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

116 Горные породы и буровые работы

В 1956 г. проводились опыты1 по вращательному бурению скважин шарошечными долотьями в породах выше средней крепости (с коэффициентом крепости 7—10 по шкале Протодьяконова). Было пробурено 991,2 м скважин диаметром 150 мм. Максимальная производительность за шестичасовую смену до­ стигла 33,0 пог. м, а средняя—18,4—19,5 пог. м против 10— 17,9 пог. м при работе в тех же условиях ударно-канатного

станка БУ-2. Производительность шарошечного бурения, по-ви­ димому, может быть еще более высокой, так как опыты прово­ дились со станком, не позволявшим обеспечить требуемый ре­ жим шарошечного бурения.

Для успешного применения шарошечного бурения в породах

выше средней крепости, а также обеспечения возможности бу­ рения скважин в крепких породах, необходим специальный ста­ нок, позволяющий создавать осевые усилия не менее 8—12 т. Ста­

нок должен иметь собственный компрессор производительнос­ тью около 12 м3!мин для продувки скважин сжатым воздухом

и эффективную систему улавливания и отвода пыли в сторону от рабочего места.

В последнее время на открытых горных работах в СССР на­ чали применять в порядке опыта станки ударно-вращательНо- го действия. Так, на Белогорском карьере применен опытный образец самоходного пневматического бурового агрегата

(СПБА-2), предложенного Институтом горного дела АН КазССР. Этот буровой агрегат (рис. 60) состоит из ходовой части, ком­

прессора производительностью 6 м31мин с электромотором, подъ­ емной лебедки, мачты, бурового снаряда с вращателем и вен­ тиляционной установки. Компрессор, подъемная лебедка и вен­ тиляционная установка расположены на раме ходовой части трактора ДТ-54.

Мачта крепится к станку шарнирно при помощи оси, кото­ рая свободно вращается в кронштейнах. Мачта является напра­ вляющей для бурового снаряда с вращателем. Во время буре­ ния мачту устанавливают под требуемым углом и раскрепляют в верхней и нижней частях специальными упорами. По мачте свободно движется буровой снаряд с вращателем. Вращатель состоит из электромотора и червячного редуктора. Вращатель жестко связан с салазкой.

Буровой снаряд состоит из пневмоударника с долотом, ар­ мированным твердым сплавом, и пустотелых штанг (труб).

Пневмоударник конструкции ИГД АН КазССР и Ленино-

горского полиметаллического комбината предназначен для бу­ рения скважин диаметром 150 мм. Воздух от компрессора пос­

тупает к пневмоударнику через резиновый шланг и штанги бу­ рового снаряда. Вентиляционная установка предназначена для отсоса и отвода на безопасное расстояние буровой мелочи из

скважины.

Рис. 60. Самоходный пневматический буровой агрегат

Управление работой всех узлов станка—централизованное;

пульт управления находится в будке для машиниста, располо­ женной в передней части станка.

Бурение производится следующим образом. Станок устанав­

имела горизонтальное или слабонаклонное положение (не бо­ лее 5°). Затем, при помощи подъемной лебедки устанавливают в нужном положении мачту и раскрепляют ее верхними и ниж­ ними упорами. После этого включают компрессор и пускают в ход пневмоударник. Затем, при помощи штурвала (при отклю­ ченном редукторе подъемной лебедки) буровой снаряд медлен­ но опускают на забой и забуривают скважину.

После забуривания натяжной трос ослабляется и дальней­

шее бурение скважины до нужной глубины, как правило, произ­ водится автоматически. Собственный вес бурового снаряда обес­ печивает необходимое осевое давление. По окончании бурения скважины на требуемую глубину включают подъемную лебед­ ку и поднимают буровой снаряд.

Техническая характеристика станка СПБА-2

пробурено более 1300 пог. м скважин со среднесменной произ­ водительностью около 15 пог. м. В условиях Белогорского карь­

ера станок СПБА-2 дал при испытаниях вполне положительные

результаты, обнаружив следующие основные преимущества пе­

ред станками ударно-канатного бурения:

1)высокую производительность бурения (в 3—4 раза выше, чем при работе в тех же условиях станков БУ-2-20);

2)возможность бурения наклонных скважин;

3)отсутствие необходимости в транспорте для подвозки во­

ды и долот;

4)возможность обслуживания одним рабочим двух рядом работающих станков.

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ВЗРЫВЧАТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава V

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ ВЗРЫВА

ИО ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ

§1. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах

Взрыв (в самом общем определении) — есть чрезвычайно

быстрый переход вещества или системы веществ из одного качественного состояния в другое. Взрывы ВВ и газовых смесей

имеют важнейшее практическое значение в современной тех­ нике. В случае таких взрывов происходит крайне быстрое хими­ ческое превращение с выделением тепла и образованием сжа­ тых газов, которые, расширяясь, производят работу и образуют в окружающей среде ударные волны; при этом в полезную ра­ боту переходит лишь часть выделенной энергии. При взрыве

ВВ развиваются давления в десятки и сотни тысяч атмосфер,

а скорости движения вещества в непосредственной близости от очага взрыва измеряются километрами в секунду. В случае, ес­ ли взрыв происходит в замкнутом пространстве с достаточно прочными стенками (например, в шпуре или в скважине), выде­ ляющаяся тепловая энергия идет главным образом на разруше­ ние и выброс горной породы.

Химические соединения или механические смеси, способные под воздействием внешнего импульса дать взрыв, называются взрывчатыми веществами (ВВ).

Почти все основные промышленные ВВ содержат в своем со­ ставе горючие элементы (углерод и водород) и окислитель

(кислород, с азотом). При взрыве происходят реакции соедине­

ния углерода и водорода с кислородом.

Чем же тогда отличается взрывчатое превращение от го­ рения?

Принципиальные отличия следующие:

1) взрывчатое превращение происходит с большой скоростью, измеряемой тысячами метров в секунду — гораздо быстрее, чем происходит обычное горение;

2) при обычном горении кислород берется из воздуха, а при взрыве ВВ — из состава самого ВВ; по этой причине взрыв ВВ

может произойти в замкнутом пространстве при отсутствии при­ тока воздуха.

Современные промышленные ВВ обычно представляют собой механическую смесь твердых ( в большинстве случаев — порош­ кообразных) веществ, или же твердых и жидких веществ. ВВ в виде газовой смеси не применяются ввиду малой концентрации энергии в единице их объема, неудобства и большой опасности в

обращении.

При изготовлении ВВ типа механических смесей большое зна­

чение имеет тщательность перемешивания составных частей и

тонкость помола твердых компонентов (негранулированный). Наряду с ВВ, имеющими в своем составе горючие компонен­

ты и кислород, существуют отдельные ВВ, которые этих компо­

нентов не содержат (например, азид свинца PbNe — соль азоти­ стоводородной кислоты).

Все ВВ представляют собой химически малоустойчивые си­

стемы, которые при соответствующем внешнем воздействии легко могут перейти в более устойчивые системы. При этом величина и

характер внешнего воздействия, необходимого для возбуждения взрыва разных ВВ, различна.

Основные отличия ВВ от других источников энергии сле­ дующие.

1. Большая концентрация энергии в единице объема. Так, на­ пример, 1 кг аммиачно-селитренного ВВ, занимающий объем око­ ло 1 л, выделяет при взрыве около 700 ккал тепла, а на 1 кг смеси углерода с кислородом, занимающий объем около 509 л, выделя­ ет при сгорании 2140 ккал. Энергия, приходящаяся на 1 л объема ВВ, составляет, таким образом, 700 : 1=700 ккал/л, а на 1 л сме­ си углерода с кислородом только 2140: 509 = 4,2 ккал/л.

2. Большая мощность, обусловленная весьма быстрым проте­ канием процесса взрыва. Так, например, мощность при взрыве 1 кг ВВ, происшедшем в течение 0,2 миллисекунд, приблизитель­

но составляет:

Следует, однако, отметить, что при взрыве полезно использу­ ется далеко не вся эта энергия ВВ. По подсчетам проф. Г. И. По­

кровского, при взрывании грунта на выброс коэффициент полез­

ного действия не превосходит 3—7%.

3. Наличие большого количества газов в продуктах взрывча­ того превращения. Чем больше объем этих газов по сравнению с объемом ВВ до взрыва, тем, как правило, сильнее ВВ. Образова­ ние газов является неотъемлемой характерной чертой взрыва ВВ.

Так, например, горение термита, протекающее весьма быстро с выделением значительного количества тепл.:, не носит характера

взрыва, так как при этой реакции нет выделения газообразных

продуктов.

Для современных ВВ объем газов в продуктах взрывчатого превращения находится в пределах 600—1000 л на 1 кг.

4. Выделение большого количества тепла, которое ведет к зна­ чительному повышению температуры — до 1500—4500°.

Внешнее воздействие, необходимое для возбуждения взрыва ВВ, называется начальным импульсом.

Начальный импульс выводит из состояния малоустойчивого

тельность к начальному импульсу: при большей прочности вну­ тримолекулярных связей необходима большая энергия для их ос­ лабления или разрыва.

Чувствительность ВВ, состоящих из одного химического сое­

теплота образования (эндотермический характер соединения), тем выше чувствительность ВВ.

Влияние факторов физического порядка. Чувствительность промышленных ВВ уменьшается с увеличением их плотности (за некоторыми исключениями) с ростом размеров частиц, с увели­ чением влажности (для некоторых сортов ВВ) и т. д.

В горном деле применяются в основном ВВ, имеющие относи­ тельно низкую чувствительность к огню и механическим воздей­ ствиям. Такие свойства ВВ необходимы для того, чтобы обраще­ ние с указанными веществами, их хранение, транспортировка и т. д. были бы достаточно безопасны. Поэтому для возбуждения взрыва промышленных ВВ необходимо сообщать им достаточно

сильный начальный импульс. Для получения такого импульса

используют взрыв небольшого заряда специального ВВ, которое