Проведение горизонтальных горно-разведочных выработок

Процесс разрушения горных пород

Цель разрушения горных пород — подготовка их к выемке при разработке полезного ископаемого или получение информации о месторождении путем отбора проб и геолого-геофизической документации забоя выработки при его разведке.

Подготовка к выемке может осуществляться механическими, гидравлическими, физическими (электромагнитным и термическим воздействием), химическими (выщелачиванием), комбинированными и взрывным способами. Получение информации о месторождении достигается путем бурения скважин и отбора проб (керн, шлам), исследования скважин геофизическими методами, проведения горных выработок (с отбором проб и геологической документацией забоя).

Выбор способа подготовки к выемке пород и получения информации о месторождении зависит прежде всего от типа месторождения, глубины залегания рудных тел, свойств пород, наличия технических средств, мощности предприятия, предъявляемых требований к качеству добываемого сырья, а также от природных условий ведения работ.

При проведении подземных выработок для размещения зарядов ВВ в массиве породы, подлежащей отбойке, создаются зарядные камеры (в подземных выработках это в основном шпуры). Бурение шпуров и скважин до настоящего времени является одним из трудоемких и дорогостоящих способов создания искусственных полостей. Процесс бурения состоит в разрушении породы буровым инструментом и ее удалении за пределы шпура (скважины).

Шпуром называется пробуренная в породе цилиндрическая полость глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм. Шпуры бурят для разрушения негабаритных блоков горных пород, для выравнивания подошвы уступа, при проходке горных выработок и на очистных работах, для разрушения различных объектов при строительстве сооружения и во многих других случаях.

Многообразие средств и способов бурения требует их классификации. По природе разрушающих горную породу напряжений все способы бурения делятся на механические (вследствие развития в породе механических напряжений) и термические (вследствие развития в породе температурных напряжений). К механическим способам бурения относятся: ударный, вращательный, ударно-вращательный, вращательно-ударный, ультразвуковой, взрывной, электрогидравлический и гидравлический. К термическим — огневой, плазменный, электротермический. По видам передачи энергии породе способы бурения делятся на контактные (ударный, вращательный, ударно-вращательный, вращательно-ударный, взрывной, электротермический) и бесконтактные (термический, плазменный, гидравлический, электрогидравлический, ультразвуковой). Способы воздействия на породу:

• • твердым породоразрушающим инструментом (ударное, вращательное, ударно-вращательное, вращательно-ударное бурение);
• • газами (взрывное бурение патронированными зарядами);
• • жидкостью (элекгрогидравлическое и гидравлическое бурение);
• • электрическим током (электротермическое и электроимпульсное бурение);
• • комбинированные (с помощью газов и тепла — струйное взрывобурение, огневое, плазменное бурение, с помощью абразива и жидкости, ультразвуковое бурение).

По способу разрушения забоя может быть колонковое бурение с отбором керна и бурение сплошным забоем.

По способу удаления продуктов разрушения из забоя различают периодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и непрерывную очистку, осуществляемую механически с помощью витых штанг и шнеков при вращательном бурении и циркулирующим жидким, аэрированным (водовоздушная смесь) или газообразным агентом при шарошечном и ударном бурении.

По способу подачи промывочного агента к забою возможны прямая очистка, при которой агент движется внутри бурильных груб или штанг и перфоратора, омывает забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по затрубному пространству на поверхность, и обратная, когда промывочный агент подается по затрубному пространству, поступает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднимается на поверхность. Последний способ при бурении шпуров широко применяется при отсосе шлама.

По виду используемой энергии различают ручное бурение, когда все операции выполняются вручную, и машинное, когда все процессы бурения выполняются различными механизмами.

Механическое разрушение — отделение горных пород от массива или их дробление (измельчение) путем воздействия на породу породоразрушающего инструмента: резца, фрезы, шарошки, ударника, алмазных и абразивных кругов и коронок, скалывателей и др. В результате действия того или иного механического фактора протекают физические процессы разрушения породы: сжатие, раздавливание, дробление, скалывание, резание и др.

Гидравлическое разрушение осуществляется воздействием на горную породу струй воды под высоким давлением.

Термическое разрушение пород происходит под действием физических полей, создаваемых без использования специальных породоразрушающих инструментов за счет физико-химических процессов, протекающих при высокой температуре. Термическому разрушению способствуют низкая теплопроводность породы, анизотропия, высокий коэффициент теплового расширения и т. д.

Взрывоударное разрушение — разрушение и перемещение горных пород под действием энергии взрывчатых веществ, размещенных в массиве (в скважинах, шпурах, камерах и пр.).

Электрические способы ослабления и разрушения основаны на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электромагнитного поля, электрического разряда, электрического тока и др.

При проведении горно-разведочных выработок в основном имеет место взрывоударное разрушение горных пород и применение связанных с ним механических способов разрушения горных пород, необходимых для создания в массиве полостей с целью заложения заряда ВВ.

Механическое разрушение горных пород может производиться вращательным, ударным, ударно-вращательным и вращательно-ударным способами. При вращательном способе порода разрушается за счет смятия, резания, скалывания и истирания породы.

Ударный способ разрушения породы подразделяется:

• • на ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками, при котором инструмент в промежутках между ударами поворачивается на определенный угол;
• • ударно-вращательное бурение погружными пневмоили гидроударниками и перфораторами с независимым вращением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту.

В перечисленных способах порода разрушается в основном в результате ударов, передаваемых от поршня-ударника лезвию коронки (долоту). При вращательно-ударном бурении разрушение породы происходит иод воздействием значительных, но величине осевой нагрузки Р_ж, ударной Fyj_n а также крутящего момента М_кр. Разрушение породы происходит в результате ударов и вращения инструмента. Вибрационный способ заключается в том, что забойный инструмент, обычно цилиндрической формы, внедряется в рыхлую породу под действием вынужденных продольных колебаний — вибраций и осевого усилия. Разновидностью его является вибрационный способ, когда вибрации и осевые нагрузки действуют совместно на буровой инструмент.

Погружение породоразрушающего инструмента в породу может производиться и способом задавливания. Разрушаемая порода в этом случае уплотняется в стенках скважины.