Взрывные работы на жд строительстве - Метод котловых зарядов

ГЛАВA XX
МЕТОД КОТЛОВЫХ ЗАРЯДОВ

§ 65. Общие сведения

Сущность метода котловых зарядов заключается в том, что разрыхление скальных пород осуществляется взрывом серии сосредоточенных зарядов, размещенных в котлах, образованных чаще в основании шпуров (метод котловых шпуров) или скважин (метод котловых скважин) (рис. 134). Котлы образуются в результате однократного или многократного простреливания шпуров или скважин относительно небольшими зарядами ВВ.
Метод котловых зарядов применяется в основном на открытых горных работах и, реже, в подземных условиях, так как многократное простреливание приводит к загазовыванию подземных выработок и необходимости проветривания рабочего пространства после каждого простреливания. Метод котловых зарядов целесообразно применять в хорошо простреливаемых необводненных породах (чаще всего до XI категории крепости по шкале Н и Р МПСМ) в том случае, когда рассчитанная величина заряда не вмещается в нормальном объеме шпура или скважины. Такие случаи возможны при значительной высоте уступа (более
3 м) и малом его угле откоса (менее 70 — 80°). Однако практика взрывных работ показала, что метод котловых зарядов успешно применяется также в породах выше средней крепости и крепких. Образование котла происходит вследствие сжатия пород, имеющих значительную пористость (глины, мергель, мел, известняк- ракушечник и т. д.), а также вследствие дробления силой взрыва породы (кроме глин), близко расположенной к заряду, и последующего частичного выбрасывания ее из шпура взрывными газами. Наибольшая часть объема котла в плохо простреливаемых крепких породах образуется в результате сдвигов породы при простреливании в различных направлениях в основном в сторону забоя. Форма котла зависит от однородности и трещиноватости породы, наличия пустот, прослоек и включений более слабой породы в месте взрыва прострелочного заряда. Примерные формы котлов в различных горных породах приведены на рис. 135.   
Простреливаемость породы характеризуется показателем простреливаемости породы (Ппр), представляющим собой отношение полученного объема котла к весу прострелочного заряда
(59)

где Ппр — показатель простреливаемости породы в дм³/кг (табл. 32); Vп — объем котла, полученный в результате простреливания, за вычетом объема шпура по высоте котла в дм³; Qпр — вес заряда при простреливании в кг.

Таблица 32
Шкала простреливаемости горных пород
(По данным производственно-экспериментального управления Союзвзрывпрома )

Показатель простреливаемости зависит от крепости, пористости, влажности, трещиноватости и других свойств горных пород.
Поэтому данные шкалы простреливаемости горных пород используются только для предварительного назначения показателя простреливаемости (при проектировании). Более точные значения показателя простреливаемости в каждом конкретном случае определяются в результате нескольких (не менее 10) опытных взрывов.

Рис. 135. Примерные формы котлов в различных горных породах:
а — моренная глина; б — мергель; в — мел; г — известняк-ракушечник после двух прострелок; дб—трещиноватый известняк; е — котел в глинистой прослойке известняка; ж — крепкий известняк; з — гранит

Производственно-экспериментальное управление Союзвзрывпрома провело ряд опытных взрывов по простреливанию шпуров для определения влияния на коэффициент простреливаемости Ппр забойки, плотности заряжания прострелочного заряда и его веса.
Данные опытов позволили сделать следующие выводы.

1. При первом простреливании применение незначительной насыпной забойки, длина которой равна примерно 0,5—1,0 длины прострелочного заряда, всегда эффективно. Забойка такой длины выбрасывается из шпура при взрыве, что предотвращает засыпание шпура и котла породной мелочью. В этом случае применение забойки приводит к увеличению значения показателя простреливаемости Ппр. Второе и последующие простреливания следует производить без забойки. В некоторых случаях при простреливании крепких пород забойку применяют только тогда, когда котел полностью заполняется ВВ.
2. Влияние плотности заряжания на величину показателя простреливаемости для разных пород различно. В монолитных, плохо простреливаемых породах показатель простреливаемости Ппр увеличивается с увеличением плотности заряжания. Поэтому второе и третье простреливания в таких породах следует производить при полном заполнении котла ВВ, т. е. тогда, когда плотность заряжания равна 0,8-0,9 кг/дм. Во всех остальных случаях, во избежание разрушения шпуров, многократное простреливание надлежит производить при меньшей плотности заряжания.
3. Показатель простреливаемости Ппр практически не зависит от веса прострелочного заряда.

При работе в более крепких грунтах и значительной высоте уступа котлы можно располагать в два и три яруса (рис. 136). Для лучшего дробления горной породы метод котловых зарядов можно применять в сочетании с удлиненными зарядами, расположенными в этих же (рис. 137) или дополнительно пробуриваемых шпурах и скважинах (рис. 138).

Преимуществами метода котловых зарядов являются:

1. значительная экономия буровых работ;
2. Возможность одновременного разрыхления больших объемов скальных пород, чем при методе шпуров;
3. резкое сокращение сроков проведения подготовительных работ по сравнению с методом камерных зарядов.

Недостатками метода котловых зарядов являются:

1. ограниченность, а в некоторых случаях нецелесообразность применения этого метода в крепких, плохо простреливаемых породах, а также в породах с притоком грунтовых вод;
2. большая затрата времени и материалов на производство прострелочных работ и замер объемов котла;
3. необходимость применения только порошкообразных взрывчатых веществ;
4. недостаточно равномерное дробление горных пород.

Рис. 137. Схема однорядного расположения котловых скважин

Рис. 138. Совместное расположение наклонных скважин и котловых шпуров

Вопросы для повторения

1. Сущность метода котловых зарядов.
2. Область применения метода котловых зарядов.
3. Что называется показателем простреливаемости горной породы и каков его физический смысл?
4. Преимущества и недостатки метода котловых зарядов.

§ 66. Расчет расположения котловых зарядов и определение их веса

Расчет расположения котловых зарядов и определение их веса производятся в такой последовательности:

1. определяется величина расчетной линии сопротивления по подошве уступа;
2. определяется глубина шпура или скважины;
3. определяется расстояние от бровки уступа до устья шпура или скважины;

подставив в формулу (8) известные величины, определяют значение фактического показателя действия взрыва:

Вопросы для повторения

1. Последовательность расчета параметров взрыва методом котловых зарядов.
2. Как определяется величина расчетной линии сопротивления в случае применения метода котловых зарядов при отбойке уступов и рыхлении породы в траншеях?
3. Как определяется вес котлового заряда?
4. Как определяется вес заряда для простреливания?
5. Как определяется расстояние между котловыми зарядами?

Задачи

1. Рассчитать сетку котловых шпуров и величину зарядов для отбойки уступа высотой 4,0 м в породах VIII категории крепости по Н и Р МПСМ 1955 г. Взрывчатое вещество — аммонит № 9.
2. Рассчитать сетку котловых скважин и величину зарядов для отбойки уступа высотой 12 м в породах VII категории крепости по Н и Р МПСМ 1955 г. Угол откоса уступа равен 65о; ВВ — аммонит № 9.

§ 67. Техника выполнения взрывных работ методом котловых зарядов

Выполнение взрывных работ методом котловых зарядов состоит из двух этапов: 1) простреливание шпуров или скважин; 2) заряжание котлов и производство взрыва.

1. Простреливание шпуров или скважин. Работы по простреливанию шпуров или скважин состоят из следующих основных операций:
2. подготовка пробуренных шпуров или скважин к простреливанию;
3. заряжание и взрывание прострелочных зарядов;
4. замер и определение объемов котлов.

Подготовка пробуренных шпуров или скважин к простреливанию заключается в их осмотре и удалении буровой муки, шлама или воды со дна шпуров или скважин, или кусков породы, застрявших внутри выработок. Расчищается также площадка на поверхности у устья выработок в радиусе 0,5-1,5 м. Производится измерение глубины шпуров или скважин и проверка соответствия фактических их глубин проектным.
Заряжание и взрывание прострелочных зарядов осуществляются после удаления всех лиц за пределы опасной зоны и выставления оцепления. Радиус опасной зоны при простреливании шпуров должен быть не менее 50 м, а при простреливании скважин — не менее 100 м.

Рис. 140. Прибор для измерения котлов конструкции Π. П. Дульцева
Прострелочный заряд можно разместить в шпуре или скважине в патронах и россыпью. Взрывание указанного заряда производится только с применением патрона-боевика. Шпуры и скважины глубиной до 9,5 м можно простреливать огневым или электрическим способом, а также при помощи детонирующего шнура. При более глубоких шпурах и скважинах применение огневого взрывания запрещается. Длина зажигательной трубки должна быть не  менее глубины простреливаемого шпура. Забойка применяется обычно только при первом простреливании. Длину забойки принимают примерно равной 0,5-1,0 длины прострелочного заряда.
В связи с тем, что после простреливания стенки шпура или скважины значительно нагреваются, новое заряжание их аммонитом или тротилом разрешается производить не ранее чем через 15 мин, а другими взрывчатыми веществами не ранее чем через 30 мин. Мягкую породу после простреливания удаляют продувкой специальной трубкой или при помощи желонки.
Перед вводом основного заряда взрывчатого вещества измеряют объем котла при помощи приборов В. П. Мельникова, В. Г. Кондратьева и Π. П. Дульцева. Наиболее совершенным является прибор конструкции Π. П. Дульцева (рис. 140). Прибор состоит из следующих основных частей: трубчатой штанги 7, трубчатого стержня 3, стальной желобчатой ленты-измерителя 9, треноги 6 и держателя 2.
Штангу 7 свинчивают из метровых дюралюминиевых трубок диаметром 25 мм. На верхний конец штанги навинчивают трубку с продольной прорезью для указателя 5 шкалы 4, нанесенной на трубку. Цена деления — 1 см. Числа по шкале указаны от 0 до 60 (через 5 чисел) сверху вниз. В дно трубки нижней части штанги вставлен на винте опорный вкладыш с ребристыми роликами 1.
Стержень 3 помещается внутри штанги и состоит из свинченных между собой метровых медных трубочек диаметром 7 мм.
Один конец желобчатой ленты-измерителя 9 прикрепляется к нижней части стержня 3, а второй конец проходит между роликами 1 и через отверстие штанги. К концу ленты-измерителя 9 прикреплен ограничительный винт 10.
Длина выдвигающейся части ленты-измерителя равна 60 см.
Держатель 2 имеет штырь, который входит в отверстие диска треноги 6. Благодаря наличию в диске четырех отверстий можно производить замеры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для измерения собранный прибор при помощи треноги 6 и держателя 2 устанавливают в шпуре или скважине на заданной глубине.

Указатель шкалы 5 устанавливают на одно деление ниже нуля шкалы. При помощи стержня 3 выдвигают ленту-измеритель 9 до соприкосновения ее конца со стенкой котла. Отсчет производится по шкале 4 против указателя 5. За радиус котла в данном сечении принимают среднеарифметическое значение четырех измерений, сделанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такие же измерения производятся и в других сечениях котла. Расстояние между сечениями обычно принимают равным 5—10 см.
Объем котла может быть определен по формуле

где Vк — объем котла в см³;
R1, R2, ..., Rn — средние радиусы сечений (среднеарифметические значения четырех замеров) в см;
h — расстояния между сечениями в см.
При помощи прибора конструкции Π. П. Дульцева можно измерять объемы котлов в шпурах и скважинах глубиной от 1 до 10 м. Наибольший объем котлов сосредоточенной формы, который можно замерить прибором, 1 м³. Общий вес прибора 10 кг.
2. Заряжание котлов и производство взрыва. Работы по заряжанию котловых скважин и шпуров производятся в том же порядке, в котором они выполняются при заряжании обычных скважин и шпуров.
К заряжанию котлов приступают после очистки и измерения их объемов. Для основного котлового заряда применяют порошкообразные взрывчатые вещества. Котлы с притоком грунтовых вод должны заряжаться только водоустойчивым ВВ. Сначала в котел засыпают 80—85% расчетного веса котлового заряда, затем вводят боевик и после этого засыпают остальную часть ВВ. Для лучшего размещения взрывчатых веществ в котле применяют сжатый воздух (до ввода боевика). Для этой цели используется воздухопроводная трубка диаметром 13 мм с регулирующим краном и алюминиевой насадкой (рис. 141). Трубку при помощи гибкого шланга подсоединяют к воздухопроводу и вставляют в шпур. Под действием сжатого воздуха ВВ оттесняется от центра к стенкам котла, что обеспечивает лучшее заполнение котла ВВ.
Забойка котловых скважин и шпуров производится мелким грунтом до их устья.          

Рис. 141. Использование сжатого воздуха для заряжания котлового шпура
Огневое взрывание котловых зарядов допускается при глубине шпуров не более 6 м. При глубине шпуров более 4 м и огневом взрывании боевики необходимо вводить с двумя зажигательными трубками, которые должны поджигаться одновременно. При глубине котловых скважин более 6 м взрывание зарядов производится только при помощи детонирующего шнура или электрическим способом с обязательным в обоих случаях дублированием взрывной сети.
Ликвидацию отказавших зарядов в котловых шпурах разрешается производить взрыванием зарядов во вспомогательных шпурах, пробуренных параллельно отказавшему, на расстоянии не ближе 50 см от стенки котла. Ликвидация отказавших зарядов в котловых скважинах производится так же, как в обычных скважинах.

Вопросы для повторения

1. Из каких операций состоят работы по простреливанию шпуров или скважин?
2. Как устроен прибор для измерения объемов котлов конструкции Π. П. Дульцева и как производятся указанные измерения при помощи этого прибора?
3. Как заряжаются котловые шпуры или скважины?
4. Способы взрывания котловых зарядов.