Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 12
1.1. Краткая горно-геологическая характеристика месторождении Стрельцовского рудного поля
1.2. Физико-технические свойства горных пород и породного массива Стрельцовской группы месторождений 19
1.3. Общие сведения о применяемых системах разработки и технологии проведения вертикальных выработок 25
1.4. Обоснование перспективного направления совершенствования технологии проведения выработок комбайном 2KB в крепких породах 32
1.5. Цель и задачи исследований 50
Глава 2. Экспериментальные исследования влияния взрыва на физико-технические свойства горного массива 53
2.1. Экспериментальные исследования по определению пара -метров зон раздавливания и радиального трещинообра-зования в ближней зоне действия взрыва 54
2.2. Промышленные экспериментальные исследования по определению изменения физико-технических свойств массива с расстоянием от заряда ВВ 59
2.3. Анализ результатов промышленных экспериментальных исследований 63
2.4. Выводы 68
Глава 3. Исследование влияния действия взрыва на напряженно-деформированное состоя ние массивагорных пород 70
3.1 Анализ литературных источников по установлению влияния действия взрыва на напряженное состояние массива... 71
3.2. Методика определения напряженного состояния трещиноватого массива горных пород 74
3.3. Экспериментальные исследования по определению НДС массива после взрывания зарядов ВВ 82
3.4. Обоснование возможности эффективной проходки вое -стающих в удароопасных массивах горных пород 86
3.5. Выводы 89
Глава 4. Промышленные испытания технологии проведения выработок комбайном 2kb в измененных взрывом и удароопасных массивах горных пород 91
4.1. Методика промышленных испытаний способов интенси фикации проходки восстающих комбайном 2KB 92
4.2. Промышленные испытания комбайна 2KB в разупрочненных взрывом породных массивах 93
4.3. Промышленные испытания интенсификации проходки восстающих комбайна 2KB в напряженных взрывом породных массивах 97
4.4. Промышленные испытания и внедрение проходки воестающих комбайном 2KB в удароопасных напряженных гранитных массивах 107
4.5. Выводы 109
Глава 5. Оценка эффективности способов и разработка нормативно-технической документации по интенсификации проведения восстающих
5.1. Нормативно-техническая документация по интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и в удароопасных гранитных массивах месторождения «Антей» 112
5.2. Расчет экономического эффекта от внедрения технологии проведения восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва и горного давления 121
5.3. Определение области применения комбинированной технологии проведения восстающих комбайном 2KB с использованием энергии взрыва 126
5.4. Выводы 134
Заключение 134
Литература 138
Приложения 143
- Физико-технические свойства горных пород и породного массива Стрельцовской группы месторождений
- Промышленные экспериментальные исследования по определению изменения физико-технических свойств массива с расстоянием от заряда ВВ
- Методика определения напряженного состояния трещиноватого массива горных пород
- Промышленные испытания комбайна 2KB в разупрочненных взрывом породных массивах
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время горные предприятия Рос
сийской Федерации все активнее переходят к рыночным отношениям, что
настойчиво требует снижения себестоимости добываемого полезного иско
паемого, особенно при подземной геотехнологии, отличающейся более
высокими затратами по сравнению с открытыми горными работами.
Необходимым технологическим процессом подземной геотехнологии является подготовка блоков к выемке, включающая в частности проведение рудоспусков, ходовых, вентиляционных, закладочных и материальных восстающих. Наиболее прогрессивным способом проходки восстающих с точки зрения безопасности, экономики и социальной привлекательности является механическое бурение буровыми установками (комбайнами). Однако практика показала, что применяемые на рудниках ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ОАО «ППГХО») комбайны 2KB эффективно работают в массивах горных пород с коэффициентом крепости по М.М. Протодъяконову/до 10... 12. В более крепких (прочных) породах технико-экономические показатели (ТЭП) проходки значительно ухудшаются. Поэтому создание технологии проходки восстающих комбайном 2KB в крепких горных породах, обеспечивающей повышение производительности труда и снижение расхода разрушающего инструмента является актуальной
б научно-технической задачей, решение которой позволит рентабельно эксплуатировать буровые установки в нерегламентированных условиях.
Для повышения ТЭП проходки восстающих в прочных горных породах в настоящей работе предложено использовать энергию взрыва, т.е. направленно изменить физико-технические свойства массива (прочность, мик-ротрещиноватость) или его напряженное состояние перед проходкой восстающих комбайном 2KB.
В диссертационной работе обобщены результаты многолетних исследований, проведенных при непосредственном участии и под руководством автора в рамках планов НИР ОАО «ППГХО».
Цель работы - повышение эффективности проходки восстающих комбайном 2KB в прочных массивах горных пород на основе использования энергии взрыва и горного давления.
Основная идея работы заключается в предварительном изменении физико-технических свойств и напряженного состояния горного массива энергией взрыва или применения комбайна 2KB в естественно напряженном удароопасном горном массиве.
Объект исследований - трещиноватый напряженный массив горных пород.
Предмет исследований - технология и основные процессы проведения восстающих комбайном 2KB.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Установить влияние действия взрыва на физико-технические свойства и напряженно-деформированное состояние массива прочных горных пород .
Провести промышленные испытания технологии проведения восстающих комбайном 2KB в разупрочненных и напряженных массивах
Разработать нормативно-техническую документацию на использование способов интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB, внедрить и определить область применения и экономическую эффективность предложенных способов.
Методы исследований. Реализация поставленной цели осуществлялась на основе комплекса современных методов, включающих: анализ литературных источников, промышленные экспериментальные и лабораторные исследования влияния действия взрыва на физико-технические свойства и НДС окружающего горного массива с использованием линейных замеров, поляризационного микроскопа, акустического прибора УКБ-1М, прибора определения коэффициента крепости, хронометражные наблюдения за скоростью проходки восстающих, технико-экономический анализ предложенной технологии, методы анализа и обработки результатов наблюдений с использованием математического аппарата теории вероятности и математической статистики.
Защищаемые научные положения.
Взрывание заряда ВВ в скважине, пробуренной по оси восстающего, разупрочняет массив в радиусе до 10...12 его диаметра и увеличивает скорость проходки восстающего комбайном 2KB в крепких горных породах.
Формирование напряженного состояния массива путем взрывания скважин вне контуров проектируемого восстающего или использование высокого горного давления на больших глубинах позволяет повысить эффективность комбайновой проходки за счет взаимодействия его рабочего органа с напряженными породами.
Достоверность научных положений и выводов подтверждена: -достаточным и представительным объемом экспериментальных исследований основных процессов технологии проведенных восстающих комбайном 2KB;
- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расче
тов, лабораторных исследований, промышленных экспериментов, положи
тельными показателями внедрения разработанной технологии проведения
восстающих комбайном 2KB в прочных породах.
Научная новизна исследований заключается в том, что:
- впервые на основе анализа теории и практики научно обоснован спо
соб проведения восстающих комбайном 2KB с предварительным взрывным
воздействием на массив прочных горных пород;
- экспериментально установлены зависимости изменения микротре-
щи-новатости, скорости продольной волны и прочности крепких горных по
род (/"= 8... 18) с расстоянием от взорванного заряда ВВ, причем разупроч
нение массива происходит в радиусе 10...12 диаметра заряда;
- выявлены основные закономерности изменения напряженно-
деформированного состояния прочных гранитных массивов вокруг взорван
ного заряда и установлена зона повышенных напряжений на расстоянии от
10...12 до 45...50 диаметров заряда;
теоретически и экспериментально доказана возможность и определены условия повышения скорости проходки восстающих комбайном 2KB в измененных взрывом и удароопасных напряженных массивах крепких горных пород;
разработаны технологические схемы проведения восстающих комбайном 2KB с предварительным взрывным воздействием и определена область их целесообразного применения в зависимости от крепости горных пород и назначения выработок.
Практическое значение работы заключается в разработке:
- методов повышения эффективности подземной геотехнологии на ос
нове интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB с использова
нием энергии взрыва и естественного горного давления;
- нормативно-технической документации по интенсификации про
ходки восстающих в различных горно-геологических и горнотехнических
условиях.
Реализация работы. Разработанные в виде нормативно-технической документации рекомендации по интенсификации проходки восстающих комбайном 2KB внедрены на рудниках №1 и «Глубокий» ОАО «ППГХО» с экономическим эффектом 103,99 тыс. рублей (в ценах 1991 года) или 2,8 млн. рублей (в ценах 2003 года). Использование комбайнов 2KB в удароопасных гранитах месторождения «Антей», помимо повышения эффективности проходки, обеспечивает безопасность горных работ.
Личный вклад автора состоит в:
обобщении отечественного и зарубежного опыта применения комбайнов бурового типа и обосновании технологии проведения восстающих комбайном 2KB на основе изменения физико-технических свойств и напряженного состояния массива крепких горных пород;
участии при разработке методик, проведении, обработке и анализе результатов исследований;
разработке нормативно-технической документации, обосновании области применения, внедрении и технико-экономической оценке технологических схем проходки восстающих комбайном 2KB.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных заседаниях научно-технического совета ОАО
11 «ППГХО» (г.Краснокаменск, 1980-1993г.г., 1997-2004г.г.), региональных
научно-практических конференциях ЧитГУ (г. Чита, 2003-2004г.г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 патента РФ и авторское свидетельство СССР на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 142 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 40 наименований и 8 приложений.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту д.т.н. Тюпину В.Н. и научному руководителю д.т.н., профессору Лизункину В.М. за участие в выборе направления исследований, постоянное внимание к работе и поддержку на всех этапах ее подготовки. Исключительную благодарность автор выражает сотрудникам Сибирского филиала ВНИПИПТ, ЧитГУ, работникам управления и подразделений ОАО «ППГХО» за помощь в проведении экспериментов, опытно-промышленной проверке и содействии
Физико-технические свойства горных пород и породного массива Стрельцовской группы месторождений
Основными физико-техническими свойствами горного массива, оказывающими влияние на прочность и устойчивость горных пород Стрельцовско-го рудного поля, являются их физико-механические свойства, тектоническая нарушенность, характер выполнения трещин и обводненность массива.
Физико-механические свойства горных пород и руд Стрельцовской группы месторождений определяются литологическим составом, текстурно-структурными особенностями и степенью гидротермальных изменений. Физико-механические свойства горных пород отличаются друг от друга на каждом из месторождений Стрельцовского рудного поля, характеристика пород представлена в табл. 1.1.[2,3,4,5,6]. Причем с глубиной отмечается увеличение прочностных показателей и удароопасности пород.
Основным фактором, определяющим устойчивость руд и вмещающих пород, является трещиноватость .Степень трещиноватости руд и вмещающих пород на предприятии определяется по классификации А.А. Люминар-ского, выделившего четыре группы: I группа - сильнотрещиноватые породы (более 20 трещин на 1 м); II группа - трещиноватые породы (7...20 трещин на 1 м); III группа - среднетрещиноватые породы (3...7 трещин на 1 м); IV группа - слаботрещиноватые породы (менее 3 трещин на 1 м). В целом по Стрельцовской группе месторождений руды в пределах рудных залежей относятся к сильнотрещиноватым и трещиноватым (1-Й группа трещиноватости), породы вмещающие оруденение средне и слаботрещиноватые (III- IV группа трещиноватости).
В пределах рудоностных участков Вне рудоностных участков Горнопроходческих выработок Очистных выработок Наименование пород Предельная ширина обнажения Расчетный коэфф. запаса устойчивости Наименование пород Предельная ширина обнажения Расчетный коэфф. запаса устойчивости очень устойчивые Массивные изверженные горные породы (f= 16-20), слабо трещиноватые к 3, при длительном (более 1 месяца) отстаивании выработок заколов не образуют Примера в Стрельцовском рудном поле нет предел 8,0 предел 2,0 Примера в Стрельцовском рудном поле нет предел 10,0 предел 3,3 Крепления не требуют Крепления не требуют Требуют осмотра и проверки устойчивости кровли и бортов выработок не реже 2 раз в месяц устойчивые Массивные изверженные, осадочные горные породы с крепким цементом (tM2-16), неизмененные слаботрещиноватые к=3-7, при длительном отстаивании выработок могут образовываться отдельные заколы Трахидацить: в зонах ок-варцевания 6,6предел 6,0-8,8 1,65предел 1,5-2,0 -граниты;-плагиоклазовые андезиты; -базальты верхнего покрова, -базальты среднего покрова; -трахидациты нижн. покрова; -базальты нижн. покрова. 7,0-8,26,0-6,9предел 6,0-10,0 2,33-2,72,0-2,3предел 2,0-3,3 При длительном сроке эксплуатации требуют выборочного крепления отдельных участков, штангами, торкретбетоном или другими видами крепи Крепления не требуют Требуют осмотра и проверки устойчивости кровли и бортов выработок, оборки заколов не реже 2 раз в месяц. При необходимости возведение крепления. средней устойчивость Массивные изверженные породы крепкие и средней крепости (f=8-14), трещиноватые к=7-10, осадочные породы с цементом средней крепости, при непродолжительном (до 10 дней) отстаивании склонны к заколообразованию -плагиоклазовые андезиты;-базальты верхн. покрова;-туфолавы трахидацитовверхнего покрова;-базальты средн. покрова;-базальты нижн. покрова;-граниты.-трахидациты верхнегопокрова;-трахидациты нижнегопокрова;-конглобрекчии фельзитов. 5,0-5,94,049предел 4,0-5,0 1,25-1,481,0-1,2предел 1,0 -фельзиты; -конглобрекчии; -среднегалечные конгломераты.туфы кварцевых порфиров; -туфы трахидацитов верхнего покрова свежие; -туфы трахидацитов нижнего покрова свежие, -туфогравелиты; -конгломераты; -туфолава трахидацитов нижнего покрова; -конгломераты; -базальтные конгломераты. 5,0-5,9 4,0-4,93,0-3,9 1,7-1,95 1,35-1,61,0-1,3 Требуют крепления штангами (к 7). В местах повышенной трещиноватости (к 7) штангами с сеткой или торкрет-бетонном толщиной 50мм. Выборочное крепление ослабленных участков Требуют выборочного крепления рамами НДО с затяжкой кровли доской вразбежку Требуют осмотра и проверки устойчивости кровли и бортов не реже одного раза в сутки с оборкой отслоившейся породы
Продолжение таблицы предел 3,0-5,9 предел 1,0-1,95 рамами НДО с затяжкой кровли досками и с бортов сеткой. Категорияустойтово-сти Характеристика пород Примеры пород Наиболее эффективные типы крепи (естественная кровля) Контроль за состоянием незакрепленной части выработки
В пределах рудоностных участков Вне рудоностных участков Горнопроходческих выработок Очистных выработок Наименование пород Предельная ширинаобнажения Расчетный коэфф. запаса устойчивости Наименование пород Предельная ширина обнажения Расчетный коэфф. запаса устойчивости неустойчи- Изверженные и осадочные породы различной крепости в зонах трещи-новатости к=10-20. Породы с интенсивной гидротермальной проработкой, слабым сцеплением обломков, склонные к размоканию. Образуют выводы из кровли и бортов выработок при непродолжительном отстаивании (до 1 суток) -фельзити; -андезито-базальты; -туфолавы трахидацитовые нижнего покрова; -базальты среднего и нижнего покрова в зонах тектонических нарушений; -конгломераты; -базальные конгломераты; -туфы кварцевых порфи-ров. 2,0-3,9предел 2,0-3,9 0,5-0,98предел 0,5-0,98 -туфопесчаники; -песчаники в толще красно-цвет. конгломератов; -туфы очковые; -туфы трахидацитовые верхи, покрова измененные; -туфы трахидацитовые нижа, покрова измененые; -лавобрекчии базальтовые; -песчаники, плевролиты в кровле базальных конгломератов 2,6-2,9предел 2,0-2,9 0,87-0,97предел 0,7-0,97 Требуют крепления деревянными (металлическими) рамами НДО с полной затяжкой кровли и бортов. Форма и плотность крепления выбираются и расчитываются в соответствии с теорией сводо-образовакия и несущей способностью материалов. Не допускают отставания постоянного крепления более, чем продвижения забоя за 1 цикл. Требуют крепления деревянными рамами НДО. Форма и плотность крепления выбираются и расчитываются в соответствии с теорией сводо-образования и несущей способностью материалов.
Промышленные экспериментальные исследования по определению изменения физико-технических свойств массива с расстоянием от заряда ВВ
С целью получения количественных закономерностей изменения физико-технических свойств гранитов и трахидацитов с расстоянием от взорванного заряда проведены исследования на 7 и 8 горизонтах рудника «Восточный». Исследования проведены по 6 забоям (3 - в гранитах, 3 - в трахидацитах) после взрыва аммонала в шпурах диаметром 40 мм. Породы - граниты III-IV категории трещиноватости с коэффициентом крепости 14... 18, трахидациты III-IV категории трещиноватости ,f=S... 12.
Скорость продольной волны и коэффициент крепости в образцах пород определялись по стандартным методикам [24]. Для определения расстояния между микротрещинами использовали микроскоп с увеличением х40. Среднее расстояние между микротрещинами определяли путем деления диаметра световой окружности на число трещин, пересекающих линию диаметра. Линий диаметра проводили 2 и располагали перпендикулярно друг другу. Типичные фотографии отполированных поверхностей образцов гранитов с микротрещинами приведены на рис. 2.9.
Анализ результатов показывает, что изменения физико-технических свойств гранитов под действием взрыва происходит на расстояниях до 0,4... 0,5 м или до 10...12 диаметров заряда ВВ. При этом среднее расстояние между микротрещинами dM уменьшается с 0,5...1,0 мм до 0,1...0,5 мм, то есть в 2...5 раз. Коэффициент крепости уменьшается с 14... 18 до 2...12 (в среднем - 7), то есть примерно в 2 раза. Кроме того, вокруг заряда появляется от 20 до 40 радиальных микротрещин средней длиной 0,3 м. Скорость продольной волны уменьшается в среднем с 5000...5500 м/с до 1500...2000 м/с.
Анализ результатов исследований (рис. 2.6...2.7, табл. 2.3) в массивах трахидацитов показывает, что изменения физико-технических свойств происходит на расстояниях до 0,3...0,5 м (или 8... 12 диаметров заряда). Среднее расстояние между микротрещинами du уменьшается с 2,5 мм до 0,8 мм, то есть в 3 раза. Коэффициент крепости уменьшается с 10...12 до 3...8 (в среднем - 5), то есть примерно в 2 раза. Вокруг зарядов появляется от 8 до 16 радиальных макротрещин. Скорость продольных волн в образцах трахидацитов за счет взрывного разупрочнения снижается с 4500...5000 м/с до 4000...4300 м/с.
Анализ результатов промышленных экспериментальных исследований В результате проведенных промышленных экспериментальных исследований установлено, что взрывание зарядов ВВ приводит к изменению физико-технических свойств окружающего горного массива, снижая его прочностные свойства, а следовательно и буримость.
Это очевидно связано с действием взрыва, так как известно, что в монолитном массиве амплитуда волны напряжения с расстоянием уменьшается [26], а в трещиноватом массиве решающим фактором разрушения является соударение отдельностей массива. При соударении с расстоянием от заряда ВВ напряжения в отдельностях снижаются обратно пропорционально расстоянию [27].
На основании проведенных экспериментальных исследований и их анализа можно сделать следующие выводы:
1. Наиболее эффективно использование предварительной взрывной подготовки к механическому разрушению комбайном 2KB в массивах гранитов и окварцованных трахидацитов III-V категории трещиноватости, вне зон тектонических нарушений.
2. Взрывание зарядов ВВ в массиве гранитов обеспечивает формирование радиальных трещин длиной (5... 15)( с числом от 20 до 40 и образование повышенной микротрещиноватости пород в радиусе до (10... \2)сіз, что выражается в уменьшении среднего расстояния между микротрещинами с 0,5... 1,0 мм до 0,1...0,5 мм. Коэффициент крепости гранитов после взрыва в радиусе (10...12)( уменьшается с 14... 18 до 2...12.
3. Взрывание зарядов ВВ в массиве трахидацитов обеспечивает формирование от 8 до 16 радиальных трещин длиной (8... 12) диаметров зарядов и образование повышенной микротрещиноватости в радиусе до (8...12)( с уменьшением среднего расстояния между микротрещинами с 1,0... 1,5 до 0,2...0,5 мм. Коэффициент крепости трахидацитов в пределах зоны разупрочнения уменьшается с 10...12 до 3...8.
Методика определения напряженного состояния трещиноватого массива горных пород
Наиболее перспективными методами оценки НДС горного массива являются геофизические методы, основанные на измерениях активных и пассивных геофизических полей. Ряд таких методов (электрометрический, электромагнитное излучение, акустической эмиссии, вибросейсмический и др.) рассмотрен в [33, 34]. Но все указанные методы только косвенно связаны с действующим в массиве напряжением и не дают их количественной оценки.
Наиболее объективным методом оценки НДС массива является ультразвуковой [33], однако авторы для определения НДС массива использовали та-рировочные зависимости между скоростью ультразвука (с) и действующим напряжением (о/), создаваемым процессом в сплошных образцах горных пород. В реальности массив горных пород является трещиноватым, и естественные трещины существенно снижают величину с. Например, в гранитах и трахидацитах месторождений ОАО ППГХО средний размер отдельности или среднее расстояние между естественными трещинами в основном составляют от 0,1 до 0,4 м.
Отличительной особенностью предлагаемой методики является определение напряженного состояния горного массива по тарировочным зависимостям, построенным с использованием составных образцов, моделирующих реальный трещиноватый массив горных пород. Основные элементы определения напряженного состояния трещиноватого массива ультразвуковым методом заключается в следующем:
Размер составных образцов принимается из условия обеспечения однородного одноосного напряженного состояния в его средней части и соблюдения волнового подобия. Условиям соответствия при базе прозвучивания горного массива 0,4 м соответствуют образцы с размером грани 40...60 мм и высотой 80... 150 мм при использовании ультразвуковых датчиков частотой 150...200 кГц [35]. Для испытаний образцов использовались пресс П-250, ультразвуковой прибор УКБ-1М, двухкоординатный самописец Н-306 и ультразвуковые датчики, помещенные в специальные металлические матрицы. Скорость нагружения при испытании образцов принималась стандартной - 0,4...0,6 МПа/с. На самописце регистрировались показания нагрузки и времени распространения продольных волн вплоть до разрушения образца. Результаты исследований для гранитов блока 6а-812 приведены на рис. 3.1 и в табл. 3.1.
Эмпирическая зависимость c=f(crj (10) на рис. 3.1 представляет собой тарировочную кривую, по которой в реальном трещиноватом гранитном массиве месторождения «Антей» можно будет определить фактическую величину напряжения. .й Па
Для сравнения на рис. 3.2 и в табл. 3.2 приведены испытания сплошных образцов кубиков и кернов из гранита с замерами изменения скорости ультразвука от величины сжимающих напряжений. Сравнение результатов измерений по составным и сплошным образцам гранита указывает на то, что относительный прирост скорости ультразвука в сплошных образцах составляет 14...20%, в составных - 20...32%. Причем разброс данных в случае сплошных образцов (рис. 3.2) по абсолютной величине с, изменяется в весьма широком диапазоне (от 3,5...10 до 6,5...10 м/с). В результате можно сделать вывод: построение тарировочной зависимости c=f(oi) (рис.3.3) для составных образцов дает более объективные данные при определении УІ в трещиноватом горном массиве.
Затем в месте проведения замеров напряженного состояния по бортам и забою выработки определяют среднее расстояние между естественными трещинами {de). Далее выбирают участок массива, где de 0,4 м, бурят не менее двух параллельных шпуров на расстоянии не менее 0,4 м. Длина шпуров от 1,8 до 4 м.
Промышленные испытания комбайна 2KB в разупрочненных взрывом породных массивах
Выкопировка с плана V горизонта (+422 м). Подразделение №1. Масштаб 1:500 Промышленные испытания способа интенсификации проходки восстающего комбайном 2KB с разупрочнением массива взрыванием скважины по его оси проводилось на 7 горизонте рудника №1 ОАО ППГХО, в штреке 4е-703, перед проходкой вентиляционного восстающего №1. Массив горных пород между 7 и 6 горизонтами представлен окварцованными трахидацитами со средним размером отдельностей от 0,4 до 1,0 м, количество систем трещин - 3. Коэффициент крепости пород/=12... 16, предел прочности пород на сжатие - 97 МПа, на разрыв - 13,9 МПа.
Для проведения сравнительного эксперимента из камеры проходки восстающего, по его оси на 7 горизонте вертикально вверх бурили скважину диаметром 105 мм и длиной 30 м. Скважину заряжали и взрывали зарядом грану-лита АС-8 длиной 25 м и массой 200 кг. Таким образом, экспериментальный участок массива от 7 горизонта и выше на 30 м был разупрочнен взрывом в радиусе около 1 м. Базовым (сравнительным) участком служил массив между забоем взрывной скважины и 6 горизонтом, не разупрочненный взрывом. После взрыва бурили пилот-скважину с 6 горизонта, навешивали на нее рабочий орган и проводили восстающий комбайном 2KB, диаметром 1,5 м.
В результате хронометражных наблюдений и их обработки установлено, что в массиве трахидацитов техническая скорость проходки на экспериментальном участке длиной 32 м составила 2,3 м/см, на базовом участке длиной 25м - 1,5 м/см, то есть, увеличилась в 1,5 раза, что объясняется предварительным разупрочнением массива взрывом. На способ взрывной подготовки горного массива к разупрочнению имеется авторское свидетельство СССР № 1799052 [36].
Однако дальнейшее использование способа с бурением скважин длиной 50...57 м показало, что из-за их искривления (отклонения от проектного достигают 3...7 м) и малого диаметра зоны разупрочнения (до 2,0 м при диаметре восстающего 1,5...1,8 м) показали его не перспективность, т.к. в основном массив разупрочняется вне контуров проектируемого восстающего. Помимо этого, отмечены значительные вибрации, искривление и обрывы бурового става в интервалы времени, когда забой восстающего представлен разупрочненной и не разупрочненной горной породой. Использование этого способа возможно при длине скважины не более 30 м, т. е. для этого необходимо бурить двумя станками встречные скважины с верхнего и нижнего горизонтов.
В главах 2, 3 на основе анализа литературы и промышленных экспериментов установлено, что после камуфлетного взрывания зарядов ВВ в глубине массива на расстоянии (15...50)t/j образуется зона взрывных остаточных напряжений. Причем, ультразвуковым методом установлено, что напряженное состояние гранитного массива после взрыва увеличивается в среднем с 18... 22 МПа до 3.. .42 МПа, а максимально с 30.. .40 МПа до 62.. .78 МПа. С другой стороны, натурными наблюдениями в удароопасных гранитах месторождения «Антей» и теоретическим анализом установлено, что при горном давлении от 50 до 100 МПа происходит саморазрушение массива в виде шелушения, стреляния, заколообразования даже без приложения механических воздействий. Это предполагает возможность увеличения скорости проходки и стойкости шарошечных долот при проходке восстающих комбайном 2KB после предварительного создания взрывом зоны остаточных напряжений в горном массиве.
Цель промышленных испытаний - установить численно техническую скорость проходки комбайна 2KB и стойкости шарошечных долот в предварительно напряженном взрывом массиве и сравнить эти показатели при проходке в не нагруженном массиве.
Испытания проводились на 5 горизонте рудника №1 ППГХО в орте 4в-608 (рис. 4.2), где комбайном 2KB снизу вверх (с 6-го горизонта на 5-ый) бурился рудоспуск 4в-608/2. Породы представлены неравномерно окварцованны-ми трахидацитами с размером отдельности 0,15...0,4 м. особенно нарушенными вблизи тектонических швов и зон трещиноватости. Количество систем трещин 3-4.
Из буровой камеры в орте 4в-508 перед проходкой рудоспуска бурили две вертикальные нисходящие скважины диаметром 0,105 м на расстоянии двух -пяти метров одна от другой [37]. Первая из них пробурена глубиной 45 м, а вторая 40 м (рис. 4.1). Обе пробуренные скважины были заряжены патронированным аммонитом по 198 кг каждая (одна в интервале 13...40 м, вторая 18...45 м) и взорваны. На указанном интервале (рис. 4.1) образовалась зона разрушения взрывом, высотой 34 м и диаметром 2 м, в которой произошло разупрочнение породы и формирование зоны остаточных напряжений в массиве горных пород в радиусе от 1 до 5 м от каждой скважины.
Затем была пробурена пилот-скважина, которая прошла строго в заданном направлении, в т.ч. по зоне взрыва. Далее бурили снизу вверх рудоспуск 4в-608/2 комбайном 2KB диаметром 1,8 м.
Проведенными хронометражными наблюдениями установлено, что средняя техническая скорость проходки рудоспуска в зоне действия взрыва составила 2,98 м/см или 0,56 м/час. В не подготовленной взрывом части массива она не превысила: ниже зоны действия взрыва 1,37 м/см или 0,28 м/час, а выше зоны еще меньше - 1,08 м/см или 0,22 м/час (см. табл. 4.1, рис. 4.3).
