пользуются приближенной формулой:

где:   B – ширина горной выработки, B = 2,36 м,

В ориентировочных расчетах для выражения ограниченной площади поперечного сечения оценку глубины шпуров можно произвести по формуле при прямых врубах:

lср сходится с табличным, оставляем lш=1.72 м.

2.5 Расположение шпуров в забое

Для отрыва породы на заданную глубину в забое выработки бурится комплект шпуров, состоящий из врубовых, вспомогательных, отбойных и оконтуривающих шпуров для размещения в них зарядов ВВ.

Врубовые шпуры служат для образования вруба (полости), т.е. для образования дополнительной открытой поверхности, облегчающей работу других шпуров.

Вспомогательные шпуры служат для расширения полости, образованной врубовыми шпурами до необходимых размеров.

Отбойные шпуры предназначены для отбойки породы в направлении дополнительно открытой поверхности, образованной врубовыми и вспомогательными шпурами.

Оконтуривающие шпуры – это отбойные шпуры, расположенные по контуру выработки.

Число оконтуривающих шпуров можно определить по формуле:

где:   n0 – число шпуров на 1 метр периметра выработки, n0 = 0,98 шт.;

S – площадь сечения выработки, S = 6.4 м²;

Таким образом, общее число врубовых и отбойных шпуров определяется так:

2.6 Определение массы заряда в шпуре

Общий расход ВВ на цикл:

где:   Мп – масса патрона ВВ, кг;

n – число патронов ВВ, шт.;

N – количество шпуров, шт.;

3. Выбор типа промышленных ВВ

3.1 Обоснование выбора промышленного ВВ

Скальный аммонит №1 – мощное взрывчатое вещество, содержащее гексоген. Выпускается только в патронированном виде, причем взрывчатое вещество в патронах может быть порошкообразное и прессованное. Патроны с прессованным скальным аммонитом №1 предназначены для отбойки весьма крепких, трудновзрываемых пород любой степени обводненности, в том числе и с проточной водой. Способен выдерживать многосуточную замочку в стоячей воде. В намокшем состоянии детонирует. Весьма чувствителен к механическим воздействиям, требует осторожного обращения при хранении, транспортировке, заряжании шпуров и скважин. Заряжание им разрешается только ручное.

Таблица 3.1 Характеристика ВВ