буровзрывомеханический способ скоростного проведения подземных выработок по крепким породам

Формула изобретения

Буровзрывомеханический способ скоростного проведения подземных выработок по крепким породам, включающий бурение шпуров ударно-вращательным способом по площади забоя (по паспорту) с подачей на забой бурильной головки станка или бурильной установки при бурении каждого шпура и последующим отводом от забоя бурильной головки с очисткой шпуров, подачу опорного щита на забой распорно-шагающим устройством с подачей взрывчатых веществ (ВВ) в каждый шпур, отвод опорного щита от забоя, инициирование взрывания ВВ в группе шпуров в определенной последовательности по всему забою, проветривание забоя, установку временной крепи с передвижкой щита, отгрузку взорванной породы, установку постоянной крепи, перемещение забойного и опорного щита, отличающийся тем, что проведение выработок по крепким породам буровзрывомеханическим способом проводят одновременным бурением вращательным способом шпуров малого диаметра и длины, с повышенными скоростями подачи и вращения коронок и интенсивной промывкой шпуров, сначала в 2-х вертикальных, симметричных относительно оси выработки секторах, затем, после поворота буровой планшайбы на 90 градусов, в оставшихся 2-х горизонтальных секторах, с последующим отводом от забоя буровой планшайбы забойного щита, подачей зарядной планшайбы со шприцами-штоками на забой и последующей одновременной автоматизированной зарядкой шпуров взрывчатым веществом по числу заряжаемых шпуров в 2-х вертикальных секторах, а после поворота зарядной планшайбы на 90° в 2-х горизонтальных секторах забоя с инициированием взрывания ВВ в шпурах в целесообразной последовательности дистанционным беспроводным способом по заземленным радиоканалам на защитный броневой лист забойного щита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам проведения горных выработок по крепким породам буровзрывным и взрывомеханическим способами, и может быть использовано при скоростном проведении подземных горных выработок, штолен, туннелей по крепким породам.

Известен комплексный способ проходки, включающий гидравлическое дробление пласта, которое производят одновременно с его импульсным механическим разрушением посредством добавления в струю жидкости абразивного материала повышенной прочности (Патент РФ № 2341656, от 20.12.2008, БИ № 35). Недостатками способа являются высокие удельные затраты энергии на разрушение массива, невысокая интенсивность и ограниченная область применения комбайна для проведения выработок по горным породам с крепостью f менее 10 по шкале проф. М.М.Протодьяконова.

Известен буровзрывной способ проведения выработок по крепким и средней крепости породам, включающий бурение шпуров по всей площади забоя (по паспорту), на заданную глубину, согласованную с шагом расстановки крепи, заряжание и взрывание по всей площади забоя, проветривание, выгрузку взорванной массы, оборку кровли, установку временной и постоянной крепи (Механизация проведения горных выработок в крепких породах / Медведев И.Ф. и др. - М.: Недра, 1982 г.).

Недостатками известного способа являются - последовательность выполнения операций, высокая интенсивность ударного воздействия, малая скорость проведения выработок по крепким породам.

Известен способ проведения скважин и выработок, включающий подачу на забой вместе с промывочной жидкостью зарядов жидкого взрывчатого вещества в ампулах с кумулятивной воронкой, последовательное взрывание зарядов жидкого взрывчатого вещества (ВВ) и получение выемок на поверхности забоя; при этом оси кумулятивных воронок ориентируют под углом к поверхности забоя, равным 45-90 градусам, причем каждую последующую выемку на поверхности забоя формируют с перекрытием сечения предыдущей выемки на 5-20% (Авторское свидетельство СССР № 1757265, E21C 37/00, 1992).

Недостатком способа является большое количество ВВ при проведении выработок и туннелей большого сечения.

Известен способ проведения выработок по крепким породам комбайном с исполнительным органом, обеспечивающим автоматическую подачу ВВ на забой. Исполнительный орган включает в себя планшайбу комбайна, на которой по окружности устанавливаются разрушающие породу инструменты. Планшайба имеет также сквозные отверстия, в которые посредством автоматически действующего рычажка, управляемого с пульта, входят головки шприцов, перемещающиеся траверсой и связанные трубопроводом с зарядным аппаратом. При вращении планшайбы и подачи ее на забой производится отбойка породы в виде концентрических канавок небольшой ширины и глубины. При контакте рычажка с забоем дальнейшая подача прекращается, а планшайба отводится от забоя и переводится на медленное вращение. В это время головки шприцев, перемещаясь по направляющим отверстиям, выдвигаются на забой. Зарядный аппарат выдавливает взрывчатое вещество в канавки. Затем через сопло на забой подается инициатор и производится взрыв, отбивающий часть породы (Авторское свидетельство СССР № 417623, БИ № 8, 1974 г.) - Прототип.

Недостатком способа является высокая удельная энергия разрушения массива, и малая скорость проведения выработок.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости проведения выработки по крепким горным породам буровзрывомеханическим способом, сокращение времени обуривания забоя, времени буровзрывных работ (БВР), увеличение частоты и устойчивости технологического процесса.

Технический результат достигается тем, что в буровзрывомеханическом способе скоростного проведения подземных выработок по крепким породам, включающем бурение шпуров ударно-вращательным способом по площади забоя (по паспорту) с подачей на забой бурильной головки станка или бурильной установки при бурении каждого шпура и последующим отводом от забоя бурильной головки с очисткой шпуров, подачу опорного щита на забой распорно-шагающим устройством с подачей взрывчатых веществ (ВВ) в каждый шпур, отвод опорного щита от забоя, инициирование взрывания ВВ в группе шпуров в определенной последовательности по всему забою, проветривание забоя, установку временной крепи с передвижкой щита, отгрузку взорванной породы, установку постоянной крепи, перемещение забойного и опорного щита, при этом проведение выработок по крепким породам буровзрывомеханическим способом проводят одновременным бурением вращательным способом шпуров малого диаметра и длины, с повышенными скоростями подачи и вращения коронок и интенсивной промывкой шпуров, сначала в 2-х вертикальных, симметричных относительно оси выработки секторах, затем, после поворота буровой планшайбы на 90 градусов, в оставшихся 2-х горизонтальных секторах, с последующим отводом от забоя буровой планшайбы забойного щита, подачей зарядной планшайбы со шприцами-штоками на забой и последующей одновременной автоматизированной зарядкой шпуров взрывчатым веществом по числу заряжаемых шпуров в 2-х вертикальных секторах, а после поворота зарядной планшайбы на 90° - в 2-х горизонтальных секторах забоя с инициированием взрывания ВВ в шпурах в целесообразной последовательности дистанционным беспроводным способом по заземленным радиоканалам на защитный броневой лист забойного щита.

Буровзрывомеханический способ скоростного проведения выработок по крепким породам осуществляется в следующей последовательности.

Цикл операций проходки начинается (фиг.1) после передвижки щита 8 на забой с опорой гидродомкратами 9 на забойный щит 5; который находится у забоя и закреплен распорным устройством 4, включающим три опорных башмака и три гидроцилиндра, установленных через 120° по контуру забойного щита 5.

В забойном щите 5 установлены две планшайбы: буровая планшайба 2 с бурильными головками по количеству шпуров, буримых одновременно в двух вертикальных 17 или горизонтальных 18 секторах (фиг.2 и фиг.3), и зарядная планшайба 3 для зарядки шпуров со шприцами-штоками, по количеству и месту положения точно соответствующими положению шпуров в секторах. Забойный щит 5 закрыт со стороны забоя броневым листом 1 с отверстиями, в которые свободно проходят буровые штанги 16 с коронками или шприцы-штоки зарядной планшайбы 3.

Планшайбы 2 и 3 могут поворачиваться на 90 градусов при неподвижном забойном щите 5 и броневом листе 1. Планшайбы 2 и 3 при выполнении операций бурения или заряжания шпуров смещены друг относительно друга на 90° и поворот их осуществляется согласованно.

Процесс бурения шпуров осуществляется в следующей последовательности (фиг.1.): в вертикальных секторах 17 (фиг.2) буровая планшайба 2 с бурильными головками устанавливается в вертикальной плоскости по оси выработки, включается гидропривод бурильных головок с пульта управления 11 и одновременно обуривается забой в двух симметричных относительно оси выработки секторах, включая центральный шпур увеличенного диаметра, с одновременной интенсивной промывкой шпуров. После окончания бурения зарядная планшайба 2 отводится от забоя.

Осуществляется поворот планшайбы 2 и планшайбы 3 на 90°. Обуривается забой в двух горизонтальных секторах 18 (фиг.3) в изложенной последовательности с интенсивной промывкой шпуров.

Скоростное бурение с интенсивной промывкой шпуров достигается вращательным способом с увеличенными скоростями и включает бурильные головки со штангами и коронками, армированными вставками из металлокерамического сплава на основе "Эльбора" (BN₃), а подачу на забой на длину буримых шпуров обеспечивает буровая планшайба 2.

Одновременное автоматизированное заряжание шпуров сначала в 2-х вертикальных 17, затем в 2-х горизонтальных 18 секторах осуществляется зарядной планшайбой 3 с комплектом зарядных устройств по количеству и по положению шпуров в 2-х вертикальных (горизонтальных) секторах забоя, которая может поворачиваться на 90° относительно оси выработки (комплекса).

Операция процесса заряжания шпуров осуществляется в следующей последовательности.

Зарядная планшайба 3 выдвигается на забой, шприцы-штоки свободно проходят в отверстия в броневом листе 1 и максимально входят в шпуры вертикальных 17 секторов забоя. С пульта управления 11 включается плунжерный насос, подающий пластичное ВВ в шпуры и заполняется пространство 16, затем по другим каналам подается уплотнительная забойка, заполняющая оставшуюся часть шпуров. Включается с пульта управления 11 система промывки и вода очищает каналы от остатков ВВ и забойки.

Затем планшайбы 2 и 3 поворачивают на 90° и осуществляют заряжание шпуров ВВ горизонтальных секторов 18 в изложенной последовательности.

Броневой лист 1, планшайбы 2 и 3 (фиг.1) устанавливаются в положение "подготовка к взрыву", при этом броневой лист 1 закрывает планшайбы забойного щита - верхний сектор, а погрузочное окно (зона выгрузки 19 (фиг.3)) остается открытым.

Инициирование ВВ в шпурах осуществляется дистанционным беспроводным способом по заземленным радиоканалам. Отбойка породы и взрывание ВВ в шпурах в целесообразной последовательности осуществляется на броневой лист 1 с отводом его от забоя под действием ударной волны взрыва.

В броневом листе 1 имеются отверстия для прохода бурового инструмента или для автоматизированного заряжания шпуров и он может устанавливаться поворотом относительно оси выработки в положение "бурение-зарядка" или в положение "БВР", при этом в положении "бурение-зарядка" обеспечивается возможность выполнения операции "бурение" или "зарядка", а в положении "БВР" остается открытой со стороны забоя только зона выгрузки взорванной породы.

Снимается распор с забойного щита 2, гидродомкраты 9 гидросистемы включаются на слив.

Включаются системы вентиляции: производится отсос воздуха из призабойной зоны и промежуточной камеры.

Производится взрывание в последовательности по паспорту на БВР, на броневой лист 1 забойного щита 2, которые под действием ударной волны отходят от забоя к опорному щиту, центрируясь по телескопической корпусной балке 6, при этом силы, действующие на опорный щит от ударной волны, снижаются демпфирующим устройством на телескопической балке 6 и гидродомкратами 9, включенными на слив.

Повышение скорости проведения выработок по крепким породам достигается сокращением времени обуривания забоя (одновременное бурение большого количества шпуров с использованием вращательного способа с повышенными скоростями и с коронками из композита "Эльбор"), сокращением времени БВР на заряжание шпуров, на взрывание их и на проветривание перед и после взрыва, сокращением частоты циклов и устойчивости технологического процесса.