Проходка горных выработок

Горные и буровые работы

При проведении инженерно геологических изысканий для получения данных о глубинном геологическом строении участка работ выполняются буровые работы и проходки горных выработок.

Тип Назначение
Закопушка Исследование грунтов под почвенно-растительным слоем на глубины не более 0.5 — 1м
Канава Изучение грунтов имеющих вертикальную трещиноватость (глубина исследования не более 3 м).
Дудка, шурф Исследование инженерно-геологического строения горизонтально или субгоризонтально залегающих неводонасыщенных слоев грунта на глубины не более 20 м.
Штольня Горизонтальная или субгоризонтальная шахта для изучения склоновых пород.

Основным недостатком горных выработок является их трудоемкая проходка и необходимость в крепеже поэтому горные выработки чаще всего заменяются буровыми скважинами.

При бурении инженерно-геологических скважин необходимо обеспечить максимально полное описание грунтов, определение точных границ контактов слоев, отбор монолитов и образцов нарушенной структуры. Также отобранные образцы необходимо упаковать в соответствии с ГОСТ и передать в лабораторию для дальнейших испытаний. Для достижения поставленных целей используют следующие типы бурения:

  1. Колонковый — обеспечивает проходку скважины на глубину до 100 м и диаметром до 168 мм. Недостатком данного типа бурения является невозможность получения монолитов в несвязных породах.
  2. Ударно-канатный — наиболее часто используемый метод при бурении в границах Москвы и Московской области. Позволяет получить образцы ненарушенной структуры высокого качества. Недостаток — высокая стоимость работ.
  3. Вибрационный — наряду со шнековым наиболее дешевый способ бурения, позволяющий отбирать монолиты грунтов и определять с наибольшей точностью границы слоев. В глинистых грунтах скорость бурения может достигать 10 м за 30 мин при 100% отборе монолитов. Крайне тяжело бурение идет в песчаных водонасыщенных породах. Максимальная глубина бурения 15 м (по пескам), 20 — 23 м по суглинкам.
  4. Шнековый — чаще всего используется при бурении песчаных и глинистых грунтов. Самый дешевый метод бурения. Не позволяет отобрать монолиты без наличия специального грунтоноса. Границы между слоями размыты и погрешность может достигать 60 см. Качество и точность определения границ зависит как от профессионализма бурового мастера, так и от опыта геолога.

Любой тип бурения при инженерно-геологических изысканиях должен быть сопряжен с полевыми испытаниями грунтов.

Для информации

Совокупность производственных процессов, осуществляемых для образования горных выработок. Термин «проходка» используется применительно к вертикальным выработкам (шахтный ствол, гезенк и др.), «проведение горных выработок» – к горизонтальным и наклонным подземным выработкам (квершлаг, штреки пр.) и траншеям горным. П. г. в. (проходческий цикл) включает отбойку и уборку отбитой горной массы, крепление горных выработок и вспомогат. операции – принудит. проветривание горных выработок, водоотлив, настилку рельсовых путей (при необходимости), доставку материалов, наращивание коммуникаций (труб, кабелей) и пр.

Выбор способа и схемы П. г. в. обусловливается её назначением и горно-геологич. условиями. При П. г. в. в устойчивых твёрдых и пластичных породах с небольшим притоком воды (до 8 м3/ч) применяют способы, позволяющие свободно обнажать забой и бока (стенки) выработки; в неустойчивых породах (пески, плывуны) или в крепких породах, дающих при их пересечении большой приток воды, предварительно выполняют тампонаж, искусств. замораживание или осушение горных пород, используются спец. забивная и опускная крепи. При отбойке выполняется разрушение и отделение горных пород от массива под действием ударных нагрузок. Применяются способы: буровзрывной (при коэф. крепости породы от 1 до 20), механический (не более 6), гидравлический (не выше 1,2), ручной (когда применение др. способа невозможно) и комбинированный (сочетает разл. способы). При проведении подземных горных выработок осн. и наиболее трудоёмкая операция – отделение от массива горных пород той его части, в результате удаления которой образуется полость.

удк 62224 ф.и. Караманиц, А.С. Громадский,

Г.Г. Гончаренко, К.Л. Прокопчук, О.С. Чепела

СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И СЛАБОНАКЛОННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН

Показано, что при проходке выработок любым поперечным сечением по породам IIIa-IV категорий крепости компенсационные шпуры и скважины применять нецелесообразно, а предлагается использовать клиновый вруб. Однако это неэффективно для пород более крепких категорий I-III с точки зрения уходки выработки после взрыва и коэффициента использования шпура (КИШ). При глубине бурения шпуров 1,5-1,6 м уходка забоя равна 1,3-1,35 м по породам крепостью до 10 единиц по шкале профессора М.М. Про-тодьяконова, КИШ не достигает 0,85-0,9. При проходке выработок по породам III категории крепости поперечным сечением 5-11 м2 ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками целесообразно бурить врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 36-41 мм. Один компенсационный шпур диаметром 65 мм бурят в одну стадию комбинированной коронкой, на конус расширяющей части, выполненной как одно целое с ней, насаживают опережающую коронку меньшего диаметра. В этом случае КИШ увеличивается до 0,95, а уходка забоя увеличивается до 1,4-1,5 м. Это иллюстрирует эффективность применения компенсационного шпура.

Ключевые слова: буровзрывной способ, проходка горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок, уходка забоя, коэффициент использования шпура.

Проблема и ее связь с практическими задачами

Повышение скорости проходки подземных горных выработок при снижении себестоимости проходки является постоянной проблемой горных предприятий, в задачи которых входит обеспечение наилучших технико-экономических показателей производства.

Наиболее существенное влияние на показатели и темпы проведения горных выработок оказывает глубина отбойки за цикл.

Установлено, что с увеличением глубины отбойки с 1,5 до 2,5 м снижается: трудоемкость заряжания на 13—20%, погрузки на 20—31%, в целом затраты уменьшаются на 15—28%. При этом улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, и, в первую очередь, снижается запыленность в забоях .

Анализ исследований и публикаций

Известен способ проходки горизонтальных и слабонаклонных горных выработок сечением 18,6 м2 с применением 2-х компенсационных скважин параллельными врубами диаметром 102 мм и 125 мм, глубиной 3,2 м, которые бурят мощными гидравлическими перфораторами в крепкой породе 1—11 категории крепости лезвийными коронками КРК-105 и КРК-125 на глубину 3,2 м . В данной работе показано, что для выработки сечением 5,8 м2 рационально применять прямой вруб с 2-мя компенсационными скважинами D = 65 мм расположенными на расстоянии 2D от взрывных шпуров. При этом обеспечивается КИШ 0,91. Однако по нашим исследованиям это слишком большое расстояние, при котором КИШ и уходка забоя не достигают максимальных величин.

Известен способ для бурения компенсационных шпуров 065 мм, включающий применение коронки с расширяющей частью, в передней части которой применяют направляющий центратор . Этот центратор вставляется в предварительно пробуренный шпур 040—41 мм. Недостатком является то, что центратор часто отсоединяется от расширяющей части вследствие прохождения через нее волн напряжения от буровой штанги и остается в расширенном компенсационном шпуре. На его извлечение приходится не рационально терять время, которое иногда больше, чем время необходимое на бурение компенсационного шпура.

В случае бурения компенсационной скважины в одну стадию вместо такого центратора на породах средней крепости f = 10—12 по шкале проф. М.М. Протодъяконова применяют штыревую комбинированную коронку 065 мм с опережающей коронкой меньшего диаметра насаженную на конус расширяющей части выполненный за одно целое с ней. Недостатки данного способа: не определено количество и диаметры компенсационных скважин в зависимости от размера поперечного сечения выработки; не определено соотношение глубины ком-

пенсационных скважин, врубовых шпуров, располагаемых рядом со скважинами, а также глубины вспомогательных и окон-туривающих забой шпуров.

Постановка задачи

Создание эффективного способа для проходки горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок различного поперечного сечения в породах различной крепости.

Методика исследований

Для проведения исследований изготовлены экспериментальные штыревые коронки 065 мм (рис. 1) с опережающей штыревой коронкой меньшего диаметра для бурения компенсационных шпуров 065 мм по породам крепостью f = 10—12 в одну стадию по патенту Украины № 95502 .

Кроме того, изготовлены экспериментальные штыревые коронки 065 мм с долотчатым центратором 2 (рис. 2) 040 мм для бурения по крепким породам f = 15—18 во второй стадии после предварительно пробуренного шпура 040—41 мм. А также изготовлены экспериментальные штыревые коронки 1 (рис. 3) 090 мм с опережающим долотом 2 045 мм, который армирован твердосплавной пластиной 3 для бурения скважин мощными гидравлическими перфораторами в одну стадию по породам средней крепости f = 10—12. Эти коронки разработаны для замены используемых в настоящее время на шахтах Криворожского железорудного комбината (КЖРК) коронок-расширителей МР-45

Рис. 1. Комбинированная ко- Рис. 2. Долотчатый Рис. 3. Долотчатый ронка для бурения компен- расширитель 065мм расширитель 090мм сационных шпуров 065мм

Рис. 4. Коронка — расширитель типа МР-45: а) направляющее устройство — пилот-адаптер, б) расширитель 0102мм, в) коронка в сборе

шведской фирмы «Санд-вик», рис. 4, для бурения компенсационных скважин 0102 мм мощными гидравлическими перфораторами в крепкой породе f = 15-18.

По технологии принятой на Криворожском железорудном комбинате (КЖРК) для проходки самоходными проходческими буровыми установками Boomer S1 D-DH с гидравлическими перфораторами COP 1638 Atlas Copco в выработках поперечного сечения 15-19 м2 бурят 4 компенсационные скважины 0102 мм. Нами разработан экспериментальный паспорт с одной компенсационной скважиной к 085-90 мм (рис. 5). Технология бурения по этому паспорту сравнивалась с принятой на КЖРК, где вместо скважины K (рис. 5) бурится врубовый шпур, а на месте 4-х врубовых шпуров вокруг нее — четыре скважины 0102 мм коронкой (рис. 4).

Для забоев меньшего поперечного сечения 512 м2 в породах различной крепости f = 8-18 осуществлялись варианты бурения шпуров традиционным клиновым врубом и бурение с компенсационными шпурами или скважинами параллельными врубами по схемам,

разработанным нами. По- рис. 5. Схема бурения забоя механизирован-сле взрывов оценивались ными комплексами Boomer S1 D-DH с одной уходка забоев и КИШ. компенсационной скважиной K085—90мм

Изложение материала и результаты

При проходке выработок любым поперечным сечением по породам ГГГа—ГУ категории крепости компенсационные шпуры и скважины применять нецелесообразно, а предлагается использовать клиновый вруб.

При проходке выработок по породам ГГГ категории крепости поперечным сечением 5—11 м2 в случае, когда бурят ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками типа УПБ разработки института ВНИПИ-рудмаш (г. Кривой Рог), которые поставляются компанией ООО «Компани «Плазма»® . Врубовые и вспомогательные шпуры 036—41 мм и один компенсационный шпур 0 65 мм, бурят в одну стадию комбинированной коронкой, рис. 1, на конус расширяющей части которой, выполненный как одно целое с ней, насаживают опережающую коронку диаметром 36— 41 мм, рис. 1. Причем вокруг компенсационного шпура бурят

4—6 врубовых шпуров на расстоянии 230—250 мм от него на глубину 1,8— 2,2 м одинаково с компенсационным шпуром в зависимости от производительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки.

При проходке выработок в породах Г—II категорий крепости сечением

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5—11 м2 в случае, когда бурение осуществляется ручными перфораторами на пневмоподдержках или установками УПБ, применяют врубовые и вспомогательные шпуры 036— 41 мм и один компенсационный шпур 065 мм, который бурят на глубину 1,8—2,2 м одинаково с врубовыми шпурами в зависимости от произ-

Рис. 6. Схема расположения шпуров при клиновом врубе

водительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки. В выработках данной категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 45 мм и одну компенсационную скважину диаметром 85—90 мм, глубиной 2,2—3,3 м, которую расширяют во второй стадии коронкой, рис. 3, после предварительно пробуренного шпура 045 мм. Шесть врубовых шпуров бурят вокруг нее на расстоянии 250—270 мм. Причем все вспомогательные и контурные шпуры во всех случаях поперечных сечений и крепости пород бурятся короче на 150—200 мм по сравнению с врубовыми шпурами и компенсационными скважинами.

При проходке выработок по породам III категории крепости поперечным сечением 5—11 м2 бурят один компенсационный шпур диаметром 65 мм в одну стадию комбинированной коронкой, рис. 1. В выработках III категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 45 мм и одну компенсационную скважину диаметром 85—90 мм глубиной 2,2—3,3 м, которую расширяют во второй стадии после предварительно пробуренного шпура диаметром 45 мм, а также бурят 6 врубовых шпуров вокруг нее на расстоянии 250—270 мм, что также обеспечивает максимальную уходку забоя и КИШ после взрыва.

При проходке выработок в породах I—II категорий крепости сечением 5—11 м2 в случае если бурение осуществляется ручными перфораторами на пневмоподдержках или переносными буровыми установками, применяют врубовые и вспомогательные шпуры диаметром 36—41 мм и один компенсационный шпур диаметром 65 мм, который бурят на глубину 1,8—2,2 м одинаково с врубовыми, в зависимости от производительности перфораторов и плановой длительности цикла проходки выработки. В выработках данной категории крепости сечением 11—19 м2 с использованием буровых кареток с колонковыми перфораторами или механизированных комплексов с гидравлическими перфораторами бурят врубовые и вспомогательные шпуры 045 мм и одну компенсационную скважину 085—90 мм, глубиной 2,2—3,3 м, рис. 5, которую расширяют во второй стадии после предварительно пробуренного шпура 045 мм, а также бурят 6 врубовых шпуров вокруг нее на расстоянии 250—270 мм. Та-

ким образом, обеспечивается максимальная уходка забоя 2,8 м и КИШ 0,93 после взрыва.

Боевые шпуры в забоях с компенсационными шпурами (скважинами) взрывают в следующей последовательности: вначале врубовые диагонально вокруг компенсационных шпуров (скважин), затем вспомогательные и контурные по очереди с замедлением 35—40 мс по спирали, начиная от врубовых шпуров и заканчивая контурными шпурами. Таким образом, создают внутреннюю обнаженную полость, увеличивающуюся в процессе взрыва от компенсационного шпура (скважины) до контурных шпуров. При этом в устья всех взрывных шпуров в забоях I—III категории крепости забивают глиняную или гли-няно-песчаную забойку на глубину 6—10 диаметров шпура. Это позволяет увеличить уходку забоев после взрывов на 10—15% и максимально увеличить КИШ. Это повышает эффективность взрывов и позволяет максимально экономить взрывчатку.

Описанный способ проходки горизонтальных и слабонаклонных подземных выработок апробирован в условиях шахты им. Ленина ПАО КЖРК на производственных участках № 1, № 4, а также на участках № 1 и № 3 проходческого управления шахты им. Ленина в забоях различного сечения от 6 м2 до 19 м2 по породам различной крепости f = 10—18.

При этом КИШ увеличен с 0,8—0,9 до 0,985—1,0, а уходка забоев после взрывов возросла на 10—15%. При бурении различной техникой: буровой кареткой УБШ-207 с колонковым перфоратором Б106, ручными перфораторами YT-28 производства Китай, самоходными проходческими буровыми установками Atlas Copco Boomer S1 D-DH с гидравлическими перфораторами COP 1638 расчетный экономический эффект по шахте им. Ленина составил порядка 2,7 млн грн./год.

Выводы и задачи дальнейших исследований

1. Разработаны высокоэффективные буровые коронки для формирования компенсационных скважин как в одну, так и в две стадии.

2. В результате промышленных экспериментов установлено:

• применение прямых врубов с компенсационными скважинами, по сравнению с клиновыми, позволяет увеличить уход-ку за один цикл за счет увеличения взрывной воронки, а также снижает процент выхода негабаритных кусков породы;

• в результате выбора рационального расстояния между компенсационными скважинами и врубовыми шпурами рис. 5

установлено, что расстояние 250—255 мм обеспечивает наилучшую эффективность взрывов;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 11 м2 буровой кареткой по породам крепостью f = 15—18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 085—90 мм, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,92 до 1,0—1,025;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 11 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 15—18 целесообразно применять две компенсационные скважины 065 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,91 до 0,92-0,94;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 15-18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 065 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,9 до 0,93;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f = 10-12 целесообразно применять одну компенсационную скважину 065 мм бурением в одну стадию комбинированной коронкой , при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,9 до 1,0;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 5,7 м2 ручными перфораторами по породам крепостью f < 10 применение компенсационных скважин нецелесообразно, так как порода не крепкая и легко отбивается от массива;

• при проходке горизонтальных выработок сечением 16 м2 самоходной проходческой буровой установкой Boomer S1 D-DH по породам крепостью f = 15-18 целесообразно применять одну компенсационную скважину 085-90 мм бурением в две стадии, при этом обеспечивается увеличение КИШ с 0,92 до 0,95.

Задачей дальнейших исследований является широкая проверка разработанного способа в различных горно-геологических условиях на шахтах Криворожского железорудного бассейна.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Установка переносная бурильная УПБ-1Б http:// www.plasma. com.ua/mining_ equipment/ drilling_rigs/product3.html

4. Информация о компании ООО «Компани «Плазма»®. http:// plasma.org.ua/about_us. it7^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Караманиц Федор Иванович1 — Председатель правления, Громадский Анатолий Степанович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: knu@alba.dp.ua, Криворожский национальный университет, Украина, Гончаренко Г.Г.1 — директор шахты им. Ленина, Прокопчук К.Л.1 — директор шахты «Родина», Чепела О.С.1 — директор шахты «Гвардейская», 1 ПАО «Криворожский железорудный комбинат», Украина, e-mail: krruda@krruda.dp.ua, e-mail: impulselux@yandex.ru.

UDC 622.24

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten’. 2016. No. 5, pp. 228-237.

F.I. Karamanits, A.S. Gromadskiy, G.G. Goncharenko, K.L. Prokopchuk, O.S. Chepela

Karamanits F.I.1, Chairman of Board,

1 PSJC «Krivorozhskiy Iron Ore Combine», 50029, Kryvyi Rih, Ukraine.

1. Chuvilin A. M., Ermakov G. T., Sokolov N. P. Gornoe delo. Obzornaya informatsiya. 1998, issue 6, pp. 31-33.

4. Informatsiya o kompanii OOO «Kompani «Plazma»®, available at: http://plasma.org. ua/about_us.

ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ (СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)

МЕТОДИКА ПОДБОРА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ХРОМОМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ ВЗАМЕН ИМПОРТНЫХ ДЛЯ АРМАТУРОСТРОЕНИЯ

Хромомолибденовые стали широко применяются в области нефтегазоперера-ботки, так как именно здесь необходимы материалы, которые способны работать с высокотемпературными технологическими средами под высоким давлением с содержанием агрессивных примесей. На данный момент на отечественных нефтеперерабатывающих заводах при указанных условиях закупается и устанавливается импортное оборудование из сталей по ASTM. В данной статье произведен подбор отечественных аналогов хромомолибденовых сталей способом сравнения химического состава, физико-механических свойств, наличием сталей в ГОСТ Р 55509-2013 «Арматура трубопроводная. Металлы, применяемые в арматуро-строении» и возможностью закупки для отечественного арматуростроения.

Ключевые слова: сталь, нефтегазопереработка, трубопроводная арматура, жаропрочные стали, импортозамещение, физико-механические свойства, химический состав.

SELECTION METHOD OF RUSSIAN CHROME-MOLYBDENUM STEEL INSTEAD OF FOREIGN FOR VALVE INDUSTRY

Bolobov V.I.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,

Samigullin G.H.1, Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of Chair,

Popov G.G.1, Magister, e-mail: Genrih-91@mail.ru,

1 National Mineral Resource University «University of Mines», 199106, Saint-Petersburg, Russia.