При проектировании БВР прежде всего учитываются такие свойства горных пород, как крепость и буримость. Соотношение между коэффициентом крепости горных пород по М.М. Протодьяконову и категорией пород по буримости приведено ниже:
| Категория пород по буримости | Коэффициент крепости | Категория пород по буримости | Коэффициент крепости |
| 0,3 | XI | 5-6 | |
| II | 0,5 | XII | 6-7 |
| III | 0,6 | XIII | 8-9 |
| IV | 0,8-1 | XIV | 9-10 |
| V | 1,2 | XV | 11-12 |
| VI | 1,6 | XVI | 13-15 |
| VII | XVII | 16-17 | |
| VIII | 2-3 | XVIII | 17-18 |
| IX | 3-4 | XIX | 18-19 |
| X | XX |
Одним из критериев эффективности БВР является величина коэффициента использования шпуров (КИШ). Удовлетворительными значениями КИШ можно считать для монолитных скальных пород XVI-XX категорий – 0,75-0,8; в породах средней крепости (XI-XV категории) – 0,8-0,85; в породах ниже Х категории – 0,85-0,9.
Исходным параметром при составлении паспорта буровзрывных работ является глубина шпуров в комплекте. Она может быть определена по заданной месячной скорости проходки, м:
(1)
где L - проектная длина выработки, м; Т – время, отводимое на проходку выработки, мес.; n - число рабочих дней в месяц (25 или 30); m - число рабочих смен в сутки (от 1 до 4 смен); к – число циклов в каждой смене (1 цикл, реже 2); h - коэффициент использования шпуров.
На практике средняя глубина шпуров чаще всего находится в следующих пределах (табл. 4).
Таблица 4
| Коэффициент крепости пород, f | Глубина шпуров при площади поперечного сечения выработки, м | |
| до 12 м2 | более 12 м2 | |
| 1,5-3 | 3-2,5 | 3,5-3,0 |
| 4-6 | 2,5-2,0 | 3-2,5 |
| 7-20 | 2,5-1,5 | 2,5-2,0 |
Выбор взрывчатого вещества (ВВ) можно осуществлять в соответствии с рекомендациями, изложенными ниже:
| Сухие шпуры в породах с f £ 12 | Аммонит 6ЖВ |
| То же в породах с f > 12 | Детонит М, аммонал скальный № 3 |
| Обводненные шпуры в породах с f £ 12 | Аммонит 6ЖВ в полиэтиленовой оболочке; аммонал М-10 |
| То же в породах с f > 12 | Детонит М; аммонит скальный № 1, аммонал скальный №3 в полиэтиленовой оболочке |
Характеристика гранулированных ВВ для механического заряжания и патронированных ВВ, заряжание которыми осуществляется вручную приведена в табл. 5.
Характеристика взрывчатых веществ
Таблица 5
| Тип ВВ | Работоспособность, см3 | Плотность ВВ, г/см3 | Материал оболочки патрона | Параметры патрона | ||
| Диаметр, мм | Масса, г | Длина, мм | ||||
| Аммонал М-10 | 0,95-1,1 | Бумага | ||||
| Аммонал скальный № 3 | 450-470 | 1-1,1 | Бумага, полиэтилен | |||
| Аммонит 6ЖВ | 360-380 | 1-1,2 | Бумага, полиэтилен | 32, 36 | ||
| Аммонит скальный № 1 | 450-480 | 1,43-1,58 | Бумага | |||
| Детонит М | 450-500 | 0,92-1,2 | Бумага |
Чем выше работоспособность ВВ, тем в более крепких породах целесообразно его использовать.
Оборудование для бурения шпуров (табл. 6) при проведении горизонтальных горноразведочных выработок выбирается в зависимости от физико-механических свойств пород (крепости, трещиноватости) и размеров поперечного сечения выработки. В породах с f > 4 может использоваться ударно-поворотный способ бурения (перфораторы), при f ³ 16 – вращательно-ударный способ (бурильные установки), и при f < 10 – вращательное бурение ручными или колонковыми электросверлами. Однако на горноразведочных работах шпуры в породах с f ³ 4 чаще бурятся перфораторами.
В выработках с небольшой площадью поперечного сечения применяются либо ручные электросверла (в мягких породах), либо переносные перфораторы на пневмоподдержках или распорных устройствах УПБ-1А (ЛКР-У). Чем выше f, тем с большей энергией удара следует выбирать перфоратор. В выработках с площадью поперечного сечения более 6 м2 могут применяться бурильные установки БУЭ, БУ, СБКН и др.
Оборудование для бурения шпуров
Таблица 6
| Тип оборудования | Марка бурильной машины | Коэффициент крепости пород, f | Площадь поперечного сечения выработки, м2 | Максимальные размеры обуриваемого забоя, м (высота × ширина | |
| Ручные электросверла | ЭР-14Д-2М СЭР-19М ЭР-18Д-2М ЭРП-18Д-2М | f £ 2 -"- -"- f £ 4 | Любая -"- -"- -"- | - - - - | |
| Колонковые электросверла на распорных колонках КЭБ | ЭБГ-1 СЭК-1 ЭБГП-1 | f £ 10 -"- -"- | До 6 -"- -"- | - - - | |
| Переносные перфораторы на пневмоподдержках | ПП – 36 ПП – 50 ПП – 54 ПП - 63 | f < 9 f < 14 f < 18 f > 16 | Любая -"- -"- -"- | - - - - | |
| Бурильные установки БУЭ-1М | Вращательная бурильная головка 1100-1-1М Универсальная бурильная головка БГА | f < 6 f = 6 – 16 | Более 6 -"- | 2,8 х 3,3 -"- | |
| Бурильная установка БУ-1Б | БГА-1М | f = 8-16 | -"- | 3,7 х 5 | |
| Бурильная установка СБКН-2М | Колонковый перфоратор ПК-60 | f =10 –20 | Более 5 | 3,2 x 3,7 | |
Количество одновременно работающих в забое бурильных машин определяется исходя из площади поперечного сечения выработки: для ручных электросверл и переносных перфораторов – 1,5-2 м2; для колонковых электросверл и перфораторов - 2,5-3 м2 площади забоя на одну бурильную машину.
Буровые штанги для ручных электросверл изготавливаются из витой стали ромбического профиля. Буровой комплект состоит обычно из 2-4 штанг; длина самой короткой штанги (забурника) принимается равной 0,5-0,7 м и каждая последующая штанга комплекта длиннее предыдущей на 0,7-0,9 м.
Для переносных перфораторов применяются шестигранные штанги с осевым отверстием для промывки (табл. 7).
Буровые штанги для переносных перфораторов
Таблица 7
| Типоразмер | Диаметр штанги, мм | Длина штанги, мм | Масса, кг | Типоразмер | Диаметр штанги, мм | Длина штанги, мм | Масса, кг |
| БШ-22-700 | 2,1 | БШ-25-700 | 2,8 | ||||
| БШ-22-1600 | 4,8 | БШ-25-1600 | 6,3 | ||||
| БШ-22-2500 | 7,4 | БШ-25-2500 | 9,9 | ||||
| БШ-22-3400 | 10,1 | БШ-25-3400 | 13,7 | ||||
| БШ-22-4300 | 12,8 | БШ-25-4300 | 17,0 |
Для колонковых электросверл буровые штанги изготавливаются из труб диаметром 33,5 мм (отрезками длиной, равной ходу шпинделя электросверла) с ниппельным соединением. При использовании бурильных установок шпуры бурятся на всю глубину одной штангой. Для бурения шпуров бурильными установками с колонковыми перфораторами ПК могут использоваться штанги диаметром 32 м с резьбовым соединением с хвостовиком (каталожный № 203), а при оснащении установки бурильной головкой БГА – штанги с конусным соединением (каталожный № 291, табл. 8).
Штанги диаметром 32 мм для ударно-поворотного
и вращательно-ударного бурения
Таблица 8
| Каталожный № | Длина штанги, мм | Масса, кг | Каталожный № | Длина штанги, мм | Масса, кг |
| 203-2512 | 7,1 | 291-2524 | 14,8 | ||
| 203-2515 | 8,9 | 291-2531 | 18,0 | ||
| 203-2518 | 9,1 | 291-2543 | 25,0 | ||
| 203-2524 | 15,4 | - | - | - | |
| 203-2531 | 18,0 | - | - | - | |
| 203-2537 | 21,0 | - | - | - |
Породоразрушающим инструментом для вращательного бурения являются резцы, технические параметры которых приведены в табл.9.
Ударно-поворотное бурение осуществляется коронками КДП долотчатой формы (вязкие монолитные породы, f = 8 – 14), крестовой формы ККП (вязкие трещиноватые и абразивные породы f = 4 – 14) или трехперыми штыревыми коронками КТШ (хрупкие породы, монолитные и трещиноватые f = 14 – 20). Коронки диаметром до 43 мм применяются обычно для перфораторов с энергией удара до 60 Дж, диаметром 46-65 мм – с энергией удара до 85-90 Дж и т.д. Для вращательно-ударного бурения используются коронки марок БУ и КУВШ. Техническая характеристика коронок приведена в табл. 10.
Резцы для вращательного бурения шпуров
Таблица 9
| Буровое оборудование | Коэфф. крепости, f | Тип резца | Диаметр резца, мм | Марка твердого сплава | Масса резца, кг |
| Ручные электросверла | РУ-4М РУ-43 РУ6-1 | ВК-4В ВК-8 ВК-8 | 0,17 0,12 0,18 | ||
| Ручные и колонковые сверла | РУ-13 | ВК-8 | 0,16 | ||
| Колонковые сверла | РП-7 РП-42 | ВК-8 ВК-6 | 0,18 0,28 |
Коронки для бурения шпуров
Таблица 10
| Марка коронки | Диаметр коронки, мм | Марка твердого сплава | Масса коронки, кг |
| КДП-32-19 36-22 40-25 43-25 | ВК-15 или ВК-11В -"- -"- -"- | 0,3 0,38 0,45 0,49 | |
| ККП-40-25 43-25 46-25 52-25 | ВК-15 или ВК-11В -"- -"- -"- | 0,48 0,59 0,62 0,66 | |
| КТШ-36-25 40-25 43-25 46-31 52-31 | ВК-11В -"- -"- -"- -"- | 0,43 0,51 0,56 0,80 0,89 | |
| БУ-43-25 | ВК-8В | 0,42 | |
| БУ-52-25 | ВК-15 | 0,55 | |
| КУВШ-43-25 | ВК-8В | 0,4 |
Диаметр шпуров (резцов и буровых коронок) необходимо увязывать с диаметром патронов ВВ. Для патронов диаметром 32 и 36 мм следует применять резцы и буровые коронки диаметром соответственно 40 и 43 мм (при огневом и электроогневом взрывании) и 36 и 40 мм (при электрическом способе взрывания).
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ БВР
1. Определяется коэффициент крепости горных пород с поправкой проф. Л.И.Барона на их разрушаемость взрывом:
(2)
2. Определяется удельный расход эталонного ВВ на разрушение породы в контурах воронки нормального выброса, кг/м3:
qо = 0,1× f1 (3)
3. Вычисляются коэффициенты относительной работоспособности взрывчатого вещества p и зажима пород w:
(4); 
(5)
где А – работоспособность принятого ВВ, см3, а 360 см3 – эталонного ВВ
4. Определяется удельный расчетный расход ВВ. кг/м3:
q = qo × f ' × p × w (6)
где f ' – коэффициент структуры, учитывающий влияние структурных особенностей породы (в вязких упругих и пористых породах f ' = 2, в дислоцированных с мелкой трещиноватостью f ' = 1,4, в породах со сланцеватым строением и меняющейся крепостью f ' = 1,3, в монолитных хрупких породах f ' = 1, в мелкослоистых плотных породах, f ' = 0,7-0,8.
5. По формуле Н.М.Покровского определяется количество шпуров в забое:
(7)
где d - диаметр патрона ВВ, м.; или шпура при гранулированном ВВ, rвв - плотность ВВ в заряде, кг/м3; К3 - коэффициент заполнения шпуров взрывчатым веществом. Значение К3 можно принимать с учетом рекомендаций СНиП Ш-П-77 (табл. 11) или определять из выражения:
Зависимость коэффициента заполнения К3 от крепости пород
Таблица 11
| Диаметр патрона ВВ, мм | f < 12 | f ³ 12 |
| 0.35-0,70 | 0,75-0,85 | |
| 32, 36 | 0,30-0,60 | 0,60-0,85 |
| 0,30-0,50 | 0,50-0,75 |
При выборе схемы расположения шпуров необходимо придерживаться следующих основных положений: в забоях с одной плоскостью обнажения предусматриваются врубовые, отбойные и оконтуривающие шпуры.
При однородной структуре пород чаще всего применяется врубы: наклонные (клиновые, пирамидальные) и прямые (призматические, щелевые и т. д).
Наклонные врубы применяются при проведении выработок с площадью поперечного сечения более 5 м2 по породам с горизонтальной трещиноватостью или напластованием. Наклонные врубовые шпуры располагаются под углом 60°-70° к плоскости забоя,
Прямые врубы применяются при проведении выработок с любой площадью поперечного сечения.
В прямых врубах, шпуры бурятся под углом 900 к плоскости забоя параллельно друг другу.
Отбойные шпуры бурятся под углом 90°, оконтуривающие – под углом 85°-87° с наклоном в сторону проектного контура выработки.
Примерное соотношение между количеством врубовых nвр, отбойных nотб., оконтуривающих nок шпуров в комплекте рекомендуется принимать в следующей пропорции: (nвр: nотб: nок) как (1: 0,5: 2,5).
Чем крепче порода, тем ближе друг к другу должны быть расположены врубовые шпуры.
При клиновом врубе с оптимальным наклоном шпуров к плоскости забоя расстояние между парами шпуров можно выбирать по табл. 12.
Таблица 12
| f | Расстояние между парами врубовых шпуров (см) при диаметре патрона 36 мм в зависимости от работоспособности ВВ (см3) | |||
| 250-295 | 300-345 | 350-395 | 400-450 | |
| 5-6 | 43-45 | 46-48 | 49-51 | 52-54 |
| 7-8 | 40-42 | 43-45 | 46-48 | 49-51 |
| 9-10 | 37-39 | 40-42 | 43-45 | 46-48 |
| 11-13 | 34-36 | 33-39 | 40-42 | 43-45 |
| 14-18 | 31-34 | 34-36 | 37-39 | 40-42 |
Расстояние между устьями врубовых шпуров, сходящихся на клин, определяется из условия расположения в забое бурового оборудования и инструмента (т.е., чтобы ширина выработки позволяла бы пробурить наклонные врубовые шпуры требуемой глубины). рис. 5.
Расстояние между забоями врубовых шпуров, сходящихся на клин, принимается равным 5-15 см. Расстояние между отбойными шпурами и врубовыми, а также расстояние между оконтуривающими шпурами должны определяться исходя из линии наименьшего сопротивления (Л.Н.С. - W).
Л.Н.С. (W) ориентировочно можно принимать по табл. 13. Причем необходимо отметить, что у почвы выработки расстояние должно быть несколько уменьшено, а у кровли расстояние нужно несколько увеличить, соответственно уменьшив количество шпуров. Расстояние от контура выработки до устьев оконтуривающих шпуров примерно 15 см.
Таблица 13
| Коэффициент крепости пород, f | Л.Н.С. в зависимости от работоспособности ВВ (см3) | |
| А=350-395 см3 | А=400 и выше см3 | |
| 7-8 | 0,66-0,70 | 0,72-0,8 |
| 9-11 | 0,60-0,64 | 0,66-0,70 |
| 12-14 | 0,52-0,56 | 0,60-0,64 |
| 15-18 | 0,45-0,50 | 0,52-0,60 |
Забои оконтуривающих шпуров, пробуренных вдоль боковых стенок и кровли выработки, должны располагаться на линии контура проектного сечения выработки (в породах с f £ 12) или выступать за контур сечения на 5-10 см (при f > 12).
Оконтуривающие шпуры вдоль почвы выработки всегда заглубляются ниже контура проектного сечения (на 5-10 см), если в выработке предполагается настилка рельсовых путей. При сооружении в выработке дренажной канавки бурится дополнительный шпур, забой которого располагается на уровне дна канавки (см. рис. 5).
Глубина отбойных и оконтуривающих шпуров может приниматься одинаковой и определяться по формуле (1), врубовые шпуры бурятся длиннее отбойных и оконтуривающих на 10-15%.
6. Расход ВВ на один цикл составит, кг:
(8)
где q- удельный расчетный расход взрывчатого вещества, кг/м3; Sч - площадь поперечного сечения выработки вчерне, м2; l шп - глубина шпуров, м.
7. Средняя масса одного заряда в шпуре
(9)
8. Теперь можно определить массу заряда каждого из шпуров (врубового, отбойного, оконтуривающего). Масса заряда врубового шпура принимается больше средней на 10-15%
9. Масса зарядов всех врубовых шпуров равна
10. Масса отбойных и оконтуривающих зарядов составит:
11. Массу заряда в отбойном и оконтуривающем шпурах можно принимать равной:
12. Теперь, зная массу каждого заряда Q' и патрона m (согласно табл. 5), можно определить количество патронов в каждом шпуре:
; 
; 
.
Шпуровой заряд обычно формируется из целого числа патронов, а при использовании непрессованных ВВ в бумажных гильзах патроны можно разрезать пополам.
13. Уточненный заряд каждого шпура определяется выражением (кг):
; 
14. Длина шпурового заряда (м):
где l п - длина одного патрона ВВ. м.
15. Фактический коэффициент заполнения шпуров взрывчатым веществом:
для врубовых шпуров
для отбойных и оконтуривающих
16. Длина забойки в шпуре составляет, м:
во врубовом
l заб.вр= l вр- l зар.вр
в отбойном и оконтуривающем
l заб.отб = l отб- l зар.отб
При использовании россыпных ВВ в шпуровой заряд в качестве боевика вводится обычно один 200-граммовый патрон аммонита 6ЖВ, а количество россыпного ВВ в каждом из шпуров округляется до +0,05 кг. При использовании незащищенных электродетонаторов введение боевиков разрешается только после окончания механизированного заряжания и удаления зарядного оборудования. При использовании ЭД, защищенных от статического электричества, патрон-боевик может устанавливаться первым от забоя шпура и прикрываться еще одним патроном от воздействия ВВ при механизированном заряжании.
17. Уточненный расход ВВ на цикл будет равен (кг)
где nдоп - количество дополнительных шпуров в забое (например, для сооружения водоотводной канавки).
18. Уточненный удельный расход ВВ составит
где Sч - площадь поперечного сечения выработки вчерне, м2; l шп - расчетная глубина шпуров в комплекте, м; h - коэффициент использования шпуров.
19. Объем бурения в цикле (м)
