Расчет параметров буровзрывных работ

Расчет параметров буровзрывных работ

1. Инженерно-геологические условия

.1 Определение буримости

Буримость - способность грунта разрушаться под воздействием усилий, возникающих при бурении механическим инструментом. Буримость характеризуется скоростью внедрения бурового инструмента. В строительстве в качестве показателя буримости принято время бурения 1 м шпура при установленных стандартных условиях (буровой инструмент, перфоратор определенных типов, нормативное давление сжатого воздуха). Во всех классификациях грунты по буримости разделяют на легкобуримые, среднебуримые, труднобуримые и исключительно труднобуримые. Согласно СНиП 4.02-91; 4.05-91 все грунты разделены на 11 групп в порядке уменьшения буримости и возрастания крепости.

При использовании термического или комбинированного способа бурения необходимо знать термобуримость - способность грунтов разрушаться при воздействии высокотемпературных газовых струй, а также от напряжений, обусловленных температурным градиентом и тепловым расширением грунтов.

По заданию геологические условия следующие: гнейсы с коэффициентом крепости f = 5,6 и плотностью γ=2,5-2,9 т/м³, относятся к VII строительной группе грунта по буримости в соответствии со СНиП 4.02-91. По степени крепости относятся к классу довольно крепких грунтов. По единой классификации буримости относятся к 10 классу грунтов согласно приложению 1 [1]. Время бурения 1 м шпура легким перфоратором 7,6-10,2 мин.

1.2 Определение абразивности

Абразивность скального грунта - способность истирать буровой инструмент (коронки, резцы и др.) в процессе бурения. Грунты с относительным показателем абразивности 12…15 считают слабоабразивными, 16…35 - среднеабразивными, более 35 - высокоабразивными. Абразивность влияет на выбор бурового инструмента, способа бурения, на производительность труда и стоимость работ при всех современных способах механического бурения.

Данный грунт имеет класс абразивности V, степень абразивности - выше средней абразивности, показатель абразивности 30…45 мг - все значения определены согласно приложению 3 [1], шаблон абразивности грунтов (по Л.И. Барону и А.В. Кузнецову)

1.3 Определение трещиноватости

Трещиноватость грунта характеризуется частотой и пространственным расположением трещин в массиве, которыми он разделен на отдельности различных размеров. В зависимости от степени трещиноватости грунты подразделяют на монолитные, малотрещиноватые, среднетрещиноватые, сильнотрещиноватые и чрезвычайно трещиноватые. Трещиноватость сильно понижает сопротивляемость грунтов механическим воздействиям и облегчает отделение от массива, оказывает основное влияние на выбор бурового инструмента, способа контурного взрывания, дробимость, тип и удельный расход ВВ, конструкцию зарядов и др.

Для целей проектирования БВР степень трещиноватости принято характеризовать по временной классификации Межведомственной комиссии по взрывному делу, разработанной профессором В.Н. Кутузовым, либо классификациям СНиП 4.02-91; 4.05-91 или ВСН 126-90.

Классификация трещиноватости Межведомственной комисси по взрывному делу:

.4. Схема выработки

Площадь: 27 м²

Периметр сечения: 20,524 м

.5 Выбор способа раскрытия сечения

Буровзрывной способ (БВС) разрушения грунтового массива применяют при проходке тоннелей способами сплошного забоя, уступным.

В нашем случае применяем способ сплошного забоя (грунт разрабатывается сразу на все проектное сечение), так как грунт удовлетворяет условиям для использования данного способа:

коэффициент крепости f>4;

высота выработки не превышает 10 м.

2. Расчет параметров БВР с составлением паспорта

2.1 Обычное взрывание

Существуют два основных метода взрывных работ: обычное взрывание и контурное. В первой части проектируем обычное взрывание.

.1.1 Назначение глубины заходки

Назначение глубины заходки производим с учетом пролета выработки, характеристик грунтов, принятой механизации буровых и погрузочных работ, способов погрузочных работ, способов заряжания и взрывания зарядов ВВ. Особое внимание следует обращать на обеспечение устойчивости выработки после взрыва. Выбор глубины заходки делаем, основываясь на данных таблицы 2.4 [1].

Площадь сечения выработки S= 27 м², коэффициент крепости f_кр = 5,6, назначаем глубину заходки l_зах=2,8 м.

2.1.2 Определение глубины комплекта отбойных шпуров l_k

При проектировании БВР глубина шпуров количественно равна глубине комплекта отбойных шпуров (l_k), которую определяем по формуле

, (2.1)

где l_зах - глубина заходки, 2,8 м;

ŋ - коэффициент использования шпуров, при обычном взрывании ŋ=0,85.

2.1.3 Определение типа вруба и его параметров

При проходке подземных выработок шпуровые заряды, в зависимости от назначения, подразделяются на врубовые, отбойные, контурные и подошвенные. Врубовые заряды, которые взрываются первыми, служат для образования в забое полости (вруба) с дополнительными поверхностями обнажения. Вруб помещают в центральной части забоя, несколько смещая его к подошве выработки.

В выработках небольшого сечения при использовании буровых установок применяют прямые врубы, отличающиеся простотой выполнения, малым разбросом грунта и возможностью применения в выработках любого сечения и грунтах любой крепости, поэтому применяем прямой вруб (рис. 2.1., табл. 2.1).

Рис. 2.1. Схема прямого вруба

Табл. 2.1. Характеристики прямого вруба

2.1.4 Определение типа ВВ, конструкции и диаметра заряда

Пользуясь таблицей 3.4 [1], назначаем тип взрывчатого вещества.

Так как в забое нет опасности по газу и пыли, а также обводненности, при обычном взрывании и f_кр = 5,6 применяем непредохранительное ВВ средней мощности Аммонит №6 ЖВ для зарядов всех шпуров. Диаметр шпуров - 32 мм.

Необходимо помнить, что длина забойки должна быть больше 1/3 длины l_к, а конечный диаметр шпура должен быть на 4-6 мм больше диаметра патрона.

Табл. 2.2. Характеристики ВВ, применяемых при заряжании шпуров

.1.5 Определение массы ВВ на 1 м шпура

Для порошкообразных ВВ массу q₁, приходящуюся на 1 м шпура с учетом заполнения определяем по формуле

, (2.2)

где коэффициент заполнения шпура, принимаемый по табл. 3.7 [1];

коэффициент влияния плотности заряжания (для патронированных ВВ =1,1);

l_п=0,24 м - длина патрона ВВ.

2.1.6 Определение удельного расхода

Наиболее приемлемой для определения удельного расхода ВВ при строительстве транспортных тоннелей является формула ЦНИИС [1]:

=ψ, (2.3)

где S = 27 м² - площадь сечения выработки;

е=1,0 - коэффициент эквивалентности для Аммонита №6 ЖВ;

ω=1,3 - коэффициент структуры и трещиноватости скальных грунтов;

μ=1 - коэффициент, учитывающий влияние площади сечения на удельный расход.

=

2.1.7 Определение количества шпуров

.1.8 Электровзрывная сеть

Для зарядов врубовых шпуров применяем ЭД мгновенного действия ЭД-8-Ж, а для всех остальных электродетонаторы короткозамедленного действия ЭДКЗ. Время замедления между группами зарядов для грунтов средней крепости составляет 70 мс.

Так как число взрываемых зарядов 79<150, то применяем последовательную схему соединения ЭД, обеспечивающую поступление в каждый заряд тока одинаковой силы. Учитывая, что сопротивление подводящих магистральных проводов на порядок меньше суммарного сопротивления электродетонаторов, взрывную машинку можно выбрать по числу взрываемых ЭД по приложению 16 [1]. Выбираем конденсаторную взрывную машинку КПМ-3.

В качестве магистральных проводов применяем ВП - 0,8 с сопротивлением 37 Ом/км. В качестве участковых и соединительных применяем провод марки ВП с медной жилой сечением 0,196 мм², обладающий сопротивлением 93 Ом/км.

Расчет общего сопротивления для последовательной схемы с одиночными ЭД производим по формуле

 (2.5)

 (2.6)

где общее сопротивление сети, Ом;

сопротивление магистрали, Ом;

сопротивление одного ЭД, Ом;

Е - напряжение источника тока, В;

I - сила тока, приходящаяся на каждый ЭД.

I_r<I - гарантийная сила тока обеспечена.

Для контроля и измерения сопротивления электровзрывной цепи выбираем прибор Мост переносной постоянного тока Р3043.

.2 Контурное взрывание

.2.1 Назначение глубины заходки l_зах

Назначение глубины заходки производим с учетом пролета выработки, характеристик грунтов, принятой механизации буровых и погрузочных работ, способов погрузочных работ, способов заряжания и взрывания зарядов ВВ. Особое внимание следует обращать на обеспечение устойчивости выработки после взрыва. Выбор глубины заходки делаем, основываясь на данных таблицы 2.4 [1].

Площаль сечения выработки S= 27 м², коэффициент крепости f_кр = 5,6, назначаем глубину заходки l_зах=2,8 м.

2.2.2. Определение глубины комплекта отбойных шпуров l_k

При проектировании БВР глубина шпуров количественно равна глубине комплекта отбойных шпуров (l_k), которую определяем по формуле

,

где l_зах - глубина заходки, 2,8 м;

ŋ - коэффициент использования шпуров, при контурном взрывании ŋ=0,9.

2.2.3 Определение типа вруба и его параметров

При проходке подземных выработок шпуровые заряды, в зависимости от назначения, подразделяются на врубовые, отбойные, контурные и подошвенные. Врубовые заряды, которые взрываются первыми, служат для образования в забое полости (вруба) с дополнительными поверхностями обнажения. Вруб помещают в центральной части забоя, несколько смещая его к подошве выработки.

В выработках небольшого сечения при использовании буровых установок применяют прямые врубы, отличающиеся простотой выполнения, малым разбросом грунта и возможностью применения в выработках любого сечения и грунтах любой крепости, поэтому применяем прямой вруб (рис. 2.1, табл. 2.1).

.2.4 Определение типа ВВ

В последние годы в практике подземного строительства применяют гранулированные и водонаполненные ВВ, позволяющие механизировать процесс заряжания и более полно использовать объем шпура, что приводит к улучшению дробления грунта и снижению выхода негабаритов по сравнению с патронированными ВВ.

Пользуясь таблицей 3.4 [1], назначаем тип взрывчатого вещества.

Так как в забое нет опасности по газу и пыли, а также обводненности, при контурном взрывании и f_кр = 5,6 применяем непредохранительное ВВ средней мощности Аммонит №6ЖВ для зарядов отбойных, врубовых и контурных донных шпуров. Диаметр шпуров - 32 мм. Для зарядов контурных шпуров (кроме донных) применяем Аммонит АП-5ЖВ.

Табл. 2.3. Характеристики ВВ, применяемых при заряжании отбойных и врубовых шпуров

Табл. 2.4. Характеристики ВВ, применяемых при заряжании контурных шпуров

2.2.5 Определение массы ВВ на 1 м шпура

Для патронированных ВВ массу q₁, приходящуюся на 1 м шпура с учетом заполнения определяем по формуле

 (2.7)

l_п=250 мм - длина патрона Аммонит АП - 5 ЖВ;

γ=0,300 кг - масса одного патрона.

2.2.6 Определение удельного расхода ВВ

Наиболее приемлемой для определения удельного расхода ВВ при строительстве транспортных тоннелей является формула ЦНИИС [1]:

=ψ, (2.8)

где S = 27 м² - площадь сечения выработки;

е = 1 - коэффициент эквивалентности для Аммонит №6 ЖВ;

е = 1,14 - коэффициент эквивалентности для Аммонит АП-5 ЖВ;

ω = 1,3 - коэффициент структуры и трещиноватости скальных грунтов;

μ = 1,1 - коэффициент, учитывающий влияние площади сечения на удельный расход.

Для Аммонит №6 ЖВ:

=

Для Аммонит АП-5 ЖВ:

=

2.2.7 Определение линии наименьшего сопротивления

При расчетах параметров контурного взрывания необходимо определить линию наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойных шпуров:

, (2.9)

где k_з=0,7 - коэффициент зажима;

d_з=0,032 м - диаметр заряда для Аммонит №6 ЖВ;

d_з=0,036 м - диаметр заряда для Аммонит АП-5 ЖВ;

ρ=1000 кг/м³ - плотность ВВ;

γ=2800 кг/м³ - объемная масса грунта.

Для отбойных и врубовых зарядов:

2.2.8 Определение количества шпуров

Определяем количество шпуров и массу зарядов по формулам, приведенным в табл. 2.5.

В этих формулах приняты следующие обозначения:

Р_к - периметр выработки по линии контурных шпуров, м;

Р_п - ширина подошвы выработки, м;

k_к - линейная масса заряда в контурных шпурах (0,4 кг/м);

k_зап = 0,7 - коэффициент заполнения шпура;

Табл. 2.5. Формулы для расчета параметров БВР сплошного забоя

, (2.10)

 м²

где m_c =0,9 м - коэффициент сближения контурных зарядов, учитывающий крепость грунта.

а). Контурные:

шт.,

 кг,

б). Подошвенные:

 шт.,

q_п = 1,91 кг,

в). Отбойные:

шт.,

 кг,

г). Врубовые:

N_вр =8

q_вр = 1,15∙1,91=2,2 кг.

Всего N=N_к+N_п+N_отб+N_вр

N=31+12+22+8=73 шт.

2.2.9 Неэлектрическая система взрывания Нонель

При проходке выработки, в которой требуются более длительные замедления, чтобы успеть разрушить горную массу и выбросить ее из забоя, применяем неэлектрическую систему инициирования НОНЕЛЬ ЛП.

Для предотвращения завала породы во врубе и улучшения результатов взрывных работ применяем минимальное замедление 100 мсек.

Чтобы обеспечить более компактный развал породы для удобства погрузочных работ для шпуров вокруг вруба применяем длинные интервалы замедления (500 мсек).

3. Выбор буровых машин и инструментов

Бурение шпуров - основной и наиболее трудоемкий процесс БВР, продолжительностью 20..35% от всего проходческого цикла. Поэтому особое значение имеет выбор оборудования и механизмов, обеспечивающих в данных условиях минимальные затраты времени и труда и нормальную санитарно-гигиеническую обстановку в забое. Выбор типа машин определяется, прежде всего, механическими характеристиками разрабатываемого грунта.

Использование высокопроизводительного проходческого оборудования позволяет достигать высоких темпов проходки тоннелей.

Для данных геометрических условий (ширина выработки 7,3 м, высота 4,25 м) можно применить буровую установку УБШ - 532 Д (Табл.4.1)

Табл. 3.1. Технические характеристики пневматической буровой каретки

4. Схема проветривания забоя

В длинных тоннелях желательно приспособить направление подачи воздуха к направлению естественной тяги и движению транспорта. В этом случае возможно размещение внутри тоннеля реверсивной установки, обеспечивающей ускорение движения воздуха в желаемом направлении.

Для снижения содержания пыли, образующейся при бурении забоя, взрываний и погрузке грунта, до уровней предельно допустимых концентраций в проекте следует предусматривать бурение шпуров с промывкой, сухое обеспыливание, устройство водяных завес и другие мероприятия.

5. Основные мероприятия по ТБ при производстве БВР

.1 Мероприятие техники безопасности при буровых работах

При выполнении БР в забое каждый рабочий должен быть внимателен к любым отклонениям от нормативных отклонений бурения, при их появлении бригадир должен сообщить лицу тех. надзора. К таким относятся:

·   увеличение или снижение скорости бурения;

·   резкие изменения усилия подачи инструмента;

·   частое заклинивание или прихватывание бура, а также проскальзывание;

·   увеличение или снижение притока воды или помутнение воды.

Начальник смены, при их появлении должен принять меры безопасности рабочих (установить дополнительные крепи, закрепить лоб забоя, усилить водоотлив и вентиляцию), известить главного инженера. БР необходимо прекратить до обследования забоя.

В зонах тектонических разломов необходимо бурить с опережающими скважными длинной более 3 метров и делать другие типы обследования.

Результаты обследования заносят в журнал.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1)   Работать на неисправных машинах и станках.

2)   Работать без правильного обустройства рабочей зоны.

3)   Бурение шпуров на высоте более 1.5 м разрешается вести лишь надежным инвентарных подмостей.

5.2 Мероприятия техники безопасности при взрывных работах

Взрывание в горизонтальных выработках разрешается всеми доступными способами.

Запрещается взрывание зарядов, если ближе 20 метров от места их заложения находится неубранная горная масса, вагонетки или предметы, загромождающие выработку более чем на 1/3 поперечного сечения, затрудняющие проветривание забоя и выход из него.

.3 Опасная зона, ограждения, сигналы

Опасная зона - территория между местом производства работ, потенциально опасных за счёт поражающего или вредного для человека воздействия, и границей, где такое воздействие маловероятно при соблюдении технологии производства.

Меры безопасности при ведении буровых и взрывных работ регламентируются положениями нормативных документов по строительству и требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах. Частично меры безопасности отражены в пособиях и рекомендациях научных организаций изучающих эти вопросы.

Во всех случаях перед началом взрывных работ устанавливают границы опасной зоны, которые отмечают на местности условными знаками.

Перед началом заряжания на границах запретной (опасной) зоны должны быть выставлены посты, обеспечивающие её охрану, а люди, не занятые заряжанием, выведены в безопасные места лицом технического надзора или по его поручению взрывником. Постовым запрещается поручать работу, не связанную с выполнением прямых обязанностей.

В опасную зону разрешается проход лиц технического надзора организации и работников контролирующих органов при наличии связи с руководителем взрывных работ (взрывником) и только через пост, которому выходит взрывник.

Аншлаги должны выставляться на расстоянии, при котором содержание ядовитых продуктов взрыва снижается до безопасных концентраций. Эти расстояния определяются опытным путём на основании результатов отбора проб воздуха при максимальном количестве взорванных в забое ВВ.

После окончания взрывных работ и полного проветривания выработок указанные ограждения и знаки с надписями снимаются.

В подземных выработках запретная зона определяется расчётом по действию ударной воздушной волны от возможного взрыва наибольшего количества взрывчатых веществ в зарядной машине или крайней заряжаемой скважине. С учётом условий и организации работ она должна составлять не менее 50 м. Запретная зона распространяется на все выработки, сообщающиеся с местом размещения зарядной машины или заряжаемой скважиной. На границах этой зоны с начала заряжания следует выставлять посты охраны; в выработках, ведущих к заряжаемым скважинам, вместо постов можно устанавливать аншлаги с запрещающими надписями.

За границей запретных зон на открытых и подземных горных работах в пределах опасной зоны допускается нахождение только максимально ограниченного распорядком массового взрыва числа людей.

Опасная зона, определённая расчётом в проекте, вводится при взрывании с применением электродетонаторов с начала укладки боевиков; при взрывании детонирующим шнуром - до начала установки в сеть пиротехнических реле (замедлителей), а при использовании неэлектрических систем инициирования с низкоэнергетическими волноводами - с момента подсоединения взрывной сети участков к магистральной.

Звуковые сигналы подаются взрывником (мастером-взрывником) или руководителем взрывных работ, если одновременно работают несколько взрывников. Сигналы подаются в следующем порядке.

Первый сигнал - предупредительный (один продолжительный). Сигнал подаётся при вводе опасной зоны. По этому сигналу все люди, не занятые заряжанием и взрыванием, удаляются за пределы опасной зоны или в безопасное место, заранее указанное ответственным за ведение взрывных работ, и выставляют посты охраны. После окончания заряжания и удаления в безопасное место связанных с этим лиц, взрывники приступают к монтажу взрывной сети. Монтировать электровзрывную сеть необходимо в направлении от заряда к источнику тока или включающему ток устройству. По окончании монтажа осуществляют проверку исправности взрывной сети с безопасного места.

Второй сигнал - боевой (два продолжительных). По этому сигналу взрывники подают ток в электровзрывную сеть из укрытия; в случае с неэлектрической системой взрывания комплект шпуров инициируется за счет передачи в трубку высокоэнергетической искры с помощью взрывной машинки ДИНОСТАРТ, инициирование происходит из укрытия.

Третий сигнал - отбой (три коротких) подается после осмотра места взрыва и свидетельствует об окончании взрывных работ.

Первый и второй сигналы могут быть объединены в один непрерывного звучания в случае вторичного взрывания с целью дробления негабаритных кусков или ликвидации загромождения выработки.

Литература

буровой абразивность буровзрывной вруб

1. Полянкин Г.Н, Молчанов В.С., «Проектирование буровзрывных работ в тоннелестроении». Новосибирск, 2001 г.

2. Эстеров Я.Х, Бродов Е.Ю., Иванаев М.И., «Буровзрывные работы на транспортном строительстве». М. 1983 г.

3. Компаниец С.А., Поправко А.К., Богородецкий А.А. «Проектирование тоннелей», М, 1973 г.

4. Методические указания к курсовому проекту «Проектирование буровзрывных работ». Новосибирск, 1990 г.

5. Справочник строителя транспортных тоннелей. М. 1965 г.

6. Единые правила безопасности при взрывных работах. М. 1993 г.

7. Нонель. Описание системы. Инструкция по эксплуатации. 1997 г.