СОДЕРЖАНИЕ

• Введение 2
• Предмет горного дела 3
• Общие сведения о буровзрывных работах 8
• Машины и инструмент для бурения шпуров 13
• Организация и безопасность буровзрывных работ 11
• Список литературы 16

Введение

Ведущее место в развитии горнодобывающей промышленности занимает добыча и обработка руд. В одном из издательств литературы было отмечено, что "Развитие экономического потенциала страны во многом определяется состоянием минерально-сырьевых ресурсов. В дальнейшем геолого-разведочные работы будут вестись еще более широко. Наш долг, как бы велики ни были у нас запасы природных ресурсов, - постоянно искать более рациональные пути их добычи и экономического использования".

Общая тенденция в развитии горнодобывающей промышленности - концентрация производства на базе технического перевооружения горных предприятий и повышение эффективности производства. Выполнение поставленных перед горной промышленностью задач сопряжено с постоянным усложнением горно-геологических и горнотехнических условий разработки. Поэтому повышение эффективности производства требует постоянного совершенствования техники и технологии добычи полезных ископаемых, ускоренного перевооружения на базе повсеместного применения высокопроизводительного горного и бурового оборудования и совершенствования технологических процессов при его использовании в разнообразных условиях. Отличающееся по назначению и конструктивному исполнению оборудование позволяет механизировать процессы проведения горных и буровых работ для открытия доступа к богатствам недр, их опробования и извлечения.

Добыча полезных ископаемых выполняется в несколько стадий. Они предполагают выполнение ряда технологических процессов, необходимых для добычи полезного ископаемого: проведение и крепление горных выработок, очистные работы, транспортирование и подъем полезных ископаемых, проветривание горных выработок и водоотливов и т.д. Знание стадий и процессов и их взаимоувязки является необходимым условием эффективной разработки месторождений полезных ископаемых.

Горное и буровое оборудование составляют основу материально-технического фонда геологоразведочного производства, от рационального использования которого зависит своевременная и экономная подготовка разведуемых месторождений и эксплуатации.

Предмет горного дела

Широко развивающаяся сегодня горная наука "занимается изысканием путей и методов усовершенствования способов добывания и обогащения полезных ископаемых (уголь, различные руды, нефть и др.) и разработкой технологии горного дела для увеличения продукции, улучшения качества, резкого повышения производительности труда и улучшения условий его".

Непосредственному добыванию того или другого полезного ископаемого обычно предшествует его поиски и разведка. Полезное ископаемое, извлеченное из недр земли, в большинстве случаев не может быть непосредственно использовано в обрабатывающей промышленности и для бытовых нужд, а предварительно подвергается обработке (обогащению), производящейся обычно на месте его добычи.

Долгое время методы поисков и разведки полезных ископаемых, их разработки и обогащения не имели достаточного теоретического обоснования, и успешность их применения зависела исключительно от опытности и искусства людей, производящих эти работы.

Стремясь дать теоретическую основу горному делу, М. В. Ломоносов в 1742 г. написал оригинальный труд "Первые основания металлургии, или рудных дел" и явился первым учебником по горному делу. В этой работе М. В. Ломоносов впервые в мире обосновал теорию происхождения ископаемых углей, доказав их органическое происхождение из растений, обобщил весь имевшийся тогда опыт и научно обосновал важнейшие вопросы горного дела: поиски полезных ископаемых, вскрытие месторождений, проведение и крепление горных выработок, подъем водоотлив, проветривание и т.д.

За два столетия в области горного дела выдвинулось немало выдающихся изобретателей, инженеров и ученых. Было сделано очень много для развития горной промышленности и науки о разработке полезных ископаемых: разработан метод решения аналитическим путем таких задач, как выбор способа вскрытия месторождения, определение размеров шахтного поля, определение элементов системы разработки; научно обосновано выбор элементов новых шахт в условиях быстрого роста горной промышленности; возникло теории горного давления и крепления горных выработок; уделено много внимания также вопросам проветривания горных выработок т.д.

Для советских ученых характерна тесная связь с производством, активное участие в решении вопросов, связанных с механизацией труда и улучшением технологии добычи полезного ископаемого. Был разработан ряд новых конструкций машин для комплексной механизации. В последние годы для механизации уборки породы в вертикальных стволах сконструирован и внедрен в промышленность специальный пневматический грузчик.

Одним из прогрессивных методов проходки вертикальных стволов шахт является бурение. С 1938 г. Применяется бурение стволов диаметром до 2, 1 м по методу К. Н. Шепотьева и В. П. Иванова. С 1941г. Внедряется метод бурения стволов диаметром до 4, 5 - 5 м по способу Г. И. Маньковского, Д. Ф. Мещерякова и С. Д, Солодовникова.

Значительный вклад ученые и инженеры внесли также в дело современных вентиляторов и центробежных насосов, новых машин и механизмов для рудничного транспорта.

Благодаря накоплению огромнейшего практического опыта и широкой постановке научно-исследовательских работ, отдельные разделы горной науки настолько развились и получили такое прочное теоретическое обоснование, что превратились в самостоятельные научные дисциплины. Так, вопросы поисков и разведки полезных ископаемых рассматриваются в специальных курсах разведочного дела; наука об обогащении полезных ископаемых излагается в отдельных полезных ископаемых, так по методам обогащения. Самостоятельное развитие получили также и другие разделы горной науки.

Всякое минеральное вещество, находящееся в земной коре, которое может быть использовано человеком для различных целей в естественном виде или после предварительной обработки, называется полезным ископаемым. В природе полезные ископаемые могут встречаться в твердом виде (каменный уголь, различные руды, драгоценные камни, каменная соль и др), жидком (нефть, вода, рассолы) и газообразном (природные газы).

Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре, занимающее определенный объем в последней, называется месторождением полезного ископаемого. Независимо от происхождения и использования, исходя лишь из формы залегания, месторождения полезных ископаемых могут быть разделены на правильные и неправильные. К первым относятся пласты, пластообразные залежи и жилы (простые и сложные). Ко вторым - штоки, гнезда и линзы.

Рудой называется естественное минеральное вещество, из которого путем соответствующей переработки могут быть извлечены содержащиеся в нем металлы или полезные минералы. В чистом самородном виде металл в руде встречается редко. Обычно он находится в виде химических соединений, получивших название рудных минералов, например: медь - в виде халькопирита CuFeS_2, железо - в виде гематита Fe₂O_3, свинец - в виде галенита PbS и т.д.

Прежде чем приступить к разработке месторождения полезного ископаемого, т. е. к извлечению последнего из недр земли в целях использования его в том или ином направлении, необходимо найти это месторождение и выяснить его промышленное значение. Резкой границы между поисковыми и разведочными работами провести нельзя, и одна стадия работ переходит в другую, представляя различные этапы геологоразведочного процесса.

Чтобы полезное ископаемое, залегающее в недрах земли, могло быть использовано человеком, необходимо тем или иным способом открыть к нему доступ, при помощи инструментов или механизмов отделить от общей массы и выдать на земную поверхность

Горными работами называют, как указывалось выше, такие работы, которые необходимо произвести для выемки полезного ископаемого или для подготовки его к выемке.

В зависимости от способа производства горных работ отделение породы может быть осуществлено при помощи инструмента и без инструмента (взрывные, гидравлические и огневые работы). В последнем случае имеется в виду, что без инструмента совершается лишь непосредственное отделение породы в забое, но для этого предварительно требуется произвести некоторую подготовительную работу с использованием того или иного инструмента или механизма. Например, при взрывных работах буром пробуривают скважину, а раздробление и отделение породы от массива производятся силой взрыва взрывчатого вещества, заложенного в скважину.

Правильный выбор способа ведения горных работ в первую очередь зависит от степени добываемости горных пород, под которой понимают то сопротивление, которое горные породы оказывают отделению некоторой части их от общей массы. Различают следующие основные свойства горных пород: 1) твердость, т. е. сопротивление проникновению острия инструмента; 2) вязкость, т. е. сопротивление всей массы горной породы отделению от нее отдельных кусков, иными словами, способность выдерживать значительные пластические деформации до момента разрушения; 3) упругость, т. е. сопротивление удару, которое проявляется в отскакивании инструмента. Каждая порода характеризуется коэффициентом крепости, который может быть определен как путем лабораторных испытаний, так и путем испытаний, производимых непосредственно в забое.

Так как буровзрывные работы в горном деле применяют весьма широко, а рядом установлено отсутствие прямой зависимости между крепостью, буримостью и взрываемостью пород, то Институт горного дела Академии наук разработал единую классификацию горных пород по буримости и взрываемости.

В этой классификации буримость пород характеризуется скоростью бурения в миллиметрах пробуренного шпура в минуту чистого времени и временем чистого бурения 1 м шпура в минутах. Взрываемость характеризуется расходом в килограммах аммонита № 2 на 1 м³ породы в массиве и количеством метров шпуров, приходящихся на 1 м³ взорванной породы в массиве.

Основой быстрого развития горной промышленности являлась механизация основных и трудоемких производственных процессов. Новая техника, получившая широкое применение на шахтах, создала предпосылки для дальнейшего развития механизации и перехода к ее высшей ступени - автоматизации процессов добычи полезного ископаемого.

Горными машинами называют машины, предназначенные для добывания, погрузки и транспортировки горных пород, а также для возведения крепи и производства закладки. Наименование горной машины обычно содержит в себе название той операции, для механизации которой она предназначена, например, "врубовая машина", "погрузочная машина" и т.д.

Общие сведения о буровзрывных работах

Взрывные работы применяют при проведении горных выработок при добыче полезного ископаемого в случае наличия горных пород с I по V категорию крепости (табл. 1).

Табл. 1.

Классификация горных пород проф. Протодьяконова

Категория пород по крепости	Способ разработки	Наименование горных пород	Средний вес 1 м3 породы в плотном теле, кГ	Коэффи-циент разрых-ления	Коэф. крепости по шкале проф. Протодьяконова	Угол внутреннего трения ц
Вне кате-горная	Взрыв-ной	Кварциты исключительно крепкие; джеспилиты, габбродиабаз, габбродиорит. Порфириты исключительно крепкие. Базальт оливиновый, андезит, роговик, диабаз, диорит высшей крепости. Гранит мелкозернистый весьма крепкий. Кремень. Сливные кварцитовидные песчаники исключительной крепости, окремненные известняки высшей крепости.	2900 3100-3300 3000	2, 2 2, 2 2, 2	20-25 17-18 15-16	87008ґ 86011ґ -
I	Взрыв-ной	Среднезернистые граниты, кварцитовые сливные песчаники, кварциты, диабазы, гнейсы крепкие, порфорит, трахит крепкий, сиенит. Мелкозернистые монолитные окварцованные песчаники. Сливные известняки исключительной крепости. Мрамор исключительно крепкий.	2700-3000 2700-2900	2, 2 2, 2	12-14 10-11	84018ґ -
II	Взрыв-ной	Конгломерат крепкий на известковом цементе. Песчаники крепкие на кварцевом цементе. Колчеданы крепкие, доломиты и известняки. Змеевик, гранит и сиенит крупнозернистые.	2700-2900 2600-2800	2, 0 2, 0	8-9 7	84018ґ 82015ґ
III	Взрыв-ной	Крепкие аргиллиты и алевролиты, песчано - глинистые сланцы, сидерит, магнезит, змеевик оталькованный, известняк плотный. Граниты, гнейсы, сиениты и прочие массивные и изверженные породы, сильно минерализованные или выветрившиеся. Известняк мергелистый, песчаник глинистый, сланец слюдистый, доломиты.	2800 2500 2200-2300	2, 0 2, 0 2, 0	6 5 4-5	80032ґ 78041ґ 75058ґ
IV	Взрыв-ной и отбой-ными молот-ками	Глинистые и углистые сланцы средней крепости, плотный мергель, слабые песчанистые сланцы, слабые известняки и доломиты. Антрацит, крепкий каменный уголь, конгломерат и песчаник - слабые, алевролит и аргиллит средней крепости.	- 1400-1500	- 1, 8	- 2	71034ґ 63026ґ
V	Взрыв-ной и отбой-ными молот-ками	Слабые глинистые сланцы, опока крепкая, очень слабые выветрившиеся известняки и доломиты, каменный уголь средней крепости, крепкий бурый уголь. Плотные карбонатные глины, мел плотный, мергель средней крепости, гипс, крепкая каменная соль.	1400-2000 1900-2600	1, 4 1, 8	1, 5-2, 0 1, 5	63026ґ 63026ґ
Категория пород по крепости	Способ разработки	Наименование горных пород	Средний вес 1 м3 породы в плотном теле, кГ	Коэффи-циент разрых-ления	Коэф. крепости по шкале проф. Протодьяконова	Угол внутреннего трения ц
VI	Отбой-ными молот-ками	Каменный уголь мягкий, отвердевший лёсс, мергель мягкий, мягкая опока. Бурый уголь, карбонатная глина, трепел, мягкая каменная соль, пористый гипс. Тяжелая ломовая глина, моренный суглинок, жирная глина и тяжелый суглинок, содержащий до 10% гальки или хряща; мелоподобные слабые породы (мергель, опоки и др). Сцементировавшийся строительный мусор.	- - 1200-1950	- 1, 4 1, 8	- - 1, 0-1, 5	45000ґ 45000ґ 45000ґ
VII	Вруч-ную	Легкая глина, суглинки, супески, лёсс, галечник, гравий, щебень. Песок, песок - плывун, почвенный слой. Рыхлый известковый туф, туф и другие слабые породы.	1600-1800 1500 1100	1, 8 - -	0, 9 0, 6 0, 4	38040ґ 30050ґ 30058ґ

Взрывные работы могут производиться одним из следующих способов: 1) шпуровым, 2) с прострелом шпуров для получения расширения их нижней части (котловой метод), 3) накладными зарядами (без бурения шпура или подготовки какого-либо пространства для помещения заряда), 4) глубокими скважинами и 5) минными камерами.

При подземных работах применяют в основном шпуровой способ. Сущность взрывных работ при шпуровом способе заключается в следующем: в забое пробуривают скважины относительно незначительной глубины (до 4 - 6 м) и небольшого диаметра (25 - 27 мм) - так называемые шпуры, в которые помещают определенное количество взрывчатого вещества (заряд). Часть шпура между зарядом и его устьем заполняют каким-либо инертным материалом, не воспламеняющимся от высокой температуры, развивающейся при взрыве (обычно патронами из смеси песка с глиной). Это заполнение свободной от заряда части шпура инертным материалом носит название забойки.

После того, как вызван взрыв заряда, происходит мгновенный удар газов, образовавшихся в объеме заряда вследствие разложения твердого взрывчатого вещества. Этот удар вызывает распространение ударных волн в среде,

Рис.1. Буры: а - для вращательного бурения; б - для ударного бурения.

которые совместно с расширяющими под влиянием высокой температуры взрыва газами производят механическую работу по отрыванию кусков породы от массива и ее дроблению.

Бурение шпуров осуществляется при помощи буров и может быть ударным или ударно - поворотным, вращательным и ударно - вращательным.

Буры для бурения шпуров состоят из основных частей: резца 1 (рис.1, а) у буров вращательного бурения и головки бура 4 (рис.1, б) у буров для ударного бурения, стержня 2 и хвостика 3. Бур называется сплошным (цельным), если головка (или резец), стержень и хвостик составляют одно целое, или составным, если каждая часть его отнимается.

Головки буров, которые могут сниматься, в горнорудной промышленности называют съемными коронками.

При вращательном бурении разрушение породы, в результате которого образуется шпур, производится резцом, а при ударном - головкой бура. При вращательном бурении лезвие резца, прижимаясь в забое шпура к породе, срезает и скалывает ее частицы. При ударном бурении после каждого удара бур поворачивают на некоторый угол, и углубление шпура осуществляется за счет раздробления и скалывания породы, происходящих при каждом ударе лезвия головки бура о забой шпура.

При вращательном бурении порода, разрушаемая резцом, удаляется из шпура за счет продвижения ее по виткам стержня бура. При ударном бурении раздробленную породу необходимо из шпура удалить.

Бурильные машины по способу действия делятся на вращательные, ударно-поворотные и ударно-вращательные, а по роду энергии - на электрические и пневматические.

Электрические бурильные машины ударного действия, основанные на принципе разрушения породы посредством удара, до последнего времени большого распространения не получили ввиду сложной конструкции, частых поломок при бурении в крепких породах и высокой стоимости.

Электрические вращательные бурильные машины (электросверла) широко применяют при бурении в породах, отнесенных по степени добываемости ко второй и третьей группам. Достоинства этих машин-простота конструкции и сравнительно незначительная стоимость потребляемой энергии.

Пневматические ударные бурильные машины получили широкое распространение вследствие простоты конструкции и высокой производительности по сравнению с другими бурильными машинами при бурении шпуров в крепких породах.

Использование пневматических вращательных бурильных машин (пневматические сверла СПР - 11) ограничиваются вследствие высокой стоимости пневматической энергии. Они применяются преимущественно в условиях, в которых невозможно использование электрических сверл (например, в сильно газовых шахтах) или при наличии на участке пневматической энергии, используемой для других целей, при отсутствии электрической энергии.

Взрывные работы при проведении подземных горных выработок выполняются в соответствии с паспортом буровзрывных работ (рис.2), который состоит из схемы расположения шпуров в забое, табличных показателей по шпурам, технико - экономических показателей взрыва и мероприятий по технике безопасности.

Рис.2. Паспорт буровзрывных работ: а - схема расположения шпуров; б - показатели по шпурам; в - конструкция заряда в шпуре; г - технико - экономические показатели взрыва; 1 - патроны ВВ; 2 - патрон-боевик; 3 - проводники электродетонатора; 4 - песчано-глиняная забойка

Машины и инструмент для бурения шпуров

На открытых и подземных горных работах шпуры бурят машинами ударно-поворотного, вращательного и ударно-вращательного действия.

Бурильная машина ударно-поворотного действия представляет собой одноцилиндровый двигатель, в котором поршень - ударник под действием сжатого воздуха совершает возвратно-поступательное движение и наносит удар по буру, лезвие которого внедряется в породу. После каждого удара бур поворачивается на некоторый угол.

Бурильная машина вращательного действия представляет собой ротационный двигатель (электрический, пневматический или гидравлический) с редуктором и шпиндлем, в патроне которого крепится штанга с резцом. Бурение шпура осуществляется непрерывно вращающимся буром.

Бурильная машина ударно - вращательного действия состоит из ротационного и ударного двигателей, скомпонованных в одном корпусе. Для бурильных машин этого типа вращение буровой штанги не зависит от работы ударного узла. Под действием ударной нагрузки лезвие бура внедряется в породу и образует вруб. Поскольку вращательное движение продолжается и во время вращения лезвия инструмента, то порода, расположенная рядом с врубом, скалывается в направлении вращения.

Для привода машин используется электрическая, гидравлическая и пневматическая энергия.

Современные конструкции бурильных машин поставляются в комплекте с породоразрушающим инструментом: моноблоками (бурами) и составными бурами.

Бурильные машины ударно - поворотного действия.

Бурильные машины ударно-поворотного действия (перфораторы) предназначаются для бурения шпуров в породах V - XX категорий. В зависимости от назначения и массы пневматические бурильные машины подразделяют на три группы: ручные массой 26 - 35 кг; колонковые массой 50 - 75 кг; телескопные массой от 38 - 48 кг.

По способу очистки шпура от бурового шлама различают бурильные машины: с осевой промывкой и продувкой; с боковой промывкой; с центральным пылеотсосом сжатым воздухом.

По частоте ударов бурильные машины подразделяют на обычные (с числом ударов до 2000 в минуту) и быстроударные (с числом ударов более 2000 в минуту).

По способу подачи различают бурильные машины с ручной и механической подачей. Для первого типа перфораторов характерно использование мускульных усилий бурильщика. Бурильные машины второго типа перемещаются и подаются специальными механическим податчиками.

Основные параметры, характеризующие ударно - поворотные бурильные машины, следующие:

Сила P₁ (H), действующая на поршень машины,

р

P₁ = - --- - (D² - d₂ ²) (p₁ - p₀),

4

где D - диаметр ударника с рабочей стороны, м; d - диаметр геликоидального стержня, м.

Энергия удара на ударнике. Частота вращения бура n₁ (об/мин) будет

в n _уд

n₁ = - --------- - .

360⁰

Угол поворота бура в (градус) после каждого удара

k_Х S₁

в = - ------- - 360⁰

H

где k_{Х =} 0, 85 ч 0, 9 - коэффициент потери хода и S₁ длина хода ударника; H = 1, 1 - шаг нарезки геликоидального стержня, м.

Скорость поршня перед ударом вычисляют по формуле v = v2a₁k_ХS_1, м/с.

Время холостого удара ударника

Т_см - (Т_{п. з.} + Т_{р. п)}

П_б = - ------------------------

1

(- -- - + t_вс) k_отд

v

где Т_{см -} продолжительность смены, мин; Т _{п. з.} и Т _{р. п.} = 10 ч 20 - продолжительность соответственно подготовительно - заключительных и регламентированных перерывов в работе, мин; v - скорость бурения за чистое время (буримость горной породы), м/мин; t_вс - вспомогательное время на бурение 1 м шпура; k_отд = 1, 1 - коэффициент, учитывающий отдых.

Крутящий момент M (Н? м) на буре

P₂d_2ср

M = - ----------- - tg (х - д)

2

где P₂ - сила, действующая на поршень при холостом ходе, Н; d_2ср - средний диаметр геликоидального стержня, м; х и д - соответственно угол подъема нарезки поворотного стержня и угол трения гайки о стержень, градус.

Перфораторы имеют сходные между собой узлы, общие для всех бурильных машин ударно - поворотного действия; воздухораспределительно-ударный механизм и механизм поворота с промывочным устройством, устройства для виброгашения и пуска перфораторов в работу. Воздухораспределительно-ударный механизм предназначен для регулирования поступления сжатого воздуха попеременно в поршневую и штоковую полости цилиндра бурильной машины для обеспечения заданной частоты ударов ударника по буровой штанге; поворотный механизм - для передачи вращения буровому инструменту после каждого удара ударника по хвостовику штанги; устройство промывки - удаления бурового шлама из забоя шпура с помощью напорной воды и сжатого воздуха; виброгасящее устройство - для гашения вибрации работающего перфоратора. Отдельные модификации различаются условиями применения, массой и ударной мощностью.

Бурильные машины вращательного действия.

Бурильные машины вращательного действия (сверла) предназначены для бурения шпуров в малоабразивных породах до XIV категории. В зависимости от условий применения и массы сверла подразделяются на три группы: ручные массой до 24 кг и мощностью до 1, 4 кВт; колонковые массой до 130 кг и мощностью до 2, 5 к Вт и съемные - массой до 700 кг и мощностью до 7, 5 кВт.

Подобно бурильным машинам ударно - поворотного действия в машинах вращательного действия предусмотрены устройства для центральной и боковой промывки. Применяют также сверла, при работе которых буравой шлам удаляется из шпура витками штанги ("сухое" бурение).

При бурении мерзлых пород используют специальные устройства, обеспечивающие отсос бурового шлама через устье шпура и боковую муфту.

Технические характеристики ручных и колонковых сверл приведена в табл. 2, а съемных в табл. 3.

Табл. 2.

Параметры	Ручные элетросверла	Ручные пневмосверла	Колонковые элетросверла
	ЭРИД-2М	ЭР18д-2М	ЭРП18д-2М	СЭР-19М	ЭРВ	СР-3	СР-3М	СПР13-750	СПП-15	ЭБГП-1	ЭБГП-2У5
Мощность на шпинделе, кВТ	1	1, 4	1, 4	1, 2	1, 2	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5	2, 5
Частота вращения, об/мин	800	640	300	750	750	335	335	750	750	170/335	170/335
Усилие подачи, кН	Ручная	3 ± 0, 5	Ручная	Ручная РУ4(5); РУ-6; РМ-40	0, 7	15	15
Тип бурового инструмента	Сталь витая буровая, резцы РМ-43, РУ-13М				Сталь круглая буровая с продольными пазами, резцы РП-42, БИ-741В
Габариты, мм	375 х 316 х 230	338 х 316 х 230	468 х 316 х 230	350 х 318 х 300	368 х 325 х 300	354 х 445х 280	405 х 325 х 236	290 х 325 х 240	1765 х 400 х 400
Масса, кг, не более	16	17	24	16, 5	19	13	13, 2	13	12, 5	130	125
Показатели	Бурильные машины
	Вращательного действия	Ударно - вращательного действия	Вращательного и ударно - вращательного действия
	БУЭ	БУА-3	БУ1100-1-1М	БГА-1М, 1БГА-1	БКГ-2	ПК-60	ПК-75	МБЭ
Мощность, кВт	7, 5	10	7, 0	10	10	7, 8	10	7, 5
Вид энергии	Электричес-кая	Гидравлическая	Пневматическая	Гидравлич.	Пневматическая	Электрическая
Частота вращения шпинделя, об/мин	152, 317, 731	510	130	100	450	150	120	152, 317, 731
Частота ударов в минуту	-	-	4000	2500-3000	4000	2800	2000	3000
Максимальное усилие подачи, кН	17	12	15	19	18	10	10	17
Ход подачи, мм	3000	2100, 3000	2750	2750	2750	3300	3300	3000
Масса, кг	675	470	480	497	580	620	630	675

Буры для ударных пневматических бурильных машин.

Буры и стержни составных буров для ударных пневматических бурильных машин изготавливают из углеродистой стали, чаще всего шестигранного сечения в поперечнике, диаметром 22 - 32 мм, имеющей по оси прута канал диаметром 5 - 6 мм.

Чтобы пробурить шпур определенной глубины, необходимо иметь набор (комплект) из нескольких буров различной длины с уменьшающимися по мере увеличения длины бура диаметрами головок.

В процессе бурения лезвие головки бура срабатывается и тупится. Поэтому время от времени, в зависимости от крепости пород, затупившийся бур необходимо заменять новым. Старый бур передается в мастерскую для заправки на бурозаправочных станках.

Для заправки (восстановления) головок и хвостиков буров их предварительно нагревают в специальных нефтяных горнах. После обработки (заправки) головки бура ее необходимо закалить - придать ей необходимую твердость. Для этого головку бура вновь нагревают до определенной температуры и опускают в холодную воду.

Для повышения технико-экономической эффективности ударного бурения применяют головки буров с пластинками из твердого сплава. Как показала практика, в этом случае производительность бурения в породах средней и ниже средней крепости повышается от 40 до 100% и выше, а в породах выше средней крепости и крепких - от 100 до 300%.

Как и резцы сверл, буровые головки, армированные твердыми сплавами, не подвергаются термической обработке, а затачиваются.

В последнее время стали применять буры главным образом со съемными коронками, армированные пластинками из твердого металла.

Применение съемных коронок снижает расход буровой стали, сокращает расходы по транспортировке буров из забоя в мастерскую и обратно и упрощает бурозаправочное хозяйство.

Формы головок буров могут быть различные. Чаще всего бывают однодолотчатые или крестовые. Также широкое применение получает Т - образная форма. И разъемные головки с опережающим лезвием.

Соединение съемной головки со стержнем бура может быть конусное (основанное на силе трения) и резьбовое.

Подача энергии к бурильным машинам.

При бурении электросверлами электрическая энергия подается по бронированному кабелю, прокладываемому по горным выработкам до специального пускателя. От пускателя к электросверлу ток подается по гибкому кабелю длиной 50 - 100 м, который для удобства обращения наматывается на специальный барабан и соединяется с пускателем через штепсельную муфту при помощи отрезка гибкого кабеля. Второй конец гибкого кабеля, намотанного на барабан, снабжен штепсельная вилка, имеющаяся на конце отрезка гибкого кабеля, идущего непосредственно от электросверла.

При бурении пневматическими бурильными машинами сжатый воздух подводится от компрессора к забоям по трубам.

Диаметр трубопровода в каждом отдельном случае определяется в зависимости от длины участка и количества проходящего по нему воздуха. Непосредственно у компрессора диаметр труб бывает 100 - 200 мм. По мере удаления от него и разветвления сети диаметр труб уменьшается и у самого забоя бывает 38-50 мм. От трубопровода непосредственно к бурильной машине сжатый воздух подается по гибким резиновым шлангам длиной 10-15 м с внутренним диаметром 16-25 мм.

Давление сжатого воздуха у компрессора обычно бывает 6 - 7 am, а непосредственно у молотка не должно быть ниже 5 - 6 am, так как при падении давления воздуха производительность буровой машины уменьшается.

Последнее время имеется тенденция к повышению давления сжатого воздуха как у компрессора, так у потребителя.

Потеря давления сжатого воздуха происходит как за счет утечек его в местах неплотных соединений труб и через арматуру, так и за счет преодоления им сопротивлений при движении по трубам.

Необходимая производительность компрессора определяется в зависимости от числа работающих пневматических механизмов.

Например, если работают только бурильные и отбойные пневматические молотки, то производительность компрессорной установки Q может быть ориентировочно определена по формуле:

Q = k₁n₁q₁ + k₂n₂q₂ + al, м³ /мин,

где k_{1 -} коэффициент одновременности работы бурильных машин, который можно принимать равным 0, 8 - 0, 8; n₁ - число работающих бурильных машин в смену; q₁ - расход воздуха одной бурильной машиной, м³ /мин; k₂ - коэффициент одновременности работы отбойных молотков, равный 0, 9; n₂ - число работающих отбойных молотков в смену; q₂ - расход воздуха одним молотком, м3/мин; a - потери воздуха на 1 км сети, м3/мин; l - длина воздухопровода) суммарная одновременно работающих участков), км.

Расположение шпуров в забое, их глубина и число.

Целью применения взрывных работ является отделение породы от массива и раздробление ее на куски, наиболее удобные по размерам для погрузки. Сопротивление различных пород отделению от целика и раздроблению неодинаково и зависит в первую очередь от свойств самих пород: их крепости, слоистости, трещиноватости, кливажа и т.д. Поэтому для получения наибольшего эффекта при ведении взрывных работ шпуры следует располагать в забое с учетом этих естественных свойств пород. Кроме того, на расположение шпуров в забое оказывают влияние тип горной выработки и форма ее поперечного сечения.

Если в забое выработки, проводимой по однородной массивной породе, пробурить один шпур перпендикулярно плоскости забоя (рис.3, а) и зарядить его взрывчатым веществом, то при взрыве почти не произойдет отрывания породы, так как вся сила его будет направлена на выбрасывание из шпура забойки и на некоторое раздробление и уплотнение породы вокруг шпура. Если же шпур пробурить наклонно к плоскости забоя (А₁О рис.3, б), то порода между шпуром и обнаженной поверхностью забоя окажется по сравнению с предыдущим случаем в более благоприятных для отрыва от массива условиях, так как в этом направлении сопротивление породы отрыванию будет меньше, чем в остальных. А₃

Рис.3. Расположение шпуров относительно плоскости забоя.

При расположении шпуров под более острыми углами к плоскости забоя (А₂О, А₃О) объем породы, отрываемой одним шпуром, возрастает. Максимальный эффект взрыва достигается при расположении шпура параллельно обнаженной плоскости (А₄О), что возможно при наличии вруба. При работе по мягким породам или при наличии мягкого прослойка такой вруб может быть произведен при помощи врубовой машины; при ведении взрывных работ в массивных породах вруб производится при помощи взрывных работ.д.ля этого в забое пробуривают несколько наклонных, направленных друг к другу так называемых врубовых шпуров, заряды в которых взрывают в первую очередь. При этом все заряды последующих шпуров взрывают при наличии второй обнаруженной поверхности; такие шпуры называют отбойными. Глубину их обычно принимают несколько меньше, чем врубовых.

Кратчайшее расстояние (рис.3, б) от центра заряда до обнаженной плоскости называется линией наименьшего сопротивления.

Глубину шпуров определяют в зависимости от крепости пород, исходя из времени, необходимого для выполнения проходческого цикла, в основном для бурения и уборки породы.

Например, при необходимости окончания бурения всех шпуров в заданное время t длина l шпуров может быть определена по формуле

cn₁t

l = - --------- - ,

kN

где c - средняя скорость бурения, м/мин; n₁ - число одновременно работающих бурильных машин; k = 1 - 1, 1 - коэффициент, учитывающий бурение дополнительных (подбурочных) шпуров; N - общее число шпуров в забое.

Общее число шпуров определяют исходя из числа шпуров, приходящих на 1 м² забоя, зависящего в основном от крепости пород и размеров забоя и устанавливаемого по данным практики или по необходимому расходу взрывчатого вещества.

В первом случае может быть применена также формула М. М. Протодьяконова

f

n = 2, 7 v - -------,

S

где n - число шпуров на 1 м² забоя; S - площадь забоя, м²; f - коэффициент крепости по шкале М. М. Протодьяконова.

Следует однако, иметь виду, что по этой формуле число шпуров (с учетом необходимой степени дробления породы при механической погрузке) получается заниженным.

Зная число шпуров на 1 м² забоя, легко найти их общее число

N = n*S.

Число шпуров по расходу взрывчатого вещества может быть определено по формуле

qV

N = - ------- - ,

г

где q - расход взрывчатого вещества на 1 м³ породы; г - средняя величина заряда отдельных шпуров, кг; V - объем взрываемой породы, м³;

V = S* l, м

где S - площадь выработки, м²; l - средняя длина шпура, м.

Общее число шпуров N по числу шпуров на 1 м³ взрываемой породы может быть определено по формуле L_общ

N = - ----------

l

где L_общ - общая длина всех шпуров, м; l - средняя длина одного шпура, м.

Общая длина всех шпуров определяется из выражения

L_общ = V*l_{пог. м ш/м3,}

где V - объем взрываемой породы, м³; l_{пог. м. ш/м3} - число шпурометров, приходящееся на 1 м³ взрываемой породы, которое берется по нормам.

Взрывчатые вещества.

Общая характеристика взрывчатых веществ.

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или механические смеси, которое под воздействием внешнего импульса (нагревание, искра, толчок) способны к взрыву, т. е. могут с огромной скоростью превращаться в другие химические соединения с выделением тепла и образованием газов, способных производить механическую работу.

Крайне быстрое выделение энергии при химическом превращении ВВ, сопровождающееся выделением тепла и образованием сжатых газов, которые при высокой температуре мгновенно расширяются, производя механическую работу и образуя в окружающей среде ударные (взрывные) волны, называется взрывом.

В зависимости от скорости взрывчатого разложения одно и то же взрывчатое вещество может быть бризантным (дробящим) или фугасным (метательным); чем больше скорость этого разложения, тем больше бризантность.

Скорость разложения внутри заряда измеряется в метрах в секунду. В зависимости от ее величины различают взрывное горение и детонацию.

В первом случае распространение взрывчатого разложения по взрывчатому веществу происходит без прохождения ударной волны и протекает со скоростью порядка сотен метров в секунду.

При детонации распространение взрыва обуславливается прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекает для данного ВВ и при данных условиях с постоянной сверхзвуковой скоростью порядка нескольких тысяч метров в секунду.

Только немногие взрывчатые вещества взрываются при зажигании (например, гремучая ртуть и азид свинца). Большинство применяемых взрывчатых веществ при зажигании на открытом воздухе сгорает без взрыва.

Первый тип взрывчатых веществ применяют для изготовления капсюлей - детонаторов, а второй - в качестве основного взрывчатого вещества, обеспечивающего отрывание породы от массива и дробление ее.

В практике взрывного дела в качестве возбудителя первичного взрыва применяют тепловые воздействия (искру). Взрыв основного заряда ВВ взрывается посредством взрывного толчка, т. е. сообщения толчка взрывчатому веществу при помощи взрыва небольшого заряда другого, так называемого инициирующего взрывчатого вещества.

Все взрывчатые вещества для подземных работ должны применяться в виде патронов, причем изготовление патронов допускается только на заводах взрывчатых веществ.

Промышленные ВВ делятся на следующие основные классы:

- аммиачноселитренные ВВ (аммониты и динамоны);

- нитроглицериновые ВВ;

- нитропроизводные ароматического ряда;

- оксиликвиты;

- хлоратные и перхлоратные ВВ;

- черный порох.

Средства взрывания.

Взрывание зарядов может производиться при помощи огня или при помощи электрического тока.

При огневом взрывании применяют огнепроводный шнур и капсюли - детонаторы, а при электрическом - электровоспламенители и электродетонаторы.

Капсюли - детонаторы (рис.4) применяют для сообщения взрывного толчка заряду взрывчатого вещества. Изготавливают их в виде металлической или бумажной гильзы диаметром 7 мм и длиной 45, 5 - 51 мм, открытой с одного конца и на две трети заполненной зарядом ВВ. В нижней части гильзы запрессован вторичный инициатор, а поверх него - первичный.

Огнепроводный шнур служит для сообщения снопа искр инициирующему взрывчатому веществу, находящемуся в капсюле - детонаторе. Горючей массой такого шнура является шнуровой проход в мельчайших зернах; снаружи эта масса заключена в две оплетки, предохраняющие ее от механического повреждения, от сырости и пр.

Рис.4. Капсюль - детонатор:

а - в металлической гильзе; б - в бумажной гильзе;

1 - гильза; 2 - вторичное инициирующее ВВ; 3 - первичное инициирующее ВВ;

4 - металлическая чашечка; 5 - отверстие; 6 - азид свинца; 7 - углубление.

Электровоспламенители представляют собой два изолированных электрических проводника, концы которых соединены проволокой (мостиком). При пропускании по проводам электрического тока этот мостик накаливается и воспламеняет зажигательный состав, передающий затем инициирующему взрывчатому веществу капсюля - детонатора, в который вставляется электровопламенитель.

Для одновременного взрывания нескольких зарядов при открытых работах, кроме электроденаторов мгновенного действия, принимают детонирующий шнур. Детонирующие шнуры представляют собой тонкие хлопчатобумажные трубки, наполненные высокобризантными взрывчатыми веществами.

Определение величины шпурового заряда.

Ориентировочно величина отдельного заряда при шпуровом методе взрывных работ может быть установлена исходя из общего расхода взрывчатого вещества на одну заходку, определяемого по формуле

Q = q*V, кг

где q - расход взрывчатого вещества на 1 м³ взрываемой породы, который берется по нормам с ведением поправочных коэффициентов в случае отклонения условий данного конкретного случая от стандартных условий, кг; V - объем взрываемой породы, м^3.

Зная общий расход взрывчатых веществ на всю заходку, можно найти средний расход ВВ на один шпур. Q

г = - -----, кг

N

где N - число шпуров.

Окончательная величина заряда уточняется практически с учетом конкретной характеристики пород (крепость, трещиноватость, слоистость и т.п.) путем нескольких опытных взрывании.

Заряжение шпуров и взрывание зарядов.

При заряжении шпуров взрывчатыми веществами патроны по одному вводятся в шпур и досылаются до его дна при помощи забойника - деревянного или алюминиевого цилиндрического стержня, диаметр которого меньше диаметра шпура, а длина несколько больше обычной глубины последнего. По всей длине забойника имеется полукруглая выемка, в которую помещают во время заряжения огнепроводный шнур или провода электродетонатора.

Когда все патроны заряда введены в шпур, последним посылается патрон - боевик, состоящий из патрона взрывчатого вещества и капсюля - детонатора с огнепроводным шнуром или патрона взрывчатого вещества с электродетонатором.

Соединение огнепроводного шнура с капсюлем - детонатором производится в специальном помещении, обычно в камере, устраиваемой рядом с подземным складом взрывчатых веществ. Приготовление же патрона - боевика должно производиться у самого забоя.

Концы отрезка шнура, предназначенные для введения в капсюль - детонатор, отрезают перпендикулярно оси шнура для обеспечения плотной посадки конца шнура на чашечку детонатора, так как иначе возможны отказы. Противоположные концы отрезков, предназначенные для зажигании, обрезают по диагонали для того, чтобы создать большую поверхность пороховой сердцевины, чем достигается надежность зажигания. Из устья шпура должен выходить конец шнура длиной не менее 15 см. Кроме того, время горения первого зажженного шнура должно быть достаточно для того, чтобы взрывник успел до начала взрыва зажечь остальные и удалиться в безопасное место. Длина самого короткого шнура должна быть не менее 1 м.

При надевании на один из концов огнепроводного шнура капсюля - детонатора последний предварительно освобождают от случайно попавшего сора постукиванием о ноготь открытым концом. Продувать капсюль - детонатор не разрешается, так как при этом в него может попасть слюна.

Вставив огнепроводный шнур в капсюль - детонатор, обжимают конец металлической гильзы при помощи специальных щипцов; при бумажной гильзе место соединения огнепроводного шнура с капсюлем обматывают прорезиненной изоляционной лентой или дульце капсюля затягивают ниткой.

При изготовлении патрона - боевика берут патрон взрывчатого вещества, разворачивают его оболочку с торцевой стороны и при помощи деревянной палочки делают в нем углубление. В это углубление и вставляют капсюль - детонатор. Развернутый конец оболочки патрона прижимают к шнуру и крепко обвязывают шпагатом.

При соблюдении всех правил, требующих при заряжении и взрывании, через известный промежуток времени после начала взрывания должен произойти взрыв.

Организация и безопасность буровзрывных работ

Средства защиты от шума.

Для предотвращения вредного воздействия на организм бурильщиков шума, который возникает при работе пневматических перфораторов, сверл и отбойных молотков, используют индивидуальные средства защиты и специальные конструкции глушителей. Индивидуальные средства защиты от шума предоставлены наушниками и ушными заглушками.

Широко распространенны конструкции глушителей шума, например, для перфораторов, представляют собой резиновую камеру, которую надевают на выхлопную горловину цилиндра перфоратора.

Средства защиты от вибрации.

Для борьбы с вибрацией - периодическими колебаниями сложного характера, возникающими главным образом при работе с ручными пневматическими бурильными машинами и отбойными молотками, применяются индивидуальные средства защиты и виброгасящие устройства.

Индивидуальные средства защиты от вибрации представлены виброзащитными рукавицами, изготовленными из вибропоглощающих материалов.

Виброгасящие устройства, устанавливаемые на ручных сверлах и перфораторах, представлены различными конструкциями амортизирующих рукояток и виброгасящих кареток.

Средства для защиты от пыли.

Для борьбы с пылью, образующейся при бурении шпуров и скважин, предназначаются индивидуальные средства защиты, устройства для промывки и пылеулавливающие установки.

Средствами индивидуальной дополнительной защиты рабочих являются противопыльные респираторы одноразового и многократного пользования. При получении респиратор проверяют на целостность оголовья из тесьмы, наличие и безотказность работы клапанов.

Устройства для центральной и боковой промывки шпуров, предусмотренные в конструкциях различных бурильных машин, обеспечивают не только своевременное удаление, но и смачивание бурового шлама.

Безопасность взрывных работ.

К производству взрывных работ допускаются лица, сдавшие экзамены квалификационной комиссии и имеющие "Единую книжку взрывника (мастера - взрывника) ", где указывается вид работ, к которым допущен взрывник (мастер - взрывник).

Для обеспечения высокой эффективности и безопасности взрывных работ взрывник обязан обладать высокими профессиональными навыками и знаниями правил безопасности. Работая со взрывчатыми веществами и средствами инициирования, представляющими опасность в обращении, взрывник обязан обеспечить безопасность для всех людей, работающих в пределах опасной зоны.

Взрывник несет ответственность за обеспечение постоянного надзора за полученными ВВ, не допуская самовольного уничтожения или оставления в выработках или на поверхности, а также использования не по назначению; за выполнение взрывных работ в соответствии с паспортом работ, неукоснительное соблюдение величины установленных зарядов и забойки, за производство работ только при наличии постов охраны и соблюдения других требований правил безопасности; за своевременную сдачу на склад остатков неиспользованных ВМ в конце работы и за правильное подтверждение их расхода в наряде - путевке; за осмотр забоев после взрывания, своевременное сообщение руководителю работ о невзорвавшихся зарядов, за своевременную ликвидацию отказов.

Кроме того, мастер - взрывник несет ответственность за проверку подготовленности забоев к взрывным работам, подачу сигналов и правильность разрешенного им допуска рабочих к месту взрыва для последующих работ; за замер метана в забое на шахтах, опасных по газу, непосредственно перед заряжением и перед каждым взрыванием зарядов.

Перед заряжением взрывник осматривает крепь, проверяет проветривание, контролирует содержание газов в выработках, проверяет эффективность действия мероприятий пылеподавления. Взрывник изготавливает боевики, заряжает шпуры, монтирует взрывную сеть. После взрывании осматривает забой и при наличии отказов, закрестив забой, уведомляет об отказах лицо сменного технического надзора. По окончании смены отчитывается о расходе ВМ.

Запрещается перемещение ВМ (взрывных материалов) по стволу шахты во время подъема и спуска рабочих. Доставленные к месту работы ВМ находятся в безопасном месте у забоя под наблюдением взрывника или подносчика. При проходке стволов шахт ВМ в размере суточной потребности хранятся в зарядных будках не ближе 50 м от ствола.

Для рационального использования рабочего времени взрывников организуется централизованная доставка ВМ через раздаточные камеры и участковые пункты хранения, которые устраиваются в сухих выработках шахты не ближе 20 м от погрузочных пунктов.

С помощью забойника взрывник должен проверит положение пробуренных шпуров в забое, соответствие пробуренных шпуров паспортным параметрам взрывных работ. Проталкивать и уплотнять боевики даже легкими ударами забойника запрещено.

После первого предупредительного звукового сигнала (один продолжительный свисток), все люди, не занятые на заряжении шпуров, удаляются за пределы опасной зоны. В местах возможных подступов к забою выставляются посты охраны.

После окончании заряжении всех шпуров и удаления с этим лиц в безопасное место взрывник приступает к монтажу взрывной сети. После монтажа и проверки сети он подает второй звуковой сигнал - боевой (два продолжительных). По этому сигналу взрывник подключает магистральные провода к взрывному прибору, находящемуся в безопасном месте, указанном в паспорте буровзрывных работ, и включает ток, а при огневом способе зажигает огнепроводные шнуры и удаляется в укрытие или за пределы опасной зоны.

Если при включении тока во взрывную сеть взрыва не произошло, то производиться отключение магистральных проводов, их закорачивание и через 10 минут взрывник должен осмотреть всю сеть, обнаружить и устранить ее неисправность.

После взрывании выход взрывника из укрытия и подход к месту взрыва разрешается после полного проветривания места взрывания, отсоединения магистральных проводов от источника тока и замыкания их накоротко, но не ранее, чем через 5 минут после взрыва. После осмотра забоя выработки (места взрыва) подается взрывником третий звуковой сигнал (три коротких), что означает окончание взрывных работ.

Запрещается взрывание зарядов, если ближе 20 м от забоя находится неубранная отбитая горная масса, вагонетки или оборудование, загромождающие сечение выработки более чем на одну треть и затрудняющие проветривание выработки и выход из нее.

Производство взрывных работ при проведении выработок встречными забоями и при сбойке выработок разрешается при соблюдении ряда дополнительных требований безопасности.

Перед началом заряжения шпуров в одном из встречных забоев после их сближения на расстоянии 20 м все работающие люди из обоих забоев должны быть удалены в безопасное место, у входа в противоположный забой должна быть выставлена специальная охрана. С момента, когда расстояние между встречными забоями составит 15 м, взрывание шпуровых зарядов в каждом забое должно вестись разновременно с обязательным тщательным замером и определением величины целика между встречными забоями. При этом взрывание может быть произведено лишь после того, как будет получено сообщение о выводе людей из противоположного забоя и выставлении там охраны, которая может быть снята только с разрешения лица, производившего взрывание.

Когда величина целика между встречными забоями составит 7 м, работы должны вестись только из одного забоя и обязательно должны буриться разведочные шпуры глубиной на 1 м больше, чем глубина заряжаемых шпуров.

При проходке и углубке вертикальных стволов и шурфов взрывание разрешается производить только с поверхности или с действующего горизонта электрическим способом или детонирующим шнуром.