Technologia przebijania szybów

Podczas głębienia szybów stosuje się urabianie:

ręczne,

mechaniczne — za pomocą MW.

Ręczne urabianie skał można stosować podczas głębienia szy­bów w skałach sypkich lub o małej zwięzłości. Do urabiania ręcz­nego stosuje się kilofy, łopaty, a najczęściej młotki udarowe. Młotki te są wyposażone w groty łopatkowe (rys. 6.18).

Podczas ręcznego sposobu urabiania skał prace rozpoczyna się od środka szybu. Za pomocą młotków urabia się warstwę skały grubości od 0,3 do 0,5 m, sukcesywnie w kierunku ociosów, nie wybierając jednak partii przyociosowej pod obudową poprzednie­go odcinka. Dopiero po zgłębieniu szybu na głębokość od 1,2 do 1,5 m przystępuje się do urabiania partii pod obudową, uwa­żając, by nie dopuścić do jej zniszczenia. Urabianie tej partii odbywa się na całym obwodzie szybu lub segmentami. Przy ura­bianiu ręcznym ładowanie odbywa się prawie równolegle. Średni postęp głębienia przy ręcznym urabianiu wynosi od 25 do 40 m/mies, natomiast najlepszy — 100 m/mies.

Podstawowym sposobem urabiania skał w szybach jest ura­bianie za pomocą MW. Pod względem techniczno-technologicznym urabianie skał MW obejmuje następujące elementy:

obliczenie liczby otworów strzałowych,

ustalenie długości i średnicy otworów strzałowych,

określenie ilości i rodzaju MW potrzebnych jednorazowo,

sposób rozmieszczenia otworów — metryka strzałowa,

sposób łączenia i odpalania ładunków.

Do określenia liczby otworów strzałowych N służy następują­cy wzór empiryczny:

_N = ±2kxŁ.

a-od²

gdzie

N — całkowita liczba otworów w przodku, q — jednostkowe zużycie MW, kg/m⁸ urobionej skały, S — powierzchnia przekroju szybu w wyłomie, m², a — współczynnik wielkości zapełnienia otworu strzałowego a = 0,60-7-0,7 przy średnicy otworów od 32 do 36 mm, a = 0,45-r-0,5 przy średnicy otworów 45 mm, o — gęstość załadowania otworu MW, kg/m³, d — średnica otworu strzałowego, mm.

Długość otworu strzałowego zależy od wielu czynników, spo­śród których do najważniejszych należą:

warunki geologiczno-górndeze,

rodzaj posiadanego sprzętu wiertniczego,

sposób głębienia szybu i sposoby organizacji robót.

W celu określenia głębokości otworów można stosować wzory empiryczne, ale najczęściej długość otworów wyznacza się na

podstawie doświadczeń praktycznych; tzw. optymalna długość otworów wynosi:

od 2,5 do 3,0 m dla skał ilastych i piaszczystych,

od 2,0 do 2,5 m dla piaskowców.

Istotny wpływ na ostateczny efekt urabiania skał ma także średnica otworu strzałowego. Obserwacje w przodkach szybowych wykazały, że tzw. optymalna średnica naboju zależy od przekro­ju drążonego wyrobiska, a mianowicie:

dla przekrojów > 20 m² celowe jest stosowanie nabojów o średnicy 40 mm, ' *

dla przekrojów > 40 m² korzystnie jest stosować naboje o średnicy 50 mm.

Stwierdzono również, że zwiększenie średnicy naboju o 1 mm powoduje o 3% zmniejszenie liczby koniecznych otworów strza­łowych.

Rodzaj MW i jego ilość są uwarunkowane rodzajem urabia­nych skał i regulowane odpowiednimi przepisami. Ogólnie można stwierdzić, że w szybach stosuje się materiały wybuchowe o dużej sile wybuchu (tzw. skalne), do których należą dynamity i amonity. Pierwsze z nich można stosować w skałach zawodnionych, drugie w skałach suchych. Jednak zarówno jedne, jak i drugie nie są bezpieczne w warunkach zagrożenia metanem i pyłem węglo­wym.

MW — karbonity stosuje się w robotach węglowych, lecz bez zagrożenia metanowego oraz przy klasie A zagrożenia pyłowego, a barbaryty — podczas prowadzenia robót w kamieniu w warun­kach zagrożenia metanowego. Podczas głębienia szybów w węglu przy występującym zagrożeniu metanowym i pyłowym stosuje się MW — metandt.

Ogólna ilość MW zużywana jednorazowo może być określona na podstawie tzw. zużycia jednostkowego, tj. ilości MW potrzeb­nych do urobienia 1 m³ danej skały oraz objętości skał urabia­nych podczas jednego zabioru. Obliczona w ten sposób ilość ma­teriału wybuchowego może być porównana z liczbą i pojemnością otworów wyznaczoną według podanych wzorów.

Po ustaleniu podstawowych parametrów strzelania można przy­stąpić do opracowania schematu rozmieszczenia otworów w przod­ku — w postaci metryki strzałowej. Właściwe rozmieszczenie otworów w przodku 'wpływa na efektywność urabiania i drążenia.

Rozmieszczenie otworów w przodku powinno zagwarantować:

dokładność obrysu przekroju szybu,

dokładne oderwanie skały od spodu,

równomierne i drobne pokruszenie skały,

uniknięcie uszkodzenia obudowy szybu i urządzeń szybo­wych.

W szybach o przekroju kołowym otwory strzałowe rozmieszcza się na kilku współśrodkowych okręgach. W osi szybu wykonuje się krótki otwór centralny, tzw. pius, długości równej 2/3 długości pozostałych otworów. Zadaniem tego otworu jest urobienie stoż­ka skał wyrzuconego przez otwory włomowe. Średnica kół, na któ­rych rozmieszcza się pozostałe otwory strzałowe, zależy od śred­nicy szybu. Najczęściej stosuje się trzy lub cztery okręgi z otwo­rami strzałowymi. Średnice tych okręgów wynoszą:

przy trzech okręgach 0,45; 0,75; 0,95

przy czterech okręgach 0,35; 0,6; 0,8; 0,95 średnicy szybu w świetle obudowy D.

Kolejnym parametrem metryki strzałowej jest oddalenie od siebie otworów na poszczególnych Okręgach. Odległość ta ustalona w drodze doświadczeń wynosi przy urabianiu:

łupków gliniastych l,2-r-l,3 m

łupków piaszczystych 1,0-4-1,1 m

piaskowców 0,8-7-0,9 m

W zależności od średnicy szybu liczba otworów na każdym okręgu wynosi od 12 do 20.

W ostatnich latach w budownictwie szybowym nie stosuje się otworów włomowych nachylonych. Otwory nachylone wierci się jedynie jako otwory konturowe. Przykład metryki 'strzałowej ze schematem otworów strzałowych pokazano na rys. 6.19.

Po 'odwierceniu otworów strzałowych i ich załadowaniu pod-lącza się instalację odpalającą. Środkami inicjującymi stosownie do warunków są zapalniki ostre czasowe: sekundowe, półsekun-dowe i milisekundowe węglowe i powietrzne. Przewodami zapal­nikowymi są druty z miękkiej stali ocynkowanej o średnicy 0,58 mm i długości 3,0 m w izolacji igielitowej. Wszystkie zapal­niki łączy się w sposób szeregowo-równoległy do przewodów zbior­czych, zwanych anteną. Obecnie stosuje się tzw. trójpierścieniowe łączenie antenowe pokazane w metryce strzałowej na rys. 6.19. Ła­dunki w otworach odpala się powszechnie zapalarkami kondensa­torowymi typu Barbara 2a stacjonarnymi o wydajności 150 ZE.

Za prawidłowość wykonywania robót strzelniczych w szybie odpowiedzialny jest wyłącznie górnik strzałowy, który może do prac pomocniczych (z wyjątkiem uzbrajania naboju i ładowania do otworu) korzystać z pomocy górników szybowych.

Przepisy przewidują, że podczas łączenia przewodów w przod­ku oprócz osób dozoru i przodowego mogą być obecne najwyżej trzy osoby.

Bezpośrednio po dokonaniu strzelania przodowy obowiązany jest zbadać, czy nie pozostały niewypały. W przypadku ich wy­krycia należy je 'ponownie podłączyć d odpalić. Czynności te rów­nież wykonuje tylko górnik strzałowy.

Stosowane obecnie urządzenia do wiercenia szybów można po­dzielić na dwie zasadnicze grupy:

• urządzenia zwierające skałę w całym przekroju szybu,

• urządzenia do rdzeniowego wiercenia otworu. Urządzenie wiertnicze typu UZTM przeznaczone do zwiercania

całego przekroju szybu (rys. 6.75) składa się z następujących za­sadniczych części:

• wieży wiertniczej wraz z pomostem roboczym,

• maszyn i urządzeń do 'bezpośredniego wiercenia,

— urządzeń do podnoszenia i opuszczania przewodu wiertni­czego,

• urządzeń do wytwarzania, oczyszczania i obiegu płuczki. Elementami urabiającymi w tym urządzeniu są: świder gryza-

kowy i rozszerzacz gryzakowy. Świder o średnicy 1,2 m przezna­czony jest do wiercenia otworu pilotującego i składa się z ru­ry, kadłuba do umocowania gryzaków i Obciążnika (rys. 6.76).

Rozszerzacz o średnicy 3,6 m składa się ze stalowej czaszy, w której umieszczone są gryzery ułożyskowane w łożyskach kul­kowych (rys. 6.77).

Rozszerzacz o średnicy 6,2 m ma konstrukcję analogiczną do konstrukcji rozszerzacza o średnicy 3,6 m. Różni się jedynie licz­bą gryzerów. Świder i rozszerzacze są połączone ze stołem wiert­niczym za pomocą kolumny wiertniczej i specjalnego odcinka prze­wodu o kształcie kwadratowym, tzw. graniatki. Kolumna rur wiertniczych przenosząca moment ze stołu napędowego na świder i gryzak jest wykonana z dwóch rur, wewnętrznej i zewnętrznej, połączonych ze sobą współśrodkowo (rys. 6.78).

Urabianie skały przy wykorzystaniu tego urządzenia odbywa się w całym przodku, przy czym w samej technologii operacja ta prowadzona jest wielostopniowo.

Innym przykładem urządzenia do zwiercania całego przekroju jest urządzenie typu RTB pokazane na rys. 6.79.

Jest to urządzenie do tzw. wiercenia turbinowego. Podstawo­wą zaletą tego urządzenia jest wyeliminowanie konieczności sto­sowania dużych obciążeń na urządzenie wiertnicze, jak to wystę­puje w konstrukcji UZTM. Turbowiert napędzany jest bowiem cieczą doprowadzaną do przodku przez kolumnę wiertniczą. Pod­czas wiercenia każdy turbowiert obraca się wokół swojej osi, a oprócz tego wszystkie połączone turbowierty obracają się wo­kół wspólnej osi, urabiając całą powierzchnię przodku. Obrót po­łączonych turbowiertów odbywa się samoczynnie wskutek działa­nia sił reakcji występujących przy napędzaniu poszczególnych turbowiertów i jest przeciwny do kierunku ich obrotu.

Wadą tej metody jest bardzo duże zapotrzebowanie na ener­gię do napędzania pomp tłoczących ciecz do turbowiertu.

Oddzielną grupę urządzeń stanowią agregaty wiercące szyby metodą rdzeniową. Przykładem takiego urządzenia jest urządze­nie typu UKP-3.6 pokazane na rys. 6.80.

Urządzenie to składa się z wieży wiertniczej rurowej, wycią­gu wielokrążkowego, stołu obrotowego, przewodu wiertniczego. Na dolnej krawędzi rury znajduje się 12 gryzerów o średnicy 450 mm, które przy toczeniu po skale wycinają pierścieniowy wrąb szerokości 260 mm, co stanowi 21°/o powierzchni przodku (rys. 6.81).

Rdzeń wierci się każdorazowo na głębokość do 5 m, po czym rdzeń podcina się i wyciąga.

Przy podcinaniu rdzenia (rys. 6.82) ramiona przemieszczają się do środka rdzenia wycinając przy obrocie korony wrąb. Pozo­stałą szyjkę o średnicy od 1 do 1,8 m urywa się, podcinając ko­lumnę wiertniczą siłownikami hydraulicznymi umieszczonymi na powierzchni. Rdzeń oparty na ramionach podcinających wyciąga się na powierzchnię razem z koroną wiertniczą.