Техника разведки

Курсовой проект по «Технике разведки» представляет собой завершающий этап лекционного курса, лабораторных и индивидуальных занятий. Целью курсо-вого проекта является ознакомление студентов с имеющимися техническими сред-ствами разведки месторождений полезных ископаемых, технологиями проведения геологоразведочных работ и проектированием геологоразведочных работ.

Задание № 70.

1. Подсечь 2 двуствольными скважинами жилообразную залежь хромитовых руд мощностью 45 м, с углом падения 40° на ЮЗ, залегающую среди дунитов. Глубина подсечения 600 м от устья скважины. Приращение зенитного угла 2° (выполаживание), азимутального 1° (отрицательное), интервал размеров через 50 м.

2. Пройти 3 штольни длиной 200м каждая.

3. Пройти 25 канав длиной 20 м каждая.

Проектные геологические разрезы:

а) по стволу скважины: 0,0-5,0 м - наносы, 5,0-30,0 м - песчаники; 30,0 м и ниже - дуниты с рудной залежью. В интервале 65,0-110,0 м - зона поглощения.

б) по штольне: 0,0-5,0 м - наносы; 5,0-40,0 м - песчаники; 40,0-150,0 м - дуниты; 150,0-190,0 м - хромитовая руда; 190,0-200,0 м - дуниты.

в) по канавам: 0,0-2,5 м - наносы; 2,5-3,0 м - хромитовая руда.ЧАСТЬ I. БУРЕНИЕ СКВАЖИН

1.1. Выбор и обоснование способа бурения и основных параметров скважины

Основным техническим средством при разведке месторождений твердых по-лезных ископаемых является колонковое бурение. В меньшей мере для этих целей применяется роторное бурение и ударно-канатное бурение. Колонковое бурение получило широкое распространение по следующим причинам:

- Оно позволяет извлекать из скважины керн, по которому можно наи-более точно составить геологический разрез и опробовать полезное ископае-мое.

- Колонковым способом можно бурить скважины под любым углом к горизонту, различным породоразрушающим инструментом, в породах любой твердости и устойчивости.

- Этим способом можно бурить скважины малых диаметров и на боль-шую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

К недостаткам колонкового бурения относятся высокая аварийность и низкий выход керна при проходке рыхлых, неустойчивых и трещиноватых пород [12].

Выполнение поставленной задачи - подсечение залежи хромовитых руд - целесообразно выполнять посредством колонкового бурения.

Глубина скважины определяется необходимостью полного пересечения сква-жиной рудного тела и углубления в подстилающие породы на 10-15 м. По заданию глубина подсечения рудного пласта 600 м. При мощности рудного пласта 45 м и углублению в подстилающие породы на 10 м глубина скважины составит 655 м.

1.2. Выбор и обоснование проектной конструкции скважины

Конструкцией скважины называется ее технический разрез, в котором ука-заны диаметры бурения по интервалам глубины, диаметры обсадных труб и глуби-на их установки, места и способы тампонажа, технологические параметры бурения по интервалам глубин.

При выборе конструкции скважины следует руководствоваться следующими соображениями:

- конструкция скважины должна быть предельно простой;

- количество обсадных труб должно быть минимальным;

- диаметр скважины должен быть как можно меньше. Выбор конструкции скважины зависит от следующих параметров:

- способы бурения;

- технические характеристики бурового станка;

- виды полезного ископаемого;

- глубина скважины;

- физико-механические свойства горных пород;

- конечный диаметр скважины.

Условия для выбора конструкции скважины:

- глубина скважины 655 м;

- конечный диаметр бурения скважины зависит от вида полезного ис-копаемого и определяется инструкциями (59 мм).

Способы бурения:

1) в интервале о 0,0 до 6,0 м - твердосплавное бурение;

2) от 6,0 м до конца скважины - алмазное бурение.

Бурение в осложненных условиях.

Осложненными считаются условия, требующие специальных технологиче-ских операций при бурении в этих интервалах. Согласно приведенному геологиче-скому разрезу, интервалы с осложненными условиями бурения следующие:

1) 0,0 - 5,0 м - наносы;

2) 65,0 - 110,0 м - зона поглощения.

Предусматривается перекрытие интервалов с осложненными условиями буре-ния колоннами обсадных труб и производство затрубного цементного тампонажа -на 5 м выше и 5 м ниже раздробленных пород.

Промывка скважины:

1) в интервале 0,0 - 5,0 м - промывка глинистым раствором;

2) в интервале 5,0 - 655,0 м - промывка технической водой.

1.2.1. Расчет параметров многоствольной скважины

В зависимости от условий залегания полезного ископаемого, разведочные скважины задаются вертикальными или наклонными. В процессе бурения разведочные скважины часто искривляются, что создает ряд технических трудностей в процессе бурения и усложняет подсчеты запасов полезного ископаемого. Поэтому сохранение заданного направления, т.е. проходка направленных скважин, является одним из основных критериев, определяющих качество разведочного бурения. С учетом возможностей искривления скважин и для более успешного выполнения задания некоторые скважины проектируются и бурятся по сложному криволинейному профилю - направленные скважины. Практически все скважины являются направленными, поскольку основная задача разведочного бурения - это встреча рудного пласта в заранее заданной точке.

Для повышения эффективности буровых работ применяется многоствольное бурение. При построении многоствольной скважины, отклонившись от прямолинейного первоначального направления, занимает сложное пространственное положение, которое для каждой точки оси скважины может быть определено путем измерения 3-х параметров зенитного угла, азимутального угла и расстояния от устья скважины до данной точки.

Азимутальный угол - дает возможность определения проекции ствола скважины на горизонтальную плоскость. Он выбирается в зависимости от азимута падения рудного тела.

Зенитный угол - это положение любой точки ствола скважины по отношению к вертикали. Это угол между вертикалью и касательной к стволу скважины в любой точке вертикальной проекции.

Расстояние от устья скважины до данной точки ствола определяется длиной бурильного вала или кабеля с измерительной аппаратурой, опущенной в данную точку ствола.

Глубина основного ствола скважины определяется суммой глубины подсечения рудного пласта и длиной углубления ствола скважины в подстилающие породы.

lб= 600 +45+10=655 (м)

Для интервала глубины основного ствола скважины начальный зенитный угол должен быть в пределах 5-20°. Азимут падения рудного тела составляет 40°, следовательно, азимутальный угол составляет °/

Среднее значение зенитных и азимутальных углов забуривания основного ствола скважины вычисляются по формуле:

Q=( б1+б2)/2, где Q - среднее значение зенитного угла.

Приращение зенитного угла по заданию составляет 2° (выполаживание), азимутального 1° (отрицательное); интервалы замеров через 50 метров.

Данные расчетов приведены таблице 1.

Таблица 1

Средние значения зенитных и азимутальных углов по стволу скважины

На основании средних значений зенитного угла построен типовой профиль основного ствола скважины. На основании средних значений азимутального угла построена инклинограмма (приложение 1).

Для построения основного ствола скважины необходимо рассчитать интенсивность искривления скважины.

Интенсивность зенитного искривления скважины определяется по формуле:

где ?Q - приращение зенитного угла; ?l - интервал между замерами;

г0 - интенсивность зенитного искривления.

Интенсивность азимутального искривления определяется по формуле:

где г - интенсивность азимутального искривления; ?d - приращение азимутального угла.

Радиус искривления основного ствола вычисляется по формуле:

где R - радиус искривления.

R = 1432,5

Построение основного ствола скважины - приложение 2.

Основной ствол подсекает рудное тело в точке на глубине 600 м от устья скважины. Величина зенитного угла в точке подсечения определяется по формуле:

где l - длина ствола скважины до точки подсечения; Q - зенитный угол забуривания; R - радиус искривления.

Согласно заданию, линза хромитовых руд залегает под углом 40° к горизонтальной плоскости. Можно рассчитать угол встречи по формуле:

г =Q+(90-h)

г=28+(90-40)=78°

Конечный зенитный угол основного ствола скважины составит:

где l - длина всего ствола скважины; Q0 - приращение зенитного угла; R - радиус искривления.

Таблица 2

Распределение объемов бурения по категориям

1.3. Выбор и обоснование бурового оборудования

Буровое оборудование выбирается в зависимости от глубины бурения, диа-метра скважины, способа бурения. Исходя из глубины скважины (655 м), конечно-го диаметра бурения (59 мм) и колонкового способа бурения проектом предусмат-ривается применение установки колонкового бурения - УКБ-5П-500/800.

Передвижная буровая установка УКБ-5П (УКБ-500/800) является модифика-цией установок 5 класса (ГОСТ 7959-74).

В состав установки входят:

- буровой станок СКБ-5;

- буровая мачта БМТ-5;

- передвижное буровое здание ПБЗ-5;

- контрольно-измерительная аппаратура «Курс-411»;

- транспортная база ТБ-15;

- буровой насос НБ4-320/63 (2 шт.);

- грузоподъемные принадлежности:

· элеватор-50,

· элеватор 50/54,

· вертлюг-пробка-50,

· вертлюг-пробка-54,

· полуавтоматический элеватор;

- труборазворотРТ-1200.

Станок СКБ-5 оснащен контрольно-измерительной аппаратурой «Курс-411», в которую входят:

- Индикатор веса бурового снаряда, Н 50000

- Индикатор усилия на крюке, Н 80000

- Измеритель нагрузки, Н 25000

- Манометр для измерения давления, Н/см2 0-1000

- Индикатор механической скорости бурения, м/ч 0-3; 0-15.

Техническая характеристика буровой установки приведена в таблице 4.

Таблица 4

Техническая характеристика буровой установки УКБ-5П-500/800

1.4. Промывка скважины

Целью промывки скважины является:

- удаление шлама из забоя;

- охлаждение породоразрушающего инструмента;

- закрепление неустойчивых стенок скважины;

- понижение твердости горных пород;

- смазка бурового инструмента.

1.4.1. Схема промывки скважины

Проектом предусматривается прямая схема промывки скважин с замкнутой системой водопотребления. Достоинства:

- буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий поро-доразрушающего инструмента, приобретает большую скорость и с силой уда-ряет о забой, размывая разбуренную породу, что способствует увеличению скорости проходки;

- применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпу-чих, рыхлых и трещиноватых породах, обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы;

- технически и технологически самая простая и дешевая.

Недостатки:

- пониженный процент выхода керна в результате динамического воз-действия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву;

- при бурении скважин большого диаметра повышенный расход про-мывочной жидкости, необходимой для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность;

- возможность размыва стенок скважины у забоя при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока [7, 12]. Для пород слагающих заданный геологический разрез указанные недостатки не имеют значения.

При прямой промывке жидкость насосом по нагнетательному шлангу по-дается к забою по бурильной колонне (рис. 1), охлаждает породоразрушающий инструмент, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.

По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе жело-бов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вто-рично нагнетается в скважину. При поглощении промывочной жидкости в порис-тых породах в емкость добавляют новые порции раствора [15].

Рис. 1 Схема прямой промывки скважин:

1 - буровой насос; 2 - нагнетательный шланг; 3 - вертлюг - сальник; 4 - колонна бурильных труб; 5 - трубный фрезерный переходник; 6 - колонковая труба; 7 - коронка; 8 - система желобов; 9 - отстойник; 10 - приемный бак

1.4.2. Выбор промывочной жидкости

В качестве промывочной жидкости применяется:

1) в интервале 0,0 - 5,0 м - глинистый раствор;

2) в интервале 5,0 - 655,0 м - техническая вода.

Свойства глинистого раствора:

Нормальный глинистый раствор должен отвечать следующим требованиям: - Плотность раствора должна соответствовать величине 1,15-1,25 г/см3. Повышенная плотность способствует лучшему очищению забоев скважины от крупного и тяжелого шлама, предотвращает самоизливание воды из скважины и обвалы пород из стенок скважины.

- Вязкость. От вязкости зависит способность раствора выносить на по-верхность шлам и закупоривать трещины и поры в горной породе на стенках скважины. Вязкость измеряется в секундах, для нормального раствора состав-ляет 18-22 сек.

- Водоотдача - это способность раствора отфильтровывать жидкую фазу под действием избыточного давления. Нормальный глинистый раствор имеет водоотдачу 8-10 см за 30 мин. с каждого литра раствора.

- Статическое напряжение сдвига - это усилие, способное вывес-ти глинистый раствор из состояния покоя. Это напряжение должно со-ставлять 2-3 Па [7]. Применение глинистого раствора при бурении скважин в интервале 5,0 - 655,0 м нецелесообразно, поскольку керн дунитов водой не размывается, а стенки скважины устойчивые.

1.4.3. Очистка промывочного раствора от шлама

Промывочный раствор по выходе из скважины на поверхность содержит час-тицы разбуренной породы (шлам). Своевременная и качественная очистка промы-вочных жидкостей является одним из важнейших условий эффективности процесса бурения разведочных скважин. Накопление шлама в промывочном растворе суще-ственно ухудшает его качество. Снижается глинизирующая способность глинисто-го раствора, что приводит к образованию толстой рыхлой корки на стенках сква-жины и создает опасность обвалов. Использование зашламованных растворов при-водит к преждевременному износу насосов и бурового снаряда. За счет повышения удельного веса промывочной жидкости уменьшается механическая скорость буре-ния, возрастает вероятность поглощения.

Очистка промывочной жидкости осуществляется в поверхностной циркуля-ционной системе, которая состоит из желобов, отстойников и приемных баков. Длина и размеры желобов, количество и объем отстойников и приемных емкостей зависят от глубины и диаметра скважины и условий бурения. Количество емкостей, объем и конфигурация их определяются производственной необходимостью и ма-териально-техническими возможностями предприятий.

Типовая циркуляционная система при бурении скважин самоходными буро-выми установками приведена на рис. 2. Желоба делают в открытом грунте без крепления стенок или изготовляют из досок или листового железа. Устанавливают с уклоном 1,0-1,5 см на 1 м длины, ширина желобов ~30 см, высота ~25 см. По дну желоба через 1,5-2,0 м друг от дру-га ставят перегородки. Объем циркуляционной поверхностной системы зависит от глубины скважины. Ее длина для скважин глубиной до 500 м составляет 15м, для скважин более 500 м - 25-30 м.

Рис. 2. Схема циркуляционной системы самоходных буровых установок.

1 - глиномешалка; 2,6 - приемные емкости; 3 - насос; 4 - буровая установка; 5 - желоба.

Очистная способность желобной системы зависит от степени разрушения структуры, которая зависит от скорости движения раствора по желобам. При не-большой скорости разрушение структурного сцепления в растворе происходит только около стенок и дна, а выпадение частиц породы наблюдается в ограничен-ном объеме. При чрезмерной скорости раствора частицы почти полностью перено-сятся в приемную емкость. Наиболее полное удаление шлама наблюдается при не-которой оптимальной скорости течения, когда происходит максимальное разру-шение структуры раствора и отсутствует турбулентный режим течения.

Очистку желобной системы от шлама производят при прекращении циркуля-ции раствора.

Естественный метод очистки является наиболее эффективным при использо-вании в качестве промывочной жидкости воды и маловязких растворов [3, 7, 15].

1.4.4. Расчет количества буровых растворов

Расчет количества глинистого раствора

Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где

Vo - общий объем глинистого раствора для бурения одной скважины;

V1 - объем скважины.

V1 = * Н (м3), где

d (м) - диаметр скважины;

Н (м) - глубина скважины;

V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;

V3 - потеря глинистого раствора в скважине.

Vз= 3 * V1 (мз).

d=0,093(м) V1 = * 5,0=0,034(м3)

Н = 5,0 (м) V3 = 3 * 0,034= 0,102 (м3)

V2= 4 (мз) V0 = 0,034 + 4,0 + 0,102 = 4,136 (м3)

Количество глинистого раствора для бурения всех скважин:

Vгл.p-pa = 2 * V0, (мз)

Vгл.p-pa = 2 * 4,136 =8,272 (мз).

Расчет количества глины, необходимой для приготовления глинистого раствора.

Vгл. = * V0 (м3);

сглины = 2,5 г/см3 = 2,5 т/м3;

Vгл. = * 8,272 = 1,38 (м3);

Расчет количества технической воды

Общий объем технической воды для бурения одной скважины составляет:

Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где

Vo - общий объем технической воды для бурения одной скважины;

V1 - объем скважины.

V1 = * (Н1+H2) (м3), где

d - средний диаметр скважины (м);

Н1 - глубина основного ствола скважины (м);

Н2 - глубина дополнительного ствола скважины (м);

V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;

V3 - потеря технической воды в скважине.

Vз= 3 * V1 (мз).

d=0,076(м) V1 = *( б55,0+600,0) = 5,69 (м3)

(Н1+H2) = 1255,0 (м) V3 = 3 * 5,69= 17,07 (м3)

V2= 4 (мз) V0 = 5,69 + 4,0 + 17,07 = 26,76 (м3)

Количество технической воды для бурения всех скважин:

Vтехн.воды = 2 * V0, (мз),

V техн.воды = 2 * 26,76 = 53,52 (мз).

Расчет количества промывочной жидкости

Vгл. = Vгл.p-pa + Vтехн.воды (м3), где

Vгл.p-pa - объем глинистого раствора, необходимый для бурения всех скважин;

Vтехн.воды - объем технической воды, необходимой для бурения всех скважин.

Количество промывочной жидкости для бурения всех скважин:

V = 8,272 + 53,52 =61,79 (м3).

1.5. Тампонаж скважины

Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции от-дельных ее интервалов.

Тампонирование осуществляется с целью предотвращения обвалов скважины и размывания пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, ликвидации водопроявлений, пере-крытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации воглощения промывочной жидко-сти при бурении [12].

Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж:

- в интервале 0,0 - 5,0 м - с целью гидроизоляции устья скважины;

- в интервале 65,0 - 115,0 м - с целью предотвращения поглощения промывочной жидкости.

Тампонирование с помощью цемента называется цементированием скважин. Для цементирования применяют тампонажный цемент на базе портланд-цемента, тампонажный цемент на базе доменных шлаков, известково-песчаные смеси.

1.5.1. Схема тампонирования скважины

Тампонаж проводится по способу «с двумя пробками».

Тампонаж по способу «с двумя пробками» - наиболее надежный, но и наибо-лее сложный способ, при котором процесс цементации распадается на два этапа (рис. 3.).

Первый этап.

Подготовка забоя скважины, заключающаяся в его очистке, а в некоторых случаях - и расширении. Для очистки скважины обсадные трубы поднимаются с забоя на 0,5-1 м. На верх колонны обсадных труб навинчивают специальную го-ловку для цементации и присоединяют шланг промывочного насоса, при помощи которого промывочную жидкость нагнетают в обсадные трубы. Под давлением на-соса промывочная жидкость вытесняется из обсадных труб в затрубное простран-ство и поднимается до устья скважины. Такую промывку затрубного простран-ства производят для того, чтобы облегчить проникновение в него цементного раствора.

Глинистый раствор

Цемент

Рис. 3. Схема тампонажа скважины цементом по способу «с двумя пробками»:

а - начало закачки цемента;

б - конец закачки цемента;

в - начало подъема цемента в затрубное пространство;

г - конец цементации.

1 - запорный кран, 2 - манометр, 3 - головка для цементации, 4 - верхняя часть пробки, 5 - резиновые манжеты, 6 - нижняя часть пробки, 7 - обсадная труба, 8 - верхняя проб-ка, 9 - нижняя пробка

66

Второй этап.

После промывки затрубного пространства колонна обсадных труб остается подвешенной над забоем, головку для цементации свинчивают с обсадных труб, а в трубы опускают нижнюю пробку, которую при помощи штанг проталкивают на некоторое расстояние. Сверху этой пробки наливают (специальным насосом) це-ментный раствор, поверх которого вновь вставляют верхнюю пробку. Таким обра-зом, цементный раствор оказывается зажатым между двумя пробками. На верхнюю пробку нагнетают промывочную жидкость, которая проталкивает обе пробки и ра-створ между ними к забою скважины. Закачку промывочной жидкости в обсадные трубы продолжают до тех пор, пока верхняя пробка не встретится с нижней, ко-торая по выходе из труб останавливается на забое, а цемент выжимается в затрубное пространство. Как только прекратится проталкивание пробки, немедленно пре-кращается подача промывочной жидкости, освобождаются хомуты обсадных труб и колонна под действием собственного веса или при применении добавочного дав-ления опускается на забой. Скважину в таком состоянии оставляют в покое в тече-ние 1-3 суток, что зависит от качества цемента и других условий. Для тампонажных работ при бурении скважин используют специальный сорт цемента - тампонажный. Техническими условиями предусматриваются сроки начала и окончания схватывания цементного раствора [12].

1.5.2. Расчет количества тампонирующего раствора.

Интервал 0,0 - 5,0 м

Объем цементного раствора, необходимого для заполнения цементируемого пространства определяется по формуле:

V1 = *[(D2-d2н) *H] (м), где

D (м) - диаметр скважины;

dн (м) - наружный диаметр обсадных труб;

H (м) - высота зоны тампонажа.

D = 0,093 (м)

dн =0,089 (м) V1 = *[(0,0932-0,0892) *5,0= 0,003 (м)

H = 5,0 (м)

Объем сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора находится по формуле:

Vцемента1 = * V1 (м3)

сцемента =3,15 г/см3 = 3,15 т/м3 ;

сцем.р-ра =1,85 г/см3 = 1,85 т/м3 .

Vцемента1 = * 0,003 = 0,001 (м3)

Интервал 65,0 - 115,0 м

Объем цементного раствора, необходимого для заполнения цементируемого пространства определяется по формуле:

V2 = *[(D2-d2н) *H] (м), где

D (м) - диаметр скважины;

dн (м) - наружный диаметр обсадных труб;

H (м) - высота зоны тампонажа.

D = 0,076 (м)

dн =0,073 (м) V2 = *[(0,0762-0,0732) *50,0] = 0,018 (м)

H = 50,0 (м)

Объем сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора находится по формуле:

Vцемента2 = * V2 (м3)

сцемента =3,15 г/см3 = 3,15 т/м3 ;

сцем.р-ра =1,85 г/см3 = 1,85 т/м3 .

Vцемента2 = * 0,018 = 0,007 (м3)

Общее количество цементного раствора

Vцем.р-ра = 2 * (V1 + V2) (м3)

Vцем.р-ра = 2 * (0,003 + 0,018)= 0,042 (м3)

Общее количество сухого цемента

Vцемента = 2 * (Vцемента1 + Vцемента2) (м3)

Vцемента = 2 * (0,001 + 0,007)= 0,016 (м3)

1.6. ТЕХНОЛОГИЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

В зависимости от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является: частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород.

1.6.1. Технологические режимы бурения

Интервал 0,0 - 5,0 м.

Бурение осуществляется твердосплавной коронкой марки Ml диаметром 93 мм. Бурение осуществляется при минимальных скоростях 1,0-1,5 м/сек. Про-мывка осуществляется глинистым раствором без циркуляции промывочной жидко-сти. Осевая нагрузка на забой порядка 500-600 Н на основной резец.

После проходки данного интервала скважина обсаживается трубами диамет-ром 89 мм до глубины 5,0 м.

Производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервал 5,0 - 30,0 м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 76 мм. Бурение осуществляется при скорости 400-700 об/мин. Промывка осуществля-ется технической водой при скорости потока 50-80 м/с. Осевая нагрузка на за-бой 8-13 кН на основной резец.

После проходки данного интервала скважина обсаживается трубами диамет-ром 73 мм до глубины 30,0 м.

Интервал 30,0 - 600,0 м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 76 мм (до глубины 110 м), диаметром 59 мм (до глубины 600 м). Бурение осуществляется при скорости 400-700 об/мин. (до глубины 110 м), при скорости 500-900 об/мин. (до глубины 600 м). Промывка осуществля-ется технической водой при скорости потока 50-80 м/с. (до глубины 110 м), при скорости потока 40-60 м/с. (до глубины 600 м). Осевая нагрузка на за-бой 8-13 кН (до глубины 110 м), 6-10 кН (до глубины 600 м) на основной резец.

Скважина обсаживается трубами диамет-ром 73 мм до глубины 110,0 м.

В интервале 65,0-115,0 м производится затрубный цементный тампонаж скважины.

Интервал 600,0 - 645,0 м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 59 мм. Бурение осуществляется при скорости 400-700 об/мин. Промывка осуществляется технической водой при скорости потока 50-70 м/с. Осевая нагрузка на за-бой 4-8 кН на основной резец.

Интервал 645,0 - 655,0 м.

Бурение осуществляется алмазной коронкой марки МВП-1 диаметром 59 мм. Бурение осуществляется при скорости 500-900 об/мин. Промывка осуществляется технической водой при скорости потока 40-60 м/с. Осевая нагрузка на за-бой 6-10 кН на основной резец.

1.6.2. Бурение по пласту полезного ископаемого (интервал 600,0 -- 645,0м)

Бурение ведется с соблюдением всех правил, обеспечивающих необходимый выход керна. Бурение осуществляется коронкой типа МВП-1 диаметром 59 мм. По полезному ископаемому бурят в следующем порядке:

1) определяют контакт пустых пород с полезным ископаемым;

2) скважину подготавливают для бурения по полезному ископаемому;

3) бурят непосредственно по полезному ископаемому;

4) отрывают керн и поднимают его.

Перед бурением по полезному ископаемому выполняют следующие меро-приятия по подготовке скважины:

- промывают скважину до полного удаления шлама;

- извлекают оставшийся керн пустых пород;

- производят контрольный замер глубины скважины;

- готовят нужный буровой снаряд для бурения по полезному иско-паемому.

Способы повышения выхода керна.

Причинами плохого выхода керна являются: механическое воздействие ко-лонкового снаряда, приводящее вследствие вибрации к разрушению и истиранию керна; действие на керн промывочной жидкости, размывающей керн или вымы-вающей некоторые компоненты; возможность выпадения керна из колонковой тру-бы во время его извлечения из снаряда вследствие плохого заклинивания.

Основными задачами получения представительных керновых проб являются:

- защита керна от воздействия потока промывочной жидкости или соз-дание потока, направления течения и слива которого благоприятствуют со-хранности керна;

- защита керна от механических воздействий вращающейся колонковой трубы;

- надежный отрыв керна от забоя и удержание его в керноприемной трубе.

С целью повышения выхода керна, бурение ведется на пониженных скоро-стях, с минимальной осевой нагрузкой и минимальной подачей промывочной жид-кости. Для повышения выхода керна предусматривается сокращение рейсопроходки до 1,0-0,5 м. Подъем снаряда с керном полезного ископаемого производится без резких рывков, толчков и ударов.

В случае, если указанные мероприятия не обеспечат требуемый выход керна, должны быть применены специальные технические средства, обеспечивающие по-вышение выхода керна и его сохранность при подъеме на поверхность (двойные колонковые трубы, съемные керноприемники) [12].

1.7. Ликвидация скважины

После бурения скважины ликвидируются. Для этого ствол скважины промы-вается и заполняется глинистой цементной смесью (отнош. 1:1). После заполнения ствола скважины тампонирующим материалом скважина выдерживается несколько суток для застывания раствора. На устье скважины ставится заглушка, обсадные трубы не извлекаются. На заглушке наносится номер скважины, год бурения и ор-ганизация, бурившая скважину.

Расчет количества тампонирующего раствора, необходимого для ликвидации скважины:

Vтамп.р-ра = * (Н1+H2) (м3), где

d (м) - средний диаметр скважины;

Н1 - глубина основного ствола скважины (м);

Н2 - глубина дополнительного ствола скважины (м);

d=0,076(м)

Н = Н1+H2=1255 (м) Vтамп.р-ра = * 1255,0 =5.69 (м3)

Количество тампонирующего раствора для тампонирования всех скважин:

V = 2 * Vтамп.р-ра (м3)

V = 2 * 5.69 = 11.38 (м3)

1.8. Техника безопасности

При производстве буровых работ необходимо руководствоваться «Правилами безопасности при геологоразведочных работах».

Руководство буровыми геологоразведочными работами может быть возложе-но исключительно на лиц, имеющих на это право (инженер, техник, буровой мас-тер). Управление буровыми станками, подъемными механизмами, а также обслу-живание двигателей, компрессоров, электроустановок должны производиться ли-цами, имеющими на это право, подтвержденное соответствующим документом. Все рабочие, как вновь принимаемые, так и переводимые на другую работу, допус-каются к выполнению работ только после прохождения инструктажа по вопросам техники безопасности и обучения безопасным методам труда. Повторный инструк-таж всех рабочих по технике безопасности должен проводиться не реже одного раза в полугодие. Проведение обучения и повторного инструктажа должно быть зарегистрировано в «Журнале регистрации обучения и всех видов инструктажа по технике безопасности».

Буровой агрегат должен проверяться в начале смены бурильщиком и перио-дически, но не реже одного раза в декаду, буровым мастером.

Результаты проверки должны записываться бурильщиком в буровой журнал, а буровым мастером в «Журнал проверки состояния техники безопасности». Обна-руженные неисправности должны устраняться до начала работ.

Запрещается работать при неисправных узлах станка, насоса, двигателей пус-ковой аппаратуры, неисправном слесарном, буровом, технологическом и вспомога-тельном инструменте.

Буровая установка должна быть обеспечена комплектом приспособлений и устройств для безопасного ведения работ и средствами индивидуальной защиты. Особое внимание уделяется ограждению вращающихся частей механизмов и защи-те от поражения электротоком.

Буровое здание должно быть освещено в соответствии с санитарными норма-ми, обеспечено умывальником, полотенцами и мылом, бачком для кипяченой воды, аптечкой.

Все рабочие работают только в спецодежде и в защитных касках, для хране-ния одежды необходимо иметь специальное помещение или шкаф.

Технологические режимы бурения должны соответствовать указанным в гео-лого-техническом наряде. Контрольно-измерительная аппаратура должна быть исправна.

В процессе работы систематически проводится проверка состояния техники безопасности и санитарии лицами, ответственными за состояние техники безопас-ности.

При использовании в зимнее время печного отопления буровых вышек необ-ходимо серьезное внимание обращать на выполнение требований пожарной безо-пасности. Пол под печкой и вокруг нее на расстоянии 0,5 м обязательно следует покрывать листовой сталью. Стену здания у печки необходимо оббить стальным листом с асбестовой прокладкой или засыпать песком пространство между листом и стеной. Расстояние от стены до печи должно быть не менее 0,7 м. Печные трубы должны быть выведены выше крыши бурового здания не менее чем на 1,5 м, а в местах проведения их через деревянные конструкции должны быть обернуты асбе-стом.

Запрещается применять факелы и другие источники открытого огня для ава-рийного освещения, а также для разогрева дизельной установки и масляных баков буровых станков [11, 12].

ЧАСТЬ II. ПРОХОДКА ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

2.1. Выбор и обоснование типа, формы и размеров (сечения) горных выработок

Согласно заданию, необходимо пройти:

3 штольни длиной 200м каждая;

25 канав длиной 20 м каждая.

Проектные геологические разрезы:

а) по штольне: 0,0-5,0 м - наносы, 5,0-40,0 м - песчаники, 40,0-150,0 м -

дуниты, 150,0-190,0 м - хромитовая руда, 190,0-200,0 м - дуниты.

б) по канавам: 0,0-2,5 м - наносы, 2,5-3,0 м - хромитовая руда.

Канавы - узкие, протяженные выработки глубиной 1-3 м до 5 м. Поперечное сечение канав обычно трапециевидное, шириной по дну канавы 0,4-1,0 м, в верхней части до 2-2,5 м. Протяженность канав зависит от их назначения и может быть от нескольких до сотен метров.

В большинстве случаев канавы проходят с целью вскрытия коренных пород или тел полезных ископаемых (не затронутых выветриванием), когда они перекрыты наносами мощностью до 3 - 5 м.

Штольня - горизонтальная горная выработка, устье которой находится на поверхности. Штольня, у которой забой также выходит на поверхность, называется тоннелем.

Чаще всего штольни закладываются с крутых склонов.

Проходят штольни «с восстанием», т. е. с постепенным повышением почвы выработки. Отношение высоты подъема к длине составляет примерно 0,03.

Из штольни могут быть пройдены другие подземные выработки, которые дают возможность изучить месторождение.

По направлению различают штольни продольные, идущие по простиранию тела полезного ископаемого, и штольни поперечные, вскрывающие вмещающие породы и тело полезного ископаемого вкрест его простирания.

66

Рис. 2. Продольный разрез штольни

66

Рис. 3. Поперечный разрез штольни

Сечение штольни при разведке чаще всего бывает трапециевидным. Реже применяют квадратное сечение, прямоугольное и сводчатое.

Стандартные размеры разведочных штолен с погрузкой породы вручную: 2.1-3.0; 3.1-4.0 и 4.1-5.0 м2.

Протяженность штольни -- обычно от первых десятков метров до сотен метров.

Ширину выработки устанавливают с учетом размеров применяемого оборудования и правилами безопасности при геологоразведочных работах.

Зазоры между наиболее выступающей частью подвижного состава и стенкой выработки должны быть с одной стороны не менее 0,7 м (зазор для свободного прохода людей), а с другой стороны.-- не менее 0,25 м. Высота свободного прохода принимается не менее 1,8 м.

2.2. Выбор и обоснование способа проходки, основного оборудова-ния

Способ проходки выработки зависит в основном от положения ее в простран-стве (вертикальные, наклонные, горизонтальные), крепости и строения горных по-род, их водоносности и имеющегося в наличии оборудования. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород и при-тока грунтовых вод различают обычные и специальные способы проведения выра-боток. Обычные способы применяют при сравнительно небольшом притоке воды, в крепких и устойчивых породах, допускающих обнажение забоя (кровли, подошвы) и боковых стенок выработок.

Способ проходки канав

Разведочные канавы проходят следующим способом:

1) вручную;

2) с применением буровзрывных работ.

При проходке канав вручную проводят следующие операции:

1) разметка канав;

2) разрыхление пород при помощи кайла или лома;

3) выбрасывание породы вручную на поверхность;

4) выравнивание стенок канавы (этот способ применим для I-IV категории).

Проходка канав может осуществляться механически с помощью землеройных машин, однако, в таком случае сечение канав получается прямоугольным, и необходимый наклон стенок отсутствует.

Проходка разведочных канав в крепких коренных породах, а также в мерзлых породах осуществляется с применением буровзрывных работ.

В состав работ по проведению разведочных канав с применением буровзрывных работ входит:

1) разметка линий канав;

2) разметка шпуров;

3) бурение, отметка шпуров;

4) закладка взрывчатого вещества, взрывание;

5) уборка взорванной породы с выбросом ее на поверхность;

6) выравнивание стенок дна канавы.

Распределение пород по категориям буримости и выбор способа проходки приведены в таблице 1.

2.3. Буровзрывные работы

Для проходки наносов применяется ручной способ. Далее высокая кре-пость пород определяет применение буровзрывного способа проходки.

Буровзрывной способ проходки является наиболее сложным. Он включает ряд последовательных операций, составляющих вместе проходческий цикл:

1) разметка шпуров на забое выработки;

2) бурение шпуров;

3) зарядка шпуров ВВ;

4) взрывание зарядов (отпалка);

5) проветривание забоя;

6) уборка разрыхленной взрывом породы;

7) настил путей;

8) монтирование воздухопровода;

9) крепление.

Наиболее трудоемкими операциями при буровзрывном способе проведения выработки являются бурение шпуров и уборка породы.

За один проходческий цикл обычно проходится лишь часть выработки. Число таких циклов зависит от рациональной длины заходки, которая рассчитывается из требования максимальной занятости в течение смены всех исполнителей операций цикла. Наиболее рациональной является организация работ, при которой цикл БВР укладывается в одну смену или обеспечивает кратное число циклов в смену. Такие операции, как зарядка, отпалка и вентиляция, требующие отсутствие людей в горной выработке рекомендуется выносить за пределы смены.

2.3.1. Расчет рациональной длины заходки и глубины шпуров

Рациональная длина заходки определяется из общих производительных затрат труда на операции цикла из расчета на один погонный метр выработки.

Глубина шпура (lшп) связана с длиной заходки (lзax) зависимостью:

lшп = lзax / КИШ, КИШ=0,85

Канавы

lшп = 0,5/0,85= 0,6 м

Для пирамидального типа вруба глубина шпуров не должна превышать шири-ну выработки. Для цилиндрических врубов глубина шпура может превышать ши-рину выработки на 30%.

Штольня

Длина заходки определяется из соотношения:

lзax = n*m/Qn, где

n - число проходчиков (3 чел.);

m - количество часов в рабочей смене (6 час.);

Qn - суммарные затраты труда в чел/час на все производительные операции внутри смены на 1 пог. метр выработки (13,15 чел/час). Число проходчиков подбирается с учетом ограничений по глубине шпура [8].

lзax = 3*6 /13,15 = 1,37 м

Длина шпура:

lшп = lзax /КИШ

lшп = 1,37/ 0,85 = 1,6 м.

Таблица 2

Затраты труда в чел./час на 1 пог. м штольни

Производительные затраты: 13,15 чел.час.

Условия для определения рациональной длины заходки:

1) сечение штольни - 4 м2;

2) средняя расчетная длина откатки штольни - 150 м;

3) категория пород по буримости - XII;

4) коэффициент крепости f = 7;

5) тип перфоратора - ПА-23;

6) крепление:

наносы - сплошной венцовой крепью,

скальные породы - венцовой крепью вразбежку;

7) количество шпуров на забое - 14 шпуров;

8) продолжительность рабочего дня - 6 часов;

9) число проходчиков на забое - 3 чел.;

10) суммарные производительные затраты труда.

2.3.2. Разметка и бурение шпуров

Количество шпуров на забое зависит от размера сечения выработки и прочности пород. Число шпуров на 1м2 площади забоя рассчитывается по формуле Протодьяконова:

f -- коэффициент крепости пород по шкале М. М. Протодьяконова;

S -- площадь поперечного сечения выработки, м2;

n - количество шпуров на 1м2 площади забоя;

Тогда общее число шпуров на весь забой находят из зависимости:

N= n*S [9].

Породы, слагающие разрез относятся к XII категории крепости пород по шка-ле Протодьяконова f =7.

Штольня

n=2,7*v7/4=3,57

N=3.57*4=14

Из них врубовых - 5; отбойных - 9

Канавы

n=2.7*v7/12=2.06

N=2.06*12=25

Шпуры на забое должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечи-вались:

- равномерная работа каждого шпура, исключающая подрыв рядом рас-положенных зарядов;

- отбойка породы в контурах выработки, согласно проекту;

- равномерное дробление породы и измельчение ее до нужной крупно-сти кусков, что обеспечивает наибольшую производительность породоуборочных работ.

С учетом прочности пород и условий залегания выбирается призматический тип вруба.

Различают врубовые, отбойные и оконтуривающие шпуры.

Врубовые шпуры, взрываемые первыми, предназначены для создания допол-нительных поверхностей обнажения за счет образования в забое углубления - вру-бы.

Схема размещения врубовых шпуров на забое называется типом вруба.

По принцицу действия врубы разделяются на отрывающие (клиновые, пирамидальные) и разрушающие (прямые, призматические, щелевые). На основе практических данных установлена область применения различных врубов. В массивных породах наиболее эффективным является пирамидальный вруб в центральной части забоя. Клиновый вруб применяют в слоистых породах. Прямые врубы (щелевой и призматический) могут применяться в выработках малых сечений. Врубы можно разделить на две группы:

1) врубы со шпурами, наклонными к оси выработки;

2) врубы со шпурами, параллельными оси выработки.

С учетом прочности пород и условий залегания выбирается центрально-пирамидальный тип вруба, который относится к врубам первой группы. Применяется при проходке любых выработок в породах средней и выше средней крепости однородной массивной структуры, а также в породах с равносторонней трещиноватостью или слоистостью и реже в породах, в которых трещиноватость или слоистость развита или перпендикулярно к забою или параллельно ему. Количество врубовых шпуров до 6 штук. В очень крепких породах иногда в центре врубовых шпуров бурится холостой шпур, который не заряжается, не взрывается, а играет роль дополнительной обнаженной поверхности.

Вспомогательные шпуры производят отбойку породы в сторону боковой обнаженной поверхности (вруба). Они взрываются вслед за взрывом врубовых шпуров и способствуют расширению врубовой полости.

Оконтуривающие шпуры, взрываемые последними, предназначены для придания выработке запроектированной формы и размеров поперечного сечения.

В забоях выработок небольшого сечения вспомогательные шпуры иногда не бурят, а их функции выполняют оконтуривающие шпуры.

2.3.3. Обоснование выбора и расчет требуемого количества ВВ

Взрывчатыми веществами (ВВ) называют химические соединения или ме-ханические смеси, способные под воздействием внешнего импульса (нагревания, искры, удара) с огромной скоростью превращаться в другие химические соедине-ния с образованием газов и выделением тепла [12].

Выбор ВВ определяется характером выработок (поверхностные или подзем-ные), степенью увлажненности на забое, насыщенностью выработок газами и пы-лью. Учитывая эти характеристики, предполагается ис-пользовать аммонит № 6-ЖВ. Характеристика взрывчатого вещества приводится в Таблице 3.

Таблица 3

Характеристика взрывчатого вещества

Удельный расход ВВ определяется по формуле Н.М.Покровского:

q = q1*l * w* с кг/м3, где

q - удельный расход ВВ кг/м3;

q1 - нормальный удельный расход сосредоточенного заряда ВВ для образования единичной воронки нормального выброса с ЛНС равный 1 м, зависящий от физико-механических свойств горных пород, кг;

с - структурный коэффициент взрываемой породы;

w - коэффициент, учитывающий влияние степени зажима породы. При двух обнаженных поверхностях w=1.

l - коэффициент, учитывающий работоспособность применяемого ВВ [9].

q = 0,40*0,85*1*1 = 0,34 кг/м3

Расчет удельного расхода ВВ представлен в Таблице 4.

Таблица 4

Расчет удельного расхода ВВ

На основе удельного расхода определяется расход ВВ на одну заходку:

Qзax= q*Vзaх, кг

Vзaх - объем взорванной породы за одну заходку.

Vзaх = S* lзaх м3, где

S - площадь забоя горной выработки.

lзaх - глубина заходки.

Для канав: Vзaх = 12*0,5 = 6 м3,

Qзax = 0,34*6 = 2,04 кг.

Для штолен: Vзaх = 4*1,37 = 5,48 м3,

Qзax = 0,34*5,48 = 1,86 кг.

Расчет зарядов шпуров

Для канав заряды шпуров одинаковые.

qшп = Qзах / N = 2,04 / 25 = 0,08 кг,

где N - количество шпуров на забое.

Заменяем расчетное количество ВВ на стандартные патроны ВВ. Применяется стандартный патрон ВВ 100 гр. Пересчитываем количество ВВ с учетом стандартного патрона.

Для канав: Qзах = qшп * N

Qзах= 0,1 * 25 = 2,5 кг.

Для штолен: масса шпуровых зарядов определяется по уравнению:

Qзах = qотб * nотб + 1,3 qотб * nврб

1,86 = qотб * 9 + 1.3qотб* 5

qотб = 0.12 кг

qврб = 0,16 кг

qотб - заряд отбойного и вспомогательного шпуров;

nотб - количество отбойных и вспомогательных шпуров;

qврб - заряд врубового шпура равен 1,3 qотб;

Заменяем расчетное количество ВВ на стандартные патроны ВВ. Применяется стандартный патрон ВВ 100 гр. для отбойных шпуров, 150 гр. - для врубовых. Пересчитываем количество ВВ с учетом стандартного патрона.

Qзах = qотб * nотб + qврб * nврб

Qзах = 0,1*9 + 0,15*5 = 1,65 кг.

Длина зарядки - длина заряда ВВ.

Длина забойки - вся свободная от заряда ВВ часть шпура.

lзаб=lшп-lзар

lзаб?30% lшп

Для канав: lзаб = 30%*0,6 = 0,3*0,6 = 0,18 м

lзар = lшп-lзаб = 0,6-0,18 = 0,42 м

Для штолен:

врубовые шпуры - lзар = 0,18м

lзаб = lшп- lзар = 1,6 - 0,18 = 1,42 м

отбойные шпуры - lзар = 0,12м

lзаб = lшп- lзар = 1,6 - 0,12 = 1,48 м

Окончательный расход ВВ представлен в Таблице 5.

Таблица 5

Расход аммонита № 6-ЖВ

2.3.4. Обоснование способа и выбор средств взрывания

Выбор средств и способа взрывания шпуров определяется в первую очередь возможностью их применения в соответствии с правилами техники безопасности и с учетом экономической целесообразности.

К средствам взрывания относятся:

1. при огневом взрывании: огнепроводный шнур, средства его поджигания и капсюли-детонаторы.

2. при электрическом взрывании: электропроводный шнур, источник тока и капсюли-электродетонаторы.

Проектом рассматривается применение огневого способа взрывания, как допустимого для проведения данного вида работ, наиболее простого в применении огневого стакана, т.к. инструкция по технике безопасности запрещает одновременное поджигание более 16 зарядов. В штольне расположено 14 шпуров, то путем скручивания огнепроводных шнуров попарно получим 13 пар шпуров и одинарный шпур.

Огнепроводный шнур представляет собой сердцевину из дымного пороха с центральной направляющей нитью и оплеток, покрытых или пропитанных влагонепроницаемой или водонепроницаемой массой.

Огнепроводный шнур поджигают с помощью тлеющего зажигательного фитиля или зажигательной свечи.

Капсюль-детонатор, используемый для детонирования основного заряда ВВ, представляет собой заряд первичного и вторичного инициирующего ВВ, запрессованных в медную, латунную, алюминиевую или бумажную гильзу.

Взрывание шпуров огневым способом состоит из следующих операций: изготовление зажигательных трубок, изготовление патронов-боевиков, заряжание шпуров, забойки шпуров и зажигания огнепроводных шнуров.

Минимально допустимая длина отрезка огнепроводного шнура должна быть не короче 1 м. Зажигательная трубка представляет собой капсюль-детонатор с введенным в него отрезком огнепроводного шнура. Патрон-боевик - это патрон ВВ с зажигательной трубкой. Отрезок огнепроводного шнура, находящийся на поверхности должен быть не короче 15 см.

Для проведения взрывных работ огневым способом потребуется:

1. Капсюль-детонатор:

Канавы

на одну заходку необходимо 25 капсюль-детонаторов;

на одну канаву - 40*25 = 1000;

на 25 канав - 25000.

Штольня

на одну заходку необходимо 14 капсюль - детонаторов;

на одну штольню - 146*14 = 2044;

на 3 штольни - 6132.

Общее количество капсюль - детонаторов

1,1*(25000 + 6132) = 34245

2. Огнепроводный шнур:

Канавы

Длина огнепроводного шнура для одного шпура равна:

l = 1 м;

на одну канаву -1 м*25 =25 м;

на 25 канав - 625 м.

Штольня

l = lзаб + 0,15м

l = 1,42+ 0,15= 1,57 м

на одну штольню - 1,57*14 =21,98 м;

на 3 штольни - 61,94 м.

Общая длина огнепроводного шнура

l =1,1*(625 + 65,94) = 760 м

2.3.5. Паспорт буровзрывных работ

Для канав:

1. Площадь сечения канавы - 12 м2.

2. Длина канавы - 20 м.

3. Категория пород по М.М. Протодьяконову - XII.

4. Общее количество шпуров на забое - 25 штук.

5. Длина шпуров - 0.6 м.

6. Длина заходки - 0,5 м.

7. Количество заходок на всю выработку - 40 зах.

8. Коэффициент использования шпуров - 0,85.

9. Средства взрывания: капсюль-детонаторы, огнепроводный шнур.

10. Способ взрывания: огневой, с применением огневого стакана.

11. Расход взрывчатого вещества: на 1 заходку - 2.04 кг;

на всю выработку 81,6 кг.

12. Расход средств взрывания на 1 заходку:

- капсюль-детонаторов - 25 шт.;

- огнепроводного шпура - 25 м.

13. Расход средств взрывания на всю выработку:

- капсюль-детонаторов - 1000 шт.;

- огнепроводного шпура - 625 м.

14. Величина заряда в каждом шпуре - 0,08 кг.

15. Длина зарядки - 0.42 м

Длина забойки - 0.18 м.

16. Взрывчатое вещество - аммонит № 6 порошкообразный.

Для штолен:

1. Площадь сечения штольни - 4 м2.

2. Длина штольни - 200 м.

3. Категория пород по М.М. Протодьяконову - XII.

4. Тип вруба - призматический.

5. Общее количество шпуров на забое - 14 штук:

- отбойных - 9;

- врубовых - 5.

6. Длина шпуров - 1,6 м.

7. Длина заходки - 1,37 м.

8. Количество заходок на всю выработку - 146 зах.

9. Взрывчатое вещество аммонит - № 6.

10. Коэффициент использования шпуров - 0,85.

11. Средства взрывания: капсюль-детонаторы и огнепроводный шнур.

12. Способ взрывания: огневой, с применением огневого стакана.

13. Расход взрывчатого вещества: на 1 заходку - 1,86 кг;

на всю выработку 272 кг.

14. Расход средств взрывания на 1 заходку:

- капсюль - детонаторов - 14 шт.;

- огневого шпура - 21,98 м.

15. Расход средств взрывания на всю выработку:

- капсюль - детонаторов - 2044 шт.;

- огневого шпура - 65,94 м.

16. Величина заряда в каждом отбойном шпуре - 0,12 кг

врубовом шпуре - 0,16 кг.

17. Длина зарядки - отбойных шпуров - 0,12 м;

- врубовых шпуров- 0,18 м.

18. Длина забойки - отбойных шпуров - 1,48 м;

- врубовых шпуров- 1,42 м.

2.3.6. Хранение взрывчатых веществ

Специфические свойства взрывчатых материалов требуют хранения их в таких условиях, при которых обеспечивались бы удобства и безопасность обращения, а также исключались хищения, порча и самопроизвольный взрыв.

Хранить взрывчатые материалы разрешается только в специальных складах, построенных и оборудованных в строгом соответствии с требованиями правил безопасности и зарегистрированных в органах Государственного горного надзора.

Склады взрывчатых материалов необходимо располагать на отдельной изолированной площади, удаленной от жилых и технических зданий и сооружений.

По количеству ВВ, необходимого для всего объема работ, предусматривается устройство временного склада. При раздельном хранении ВВ и средств взрывания в хранилище можно помещать до 18 т ВВ и до 25000 шт. детонаторов. Соответствующее количество огневого шнура может храниться с детонаторами.

Временные склады допускаются легкого типа: досчатые, глинобитные, земляные и другие. Разрешается под временные хранилища использовать существующие помещения: нежилые здания, сараи, землянки и другие при устройстве хорошей вентиляции, защиты от сырости, дождя, снега. Временные склады следует размещать на сухих, возвышенных местах для предохранения их от почвенной влаги. Полы в хранилище могут быть досчатыми и глинобитными, но обязательно ровными, гладкими и без щелей. Освещение внутри хранилищ разрешается аккумуляторными или предохранительными бензиновыми лампами.

Вокруг поверхностного склада в радиусе не менее 50 м выделяется запретная зона, в которой вырубается хвойный лес и снимается сухая трава, заросли и хворост, лиственный лес оставляется. Запретная зона по своему периметру ограждается канавой для предотвращения заливания территории склада атмосферными водами. Вокруг склада в радиусе 40 м устраивается ограждение. Ограждение может быть сооружено из различных материалов, но высота его должна быть не менее 2 м.

2.4. Вентиляция горных выработок

Применяется прямая схема вентиляции (рис. 6).

Рис. 6. Схема проветривания выработки.

Схема нагнетания. Свежий воздух при помощи вентилятора подается по трубам к забою выработки, а воздух содержащий вредные газы удаляется по самой выработке к устью. Призабойное пространство быстро очищается от вредных или ядовитых газов, однако выработка в течение некоторого времени еще заполнена ими и поэтому в самой выработке на протяжении всего времени ее вентиляции работать нельзя. Если выработка имеет значительную протяженность, то для ее вентиляции требуется длительное время. Схема нагнетания может быть использована при вентиляции любой горноразведочной выработки небольшой протяженности, за исключением выработок, опасных по газу и пыли, где ее применение весьма ограничено.

Расстояние от конца труб до забоя должно быть:

lтр ? б*vS [м],где

S [м2] - площадь сечения выработки.

lтр ? б,7 [м]

Количество воздуха, необходимое для вентиляции выработки:

А (кг) -- количество ВВ, взрываемое за одну отпалку;

q = 0,04(м3) - объем условной окиси углерода, образующейся при взрыве ка-ждого килограмма ВВ;

т = 12500 - коэффициент разжижения окиси углерода;

k = 1,15 - коэффициент, предусматривающий потери воздуха в трубопроводе;

t [мин.] - время вентиляции.

Рассчитанное количество воздуха следует проверять на скорость движения воздуха по выработке:

Учитывая вышеуказанные параметры предполагается использовать ручной вентилятор типа КП-2 [9].

2.5. Уборка отработанной породы

После вентиляции и приведения выработки в безопасное состояние приступают к уборке породы.

Вне зависимости от горно-геологических условий и способа проходки вертикальных выработок, они должны быть оборудованы и оснащены устройствами для спуска и подъема людей и удаления отработанной породы.

При проходке штольни сечением 4 м2 целесообразнее использовать ручной подъем. В этом случае погрузка породы производится лопатами в вагонетки емкостью 0,4 м2, одновременно производится дробление породы, если есть крупные обломки. Откатка вагонеток также производится вручную, при этом используются ручные рельсы Р-8. Рельсы с помощью костылей пришиваются к металлическим подкладкам толщиной 10-12 мм, пришиваются к деревянным шпалам.

Расстояние между шпалами - 0,75 м. Все пространство между ними должно быть заполнено балластом или отработанной породой.

Характеристика рудных вагонеток:

- емкость кузова - 0,4 м;

- ширина колеи - 600 мм.

Габариты:

- длина - 1200 мм;

- ширина - 750 мм;

- высота - 1100 мм.

Характеристика рельса Р-8:

- вес 1 п.м - 8,42 кг;

- высота - 65 мм;

- ширина подошвы - 52 мм;

- ширина головки - 27,5 мм;

- толщина лейки - 6мм.

Отработанная порода складируется в виде отвала вблизи горной выработки, на расстоянии, исключающем влияние этого отвала на устойчивость бортов выработ-ки. [1, 12].

2.6. Крепление горных выработок

При проведении горнопроходческих работ нарушается уравновешенное состояние пород массива и вокруг выработки происходит перераспределение существующих напряжений, которые вызывают деформацию.

Данным курсовым проектом предусмотрено крепление деревянной крепью. К поло-жительным качествам дерева, определяющим широкую область его применения при проходке разведочных выработок, относятся: возмож-ность использования для крепи местных материалов, достаточно высокие прочно-стные свойства, легкость обработки и относительно невысокая стоимость. Недос-татками деревянного крепления являются недолговечность и в большинстве случа-ев разовое использование. Крепь изготовляется из сосны, ели или других хвойных пород. Сухой лес обладает более высокими прочностными свойствами, поэтому для крепи целесообразно использовать древесину зимней заготовки, имеющую меньшее содержание влаги, или предварительно высушенную древесину. Элемен-ты крепи изготовляют из очищенного от коры дерева.

Основной конструкцией деревянной крепи горизонтальных выработок является крепежная рама. Она состоит из верхняка и двух стоек. Стойки чаще всего устанавливаются наклонно (трапециевидная рама). В зависимости от условий проведения горизонтальной выработки, отдельные элементы крепежной рамы могут отсутствовать или, наоборот, могут быть усилены дополнительными элементами.

Наиболее ходовыми диаметрами крепежного леса являются стойки с диаметром в верхнем отрезе 15х25 см. Расстояние между крепежными рамами определяется исходя из следующих условий:

1) при неусточивых породах - крепление сплошное, когда расстояние между рамами равно диаметру крепежных стоек;

2) при породах средней устойчивости - расстояние между ними увеличивается до 1 м;

3) при породах очень устойчивых - расстояние между рамами может быть доведено до 1,5-2,0 м;

4) при породах исключительных по устойчивости и иногда на последних метрах выработки - последняя может находиться без крепления вовсе. В этих случаях сечение выработки целесообразно придавать сводную форму.

Первые 5 метров (наносы) крепятся сплошной крепью. Затем переходят на крепление вразбежку и, наконец, последние метры выработки могут проходиться без крепления.

Процесс крепления включает в себя следующие операции:

1) заготовку крепи;

2) подготовку места для крепи;

3) доставка крепи на место и ее установка.

Заготовка крепи включает в себя:

1) отпиливание леса по необходимым размерам и зарезка замков, замок в боковой стойке делается на ее толстом конце.

Подготовка места заключается в приведении определенного участка выработки в безопасное состояние (удаляются неустойчивые куски породы в кровле и боковых стенках), стенки выравниваются, готовятся лунки и водосточные канавы. Лунки под боковые стойки будут глубиной 10 см.

Установку крепи начинают с установки стоек в лунки. На стойки укладывается верхняк. Рама должна быть установлена в плоскости, перпендикулярной оси выработки. После этого приступают к забутовке кровли. В качестве затяжки применяют доски, их помещают за пределами наружного контура крепи.

Кроме того, еще крепится устье штольни для предотвращения обрушения пород по склону.

При проходке канав крепления не используются, их борта выравниваются до угла естественного откоса пород.

2.7. Водоотлив и освещение

2.7.1. Освещение

Учитывая сравнительно небольшую глубину выработок, отсутствие в них взрывоопасных газов и проведение работ в одну смену, в течение светового дня, предусматривается использование переносных ацетиленовых ламп. Лампа состоит из двух резервуаров: нижнего, заполняемого карбидом кальция, и верхнего, в кото-рый наливается вода. Вода поступает по трубке в нижний резервуар и, взаимодей-ствуя с карбидом кальция образует ацетилен, выходящий в горелку. Поступление воды в нижний резервуар регулируется специальным винтом. Заряда воды и кар-бида достаточно для работы лампы на протяжении 11-12 часов [9].

2.7.2. Водоотлив

Для водоотлива из горных выработок наиболее широко применяются центробежные и винтовые насосы. При выборе насоса для водоотлива, кроме его производительности и высоты напора, следует учитывать вес насоса, его поперечные и продольные размеры, способ установки или подвески.

Для откачки воды из канав могут быть использованы передвижные насосы типа М, ММ, ВМП. Агрегат из одноступенчатого центробежного насоса и двигателя внутреннего сгорания, монтируется на колесной тележке и может перемещаться по фронту работы.

Для организации водоотлива воду из штолен собирают с помощью водоотводных канав и выводят непосредственно на дневную поверхность.

Сечение водоотводных канав зависит от расхода воды, уклона выработки, характера горных пород и шероховатости стенок.

Организация водоотлива не предусматривается, поскольку водоприток в крепких скальных породах менее 0,2-0,3 м/час. Воду удаляют на поверхность бадьями вместе с породой или отдельно.

2.8. Ликвидация горных выработок

Ликвидация выработок - это комплекс работ и мероприятий по прекращению работ в горных выработках и устранению доступа в них в связи с окончанием срока их службы.

Ликвидация производится с целью предотвращения загрязнения подземных водоносных горизонтов. После окончания всех работ поверхностные горные выработки (канавы) засыпаются землей, а подземные горные выработки (штольни) закрываются без уничтожения самой выработки. Деревянная крепь, в большинстве случаев, извлечению не подлекжит и остается в выработке. Ликвидационные выработки должны быть нанесены на планы расположения разведочных выработок и на план работ.

2.9. Техника безопасности

2.9.1. Техника безопасности при проходке разведочных горных выработок

Проведение горных выработок с отвесными бортами допускается в устойчивых породах на глубину не более 2-х метров. При проведении выработок в неустойчивых породах, должно применяться сплошное крепление бортов, или борта должны выравниваться до угла естественного откоса.

Спуск людей в канаву глубиной более 1,5 м разрешается только по лестницам или трапам с перилами по специально оборудованному спуску. Руководитель горных выработок обязан следить за состоянием забоя, бортов канав и траншей.

При угрозе обрушения пород работы должны быть прекращены, а люди и механизмы отведены в безопасное место.

Для предотвращения несчастных случаев во время горнопроходческих работ и сокращению аварийности необходимо соблюдать меры по технике безопасности. Рабочие допускаются до работ после тщательного изучения техники безопасности и санитано-технического минимума.

Необходимо строго соблюдать последовательность в операции проходческого цикла.

Необходимо постоянно следить за сохранением атмосферы выработок. Запрещается находиться в шпурах во время вентиляции.

Крепление выработок должно проводиться строго в соответствии с утвержденным паспортом крепления. Систематически необходимо следить за состоянием крепи. Для крепи допускаются к использованию только целые недеформированные материалы. Запрещается работать в выработках с поврежденной крепью, а во время крепления все остальные работы должны быть прекращены.

Постоянно необходимо записывать в журнал все травмы, увечья и другие несчастные случаи.

2.9.2. Техника безопасности при проведении взрывных работ

Проведение взрывных работ регулируется «Едиными правилами техники безопасности при взрывных работах». Согласно действующим правилам, не раз-решается производить взрывы без паспорта буровзрывных работ, а при массовых взрывах - без утвержденного проекта производства работ.

Количество ВМ, доставляемое к месту работ, не должно превышать общую величину взрываемых зарядов. Оставшееся после заряжания ВВ должно быть до взрыва удалено за пределы опасной зоны.

Подготовленные к взрыву заряды не разрешается оставлять невзорванными. В случае необходимости выставляют охрану.

При опускании боевиков в шпуры (скважины) запрещается допускать толчки или проталкивать их легкими ударами. Порции забойки или ВВ, помещенные не-посредственно на боевик, уплотнять нельзя. Обращаться с боевиками следует осто-рожно.

Ограничивается при огневом взрываний число зажиганий отрезков ОШ одним взрывником. В подземных выработках один взрывник может поджигать за один прием не более 16 отрезков ОШ. При большем взрываний зарядов за один прием применяют зажигательные патроны. В этом случае число патронов должно быть не более шести в одном забое.

Число одновременно зажигаемых отрезков ОШ одним взрывником на поверх-ности не ограничено, оно устанавливается из расчета времени горения отрезка ОШ контрольной трубки.

Перед зажиганием отрезков ОШ в забое первым зажигается ОШ контрольной трубки, располагаемой не ближе 5 м от заряда.

После взрыва капсюля-детонатора контрольной трубки взрывник обязан уда-литься в укрытие, даже если зажигание всех отрезков ОШ не закончено.

Перед заряжанием шпуров в подземных выработках выставляются посты ох-раны в местах возможных доступов к забою.

На земной поверхности перед началом взрывных работ устанавливают грани-цы опасной зоны по разлету кусков породы. Из этой зоны выводятся люди, не свя-занные с производством взрывных работ. На границах опасной зоны выставляется охрана. Охрана из проинструктированных рабочих организуется так, чтобы все пу-ти, ведущие к месту производства взрывных работ, находились под постоянным наблюдением. Каждый пост, расположенный на дневной поверхности, должен на-ходиться в поле зрения смежных с ним постов.

При производстве взрывных работ обязательно применение в светлое время суток и в подземных выработках звуковых, а в темное время суток - звуковых и световых сигналов.

Звуковые сигналы подаются взрывником в следующем порядке. Первый сиг-нал - предупредительный (один продолжительный). Все люди, не занятые заряжа-нием и взрыванием, удаляются лицом технического надзора за пределы опасной зоны. Второй сигнал -- боевой (два продолжительных). Подается он после оконча-ния подготовки зарядов к взрыву, а также проверки исправности электровзрывной сети с безопасного места. По этому сигналу взрывники зажигают ПИТ и удаляются в укрытия или за пределы опасной зоны, а при электрическом взрываний включают ток. Третий сигнал - отбой (три коротких) подается после осмотра места взрыва и означает окончание взрывных работ.

При огневом взрывании, электровзрывании детонаторами замедленного (короткозамедленного) действия, электроогневом взрывании разрешается к месту взрыва подходить через 15 мин; при взрывании детонаторами мгновенного дейст-вия и ДШ - через 5 мин.

Место взрыва осматривается лицом горного надзора и взрывником для опре-деления возможности допуска людей к месту работы.

При обнаружении отказов (невзорвавшихся зарядов) устанавливают отличи-тельный знак и обеспечивают его охрану. Каждый отказ записывается в книгу от-казов. Запрещается разбуривание стаканов шпуров или скважин независимо от то-го, есть ли в них ВВ или его нет. Стаканом называют данную часть шпура или скважины, которая осталась после взрыва заряда ВВ.

Работы, связанные непосредственно с ликвидацией отказов, должны произво-диться по указанию руководителя взрывных работ, начальника участка или смен-ного надзора.

В местах отказов запрещается какая-либо работа, не связанная с их ликвида-цией [б].

ЧАСТЬ III. ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

Проектируется проходка трех штолен, сечением 4 м2 и длиной 200 м.

Проходка интервалов 5-200 м ведется с применением буровзрывных работ. При проходке все операции цикла выполняются последовательно, одна за другой. Зарядка и взрывание шпуров выносятся за пределы смены, крепление

производится отдельно. Продолжительность смены - 6 часов. Производительные затраты труда на 1 погонный метр штольни в чел./час равны:

Производительные затраты: 13,15 чел.час.

Производительные затраты труда на 1,37 пог. м штольни в чел.час:

1. Бурение шпуров - 2,84

2. Зарядка и взрывание - 56 мин.

3. Вентиляция - 30 мин.

4. Уборка породы - 11,33

5. Крепление - 2,22

6. Настилка путей - 0,77

7. Монтаж воздухопровода - 0,86

Производительные затраты (без зарядки, взрывания и вентиляции) = 18 чел./час.

Тогда продолжительность отдельных операций и всего цикла в целом будет равна:

1. Бурение шпуров - 0,947 час = 57 мин

2. Зарядка и взрывание - 56 мин.

3. Вентиляция - 30 мин.

4. Уборка породы - 3,777 час = 3ч.47 мин

5. Крепление - 0,74 час = 44 мин

6. Настилка путей - 0,257 час = 15 мин

7. Монтаж воздухопровода - 0,287 час = 17 мин

Общая продолжительность без зарядки, взрывания и вентиляции: 6,00 час = 6 ч. 00 мин

Циклограмма полученных данных затрат труда проходки штольни.

График цикличности

200 м - 5 м = 195 м длина штольни без наносов.

Количество заходок - 142 (так как длина заходки - 1,37 м).

Для выполнения всего объема работ по проходке трех штолен необходимо

=

что при работе в одну смену составит 438 рабочих дней или 14мес. и 18 дней

Список литературы

1. Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Комащенко В.И. Горноразведочные и буровые работы. М.: Недра. 1989.

2. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов А.А. Разведочное буре-ние. М.: Недра. 1979.

3. Единые нормы выработки на геологоразведочные работы. Горнопроходче-ские работы. М.: Недра. 1969.

4. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. М.: Недра. 1975.

5. Ильяш В.В., Стрик Ю.Н., Методические указания по выполнению курсового проекта по «Технике разведки» для студентов 3 курса дневного отделения специальности 011100 «Геология». Воронеж, ВГУ, 2001.

6. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И. Разведочное буре-ние. М.: Недра. 1973.

7. Ларин К.Л. Геологоразведочное дело и техника безопасности. М. 1978.

9. Оксененко В.П. Проходка горноразведочных выработок. Часть I. - Воронеж. 1974.

10. Оксененко В.П. Проходка горноразведочных выработок. Часть II. - Воро-неж. 1974.

11. Правила безопасности при геологоразведочных работах. М.: Недра. 1980.

12. Советов Г.А., Жабин Н.И. Основы бурения и горного дела. М.: Недра. 1980.

13. Суханов А.Ф., Назаров П.П., Кутузов Б.Н., Невский В.Л., Дмитриев А.П., Го-ловин Г.М., Мисник Ю.М., Ханукаев А.Н. Буровзрывные работы. М.: Государ-ственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1962.

14. Тарасов Л.Я. Горное дело. М.: Недра. 1971.

15. Шамшев Ф.А., Тараканов С.Н., Кудряшов Б.Б., Парийский Ю.М.,

Яковлев A.M., Салье Е.Н. Технология и техника разведочного бурения. М.:

Недра. 1966.

6. Единые правила безопасности при взрывных работах. М.: Недра. 1976.