Введение к работе
Актуальность. При шахтном способе добычи 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 явлении.
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 1,5-2,0 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 и коліиество законтурных трещин, что вызывает увеличение расходов на поддержание выработок по сравнению со слабо увлажненными песчаниками. Одним, из путеіі совершенствования параметров БВР для увламаїоїшьіх горных пород является использование так называемой зоны предразрушення, заключающейся в развитии дефектов, микротрещин за зоной разрушения и снижении прочности породы на расстояние более сотни радігусов заряда при радиусе зоны разрушения, равном 30-40 радігуса заряда.
За последнее десятзиетде исследованию эффекта предразрушення и возможности его использования посвящено ряд работ, выполненных в ИГД им. А.А. Скочинского под руководством проф. В.Е. Александрова.
Так, в работах к.т.н. Е.Р. Рудцкой установлены: размер зон предразрушення при взрывообработке образцов различных горных пород, связь петрографических характеристик (плотности упаковки, пористости) с интенсивностью предразрушення, эффект *зале-
3.
чивания", т.е. достижение со временем первоначального состояния горной породы. В работах к.т.н. А.Ы. 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 диссертациозшой 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-стгокения 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 взрьшов 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;
4.
отличия б параметрах. БВР для скважшных зарядов ВВ при взрывообработке увлажненных песчаников.
Достоверность научных положеіпп'і, вьгоодов и рекоменда-цпй диссертационной работы обеспечиваются представительными объемами измерений при проведенші 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 скважшшыми зарядами ВВ при скважнннс— 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 нарушенносга 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 корреляцношіьіє зависимости между основными параметрами БВР и зоны предразрушения.
Практігчесісая ценность. Разработана инженерная методика расчета скважшных зарядов ВВ для создания зоны предразрушения с учетом, ряда физшсо-механических свойств увлажненных песчаников; даны рекомендашш по параметрам. БВР (диаметрам скважіш, 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". Установлетіьіе закономерности взрывного разупрочнения горных пород использованы при определении параметров БВР для проведения подготовительных выработок скважшшо-шпуровым способом, на шахтах ПО "Луганскуголь", что позволило улучшить технике— экономические показатели при проведении подготовительных выработок на 15-30%.
Апробация. Основное содержанке работы и отдельные ее положения докладывались на научных семинарах лаборатории технологии проведения подготовительных выработок буровзрыв-
5.
ными комплексами и агрегатами, отделениях технологии проведения подготовительных выработок и нетрадиционных способов добычи, ИГД им. А.А. 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.