автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Влияние зон предразрушения в увлажненных горных породах на параметры буровзрывных работ

РГБ О»

- j^iäiiic-йрство топлива и энергетики РФ

Российская академия наук .Институт горного дела им. A.A. Скочинского

На правах рукописи

СИЛИНА Ольга Владимировна

УДК 622-236:451.1.002.237(043.3)

ВЛИЯНИЕ ЗОН ПРЕДРАЗРУШЕНИЯ В УВЛАЖНЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ НА ПАРАМЕТРЫ БУРОВЗРЫВНЫХ

РАБОТ

Специальность 05.15.11 - 'Физические процессы горного производства*

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Институте горного дела им. A.A. Ско-чинского.

Научный руководитель -

проф., докт. техн. наук В.Е. Александров.

Официальные оппоненты:

проф., докт. техн. наук Б.Н. Кутузов, канд. техн. наук ВЗ. Присташ.

Ведущее предприятие - ПО "Луганскуголь*.

Автореферат разослан Ш$А" LM>&ßrm<&< 1994 г.

Защита диссертации состоится " '№/" UCl^liiU^- 1994 г. в {/" ч. на заседании специализированного совета К.135.05.02 ИГД им. A.A. Скочинского (140004, г. Люберцы Московской обл.),

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. A.A. Скочинского.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук

А.Н. Комраков

ОБ 11 Л Я X ЛРЛ КТЦР1 ICT11КЛ РАБОТЫ

Актуальности. При шахтном способа добьпш угля в общем технологическом цикле важное место --.занимают буровзрывные работы (БВР). Они широко применяются при проведении подготовительных выработок, передовом торпедировании, добыче угля, выполнении ряда технологических операций по управлению горным давлением, предотвращении внезапных выбросов угля и других динамических явлений.

Увеличение глубины ведения горных разработок приводит к усложнению горно-геологических условий, что существенно влияет па эффективность и качество проводимых БВР. Так, на шахтах ПО "Луганскуголь" среднемесячные темпы проведения подготовительных выработок буровзрывным способом снизились с G5,4 м/мес в 1981 г. до 45,7 м/мес в 1990 г. При традиционной технологии проведения подготовительных выработок шпуровым способом переборы породы составляют 15-23% от проектного сечения, что в 3-5 раз превышает установленные нормативы. Законтурный массив нарушается трещинами до 1,52,0 м, что вызывает увеличение расходов на поддержание выработок.

Одним из факторов, существенно влияющих на эффективность взрывных работ, является увлажненность горных выработок. Практика показывает, что в выработках, проводимых с помощью БВР, в ПО "Луганскуголь" по увлажненным песчаникам, значительно возрастает число случаев переборов породы н колтество законтурных трепли, что вызывает увеличение расходов на поддержание выработок по сравнению со слабо увлажненными песчаниками. Одним, из путей совершенствования параметров БВР для увлажненных горных пород является использование так называемой зоны предразрушения, заключающейся в развитии дефектов, микротрещин за зоной разрушения и снижении прочности породы на расстояние более сотни радиусов заряда при радиусе зоны разрушения, равном 30-40 радиуса заряда.

За последнее десятилетие исследованию эффекта предразрушешш и возможности его использования посвящено ряд работ, выполненных в ИГД им. A.A. Скочинского под руководством проф. В.Е. Александрова.

Так, в работах к.т.н. Е.Р. Рудцкой установлены: размер зон предразрушения при взрывообработке образцов различных горных пород, связь петрографических характеристик (плотности упаковки, пористости) с интенсивностью предразрушения, эффект "зале-

чивания", т.о. достижение со временем первоначального состояния горной породы. В работах к.т.н. А.Н. Кочанова предложен показатель структурного ослабления массива, проведена классификация горных пород по склонности к взрывному предразру-шению по их физико-механическим свойствам (динамическому модулю упругости, пределам прочности, акустической жесткости). Полученные результаты исследований использованы при разработке новой технологии передового торпедирования. Однако, в этих работах не учитывался ряд факторов, таких как обводненность, наличие горного давления и т.д. В этой связи, поставленная в настоящей работе задача совершенствования БВР в увлажненных горных породах на основе исследования параметров зоны предразрушения, представляется актуальной.

Основная идея диссертационной работы заключается в использовании эффекта предразрушения для расчета и практического' применения скважинных зарядов ВВ при проведении ряда горных работ (например, при проведении подготовительных выработок, при передовом, торпедировании) по увлажненным, песчаникам.

Целью работы является разработка рекомендаций по совершенствованию параметров БВР при ведении горных работ по увлажненным вмещающим, породам, на основании исследования параметров зоны предразрушения.

Методы исследований. В диссертационной работе для до-стюкения поставленной цели принят комплексный подход, включающий: анализ и научное обобщение существующих результатов теоретических и экспериментальных исследований; методы физического эксперимента в лабораторных условиях; экспериментальные и промышленные исследования взрывов скважинных зарядов ВВ для создания определенных параметров зоны предразрушения; проведение замеров последних с помощью ультразвуковой (УЗ) системы измерения; статистическая обработка результатов измерений и их анализ.

На защиту выносятся:

новые физические представления о влиянии влажности горных пород (на примере песчаников) на параметры зоны предразрушения при их взрывообработке;

установленные параметры зоны предразрушения для разуп-рочненных увлажненных песчаников;

экспериментальные зависимости радиуса зоны предразрушения и показателя нарушенное™ от параметров заряда ВВ и физико-механических свойств увлажненных песчаников;

отличия б параметрах. БВР для скважшных зарядов ВВ при взрывообработке увлажненных песчаников.

Достоверность научных положений, выродов и рекомендаций диссертационной работы обеспечиваются представительными объемами измерений при проведеншг лабораторных и шахтных экспериментов, полученных с помощью современных методов и средств измерений; подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных (погрешность не более 15%), положительными результатами шахтных экспериментов со скважшшыш! зарядами ВВ при скважгашо-шпуровом. способе проведения подготовительных выработок и передовом, торпедировании.

Научная новизна работы заключается в следующем: установлено, что для горных пород с ростом влажности увеличиваются радиус зоны предразрушения, показатель структурной нарушенности и степень ослабления прочности вмещающих горных пород;

показано, что для влагонасыщенных пород скорость смыкания трещин (эффект "залечивания") в 3-5 раз ниже, чем у сухих, что следует учитывать при ведении горных работ;

получены зависимости параметров зоны трещинообразова-ния от параметров заряда ВВ и физпко-механических свойств увлажненной горной породы;

установлены корреляционные зависимости между основными параметрами БВР и зоны предразрушения.

Практическая ценность. Разработана инженерная методика расчета скважшных зарядов ВВ для создания зоны предразрушения с учетом, ряда физшсо-механических свойств увлажненных песчаников; даны рекомендации по параметрам. БВР (диаметрам скважтш, массам, длине заряда ВВ) для песчаников со средней (2-2,5%) влажностью и влагонасыщенных (4,8-5,2%).

Реализация. Результаты исследований использованы на ряде шахт ПО "Луганскуголь". Установленные закономерности взрывного разупрочнения горных пород использованы при определении параметров БВР для проведения подготовительных выработок скважшшо-шпуровым способом, на шахтах ПО "Луганскуголь", что позволило улучшить технико-экономические показатели при проведении подготовительных выработок на 15-30%.

Апробация. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на научных семинарах лаборатории технологии проведения подготовительных выработок буровзрыв-

ными комплексами и агрегатами, отделениях технологии проведения подготовительных выработок и нетрадиционных способов добычи, ИГД им. A.A. Скочинского (1988—1994 гг.), на технических советах при техническом директоре ПО "Луганскуголь" (1990-1994 гг.).

Публикации. По результатам, исследований опубликовано 4 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 128 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 9 рисунков. Она состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 96 названий и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основной вклад в исследование действия взрыва зарядов ВВ в горных породах в различных зонах его действия внесли ученые М.А. Садовский, Е.И. Шемякин, А.Н. Ханукаев, В.Н. Родионов, В.Е. Александров, Н.Ф. Кусов и др. Определению параметров действия взрыва в зоне пред разрушения посвящены работы, проведенные в последние годы в ИГД vim. A.A. Скочинского 'Е.Р.' Рудцкой, А.Н. Кочановым. и др.

При исследовании зоны предразрушения получен ряд научных и практ1гческих результатов, однако не учтено влияние ряда факторов, таких, как обводненность горных выработок и горное давление, не исследованы процессы "залечивания" трещин в шахтных условиях, не разработаны средства контроля параметров зоны предразрушения в массиве горных пород, нет общей инженерной методики расчета скважинных зарядов ВВ, предназначенных для создания зоны предразрушения. Все это не позволяет дать научно обоснованные рекомендации по выбору параметров БВР с учетом зоны предразрушения.

Для дальнейшего развития указанного направления на основе анализа существующих исследований и исходя из поставленной цели в работе определены следующие задачи:

провести экспериментальные исследования зависимости параметров зоны предразрушения от влажности образцов горных пород в лабораторных условиях;

выбрать способы, разработать, изготовить и апробировать средства межшлурового зондирования массива горных пород на базе существующей аппаратуры УЗ контроля с обработкой информации на ЭВМ;

провести шахтные эксперименты по определению параметр-ров зоны, продразрушепия увлажненных песчаников в условиях шахт ПО "Луганскуголь";

разработать инженерную методику расчета параметров БВР в увлажненных песчаниках при проведении подготовительных выработок;

провести опытную промышленную проверку полученных экспериментальных и расчетных зависимостей в шахтах ПО "Лу-гонскуголь", оценить хк технико-экономическую эффективность.

Для решения поставленных задач по исследованию параметр-ров зоны предразрушепия на образцах горных пород, отобранных из шахт ПО "Луганскуголь", в лабораторных условиях были проведены предварительные исследования их физико-механических и петрографических свойств, взрывообработка их для создания зотл продразрушепия, заморы параметров зоны предразрушения и влияния на них влажности горных пород. Так как вмещающие породы на шахтах ПО "Луганскуголь" представлены в основном песчаниками с различными физико-механическими свойствами, для которых наиболее характерным является эффект предразрушения, то основные эксперименты были выполнены на образцах таких песчаников. Условно песчаники вмещающих пород шахто-пластов ПО "Луганскуголь" могут быть разбиты на два вида, физико-механические характеристики которых представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические характеристики исследуемых песчаников

Тип песчаника Плсушость. Предел Предел Скорость

кг/м 10 прочности прочности на продольной

на сжатие. растяжение. волны.

МПа МПа м/с * 10

Песчаник I 2,6 40-100 4-8 3,6-4,2

Песчаник II 2,6 80-120 5-10 4,4-5,2

Предварительно определялись физико-механические свойства образцов песчаников (пределы прочности на сжатие и растяжение СТс-пе. -и ро-екп абсолютный и относительный модули упругости Е и Е/ <•? слгскорость продольной волны Ср ), а также петрографические показатели (пористость .и плотность упаковки У ).

Пробы для дальнейшей взрывообработки отбирались при условии склонности песчаников к образованию зоны предразру-шения (E/dc,^ =200-500' Р > 8%; У < 5,5). Проводился отбор проб с пониженной влажностью W =2,0-2,4% и с максимальной влажностью W =5,0-5,2% (из мест с постоянным водопоступлением). Пробы подвергались консервации на месте отбора для сохранения их естественной влажности. Далее из проб изготавливались 3-4 образца размером 20x20x40 см. С помощью дополнительного высушивания или водонасыщения для каждого из двух типов песчаников приготавливались образцы с влажностями VV4 =5,1-5,2%; 74=2,1-2,2; vV5 =0-0,1%.

Взрывообработка образцов проводилась удлиненными зарядами ВВ из смеси тэна и поваренной соли (50%+ 50%), диаметром 2,0 мм и удельной энергией заряда ВВ, равной 3,0 Дж/м^.

Для определения параметров зоны предразрушения используется установленное в ряде исследований изменение скорости продольных волн при возникновении в результате действия взрыва заряда ВВ дефектов и перестройки структуры горной породы. Этот параметр имеет достаточную информативность для данного случая, позволяет использовать в лабораторных условиях современную серийную аппаратуру прямого прозвучивания (УКБ-1М, УК-14П, УК-15П) осуществить автоматизацию измерений при большом объеме информации.

Прозвучивание проводилось в точках пересечения координатных сеток, нанесенных на всех гранях образца через 5 мм. Это позволило определить границы зон предразрушения в объеме образца. Для установления параметров зоны предразрушения скорости Ср, показателя структурной нарушенное™ Л , пределов прочности на сжатие беж^ и растяжение Ь рас.т и их зависимостей от относительного расстояния из образцов выпиливались пластины толщиной 30 мм перпендикулярно оси заряда по центру его расположения. Полученная зависимость скорости продольных колебаний Ср (R) от относительного расстояния от центра заряда R. для песчаников П1 и П2 с влажностью 2,1 и 5,2% приведена на рисунке позиция а.

Рис. а

Рис. б Рис. в

Графики зависимостей параметров зоны предразрушения (от относительного расстояния Я,. С р(Ю (&) Л(Й.)Ш>

Показатель структурной нарушенности Л (R) определялся по формуле

ЛШ- -^а-Ж)

где

X-

Ср (ю

Сре

Сро - скорость продольной волны в породе до взрывообработки.

г*

Зависимость снижения относительной прочности (&)

рассчитывалась по формуле

а - ^ (V {__

б0 = <£ , "[i + 0.5ACÄjJ4

где - прочность породы образца до взрывообработки.

Графики зависимости Д (В) и • 100% приве-

ло

дены на рисунке, позиции б, в.

Анализ полученных зависимостей показывает, что для менее прочных песчаников радиус зоны предразрушешш составляет 140-180 радиусов заряда при влажности 2,0-2,4% и 5,0-5,2% соответственно, а для более прочных - 100-140 радиусов заряда при тех же значениях влажности. Далее часть пластин помещалась в воду, а часть - в эксикатор и оставлялась в атмосфере. В течение 3-4 мес. через 1-2 недели проводилось прозвучи-вание пластин. Установлено, что эффект "залечивания" трещин, определяемый по восстановлению скорости Ср, близкой к происходит только для части пластин, по помещаемых в воду. Эффект "залечивания* более интенсивно происходит за первые 1,5-2,0 мес.

Шахтные эксперименты проводились в призабойной зоне подготовительных горных выработок на шахте "Черкасская" (уклон, гор. 580 м) и шахте "Луганская" (западный откаточный дренажный штрек, гор. 694 м) ПО "Луганскуголь". При замерах параметров зоны предразрушения на образцах имеется двухсторонний доступ к исследуемому объекту, что позволяет использовать при

УЗ контроле стандартную .аппаратуру: датчики с частотой GO, 100 кГц и регистраторы УК-Г4П,^ УК-15Г1. В шахтных условиях рекомендуется метод межшпурового зондирования. При этом возникают задачи создания шпуровых ультразвуковых зондов, системы прижима для создания надежного, контакта излучателей и приемников УЗ колебании со стенками шпура, системы ориентации для надежного измерения базы прозвучивания. Возможность получения при этом большого объема информации позволяет повысить точность и надежность измерений скорости продольных волн Ср, но требует использования средств запоминания и обработки этой информации на ЭВМ. Для решения этих задач при участии автора разработано ТЗ н изготовлен опытный экземпляр измерительной ультразвуковой системы, которая и использовалась для проведения шахтных экспериментов.

Измерительная система состоит из двух однотипных шпуровых датчиков-зондов, узлов поджима датчиков и ориенташш, блока коммутации, кабеля связи, замерного блока. В качестве замерного блока использовался стандартный прибор УК-14 П, а в качестве запоминающего устройства микрокомпьютер МК-65. Информация затем вводилась в ЭВМ для обработки. Разработаны методики замеров, алгоритмы п программа обработки информации.

Задачам.» шахтных экспериментов являлись опробывание аппаратуры и обработка методики УЗ контроля, исследование изменения скорости продольных колебании Ср в обводненных песчаниках на различных расстоянпях^взрыва и во времени, а также при различных способах проведения подготовительных выработок с помощью БВР.

Опробывашю аппаратуры и отработка методики измерений проводилась на шахте "Черкасская" (уклон гор. 580 м). Замер скорости продольных УЗ колебаний осуществлялся на линии забоя между шестью шпурами диаметром 42 мм, глубиной 1,01,2 м с расстоянием между ними от 0,4 до 2,0 м. Установлено, что разработанная методика и аппаратура позволяют устойчиво регистрировать скорость продольной волны на базе до 1,5 м. Вычисленное значение скорости лежит в пределах 2,65-2,84- км/с при коэффициенте- вариации не более 8%.

Сравнительные эксперименты по определению скорости УЗ в предразрушенных песчаниках с различным водосодержанием проводились на шахтах "Луганская" (западный откаточный штрек, гор. 694 м). Естественная влажность песчаников (среднее зна-

чение) составила в своде 2,0%, в почве 5,1%. Замеры проводились между четырьмя шпурами, пробуренными в своде и почве и расположенными в вершинах квадрата со стороной, равной 50 см. При замере в своде вблизи забоя зарегистрирована средняя скорость прохождения продольных колебаний 3,20 км/с при коэффициенте вариации не более 8%. При замере скорости на расстояниях от линии забоя 50; 100; 150 и 200 м получены соответственно значения 3,93; 4,16; 4,27 и 4,38 км/с.

При замере скорости в почве на тех же расстояниях от линии забоя были получены значения 3,75-3,88 км/с, которые лежат в пределах допускаемой ошибки методики и измерительной аппаратуры. Приведенные результаты показывают, что в своде выработки с течением времени при отсутствии водонасы-щения песчаников происходит "залечивание" микротрещин. В точках свода вблизи линии забоя и на расстоянии 250 м от него скорость продольной волны растет на 26%. При средней скорости проведения выработок 30-40 м/мес. это соответст>-вует времени полного "залечивания" трещин, равном 5-6 мес. Изменение скорости значительно выше в начале "залечивания" (за первый месяц 60%).

Замеры скорости в почве показали, что ее значение не меняется практически с течением времени для водонасыщенных песчаников. Это подтверждает результаты лабораторных экспериментов о различном поведении микротрещин в зоне предраз-рушения в зависимости от влажности породы. Этот эффект следует учитывать при скважинно-шпуровом способе проведения горных выработок, выбирая соответствующим образом глубину скважины и скорость последующей шпуровой отбойки.

В указанных условиях проводились также эксперименты по определению величины зоны предразрушепия после взрывообра-ботки горного массива. Взрывообработка осуществлялась с помощью одиночных шпуровых зарядов, пробуренных у почвы и в верхней его части. Диаметр шпуров 42 мм, глубина 1,8-2,0 м, , заряд ВВ - патрон 6ЖВ весом 300 г, диаметром 36 мм. После взрывообработки бурились замерные шпуры глубиной 1,6-1,8 для нижнего взрываемого шпура - в горизонтальном направлении через 15-20 см, для верхнего - в вертикальном, направлении от взрываемого шпура на тех же расстояниях.

В результате замеров УЗ способом, и последующими расчетами установлено, что радиус зоны предразрушепия в верхней части забоя (влажность 2-2,2%) составляет Я~пр= (90-Ю0)£

б нижней части (влажность 4,8-5,1%) К, ^ =( 110-120) где - радиус заряда.^

Таким образом, при увеличении влажности песчаников радиус зоны предразрушения увелнчивается лримерно на 20%. Сравнение с результатами лабораторных исследований показывает, что радиус зоны предразрушения в массиве горных пород ниже, чем на образцах в 1,3-1,5 раза. Это может быть объяснено влиянием горного давления, аналогично снижению радиуса золь; разрушения с (30-40) ^л-р для образцов до (20-30)

^ ЗаР •

В соответствии с методикой шахтных испытаний в шахте "Луганская" были проведены эксперименты по определению параметров зоны предразрушения, возникающей в своде и почве подготовительной выработай непосредственно после ее проведения с помощью БВР. Эксперименты проводились при проведении выработок традиционным (шпуровым) способом с использованием прямого призматического вруба с центральной холостой сква-жшюй и скважннно-шпуровым способом.

В каждом случае в почве и своде бурились по четыре перпендикулярно их поверхности .шпура глубиной 1,8-2,0 м, располагаемые в вершинах квадрата со стороной 0,5 м. Влажность песчаника в своде колебалась от 2,0 до 2,1%, в почве она составляла 5,0-5,1%. С помощью измерительной системы проводилось прозвучивание между шпурами при последовательном одновременном перемещении зондов через каждые 15-20 см.

Результаты замеров, их обработка и анализ позволили установить, что радиус зоны предразрушения составляет 1,5-2,0 м для традиционного шпурового способа, 1-1,5 м для способа с холостой скважиной и 0,5-1,0 м для скважинно-шпурового способа. В первых двух случаях под влиянием горного давления после проведения выработки наблюдалось интенсивное развитие зоны трещин на глубину до 0,5-1,5 м. Этим можно объяснить известные наблюдения, описывающие наличие переборов и законтурных трещин. При скважинно-шпуровом способе этот эффект проявляется значительно меньше при условии правильного выбора параметров скважшшого и шпуровых зарядов ВВ. Для пород с большей влажностью размер зоны предразрушения увеличивается во всех случаях. Так, например, при влажности около 5% радиус зоны предразрушения больше, чем при влажности около 2% примерно на 0,5 м. Это необходимо учитывать при проектировании параметров БВР.

На основе анализа существующих исследований по взаимосвязи параметров БВР и физико-механических свойств горных пород в зоне предразрушения в работе предложена инженерная методика расчета скважинных зарядов ВВ для образования зоны предразрушения. Расчеты основываются на известных анали- . тических взаимосвязях между свойствами горной породы, параметрами БВР, и зоны предразрушения с учетом полученных в лабораторных и шахтных условиях экспериментальных данных (аналитически-экспериментальный метод). Скважинные заряды ВВ в зависимости от требований, предъявляемых к характеристикам зоны предразрушения, должны иметь определенные конструктивные параметры: схему расположения, диаметры скважины ¿¿-¿¡с и заряда cL^cp , длину ¿^ар , массу т- ^ар t коэффициент заряжания К , длину забойки £ • Так, при скважинно-шпуровом способе создаваемая зона предразрушения не должна существенно выходить за проектируемое сечение подготовительной выработки и в тоже время создавать разупрочнение массива в разрушаемой области. При передовом, торпедировании радиус зоны предразрушения должен обеспечивать зону "поражения", определяемую мощностью труднообрушаемой кровли, а снижение прочности горной породы должно быть не менее, чем до 0,65-0,7 первоначального значения. Для радиуса зон разрушения (трещинообразования) R-m/э (м) и предразрушения Pt пр (м.) используются соотношения:

1<з ТСсСмр Аар + ¿мА РзаХ . (3) Юр

Р _ ^ к/4 Ео п (4)

где К < - эмпирический коэффициент; = 0,61 - для ка-

муфлетного взрыва и 0,57 - при выбросе забойки; ^ - удельная теплота, Дж/м^; £0 - энергия взрыва, Дж; $р - предел прочности породы на растяжение, МПа; К^. - коэффициент заряжения; К г - эмпирический коэффициент для песчаника К^З-

14.

К ~ ^Р ... - коэффициент, учитывающий передачу энер-

пш взрыва в сроду;

Л^ь Ср- акустическая жесткость среды, кг/м^ • м/с; ¡РуирХ)- акустический импеданс ВВ кг/м^ • м/с.

Радиусы зоны предразрушения & пр и заряда свя-

заны соотношением

ц

£ г Кц.Кл 4 Ее d

■ (2)

Сравнение формул (1) и (2) показывает, что при увеличении влажности вследствие уменьшения прочности на разрывно увеличиваются радиусы трещинообразования &тр и зоны предразрушения Я

Пр1юеденные соотношения позволяют для данной конструкции заряда ВВ и конкретной горной породы определить параметры зоны разрушения и предразрушения или определить парамет^-ры заряда ВВ, требуемые для образования определенной зоны предразрушения.

Промышленные эксперименты по отработке скважшшо-шпу-рового способа проводились на шахтах ПО "Луганскуголь" (шахта им. В.И. Ленина, квершлаг пластов - , гор 586 м; шахта Черкасская, откаточный штрек гор. 580 м). По разработанной инженерной методике были определены параметры зарядов ВВ для скважин диаметром 76, 93, 105 мм для влагона-сыщеннкх и увлажненных песчаников.

При длине зарядов 20-45 м, длине забойки 9-35 м их диаметр составил 55, 60 и 70 мм для водонасыщенных и соответственно 65, 70 и 80 мм для увлажненных песчаников. Результаты сравнительных экспериментов при проведении подготовительных выработок с использованием холостой скважины и скважгшно-шпуровом способом приведены в табл. 2. Диаметр шпуров равнялся 42 мм, глубина шпуров 2,45 м.

На основе анализа этих данных для создания зоны предразрушения рекомендуются диаметры скважин cL ск.& =76 и 93 мм и зарядов ВВ с^о/>=55 и 60 мм для водонасыщенных песчаников; для увлажненных песчаников oL&& "93 и 105 мм; (¿¿dp = 70 и 80 мм.

Таблица 2

Показатели БВР при проведении подготовительных выработок с использованием, холостой скважины и скважшшо-шпуровым способом

Диаметр холостой Диаметр заряжаемой скважины, мм

скважины, мм w _ л 0 сое »л/ _ о гл о ко/ Показатели _]__-4,8-5,2 /о_w ~ 2,0-2,5,о

76 93 105 76 93 105 76 93 105

Количество заряжаемых

шпуров, шт. 36 36 36 32 30 28 34 32 28

КИШ 0,75 0,80 0,84 0,81 0,84 0,86 0,85 0,88 0,94

Выход горной массы

с 1 м. шпура, м3 0,45 0,46 0,48 0,62 0,64 0,66 0,60 0,63 0,68 Удельный расход

ВВ, кг/м3 2,68 2,63 2,56 2,24 2,36 2,58 2,46 2,48 2,51 Скорость бурения

скважины, м/мин 385 327 285 385 327 285 385 327 285 Общий выход горной

массы, м3 29,8 32,5 35,6 39,3 39,5 38,9 42,5 43,5 43,8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований в диссертационной работе решена актуальная научная и практическая задача совершенствования параметров БВР в увлажненных горных породах с использованием зоны предразрушения, создаваемой взрывом скважшшых зарядов ВВ.

1. Вследствие сложности взаимосвязей между параметрами БВР, физико-механическими свойствами увлажненных горных пород и параметрами зоны предразрушения в работе принят экспериментально-аналитический метод исследований, основанный на лабораторных и шахтных экспериментах, разработке инженерной методики расчета скважшшых зарядов ВВ, используемых для создания зоны предразрушения, промышленной проверке полученных зависимостей.

2. В результате лабораторных исследований на образцах установлено, что для обводненных песчаников с крепостью .1 =6-8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова радиус зоны предразрушения составляет 140-180 радиусов заряда ВВ; для песчаников с крепостью £ =10-12 радиус зоны предразрушения составляет 100-140 радиусов заряда при среднем значении влажности песчаников 2,0 и 5,0% соответственно. Скорость "залечивания" трещш! для влагонасьнце1шых образцов существенно (в 3-5 раз) меньше, чем для сухих.

3. Шахтными экспериментами показано, что измерительная система позволяет надежно (с достоверностью 0,8-0,9) определить параметры зоны предразрушения на расстояниях до 1,5 м между шпурами. Величина зоны предразрушения снижается вследствие влияния горного давления (горизонты 500-600 м) в 1,31,5 раза по сравнению с ее значением в образцах. В водонасы-щенных песчаниках (влажность 5%) она в 1,2-1,4 раза больше, а скорость "залечивания" микротрещин уменьшается в 2-3 раза по сравнению с увлажненными песчаниками (влажность я» 2%). Управление зоной предразрушения при проведении подготовительных выработок позволяет уменьшить в 2-3 раза переборы породы, снизить интенсивность трещинообразования в законтурном массиве до 0,15-0,5 м.

4. Предложена инженерная методика расчета параметров скважшшых зарядов ВВ для скважинно-шпурового способа проведения подготовительных выработок, позволившая рассчитать параметры скважшшых зарядов для предварительного образования зоны предразрушения заданной величины.

5. Промышленными экспериментами установлено:

для скважшшо-шпурового способа рекомендуются диаметры скважин 76, 93 мм ц 93, 105 мм, и соответствующие им диаметры зарядов ВВ 55, 60 мм и 70, 80 мм при влажности вмещающих обводненных пород 5-5,2 и 2-2,4%;

при данном способе проведения подготовительных выработок существенно улучшаются тохнико-экономическис показатели БВР: на 15-30% увеличивается КИШ, объем бурения шпуров сокращается на 15-35%, расход ВВ и СВ уменьшается на 1530%, выход негабарита сокращается на 10-15%, подвкгание забоя за цикл увеличивается на 10-20%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. A.c. 1639142 СССР, Е21С 37/00. Способ дробления горных пород взрывом шпурового заряда // ИГД им. A.A. Ско-чинского. - Заявл. К'с 4676020. Опубл. 01.12.90 /Открытия. Изобретения. - 1990. - N° 32. - С. 211 (соавторы P.A. Чак-ветадзе, Ф.А. Чакветадзе).

2. Изучение зоны предразрушения в сухих и вдонасыщен-ных песчаниках ПО "Луганскуголь" // Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности: Ежем. информ. сб. /ПН И ИЭ И уголь, вып. 6. - М.: 1991. - С. 28-29 (соавторы В.Е. Александров, A.B. Орлов, В.Я. Ткачев).

3. Металлическая крепь повышенной несущей способности и податливости для подготовительных выработок // Горный вестник. - 1993. - № 2. - С. 45-46 (соавторы A.B. Брайцев, Б.Н. Ольшанский).

4. Исследование зоны предразрушения горных пород при скважинно-шпуровом способе взрывания // Нетрадиционные способы добычи угля: Научн. сообщ. / Ин-т горн, дела им. A.A. Ска чинского. - 1994. - - Вып. 296. - С. 37-42.