Производство буровзрывных работ в зоне угольных пластов

Ведение буровзрывных работ в зоне угольных пластов всегда чревато возможностью разрушения пластов взрывом, что влечет за собой увеличение потерь и разубоживания угля. Поэтому буровзрывные работы должны вестись с таким расчетом, чтобы не допускать разрушения пластов взрывом или сделать эти разрушения минимальными. Параметры буровзрывных работ должны быть такими, чтобы не допустить дробящего действия зарядов на пласт и исключить сдвиговые деформации пласта, и в то же время обеспечить качественное дробление вмещающих пород.

Возможность достижения этих условий в значительной мере определяется положением пласта относительно разрабатываемого уступа. По данным проф. Репина Н.Я. величина потерь угля от взрывного разрушения может быть определена по следующей зависимости:

где Пу — потери угля, %;

ав — угол между направлением экскаваторной заходки и простиранием пласта, град;

mn — мощность пласта, м;

aпл — угол падения пласта, град.;

S — площадь, приходящаяся на одну скважину, м2;

Hу — высота уступа, м.

Наиболее просто вопросы дробления надугольной толщи без разрушения угольного пласта решаются при горизонтальном и пологом его залегании. В этом случае скважины в надугольной толще бурят с недобуром до кровли пласта примерно на 1 м. При высоте уступа до 10 м могут применяться вертикальные скважины. При большей высоте уступа лучшие результаты получаются при бурении наклонных скважин. Схемы обуривания вскрышного уступа в надугольной толще при пологом падении угольного пласта приведены на рис. 3.1. При обуривании уступа с горизонтальной верхней площадкой (рис. 3.1,а) высота вскрышного уступа, а следовательно и длина скважины изменяются. При разработке междупластья уступ имеет наклонную верхнюю площадку (рис. 3.1,б). Схема расположения скважин на уступе и другие параметры взрывания определяются обычным способом.

Буровзрывные работы в сложных забоях при горизонтальном и пологом залегании угольных пластов ведут по схемам, показанным на рис. 3.2. Расчет сетки скважин при этом производится по величине средневзвешенного удельного расхода BB, определяемому из выражения:

где q1 и q2 — удельный расход BB соответственно для пород вскрыши и угля, кг/м3;

H1 и H2 — мощность вскрышных пород и угля в пределах уступа, м.

При наклонном и крутом падении угольных пластов ведение буровзрывных работ значительно осложняется. Tакие условия залегания пластов характерны в частности для месторождений Центрального Кузбасса. На них в тонких пластах мощностью менее 5 м и с углами падения 45-90° сосредоточено 30-35% всех запасов угля. Причем, большинство таких пластов представлено углями коксующихся марок.

Разработка крутопадающего маломощного угольного пласта одноковшовым экскаватором может осуществляться как без его разрушения буровзрывным способом, так и (в крепких углях при осж > 30 МПа) с применением буровзрывного рыхления. В первом случае взрывные работы осуществляют по породам вскрыши и стараются сохранить пласт в устойчивом состоянии. Это достигается путем бурения направленных наклонных скважин, их рациональным расположением относительно пласта в контуре заходки, применением рассредоточенных зарядов, раздельным взрыванием, использованием в необходимых случаях подпорной стенки, повышением равномерности распределения энергии взрыва в породах приконтактной зоны.

При необходимости взрывания пласта угля взрывание и отгрузку породы и угля осуществляют последовательно. Как в первом, так и во втором случаях наиболее эффективным является применение наклонного бурения скважин параллельно откосу уступа, что обеспечивает получение одинаковой линии наименьшего сопротивления по всей высоте уступа. Откос уступа (в том числе и по угольному пласту) сохраняется значительно лучше, практически исключаются заколы в массиве за линию скважин и сводится до минимума разубоживание пласта в приконтактных зонах по сравнению со взрыванием вертикальных скважин (рис. 3.3). Это происходит благодаря более плавному сочленению границы зоны разрушения скважинного заряда с контактной плоскостью пласта.

Буровзрывные работы в зоне расположения свит крутых угольных пластов, имеющих различную мощность и разные углы падения, по условиям раздельной разработки должны быть проведены так, чтобы разубоживание угля в приконтактной зоне было минимальным или совсем было исключено. С учетом свойств вмещающих пород и пород междупластья это может быть достигнуто подбором рационального диаметра заряда и расположением его в кровле пласта на расстоянии радиуса эффективного разрушения R под углом, равным углу падения пласта а (см. рис. 3.3,6).

Tаким образом, для качественного дробления вскрышных пород без нарушения целостности крутопадающего угольного пласта применяют:

1. наклонные скважины с углами равными или близкими к углам падения пласта;

2. специальные схемы инициирования зарядов BB с направлением отбойки от пласта в сторону массива вскрышных пород;

3. рассредоточенные заряды BB, позволяющие равномерно распределить BB в массиве и снизить воздействие взрыва на угольный пласт;

4. в некоторых случаях положительные результаты дает взрывание на неподобранный забой с шириной подпорной стенки в пределах 1-2 линий сопротивления по подошве уступа.

Сущность схем обуривания блока заключается в оконтуривании пласта в пределах блока системой скважин, расположенных на некотором удалении от пласта, и размещении остальных скважин в блоке для обеспечения качественного дробления массива вскрышных пород. Расстояние оконтуривающих пласт скважин от кровли и почвы пласта должно равняться радиусу зоны дробления. При этом нарушений угольного пласта не происходит. Рекомендуемые значения расстояний между пластом и оконтуривающими скважинами приведены в табл. 3.1.

Конкретные схемы обуривания блоков определяются пространственным размещением угольного пласта в пределах блоков. На рис. 3.4 приведены некоторые из возможных схем.

Результаты взрывания во многом определяются правильностью размещения скважин на блоке и точностью выполнения проекта обуривания. Перед выносом проекта в натуру следует провести тщательную зачистку блока для выявления контуров пластов. Разбивка скважин начинается с вынесения оконтуривающих пласты скважин.

Схемы инициирования зарядов BB устанавливаются с учетом сохранения пласта от сдвиговых деформаций. Как правило, оконтуривающие скважины взрываются в последних сериях. Притом, независимо от положения пласта в пространстве в первую очередь из оконтуривающих пласт скважин взрываются скважины, пробуренные со стороны почвы пласта, а после, с определенным интервалом замедления, скважины со стороны кровли пласта. Такая очередность взрывания обеспечивает минимальный опрокидывающий момент, действующий на пласт при взрыве. При наличии в блоке двух сближенных пластов в первую серию взрываются скважины междупластья. В дальнейшем порядок взрывания соответствует схемам инициирования зарядов при одном пласте.

Однако удалением заряда BB от угольного пласта не всегда достигается ожидаемый эффект. К.т.н. Богатыревым А.В. предложены и внедрены на разрезе «им. 50-летия Октября» ряд методов, повышающих эффективность взрывных работ при сохранении целостности пласта.

Так, в породах II категории блочности предлагается сближение скважин, оконтуривающих пласт, до 50% в ряду и применение в них зарядов BB с пониженной линейной плотностью энергии. Для таких зарядов используются взрывчатые композиции, состоящие из аммиачно-селитренных BB с 30-50% угольного наполнителя (измельченный уголь). В таких зарядах для предупреждения отказов размещается несколько боевиков по высоте заряда.

В породах III категории блочности может оказаться эффективным применение между зарядами оконтуривающего ряда дополнительных зарядов с пониженной на 40-50% линейной плотностью и общей мощностью.

В породах средней и крупной блочности (III и IY категорий) с пределом прочности на одноосное сжатие 40-50 МПа при взрывании без нарушения пласта неудовлетворительно прорабатывается подошва уступа и количество неразрушенных естественных отдельностей достигает до 50%, что отрицательно сказывается на производительности экскаваторов. В этих условиях эффективным является предварительное образование предохранительной зоны или предохранительной щели.

Предохранительные зоны образуют между угольным пластом и оконтуривающим рядом скважин предварительным взрывом зарядов уменьшенной на 50-60 % мощности. Масса таких зарядов 58-75 кг. Заряды могут быть с воздушными промежутками или сплошные с угольным наполнителем, вводимым в состав штатных BB в количестве 50-70% по объему. Образованные зоны экранируют энергию взрыва основных зарядов, а также снижают объем пород с низким качеством разрушения на контакте с пластом.

При взрывании в зоне между пластом и оконтуривающими скважинами зарядов массой порядка 40 кг образуется щель (полоса интенсивного разрушения пород) шириной 0,1-0,5 м, выполняющая аналогичные предохранительной зоне функции. В плане щели придают зигзагообразную форму и располагают оконтуривающие пласт скважины в наиболее удаленных от пласта вершинах. Такая геометрия щели повышает и экранирующие свойства, концентрируя отраженные потоки волн в области между зарядами. Щелеобразование эффективно в породах IY категории блочности.

При небольшой мощности междупластья между сближенными пластами оно может отрабатываться без взрывной подготовки. Некоторое снижение производительности экскаваторов при этом компенсируется снижением потерь и разубоживания угля при выемке. Без разубоживания взрывной подготовки целесообразна разработка междупластий мощностью 5-6 м при использовании автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т и 6-7 м при большей грузоподъемности.