РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И КАРЬЕРАХ
ГЛАВА I
ВИДЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
§ 1. Виды взрывных работ
Энергия взрыва широко используется при производстве строительных работ, добыче полезных ископаемых, защите искусственных сооружений в период ледохода, осушении болот, корчевке пней.
Горные работы, выполняемые на земной (дневной) поверхности в естественных атмосферных условиях, называются открытым и, а производимые в глубине, в недрах земли, — подземными;
На железнодорожном строительстве и карьерах применяются следующие виды взрывных работ:
- выброс породы — перемещение породы силой взрыва за пределы заданного профиля выработки (выемки, траншеи, котлована); разновидностью выброса является сброс породы, производимый при наличии двух обнаженных поверхностей;
- рыхление породы — дробление породы энергией взрыва без ее перемещения за пределы разрабатываемой выработки; разновидностью рыхления является обрушение породы, выполняемое подрыванием в основании или иной плоскости откола от массива, при котором порода, отделяясь и падая под действием силы тяжести и сотрясения, при взрыве разбивается на куски (рыхлится);
- дробление силой взрыва отдельных кусков породы (камней, валунов), льдин и др. на более мелкие части;
- специальные взрывные работы (посадка насыпей на минеральное дно болот, корчевка пней и валка деревьев, образование котлованов под опоры контактной сети и др.).
Взрыв, при котором производится одновременный выброс или рыхление очень больших масс породы, называется массовым, взрывом.
Вопросы для повторения
- Что такое открытые и подземные горные работы?
- Что такое выброс и сброс горной породы при взрыве? .
- Что такое рыхление, обрушение и дробление горной породы при взрыве?
- Чем характеризуется массовый взрыв?
§ 2. Классификация горных пород
В процессе разрушения при взрыве горная порода подвергается одновременно нескольким видам деформаций: сжатию, растяжению, сдвигу и изгибу. Горные породы по-разному сопротивляются этим деформациям. Лучше всего они сопротивляются сжатию, хуже — сдвигу и еще хуже — растяжению. На величину сопротивления разрушению горных пород влияют также и другие их свойства: трещиноватость, вязкость, хрупкость, упругость и т. д. Поэтому трудно оценить при помощи какого-либо одного показателя степень сопротивления горных пород разрушению взрывом. Этим объясняется наличие большого количества несогласованных между ссбой классификаций горных пород, характеризующих их сопротивление разрушению (отделению от массива при добыче), т. е. характеризующих добываемость (крепость) горной породы.
Одной из первых научно обоснованных классификаций горных пород по их крепости является классификация, предложенная в 1926 г. выдающимся русским ученым проф. Μ. М. Протодьяконовым (табл. 1).
Согласно классификации проф. Μ. М. Протодьяконова все горные породы по степени крепости разделены на десять категорий. Для каждой категории установлен свой коэффициент крепости f. За единицу крепости (f=1) принята крепость породы, разрушающейся при одноосном сжатии под давлением 100 кг/см2. Если, например, какая-нибудь порода обладает сопротивлением раздавливанию 600 кг/см2, то ее коэффициент крепости
= 6 и она относится к IV категории.
Следует иметь в виду, что значения того или иного коэффициента f, приведенные в классификации, относятся к целой группе пород, а не к отдельным их разновидностям, для которых этот коэффициент может быть принят другим.
Для расчетов и нормирования буровзрывных работ имеется ряд классификаций горных пород по буримости и по взрываемости.
Под буримостью понимается количество чистого времени в минутах, потребное на бурение 1 м шпура.
Под взрываемостью понимается степень относительной сопротивляемости горноq породы разрушению при отделении ее от массива энергией взрыва. Взрываемость выражают минимально необходимым удельным расходом взрывчатого вещества (ВВ) при некоторых строго определенных условиях взрывания. Взрываемость горных пород не всегда совпадает с их буримостью, в частности потому, что на сопротивление горной породы взрыванию оказывает влияние ее внешнее состояние, от которого буримость не зависит.
В настоящее время в практике взрывных работ широко применяется классификация горных пород по буримости, принятая в Нормах и расценках на строительные работы (МПСМ,1955 г., табл. 2).
Таблица 1
Классификация горных пород по шкале Μ. М. Протодьяконова
Категория | Степень крепости | Породы | Коэффициент крепости |
I | В высшей степени крепкие породы | Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты. Исключительные по крепости другие породы ... | 20 |
II | Очень крепкие породы | . Очень крепкие гранитовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец. | 15 |
III | Крепкие породы | Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды | 10 |
Ша | То же | Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор. Доломит. Колчеданы .. | 8 |
IV | Довольно крепкие породы | Обыкновенный песчаник. Железные руды | 6 |
IVa | То же | Песчаные сланцы. Сланцеватые песчаники .. | 5 |
V | Средние породы | Крепкий глинистый сланец. Некрепкий песчаник и известняк. Мягкий конгломерат . | 4 |
Va | То же | Разнообразные сланцы (некрепкие). | 3 |
VI | Довольно мягкие породы | Мягкий сланец. Очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт, антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированные галька и хрящ, каменистый грунт | 2 |
VIa | То же | Щебеночный грунт. Разрушенный сланец, слежавшиеся галька и щебень, крепкий каменный уголь. Отвердевшая глина | 1,5 |
VII | Мягкие породы | Глина· (плотная). Мягкий каменный уголь. Крепкий нанос, глинистый грунт . | 1,0 |
VIIa | То же | Легкая песчанистая глина, лёсс, гравий | 0,8 |
VIII | Землистые породы | Растительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок . . | 0,6 |
IX | Сыпучие породы | Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь | 0,5 |
X | Плывучие породы | Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и другие разжиженные грунты. | 0,3 |
Таблица 2
Классификация грунтов по буримости
В дальнейшем изложении, таблицах, примерах и задачах принята классификация грунтов, приведенная в Н и Р МПСМ 1955 г.
Согласно указаниям, приведенным в ЕН и Р, определение группы грунтов по буримости должно производиться на основе результатов опытного бурения с обязательным соблюдением следующих условий. Бурение осуществляется только в отвесно падающем направлении перфоратором ОМ-506 с продувкой. Буры должны быть изготовлены из пустотелой стали диаметром 25 мм. Головки буров армируются пластинками твердого сплава ВК-15. Форма головки бура — одно долотчатая, с лезвием диаметром 42 мм и углом заточки 110°. Давление сжатого воздуха при пробном бурении должно равняться 5 ат.
Буримость грунта определяется по чистому времени бурения. Время на забуривание и чистку шпура, на подливание воды, отдых рабочих и т. п. не учитывается.
Для нормирования буровых работ при производстве их ударноканатными станками инженерами Π. П. Назаровым и Я. Д. Зайдманом составлена классификация пород по удельной работе бурения. В основу этой классификации положена удельная работа бурения в килограммометрах на один кубический сантиметр (кгм/см3) объема выбуренной скважины.
Таблица 3
Классификация пород по удельной работе бурения
Таблица 4
Приближенное сопоставление классификации грунтов по буримости с классификацией по шкале Μ. М. Протодьяконова
При установлении категории пород по этой классификации практически сначала определяется время бурения 1 пог. м скважины, затем находится удельная работа бурения по формуле
(1)
где La — удельная работа бурения в кгм/см3;
g— ускорение падения бурового снаряда в скважине, зависящее от сопротивления, оказываемого буровому снаряду шламом и канатом. В среднем g = Q м/сек2;
Q — вес бурового снаряда в кг;
п — число ударов бурового снаряда в минуту;
t — время на бурение 1 пог. м скважины в мин;
d — диаметр скважины в см.
По вычисленной удельной работе бурения устанавливается категория пород (табл. 3). Л
Приближенное сопоставление некоторых классификаций горных пород по буримости с классификацией по шкале Μ. М. Протодьяконова приведено в табл. 4.
Вопросы для повторения
- Что такое добываемость, буримость и взрываемость горных пород?
- Назовите наиболее распространенные классификации горных пород.
- Что принято за единицу крепости по классификации проф. Μ. М. Протодьяконова?
- Как определяется буримость горных пород?