Building/chapters/lab-6.typ

// Форматирование (шрифты, поля, нумерация заголовков, формул, таблиц,
// рисунков, подписи) задаёт шаблон .template через document() в main.typ —
// в главе только контент.

#import "/.template/lib/index.typ": vref, vrefs, eqref, где

= Теоретические сведения

== Общие положения

Эффективность буровзрывных работ, т. е. качественное дробление породы, точное оконтуривание профиля выработки, снижение сейсмического влияния взрыва как фактора, обеспечивающего большую устойчивость выработки, кучная укладка породы у забоя после взрыва и повышение таких показателей, как коэффициент использования шпуров (к.и.ш.) и коэффициент излишка сечения (к.и.с.), зависит от правильного проектирования параметров буровзрывных работ (паспорта БВР): выбора типа ВВ и средств взрывания, определения расхода и величины заряда ВВ, выбора конструкции зарядов ВВ, установления числа, глубины и схемы расположения шпуров в забое. Паспорт БВР рекомендуется разрабатывать в зависимости от инженерно-геологических условий заложения выработки, физико-механических свойств породы, ее трещиноватости и устойчивости, степени обводненности горного массива.

== Типы шпуров, врубы

Все шпуры в забое тоннеля по условиям их работы делятся на несколько групп: врубовые, отбойные, контурные, подошвенные. Заряды врубовых шпуров производят первоначальное разрушение породы обычно в центре сечения выработки, в наиболее трудных условиях. Заряды отбойных шпуров дробят основную массу породы, контурных — придают выработке ее проектную форму, а подошвенных — оформляют подошву выработки (#vref(<laba6-ris1>, "р")).

#figure(
  image("/assets/images/laba6-gruppy-shpurov.png", width: 42%),
  caption: [Группы шпуров в забое: I — врубовые; II — отбойные; III — контурные; IV — подошвенные; $B$ — ширина выработки; $l_"в"$ — глубина врубовых шпуров; $l_"о"$ — глубина отбойных шпуров; $l_"зах"$ — величина заходки],
) <laba6-ris1>

Особенность подземных взрывных работ при разработке пород сплошным забоем состоит в том, что взрываемая порода зажата со всех сторон, кроме плоскости забоя. В этих условиях для более эффективного использования энергии взрыва, уменьшения расхода ВВ и снижения сейсмического воздействия на окружающий массив породы необходимо образовать дополнительные свободные плоскости — так называемые плоскости обнажения. Образование таких плоскостей достигается путем первоочередного взрывания врубовых шпуров, которые обычно на 10 % длиннее всех остальных шпуров и имеют заряд повышенной мощности. Эти шпуры, расположенные по определенной схеме, при взрыве образуют в массиве полость — вруб, который и служит дополнительной поверхностью обнажения, обеспечивая более благоприятные условия работы остальных шпуров.

#figure(
  image("/assets/images/laba6-klinovye-vruby.png", width: 48%),
  caption: [Отрывающие (клиновые) врубы: а — вертикальный клиновой; б — горизонтальный клиновой; в — нижний односторонний; г — верхний односторонний; д — боковой; е — многоклиновый],
) <laba6-ris2>

Существует две группы схем расположения врубовых шпуров:

а) в зависимости от направления трещин и слоев в породах, пересекаемых выработкой;

б) независимо от направления трещин и слоев в породах.

Врубовые шпуры первой группы действуют по принципу отрыва породы от массива по трещинам напластования, их называют отрывающими, или клиновыми, врубами.

В зависимости от расположения трещин и характера залегания пересекаемых пород применяют следующие основные типы отрывающих врубов (#vref(<laba6-ris2>, "т")):

- в породах с вертикальным расположением трещин — вертикальный клиновой;
- в породах с горизонтальным расположением трещин — горизонтальный клиновой;
- в слоистых породах с падением трещин на забой — нижний односторонний;
- в слоистых породах с падением трещин от забоя — верхний односторонний;
- в трещиноватых породах и крутом их падении, когда выработка располагается по простиранию пород, — боковой вруб.

Клиновые врубы чаще всего принимают при использовании перфораторов. Они обеспечивают хороший выброс породы из врубовой полости, но дают большой разброс ее от забоя. Это зачастую приводит к нарушению устойчивости временной крепи и снижению производительности погрузки породы.

При большом сечении выработки и в крепких породах применяют усиленные многоклиновые врубы.

Расстояния между шпурами клинового вруба принимают по ориентировочным данным, приведенным в #vref(<laba6-t1>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.3fr, 1fr, 1fr, 1.3fr, 1fr),
    inset: (x: 3mm, y: 2.2mm),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Коэффициент крепости пород],
      table.cell(colspan: 2)[Расстояние (м) между],
      table.cell(rowspan: 2)[#[Угол наклона шпуров к плоскости забоя, град]],
      table.cell(rowspan: 2)[Число врубовых шпуров],
      [*парами шпуров*], [*шпурами в ряду*],
    ),
    [2…6], [0,50], [2], [70], [4…6],
    [6…8], [0,45], [2], [68], [4…6],
    [8…10], [0,40], [2], [65], [6…8],
    [10…15], [0,35], [2], [63], [6…8],
    [15…20], [0,35], [1,8], [60], [6…8],
  ),
  caption: [Параметры клинового вруба],
) <laba6-t1>
]

Существенными недостатками отрывающих врубов являются:

- зависимость глубины шпуров от ширины выработки вследствие их наклонного положения;
- сложность размещения шпуров и придания им заданного угла наклона;
- трудность забуривания и реальная возможность отклонения шпуров от заданного направления, особенно с увеличением их глубины.

Врубовые шпуры второй группы располагают обычно перпендикулярно забою независимо от расположения трещин и параллельно друг к другу. Благодаря относительно сближенному расположению шпуров (10…30 см) при взрыве происходит не только отрыв породы от массива, но и главным образом разрушение ее между врубовыми шпурами.

Врубы с таким расположением шпуров называются дробящими, или, иначе, прямыми. Эти врубы обычно применяются при бурении шпуров тяжелыми бурильными установками. Известны призматические, щелевые, спиральные врубы и их комбинации (#vref(<laba6-ris3>, "т")). Схемы прямых врубов предусматривают одновременное или последовательное взрывание зарядов в шпурах, обычно комбинируемых с незаряженными шпурами или с центральной скважиной диаметром 100…150 мм, которые создают дополнительные поверхности обнажения и способствуют повышению эффективности взрыва. Прямые врубы обеспечивают возможность получения заходки любой требуемой глубины и достаточную кучность взорванной породы. Отброс породы от забоя не превышает 15…20 м в тоннелях и 8…10 м в штольнях. Достоинства этих врубов также заключаются в простоте обуривания забоя, умеренном сейсмическом и ударном воздействии на массив, возможности максимальной концентрации бурового оборудования у забоя и полной механизации процесса бурения шпуров. При использовании буровых рам и самоходных бурильных установок рекомендуется преимущественное применение прямых врубов.

#figure(
  image("/assets/images/laba6-pryamye-vruby.png", width: 55%),
  caption: [Дробящие (прямые) врубы: а — призматический; б — щелевой; в — спиральный],
) <laba6-ris3>

В результате взрыва заряда стенки шпура разрушаются не на всю длину. Отношение разрушившейся части шпура $l$ к его полной длине $l_"ш"$ называют коэффициентом использования шпуров (к.и.ш.):

$ η = l / l_"ш" $ <laba6-f-eta>

Коэффициент $η$ в горизонтальных выработках обычно составляет 0,8…0,9. Назначение глубины шпуров производят с учетом площади поперечного сечения выработки, свойств породы, принятой механизации буровзрывных и погрузочных работ, способов заряжания и взрывания зарядов ВВ.

Особое внимание следует обращать на обеспечение устойчивости выработки после взрыва. Зачастую приходится ограничивать глубину заходки именно по этому условию, хотя с точки зрения производительности работ по проходке целесообразнее принимать большую глубину заходки. Ориентировочные значения допускаемой глубины заходки по условию устойчивости выработки приведены в #vref(<laba6-t2>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.4fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Коэффициент крепости породы],
      table.cell(colspan: 2)[Глубина заходки $l_"зах"$, м],
      [в тоннеле ($S$ < 20 м²)], [в штольне ($S$ < 20 м²)],
    ),
    [2…4], [1,5…2,5], [1,5…2,0],
    [5…6], [3,0], [2,5],
    [7…8], [3,5], [3,0],
    [Более 8], [4,0], [3,5],
  ),
  caption: [Допускаемая глубина заходки по условию устойчивости выработки],
) <laba6-t2>
]

При заданной глубине заходки длина отбойных и контурных шпуров определяется коэффициентом использования шпуров и углом наклона их к плоскости забоя. Концы этих шпуров должны лежать в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси выработки. Длина врубовых шпуров должна превышать на 10 % длину остальных шпуров.

Устья контурных и подошвенных шпуров располагают в 10…20 см от проектного очертания выработки, а концы их должны находиться на проектном контуре. Отбойные шпуры располагают между врубовыми и контурными шпурами таким образом, чтобы на каждый шпур приходился примерно одинаковый объем взрываемой породы при условии достаточного ее дробления.

== Взрывчатые вещества и средства взрывания

Тип ВВ и СВ назначают в зависимости от инженерно-геологических условий заложения тоннеля, сечения выработки, физико-механических свойств горных пород. Применяют ВВ как в патронах, так и россыпью (гранулированные). В последнем случае для заряжания ВВ используют механизированные пневмозарядчики. Ориентировочный выбор ВВ производят, пользуясь данными #vref(<laba6-t3>, "п"). Размеры и масса патронов наиболее распространенных ВВ приведены в #vref(<laba6-t4>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.3fr, 0.8fr, 1.6fr, 1fr),
    inset: (x: 3mm, y: 2.2mm),
    table.header([Категория пород по крепости], [Коэффициент крепости пород], [Наименование ВВ], [Тип установки ВВ]),
    [Весьма крепкие и крепкие], [10…20],
    [Аммонит №1 скальный\
     Аммонал №3 скальный\
     Детонит М\
     Граммонал А-8],
    [Патроны\
     То же\
     »\
     Россыпью],
    [Крепкие], [7…10],
    [Аммонал\
     Гранулит АС-8В],
    [Патроны\
     Россыпью],
    [Крепкие и средней крепости], [4…7],
    [Аммонит №6ЖВ\
     Граммонит 79/21-Б\
     Гранулит АС-4В],
    [Патроны\
     Россыпью\
     »],
    [Средней крепости], [2…4],
    [Динафталит\
     Гранулит М],
    [Патроны\
     Россыпью],
    [Средней крепости и слабые], [1…2],
    [Аммонит ПЖВ-20\
     Аммонит Т-19],
    [Патроны\
     »],
  ),
  caption: [Ориентировочный выбор ВВ],
) <laba6-t3>
]

Взрывание зарядов при проходке тоннелей, как правило, производят электрическим способом с помощью электродетонаторов. Дополнительно используют, особенно при взрывании контурных рассредоточенных зарядов, детонирующий шнур.

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.6fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header([Наименование ВВ], [Диаметр патрона, см], [Длина патрона, см], [Масса патрона, г]),
    [Аммонит №1 скальный], [3,6], [17,5], [250],
    [Аммонал №3 скальный], [3,6], [25], [250],
    [Аммонал], [3,2], [25], [250],
    [Детонит М], [3,2], [25], [250],
    [Аммонит №6ЖВ], [3,2], [25], [200],
    [Динафталит], [3,2], [25], [200],
    [Аммонит ПЖВ-20], [3,6], [17,5], [200],
  ),
  caption: [Размеры и масса патронов ВВ],
) <laba6-t4>
]

Применяют следующие типы электродетонаторов (выпускаемые промышленностью):

- мгновенного действия — ЭД-8-Э, ЭД-8-ПМ, ЭДС;
- короткозамедленного действия — ЭДКЗ (со ступенями замедления 25; 50; 75; 100; 150; 250 мс), ЭДКЗ-ПМ-15 (со ступенями замедления 15; 30; 45; 75; 105; 120 мс);
- замедленного действия — ЭДЗД (со ступенями замедления 0,5; 0,75; 1,2; 4; 6; 8; 10 с).

== Расчет параметров буровзрывных работ

*Разработка на полное сечение.*

1\. Определяют средний удельный расход ВВ, кг/м³:

$ q_c = (0","3 sqrt(f) + 2/sqrt(S)) dot e dot psi dot omega $ <laba6-f-qc>

#где[
  где $f$ — коэффициент крепости породы;\
  $S$ — площадь поперечного сечения выработки, м²;\
  $e$ — коэффициент работоспособности ВВ (#vref(<laba6-t5>, "п"));\
  $psi$ — коэффициент влияния плотности заряжания (#vref(<laba6-t6>, "п"));\
  $omega$ — коэффициент структуры и трещиноватости горных пород (#vref(<laba6-t7>, "п")).
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.7fr, 0.7fr, 1.7fr, 0.7fr),
    table.header([Наименование ВВ], [$e$], [Наименование ВВ], [$e$]),
    [Аммонит №1 скальный], [0,81], [Гранулит АС-4В], [0,98],
    [Аммонал №3 скальный], [0,80], [Аммонит №6ЖВ], [1,00],
    [Детонит М], [0,82], [Граммонит 79/21-В], [1,00],
    [Граммонал А-8], [0,80], [Динафталит], [1,08],
    [Гранулит АС-8В], [0,89], [Гранулит М], [1,13],
    [Аммонал], [0,91], [Аммонит ПЖВ-20], [1,20],
  ),
  caption: [Коэффициент работоспособности ВВ],
) <laba6-t5>
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.6fr, 1fr),
    table.header([Способ заряжания], [$psi$]),
    [Заряжание обычными патронами], [1,10],
    [Заряжание с раздавливанием пластичных патронов ВВ], [1,15],
    [Заряжание россыпными ВВ], [1,00],
  ),
  caption: [Коэффициент влияния плотности заряжания],
) <laba6-t6>
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.6fr, 1fr, 1fr),
    table.header([Горно-геологическая характеристика], [$omega$], [$f$]),
    [Монолитные плотные], [1,9…2,0], [18…20],
    [Монолитные, с жильными включениями, ослабляющими массив в зонах контакта], [1,8…1,9], [14…18],
    [Нетрещиноватые, с перпендикулярными к продольной оси тоннеля напластованиями], [1,6…1,8], [10…14],
    [Без видимых трещин, с параллельными или наклонными до 70° напластованиями к продольной оси тоннеля], [1,4…1,6], [8…10],
    [Слаботрещиноватые (до 2 трещин на 1 м² забоя)], [1,0…1,4], [6…8],
    [Трещиноватые (от 2 до 5 трещин на 1 м² забоя)], [0,8…1,0], [4…6],
    [Сильнотрещиноватые (свыше 5 трещин на 1 м² забоя)], [0,6…0,8], [2…4],
  ),
  caption: [Коэффициент структуры и трещиноватости горных пород],
) <laba6-t7>
]

2\. Вычисляют линию наименьшего сопротивления (л.н.с.) отбойных шпуров, м:

$ w_0 ≈ 52 dot k_"з" dot d dot sqrt(rho_"вв"/(rho dot e dot omega)) $ <laba6-f-w0>

#где[
  где $k_"з"$ — коэффициент зажима (#vref(<laba6-t8>, "п"));\
  $d$ — диаметр заряда ВВ, м;\
  $rho_"вв"$ — плотность ВВ в патронах (при заряжании), кг/м³ (#vref(<laba6-t9>, "п"));\
  $rho$ — расчетная плотность породы, кг/м³ (#vref(<laba6-t10>, "п")).
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.6fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header([Площадь сечения выработки, м²], [Менее 20], [20…50], [Более 50]),
    [$k_"з"$], [0,7], [0,8], [0,9],
  ),
  caption: [Коэффициент зажима],
) <laba6-t8>
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.7fr, 1.1fr, 1.7fr, 1.1fr),
    table.header([Наименование ВВ], [$rho_"вв" dot 10^(-3)$, кг/м³], [Наименование ВВ], [$rho_"вв" dot 10^(-3)$, кг/м³]),
    [Аммонит №1 скальный], [1,45…1,58], [Аммонит ПЖВ-20], [1,05…1,20],
    [Аммонал №3 скальный], [0,90…1,10], [Аммонит Т-19], [1,05…1,20],
    [Аммонал], [0,95…1,15], [Граммонал А-8], [1,00…1,25],
    [Детонит М], [0,95…1,20], [Гранулит АС-8В], [1,00…1,20],
    [Аммонит №6ЖВ], [1,00…1,20], [Гранулит АС-4В], [1,00…1,20],
    [Динафталит], [1,00…1,15], [Граммонит 79/21-Б], [1,00…1,25],
  ),
  caption: [Плотность ВВ в патронах при заряжании],
) <laba6-t9>
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.6fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      [Коэффициент крепости породы], [2…3], [4…6], [7…9], [10…14], [15 и более],
    ),
    [$rho$, кг/м³], [2100], [2500], [2750], [2900], [3000],
  ),
  caption: [Расчетная плотность породы],
) <laba6-t10>
]

3\. Назначают расстояние между шпурами: для врубовых — по схеме принятого вруба, для отбойных и подошвенных — по #vref(<laba6-t11>, "д"), для контурных — по #vref(<laba6-t12>, "д").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.2fr, 1.4fr, 1.4fr),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Наименование шпуров],
      table.cell(colspan: 2)[Расстояние в долях л.н.с. $w_0$],
      [*между рядами шпуров*], [*между шпурами в ряду*],
    ),
    [Отбойные], [0,80…0,95], [0,90…0,95],
    [Подошвенные], [0,70…0,85], [0,70…0,90],
  ),
  caption: [Расстояния между отбойными и подошвенными шпурами],
) <laba6-t11>
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.2fr, 1fr, 1.2fr, 1.3fr),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Коэффициент крепости породы],
      table.cell(colspan: 3)[Расстояние (м) в породах],
      [монолитных], [слаботрещиноватых], [сильнотрещиноватых],
    ),
    [2…3], [0,6], [0,7], [0,6],
    [4…6], [0,5], [0,6], [0,7],
    [7…9], [0,4], [0,5], [0,6],
    [10…12], [0,3], [0,4], [0,5],
  ),
  caption: [Расстояния между контурными шпурами],
) <laba6-t12>
]

В практике обычно принимают расстояния между шпурами и рядами шпуров одинаковыми.

При использовании контурных шпуров с профильными надрезами-концентраторами напряжений расстояние между этими шпурами принимают равным расстоянию между отбойными шпурами.

4\. Определяют необходимое количество шпуров:

$ N = N_"к" + N_"п" + N_"о" + N_"вр" $ <laba6-f-n>

#где[
  где $N_"к"$ — количество контурных шпуров;\
  $N_"п"$ — количество подошвенных шпуров;\
  $N_"о"$ — количество отбойных шпуров;\
  $N_"вр"$ — количество врубовых шпуров.
]

Количество контурных шпуров находят по формуле

$ N_"к" = p_"к"/a_"к" + 1 $ <laba6-f-nk>

#где[
  где $p_"к"$ — периметр выработки по линии расположения контурных шпуров, м;\
  $a_"к"$ — расстояние между контурными шпурами, м.
]

Линия наименьшего сопротивления контурных шпуров, м:

$ w_"к" = a_"к"/m $ <laba6-f-wk>

#где[
  где $m$ — коэффициент сближения контурных зарядов (#vref(<laba6-t13>, "п")).
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.6fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      [Коэффициент крепости породы], [2…3], [4…6], [7…9], [10…14], [15…20],
    ),
    [$m$], [1,0], [0,9], [0,8], [0,7], [0,6],
  ),
  caption: [Коэффициент сближения контурных зарядов],
) <laba6-t13>
]

Площадь сечения забоя, взрываемую контурными зарядами, м², определяют по формуле

$ S_"к" = (N_"к" − 1) dot a_"к" dot w_"к" $ <laba6-f-sk>

Количество подошвенных шпуров

$ N_"п" = B/a_"п" + 1 $ <laba6-f-np>

#где[
  где $B$ — ширина выработки по подошве, м;\
  $a_"п"$ — расстояние между подошвенными шпурами, м.
]

Площадь сечения забоя, взрываемая подошвенными шпурами, м²:

$ S_"п" = w_0 dot B $ <laba6-f-sp>

Количество врубовых шпуров $N_"вр"$ и площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами, $S_"вр"$ определяют по схеме вруба.

Количество отбойных шпуров находят по формуле

$ N_"о" = (1","27 dot q_c dot S_"о")/(d^2 dot k_"зап" dot rho_"вв" dot k_"у") $ <laba6-f-no>

#где[
  где $S_"о" = S − (S_"к" + S_"п" + S_"вр")$ — площадь сечения забоя, взрываемая отбойными зарядами, м²;\
  $k_"зап"$ — коэффициент заполнения шпура при заряжании (#vref(<laba6-t14>, "п"));\
  $k_"у"$ — коэффициент уплотнения зарядов ВВ в процессе заряжания, для россыпных и пластинчатых ВВ $k_"у"$ = 1,05…1,15, для патронированных $k_"у"$ = 1.
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.9fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      [Коэффициент крепости породы $f$], [2…3], [4…6], [7…9], [10…14], [15…20],
    ),
    [$k_"зап"$], [0,50…0,55], [0,60…0,65], [0,65…0,70], [0,70…0,75], [0,75…0,80],
  ),
  caption: [Коэффициент заполнения шпура при заряжании],
) <laba6-t14>
]

5\. После определения количества шпуров составляют схему расположения шпуров на чертеже поперечного сечения выработки, на которой уточняют количество отбойных шпуров и общее количество шпуров (#vref(<laba6-ris4>, "п")).

6\. Определяют расход ВВ на цикл (заходку). Вначале получают ориентировочный расход ВВ, кг, по формуле

$ Q = q_c dot S dot l_"зах" $ <laba6-f-q>

Находят массу контурного заряда, кг:

$ q_"к" = l_"к" dot k_"к" $ <laba6-f-qk>

#где[
  где $l_"к"$ — глубина контурного шпура, м;\
  $k_"к"$ — коэффициент концентрации контурных зарядов, кг/м (#vref(<laba6-t15>, "п")).
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.6fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      [Коэффициент крепости породы], [2…3], [4…6], [7…9], [10…14], [15…20],
    ),
    [$k_"к"$], [0,25], [0,30], [0,35], [0,40], [0,45],
  ),
  caption: [Коэффициент концентрации контурных зарядов],
) <laba6-t15>
]

При расчете массы патронированного заряда необходимо иметь в виду, что в шпуре должно размещаться целое число патронов ВВ. Поэтому расчетную массу заряда корректируют с учетом этого условия.

Общая масса контурных зарядов, кг:

$ Q_"к" = q_"к" dot N_"к" $ <laba6-f-qk2>

Средняя масса врубового заряда, кг:

$ q_"вр" = (1","2 dot (Q − Q_"к"))/(N − N_"к") $ <laba6-f-qvr>

Общая масса врубовых зарядов, кг:

$ Q_"вр" = q_"вр" dot N_"вр" $ <laba6-f-qvr2>

Масса отбойного и подошвенного зарядов, кг:

$ q_"оп" = (Q − (Q_"к" + Q_"вр"))/(N − (N_"к" + N_"вр")) $ <laba6-f-qop>

Общая масса отбойных и подошвенных зарядов, кг:

$ Q_"оп" = q_"оп" dot (N_"о" + N_"п") $ <laba6-f-qop2>

Общий расход ВВ на цикл, кг:

$ Q_"вв" = Q_"к" + Q_"оп" + Q_"вр" $ <laba6-f-qvv>

#figure(
  image("/assets/images/laba6-shema-bvr.png", width: 62%),
  caption: [Схема к расчету параметров БВР при разработке тоннеля на полное сечение: $w_0$ и $w_"к"$ — л.н.с. отбойных и контурных шпуров; $a_"о"$, $a_"к"$, $a_"п"$ — расстояния соответственно между отбойными, контурными и подошвенными шпурами; $S_"вр"$, $S_"о"$, $S_"к"$, $S_"п"$ — площади сечения забоя, взрываемые соответственно врубовыми, отбойными, контурными и подошвенными шпурами],
) <laba6-ris4>

= Ход работы

Исходные данные для расчета параметров БВР приведены в #vref(<laba6-t16>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr, 1fr),
    table.header(
      [$f$], [$S$, м²], [$B$, м], [$P$, м], [$l_"к"$, м], [$l_"зах"$, м],
    ),
    [8], [14,17], [4,53], [12,55], [3,5], [3,0],
  ),
  caption: [Исходные данные],
) <laba6-t16>
]

Для породы с коэффициентом крепости $f$ = 8 (крепкие породы) по #vref(<laba6-t3>, "д") принято ВВ аммонал в патронах; по #vref(<laba6-t4>, "д") патрон диаметром 3,2 см, длиной 25 см и массой 250 г. По #vref(<laba6-t5>, "д") коэффициент работоспособности аммонала $e$ = 0,91; при заряжании обычными патронами $psi$ = 1,10 (#vref(<laba6-t6>, "д")); плотность ВВ в патронах принята средней для диапазона 0,95…1,15: $rho_"вв"$ = 1050 кг/м³ (#vref(<laba6-t9>, "д")); расчетная плотность породы при $f$ = 8 составляет $rho$ = 2750 кг/м³ (#vref(<laba6-t10>, "д")). Порода принята слаботрещиноватой, поэтому $omega$ = 1,2 — среднее значение диапазона (#vref(<laba6-t7>, "д")). Взрывание зарядов электрическое, средствами инициирования приняты электродетонаторы.

1\. Средний удельный расход ВВ по формуле #eqref(<laba6-f-qc>):

$ q_c = (0","3 sqrt(8) + 2/sqrt(14","17)) dot 0","91 dot 1","1 dot 1","2 = 1","66 "кг/м"^3 $ <laba6-r-qc>

2\. Линия наименьшего сопротивления отбойных шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-w0>) при $k_"з"$ = 0,7 (сечение $S$ = 14,17 м² < 20 м², #vref(<laba6-t8>, "д")):

$ w_0 = 52 dot 0","7 dot 0","032 dot sqrt(1050/(2750 dot 0","91 dot 1","2)) = 0","69 "м" $ <laba6-r-w0>

3\. Расстояния между шпурами: для отбойных шпуров по #vref(<laba6-t11>, "д") — 0,9$w_0$ = 0,62 м, принято $a_"о"$ = 0,6 м (одинаковым между шпурами и рядами шпуров); для подошвенных — 0,8$w_0$ = 0,55 м; для контурных при $f$ = 8 в слаботрещиноватых породах по #vref(<laba6-t12>, "д") — $a_"к"$ = 0,5 м.

4\. Необходимое количество шпуров. Количество контурных шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-nk>) при $p_"к"$ = $P$ = 12,55 м:

$ N_"к" = frac(12","55, 0","5) + 1 = 26","1 ≈ 26 $ <laba6-r-nk>

Линия наименьшего сопротивления контурных шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-wk>) при $m$ = 0,8 ($f$ = 8, #vref(<laba6-t13>, "д")):

$ w_"к" = frac(0","5, 0","8) = 0","63 "м" $ <laba6-r-wk>

Площадь сечения забоя, взрываемая контурными зарядами, по формуле #eqref(<laba6-f-sk>):

$ S_"к" = (26 − 1) dot 0","5 dot 0","63 = 7","88 "м"^2 $ <laba6-r-sk>

Количество подошвенных шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-np>):

$ N_"п" = frac(4","53, 0","55) + 1 = 9","2 ≈ 9 $ <laba6-r-np>

Площадь сечения забоя, взрываемая подошвенными шпурами, по формуле #eqref(<laba6-f-sp>):

$ S_"п" = 0","69 dot 4","53 = 3","13 "м"^2 $ <laba6-r-sp>

Вруб принят вертикальный клиновой: по #vref(<laba6-t1>, "д") для крепости $f$ = 8 — восемь шпуров (четыре пары) с расстоянием между парами 0,4 м и углом наклона 65° к плоскости забоя; площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами, по схеме вруба $S_"вр"$ = 1,5 м².

Площадь сечения забоя, взрываемая отбойными зарядами:

$ S_"о" = 14","17 − (7","88 + 3","13 + 1","5) = 1","66 "м"^2 $ <laba6-r-so>

Количество отбойных шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-no>) при $k_"зап"$ = 0,70 ($f$ = 8, #vref(<laba6-t14>, "д")) и $k_"у"$ = 1 (патронированное ВВ):

$ N_"о" = (1","27 dot 1","66 dot 1","66)/(0","032^2 dot 0","70 dot 1050 dot 1) = 4","65 ≈ 5 $ <laba6-r-no>

Общее количество шпуров по формуле #eqref(<laba6-f-n>):

$ N = 26 + 9 + 5 + 8 = 48 $ <laba6-r-n>

Схема расположения шпуров на чертеже поперечного сечения выработки приведена на #vref(<laba6-ris5>, "р"): 26 контурных шпуров размещены по контуру сечения с шагом $a_"к"$ = 0,5 м, 8 врубовых образуют вертикальный клиновой вруб в центре забоя (четыре пары с углом наклона к плоскости забоя 65°, #vref(<laba6-t1>, "д")), 5 отбойных расположены между врубом и контурными шпурами, 9 подошвенных — вдоль подошвы выработки. Количество отбойных шпуров и общее количество шпуров уточнены по схеме без изменений. Взрывание производится в четыре ступени: в первую взрывают врубовые заряды (шпуры 1…8), во вторую — отбойные (9…13), в третью — подошвенные (14…22), в четвертую — контурные (23…48).

// Схема расположения шпуров вынесена на отдельный лист А3 (альбомная ориентация)
#page(paper: "a3", flipped: true)[
  #figure(
    image("/assets/images/laba6-shpury-zaboya.png", width: 100%, height: 23cm, fit: "contain"),
    caption: [Схема расположения шпуров],
  ) <laba6-ris5>
]

5\. Глубина шпуров и заходка. Глубина отбойных и контурных шпуров принята по заданию $l_"к"$ = 3,5 м; при этом коэффициент использования шпуров

$ η = l_"зах"/l_"к" = frac(3, 3","5) = 0","86 $ <laba6-r-eta>

находится в рекомендуемых пределах 0,8…0,9. Глубина врубовых шпуров принята на 10 % больше: $l_"вр"$ = 1,1 · 3,5 = 3,85 м. Допускаемая глубина заходки по условию устойчивости выработки при $f$ = 8 составляет 4,0 м (#vref(<laba6-t2>, "д")), что больше принятой $l_"зах"$ = 3 м.

6\. Расход ВВ на цикл (заходку). Ориентировочный расход ВВ по формуле #eqref(<laba6-f-q>):

$ Q = 1","66 dot 14","17 dot 3 = 70","57 "кг" $ <laba6-r-q>

Масса контурного заряда по формуле #eqref(<laba6-f-qk>) при $k_"к"$ = 0,35 ($f$ = 8, #vref(<laba6-t15>, "д")):

$ q_"к" = 3","5 dot 0","35 = 1","225 "кг" $ <laba6-r-qk>

Расчетная масса корректируется до целого числа патронов массой 250 г: принято 5 патронов, $q_"к"$ = 1,25 кг (длина заряда 5 · 25 = 125 см при глубине шпура 3,5 м). Общая масса контурных зарядов по формуле #eqref(<laba6-f-qk2>):

$ Q_"к" = 1","25 dot 26 = 32","5 "кг" $ <laba6-r-qk2>

Средняя масса врубового заряда по формуле #eqref(<laba6-f-qvr>):

$ q_"вр" = (1","2 dot (70","57 − 32","5))/(48 − 26) = 2","08 "кг" $ <laba6-r-qvr>

Принято 8 патронов: $q_"вр"$ = 2,0 кг. Общая масса врубовых зарядов по формуле #eqref(<laba6-f-qvr2>):

$ Q_"вр" = 2","0 dot 8 = 16","0 "кг" $ <laba6-r-qvr2>

Масса отбойного и подошвенного зарядов по формуле #eqref(<laba6-f-qop>):

$ q_"оп" = (70","57 − (32","5 + 16","0))/(48 − (26 + 8)) = 1","58 "кг" $ <laba6-r-qop>

Принято 6 патронов: $q_"оп"$ = 1,5 кг. Общая масса отбойных и подошвенных зарядов по формуле #eqref(<laba6-f-qop2>):

$ Q_"оп" = 1","5 dot (5 + 9) = 21","0 "кг" $ <laba6-r-qop2>

Общий расход ВВ на цикл по формуле #eqref(<laba6-f-qvv>):

$ Q_"вв" = 32","5 + 21","0 + 16","0 = 69","5 "кг" $ <laba6-r-qvv>

Полученный расход не превышает ориентировочного: $Q_"вв"$ = 69,5 кг < $Q$ = 70,57 кг.

Основные параметры запроектированного паспорта БВР сведены в #vref(<laba6-t17>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.4fr, 1fr, 1.5fr),
    table.header([Параметр], [Обозначение], [Значение]),
    [Тип ВВ], [—], [Аммонал, патроны 3,2×25 см, 250 г],
    [Коэффициент работоспособности ВВ], [$e$], [0,91],
    [Средний удельный расход ВВ], [$q_c$], [1,66 кг/м³],
    [Л.н.с. отбойных шпуров], [$w_0$], [0,69 м],
    [Л.н.с. контурных шпуров], [$w_"к"$], [0,63 м],
    [Расстояние между отбойными шпурами], [$a_"о"$], [0,6 м],
    [Расстояние между подошвенными шпурами], [$a_"п"$], [0,55 м],
    [Расстояние между контурными шпурами], [$a_"к"$], [0,5 м],
    [Количество контурных шпуров], [$N_"к"$], [26],
    [Количество отбойных шпуров], [$N_"о"$], [5],
    [Количество подошвенных шпуров], [$N_"п"$], [9],
    [Количество врубовых шпуров], [$N_"вр"$], [8],
    [Общее количество шпуров], [$N$], [48],
    [Глубина отбойных и контурных шпуров], [$l_"к"$], [3,5 м],
    [Глубина врубовых шпуров], [$l_"вр"$], [3,85 м],
    [Глубина заходки], [$l_"зах"$], [3,0 м],
    [Коэффициент использования шпуров], [$η$], [0,86],
    [Масса контурного заряда], [$q_"к"$], [1,25 кг (5 патронов)],
    [Масса врубового заряда], [$q_"вр"$], [2,0 кг (8 патронов)],
    [Масса отбойного и подошвенного зарядов], [$q_"оп"$], [1,5 кг (6 патронов)],
    [Расход ВВ на цикл], [$Q_"вв"$], [69,5 кг (278 патронов)],
  ),
  caption: [Основные параметры паспорта БВР],
) <laba6-t17>
]

*Вывод:* таким образом, для выработки площадью сечения 14,17 м² в крепких слаботрещиноватых породах с коэффициентом крепости $f$ = 8 запроектирован паспорт буровзрывных работ на полное сечение: в качестве ВВ принят аммонал в патронах диаметром 32 мм; в забое располагается 48 шпуров, в том числе 8 врубовых (вертикальный клиновой вруб), 5 отбойных, 9 подошвенных и 26 контурных; составлена схема расположения шпуров на поперечном сечении выработки с нумерацией шпуров и очерёдностью их взрывания. Глубина шпуров 3,5 м (врубовых 3,85 м) обеспечивает заходку 3,0 м при коэффициенте использования шпуров 0,86. Общий расход ВВ на цикл составляет 69,5 кг, что соответствует принятому удельному расходу 1,66 кг/м³.