Материал: Недин В.В. Буровзрывные работы учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов

Еще в 1812 г. участник отечественной войны русский ученый Павел Львович Шиллинг изобрел и применил на практике элек­ трический способ взрывания.

В 1868—1871 гг. русские ученые генералы М. М. Фролов и

М. М. Боресков на основании обработки многочисленных опыт­ ных данных предложили оригинальные способы расчета сосредо­

буровзрывных работ в современной практике. Им же были созда­ ны для расчета шпуровых зарядов формулы, получившие широ’

кую известность.

Крупные исследования проводились и проводятся в послед­ ние годы советскими учеными по разработке теории взрыва и взрывчатых веществ. Здесь можно отметить труды лауреата Но­ белевской премии академика Н. Н. Семенова, академика Ю. Б. Харитона, членов-корр. АН СССР М. А. Садовского и Я. Б. Зель­ довича, проф. А. Ф. Беляева, О. Е. Власова, Г. И. Покровского

иряда других ученых.

ВСССР в большом масштабе производятся массовые взрывы в промышленности и на строительстве. Советскими инженерами разработан и применяется на практике метод массовых взрывов направленного выброса.

Широкое применение энергии ВВ для разрушения горных по­

род связано с развитием буровой техники.

Вконце XIX в. были созданы первые пневматические и элект­

рические бурильные машины. С тех пор конструкции буровых ма­

шин непрерывно совершенствуются.

ВСоветском Союзе созданы высокопроизводительные буровые

машины для бурения шпуров и глубоких скважин. В 1931 — 1932 гг. впервые в мировой практике при подземных горных раз­ работках в Кривбассе было применено штанговое бурение. Со­

ветской технике принадлежит также приоритет в применении

твердых сплавов на буровых работах.

Советскую буровзрывную технику обогащают не только уче­ ные, но и передовики производства. Передовиками социалисти­ ческого труда предложено немало высокопроизводительных спо­

собов ведения буровзрывных работ.

Техника бурения и взрывного дела неуклонно совершенствует­ ся, а объем взрывных работ в нашей стране из года в год воз­ растает. Все это требует от специалистов горной промышленно­ сти углубленных знаний в области теории и практики буровзрыв­

ных работ.

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

Глава I

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 1. Основные физико-механические свойства горных пород

Горная порода состоит из отдельных минеральных частиц. Они могут быть связаны цементирующим веществом (кремне­

зем, карбонаты кальция, глина и др.) или не связаны друг с дру­

гом. В первом случае порода будет твердой, во втором — сы­ пучей. Промежуточное положение занимают рыхлые породы, имеющие очень слабую связь между частицами. Сыпучие поро­ ды, состоящие из весьма малых частиц и насыщенные водой, на­ зываются плывунами.

Буровзрывные работы обычно применяются в твердых поро­ дах, которые характеризуются следующими основными свойства­ ми: твердостью, прочностью, упругостью, вязкостью, или хруп­ костью, слоистостью, трещиноватостью, плотностью, степенью водоносности и разрыхляемостью.

Твердостью называется сопротивляемость породы проникно­ вению в нее относительно острого инструмента.

Прочностью породы называют способность ее, как и любого

твердого тела, сопротивляться механическому разрушению.

Упругостью называется свойство породы восстанавливать свою первоначальную форму и объем после прекращения дей­ ствия нагрузки.

Вязкостью называется сопротивляемость породы силам, стре­ мящимся отделить часть ее от массива или разъединить частицы, из которых порода состоит.

Под хрупкостью понимается свойство породы разрушаться без пластических деформаций.

Породы, обладающие малой вязкостью и большой твердо­ стью, весьма хрупки, что в значительной степени облегчает

взрывание, но на бурение таких пород затрачивается большая работа.

Слоистость характеризует свойство горных пород относитель­ но легко отделяться по плоскости наслоения.

При бурении слоистых пород шпуры следует располагать пер­

пендикулярно к плоскостям наслоения; это обеспечивает лучший эффект взрыва.

Трещиноватость показывает наличие в породе трещин, кото­

рые образуются под влиянием тектонических процессов, тем­ пературных изменений, выветривания.

В трещиноватых породах при бурении возможно застревание

буров, а при взрыве — утечка газов.

Плотностью называется вес единицы объема породы в целике,

или, как говорят, в плотном теле.

Разрыхляемостью называют способность породы занимать

больший объем после отделения от массива. Величина, показыва­

ющая, во сколько раз объем разрыхленной породы увеличился

по сравнению с тем объемомкоторый эта порода занимала в массиве, называется коэффициентом разрыхления.

Сопротивление, оказываемое горной породой разрушению при

бурении и взрывании, зависит от совокупности отмеченных выше

ее свойств. Сочетания их могут быть весьма разнообразными.

Кроме того, свойства одной и той же породы в различных участ­ ках массива неодинаковы, поэтому степень сопротивляемости по­ роды разрушению при добывании принято характеризовать отно­ сительным показателем — добываемостью горной породы. Отно­ сительный показатель, характеризующий насколько труднее

поддается добыванию одна порода по сравнению с другой, назы-

вают к о э ф ф и ц и е н т о м крепости. Впервые коэффициент

крепости горных пород был установлен М. М. Протодьяконовым.

Это явилось замечательным вкладом выдающегося русского уче­ ного в мировую горную науку.

Если коэффициент крепости достаточен для общей прибли­

женной оценки добываемоспи горных пород, то для целей норми­ рования необходимо знать их сопротивляемость бурению и взры­ ванию. Эти свойства принято называть соответственно бури­ мостью и взрываемостью горной породы.

Буримость обычно выражают чистой скоростью бурения в данной породе при определенных условиях (перфоратором опре­ деленного типа, при заданном диаметре бура, определенном дав­ лении воздуха и т. д.), условно принимаемых за стандартные, а взрываемость — необходимым удельным расходом ВВ для ее разрушения также при определенных стандартных условиях.

§ 2. Классификации горных пород

Научно обоснованная классификация горных пород имеет большое практическое значение при ведении горных работ. Она необходима при выборе буровых машин и метода взрывных ра­

бот, а также для определения производительности труда, норм выработки и расхода материалов.

Первые попытки создания классификации горных пород от­ носятся к XVIII в. В начале XIX в. была предложена классифи­ кация минералов по относительной твердости. Для решения прак­ тических задач горного дела эта классификация не нашла при­ менения, как и появившаяся в конце XIX в. классификация по уг­ лу обрушения пород.

В начале XX в. русским ученым проф. Б. И. Бокием была предложена классификация горных пород по добываемое™. Со­

гласно этой классификации горные породы делятся на пять групп:

I.Рыхлые и сыпучие (песок, торф и т. п.).

II. Мягкие (глина, суглинок, мел, каменная соль и др.).

III. Ломкие, хрупкие, слоистые и трещиноватые (известняки,

песчаники и т. д.).

IV. Крепкие (плотные крепкие сланцы, гранит, магнитный железняк, кварциты и др.).

V. Весьма крепкие (граниты, диабазы, кварциты и др.).

Эта классификация очень проста, но слишком схематична и не содержит четких критериев для отнесения пород к той или иной группе.

Согласно классификации М. М. Протодьяконова горные по­ роды разделяются на десять категорий по коэффициенту крепо­

сти f. За единицу коэффициента f принята крепость породы с вре­ менным сопротивлением одноосному сжатию (раздавливанию)

100 кг)см2.

Проф. М. М. Протодьяконов считал, что величина f характе­ ризует крепость породы в различных отношениях, имеющих про­ изводственное значение в горном деле. При этом он указывал, что в зависимости от состояния породы (например, ее трещино­ ватости) величину f для бурения и взрывания следует принимать разной. Шкалой крепости пород М. М. Протодьяконова до на­ стоящего времени широко пользуются во всех отраслях горной промышленности. Эта шкала приведена в табл,. 1.

Для оперативного нормирования шкала относительной кре­

пости недостаточна. Поэтому на рудниках для целей нормирова­

ния пользуются показателями буримости пород.

Шкала буримости, принятая на рудниках Криворожского бас­ сейна, приведена в табл. 2.

Разработано довольно много ведомственных классификаций,

которые применяются в различных отраслях горной промышлен­ ности для установления норм выработки (Главзолото, Главмеди,

Гипроцветмета, Союзвзрывпрома и др.). Сопоставление различ­

ных классификаций дано в табл. 3.