125124 (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.).

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

2. 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).

2. 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.