TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1....

13
Cursul 8-9 Construcţii subterane TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCRĂRILOR SUBTERANE ÎN ROCĂ METODA CLASICĂ DE EXCAVAREA CU EXPLOZIVI Tehnologia de excavare a lucrarilor subterane cu ajutorul explozivilor ramâne şi în prezent cea mai raspândita din lume. Mecanismul acestui fenomen se explica astfel: explozivul prin detonare actioneaza asupra rocii prin presiunea de detonatie ce are loc prin contactul direct dintre exploziv si roca. Durata fenomenului este doar de câteva microsecunde, dupa care roca este supusa actiunii gazelor de explozie. Aceasta presiune dureaza mai mult timp in functie de incarcatura si anume de la zeci de milisecunde pâna la sute de milisecunde. Viteza de propagare a acestor unde depinde de modulul de elasticitate si de duritatea mediului inconjurator, fiind constanta in limitele legii lui Hook. Undele de presiune se propaga in roca de la locul de explozie pâna ajung la o suprafata libera de unde sunt reflectate, ca unde de tensiune. Undele de tensiune sunt purtatorii partii energiei devenita libera prin explozie, deoarece diferenta dintre impedanta acustica a rocii si a aerului este destul de mare, si de aceea o parte din energie se intoarce ca unda reflectata. Presiunea uriaşă la care este supusă roca, sub forma de undă de şoc de ieşire care circulă prin rocă cu o viteză de 3000-5000 m/s, sparge zona învecinată găurii de foraj şi expune roca din jur la eforturi de forfecare. Grosimea rocii sparte în jurul unei găuri cu diametrul de 40 mm este tot de 40 mm sau chiar mai puţin. Apare însă un sistem de crăpături care porneşte parţial din centrul găurii, ce poate afecta roca pe o adâncime de 1 m. Dezvoltarea pe direcţie radială se explică prin faptul că roca este mai puţin rezistentă la întindere decât la compresiune. Formarea fisurilor la puşcare depinde de volumul de rocă ce revine fiecărei gauri de mină, de distanţa dintre găuri şi de asemenea dacă aprinderea este simultană sau cu intârziere. În jurul unei explozii se disting următoarele zone: 1) Cavitatea exploziei, unde are loc detonaţia; 2) Zona de tranziţie, unde presiunea se reduce rapid prin unda de şoc, dând naştere la o curgere plastică, o sfărâmare şi o fisuraţie; 3) Zona de sfărâmare; 4) Zona de fisuraţie; 5) Zona seismică, unde presiunea exploziei având o valoare sub limita de rupere a rocii, acesta nu se rupe. Încărcarea şi evacuarea sterilului Operaţia de încărcare a sterilului constă din evacuarea materialului rezultat după împuşcarea frontului. Această operaţie reprezintă 30-40% din ciclul total, necesar pentru excavarea unei galerii, respectiv din ciclul unui atac complet, perforare, puşcare, transport, susţinere. La toate tehnologiile moderne sau vechi, operaţia de încărcare se suprapune cu operatia de transport. Instalaţiile utilizate în acest scop pot fi de tipul: maşini de încărcat cu cupe maşini de încărcat cu braţe instalatii de incărcat cu screpere

Transcript of TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1....

Page 1: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCRĂRILOR SUBTERANE ÎN ROCĂ

METODA CLASICĂ DE EXCAVAREA CU EXPLOZIVI

Tehnologia de excavare a lucrarilor subterane cu ajutorul explozivilor ramâne şi în prezent cea mai raspândita din lume. Mecanismul acestui fenomen se explica astfel: explozivul prin detonare actioneaza asupra rocii prin presiunea de detonatie ce are loc prin contactul direct dintre exploziv si roca. Durata fenomenului este doar de câteva microsecunde, dupa care roca este supusa actiunii gazelor de explozie. Aceasta presiune dureaza mai mult timp in functie de incarcatura si anume de la zeci de milisecunde pâna la sute de milisecunde. Viteza de propagare a acestor unde depinde de modulul de elasticitate si de duritatea mediului inconjurator, fiind constanta in limitele legii lui Hook. Undele de presiune se propaga in roca de la locul de explozie pâna ajung la o suprafata libera de unde sunt reflectate, ca unde de tensiune. Undele de tensiune sunt purtatorii partii energiei devenita libera prin explozie, deoarece diferenta dintre impedanta acustica a rocii si a aerului este destul de mare, si de aceea o parte din energie se intoarce ca unda reflectata. Presiunea uriaşă la care este supusă roca, sub forma de undă de şoc de ieşire care circulă prin rocă cu o viteză de 3000-5000 m/s, sparge zona învecinată găurii de foraj şi expune roca din jur la eforturi de forfecare. Grosimea rocii sparte în jurul unei găuri cu diametrul de 40 mm este tot de 40 mm sau chiar mai puţin. Apare însă un sistem de crăpături care porneşte parţial din centrul găurii, ce poate afecta roca pe o adâncime de 1 m. Dezvoltarea pe direcţie radială se explică prin faptul că roca este mai puţin rezistentă la întindere decât la compresiune. Formarea fisurilor la puşcare depinde de volumul de rocă ce revine fiecărei gauri de mină, de distanţa dintre găuri şi de asemenea dacă aprinderea este simultană sau cu intârziere.

În jurul unei explozii se disting următoarele zone:

1) Cavitatea exploziei, unde are loc detonaţia; 2) Zona de tranziţie, unde presiunea se reduce rapid prin unda de şoc, dând naştere la

o curgere plastică, o sfărâmare şi o fisuraţie; 3) Zona de sfărâmare; 4) Zona de fisuraţie; 5) Zona seismică, unde presiunea exploziei având o valoare sub limita de rupere a

rocii, acesta nu se rupe. Încărcarea şi evacuarea sterilului Operaţia de încărcare a sterilului constă din evacuarea materialului rezultat după împuşcarea frontului. Această operaţie reprezintă 30-40% din ciclul total, necesar pentru excavarea unei galerii, respectiv din ciclul unui atac complet, perforare, puşcare, transport, susţinere. La toate tehnologiile moderne sau vechi, operaţia de încărcare se suprapune cu operatia de transport. Instalaţiile utilizate în acest scop pot fi de tipul:

• maşini de încărcat cu cupe • maşini de încărcat cu braţe • instalatii de incărcat cu screpere

Page 2: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

• maşini de încărcat cu greifer Transportul este operatia de evacuare a materialului rezultat de la puşcare, încărcat într-un mijloc de transport stabilit, care poate fi: bandă, vagoneţi, autobasculante, pentru a fi dus la halde. Transportul este o operaţie independentă sau suprapusă cu încărcarea în cadrul tehnologiilor bazate pe explozivi.

Execuţia direct la secţiunea finală În funcţie de dimensiunile galeriei şi de caracteristicile rocii excavarea prin acest procedeu se poate realiza direct la secţiunea finală sau în 2 sau mai multe trepte şi faze. În situaţia dimensiunilor curente a galeriilor/tunelelor executate în roci cu caracteristici mecanice bune tehnologia de execuţie cuprinde următoarele etapele ilustrate în figura 2.1. Succesiunea operaţiilor în ordine tehnologică este următoarea:

− trasarea frontului, materializarea pe front a schemei de perforare; − perforarea frontului cu ajutorul perforatoarelor manuale pe lungimea de 3 m, sau

similară, funcţie de avansul proiectat; perforarea în partea superioara se poate face de pe o platformă de lucru (executată din ţeavă şi dulapi) sau de pe steril, pînă ce acesta nu a fost evacuat;

− puşcare, aerisire; − copturirea suprafeţei bolţii cât şi a pereţilor pe lungime de 3 m, de pe materialul

rezultat la puşcare; − perforarea găurilor pentru ancore; − aducerea în front a încărcătorului (ce staţiona în prima nişă de lîngă front) şi

încărcarea sterilui în vagoane; − transportul cu locomotiva electrică de mină la haldă; − evacuarea din front a încărcătorului şi a celorlalte echipamente.

În timpul operaţiei de perforare a ancorelor şi de evacuare a sterilului, concomitent se execută lucrările de susţineri provizorii. În cazul rocilor tari susţinerile folosite sunt ancore betonate de l = 0,75—1,50 m, Ø 25 mm, plasă de sârmă cu ochiuri 60 x 60 mm, şpriţ-beton de 5 cm grosime. După susţinerea provizorie se execută urmatoarele lucrări:

− săparea rigolelor de scurgere a apelor la infiltraţii şi la perforajul umed; − pregătirea patului de radier prin aşternerea de nisip 0-7 mm, sau pietriş 0-15 mm, în

vederea montării prefabricatelor de radier; − montarea radierului prefabricat şi solidarizarea acestuia de vatră cu ancore Ø 20 (2

buc/prefabricat) împotriva deplasării către front. Operaţiunea de montare a radierului prefabricat se execută în sensul portal - front, la o distanţă minimă de 30 m faţă de front.

În tehnologiile moderne se prevede execuţia radierelor prefabricate, concomitent cu lucrările de excavare-înaintare, radierul prefabricat aflîndu-se la o distanţă destul de mică în spatele frontului de excavaţii. Prin folosirea acestor prefabricate se creează condiţii favorabile pentru lucrările de betonare. Se obţin următoarele avantaje:

Page 3: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Figura 1.1. Fazele de execuţie pentru excavarea la secţiune întreagă

− cale de circulaţie în perfectă stare, ce permite amplasarea şi transportul facil al instalaţiilor necesare tehnologiei;

− un control şi o verificare a profilelor excavate pe tot conturul galeriei, putându-se manevra un şablon mobil;

− posibilitatea executării reprofilărilor necesare, utilizind o platformă ce circulă pe calea de rulare ;

− se constituie un reazem stabil şi bine centrat pentru cofrajul metalic autoportant al inelului la betonare;

− prin existenţa radierului definitiv pe toată lungimea se poate asigura ordinea si curăţenia.

Page 4: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Execuţia în mai multe trepte şi faze

În cazul galeriilor de mai mari dimensiuni excavarea se face în mai multe faze, uneori foarte elaborate, aşa cum se poate urmări în figura 2.2.

Figura 1.2. Faze de excavare în cazul unei galerii de mari dimensiuni

În cele ce urmează se detaliază fazele de execuţie în cazul excavării în 2 trepte. Introducerea a două trepte afectează viteza de execuţie. Astfel, pentru o secţiune medie de 20 m2 a galeriei se obţine un avansament mediu de 80 ml/lună, în cazul excavaţiei în trepte şi de 100 ml/lună în cazul excavatiei la secţiune plină.

Tehnologia de execuţie în vartianta cu 2 trepte cuprinde operaţiile prezentate în figura 2.3. Cele două trepte sunt decalate în plan longitudinal pe distanţa maximă de 5,0 m. În situaţia când frontul de lucru nu este decalat în trepte, pentru intrarea în această tehnologie de lucru, se execută lucrări pentru realizarea treptei superioare pe un decalaj de 2,0 m. Aceste lucrări sunt:

− montarea unei platforme de lucru executata din ţeavă şi dulapi. Înălţimea platformei este astfel aleasă încât să permită, lucrul minerilor atât în partea superioară la boltă, cât şi sub platformă;

− perforarea frontului pe 2 m adâncime cu perforatorul individual; − puscare, aerisire, copturire; − evacuare manuală a sterilului de pe treapta superioară; − încărcarea sterilului de pe treapta inferioară cu încărcătorul în vagon CF, şi transport la

haldă; − executarea pe trepte a susţinerilor provizorii şi definitive.

Page 5: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Figura 1.3. Fazele de execuţie în varianta cu 2 trepte

După realizarea treptei de lucru superioare se execută următoarele operaţii: − trasarea frontului şi materializarea găurilor ce se perforează;

Page 6: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

− perforarea frontului superior pe 1,5m adâncime cu perforatoare individuale; perforarea găurilor pentru ancore cu o lungime de 2,50 m;

− puşcare, aerisire, copturire; − evacuare manuală a sterilului de pe treapta superioară; − aducerea în front a încărcătorului (ce staţiona în prima nişă din spatele frontului) şi

încărcarea sterilului în vagoane; − transportul sterilului la haldă.

Se recomandă executarea suprapusă a operaţiilor de încărcare a sterilului cu cele aferente realizării susţinerii provizorii. Susţinerile provizorii folosesc ancore betonate l = 2,50 m, Ø = 25 mm, plasa cu ochiuri 60 x 60 mm, şpriţ beton 10 cm, cintre simple sau duble (funcţie de natura rocii) la 1,50m distanţă unele de altele. După terminarea lucrărilor de susţinere provizorie pe 1,5 m se trece la faza următoare care este executarea unui nou atac de 1,5 m pe treapta superioară şi a unui atac de 3,0 m pe treapta inferioară. Se execută două atacuri scurte de 1,5m, pe treapta superioară, din considerente de susţinere şi pentru o evacuare manuală mai uşoară a sterilului. În acest scop se execută următoarele operaţii:

− trasarea frontului şi materializarea găurilor ce se perforează; − perforarea treptei superioare pe încă 1,5 m cu perforatoare individuale cât şi a găurilor

pentru ancorele de 2,5 m din boltă; − retragerea utilajelor; − puşcare, aerisire, copturire ; − perforare cu perforatoarele individuale a treptei inferioare ; − puşcare, aerisire, copturire pereţi; − evacuare manuală a sterilului rămas pe treapta superioara (o parte din acest steril a cazut

pe radier la puşcarea treptei inferioare); − aducerea în front a încărcătorului (ce staţiona în prima nişă din spatele frontului) şi

încărcare sterilului în vagoane; − transport la haldă.

În timpul operaţiei de perforare a frontului şi de evacuare a sterilului rezultat din puşcările celor două trepte se execută concomitent lucrările de susţineri provizorii. Tavanul şi pereţii se vor controla şi copturi la începutul schimbului, după puşcare şi ori de câte ori apar semne că roca are tendinţa să se desprindă. În timpul copturirii este interzisă executarea altor lucrări în frontul de lucru.

Lucrări de puşcare. Schema de puşcare

Schema de puşcare trebuie sa fie afişată la loc vizibil la intrarea în galerie cât şi la frontul de lucru. Excavarea în toate categoriile de roci se face cu ajutorul explozivilor. Explozivii sunt substanţe care aprinse au proprietatea să ardă într-un timp foarte scurt (fracţiuni de secundă), degajând mari cantităţi de gaze şi căldură. Dacă explozivul arde într-un spaţiu mic, închis, astfel încât gazele degajate să nu poată ieşi afară, atunci ele apasă asupra pereţilor cu o presiune foarte mare şi îi rup.

Aprinderea încărcăturii explozive se poate face pirotehnic sau electric. În excavaţiile subterane se foloseşte întotdeauna aprinderea electrică a încărcăturii. Metoda electrică de puşcare are următoarele avantaje:

Page 7: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

− posibilitatea explodării simultane a unui număr mare de încărcături şi prin aceasta sporirea efectului exploziv;

− se poate face reglarea cu precizie a exploziei în privinţa timpului de producere; − dă posibilitatea de a păstra o anumită succesiune a exploziilor, în raport cu scopul

urmarit.

Stabilirea lungimii şi distribuţiei găurilor ce urmează a fi forate în front (schema de puşcare) este o operaţie importantă, de care depinde modul de rupere a rocii şi consumul de exploziv. Ruperea rocii trebuie realizată cât mai aproape de profilul teoretic al secţiunii, iar sterilul rezultat să fie cât mai mărunt, pentru a putea fi încărcat mai uşor. Schema de puşcare se alege în funcţie de următoarele condiţii: tăria rocii;

− stratificaţia rocii, înclinarea şi direcţia straturilor; − infiltraţiile de apă şi existenţa gazelor în masiv ; − secţiunea şi forma galeriei ; − tehnologia folosită şi utilajele de perforare, încărcare, transport, puşcare; − tipul de exploziv folosit şi caracteristicile lui ; − susţinerea provizorie şi definitivă; − destinaţia galeriei − ciclograma prevăzută şi monografia de armare.

La orice schemă de perforare, urmărind din centru spre margini se disting găurile de sâmbure, care explodează primele, apoi găuri de lărgire şi găuri de profilare. În figura 1.4 este ilustrată o schemă de puşcare.

Figura 1.4. Schemă de puşcare pentru o galerie de dimensiuni medii

Diametrul găurilor este cuprins intre 32-45 mm şi trebuie să depăşească cu 4-5 mm diametral cartuşelor de exploziv folosite. Adincimea găurilor este cuprinsă între 1,5 şi 3 m. La secţiuni sprijinite adâncimea găurilor din care rezultă pasul de înaintare nu poate depăşi lungimea pe care lucrarea poate sta nearmată.

Page 8: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Găurile de sâmbure, explodând primele au rolul de a produce o scobitură (un făgaş sau sâmbure) pentru a crea o a doua faţă liberă. În acest mod ruperea rocii produsă prin explozia celorlalte găuri se face în condiţiuni mai bune. În zona sâmburelui găurile au o desime mai mare şi se încarcă cu cantităţi sporite de exploziv (cu 20-25% mai mult ca la celelalte găuri). Din motivele arătate găurile de sâmbure converg (au tendinţa să se întîlnească) în interiorul frontului, deosebindu-se din acest punct de vedere sâmburi conici sau piramidali, sâmburi pană, sâmburi triunghi, etc.

Găurile de lărgire se perforează pe unul sau două rânduri în jurul sâmburelui, funcţie de tăria rocii şi mărimea profilului, având şi ele o uşoară înclinare spre axul galeriei. La secţiunile mici găurile de lărgire pot lipsi.

Găurile de profilare explodează ultimele şi au rolul de a crea un profil cât mai apropiat de cel teoretic. Ele sunt plasate mai des, la distanţe de 0,10-0,15 m de marginea teoretică a profilului şi sunt paralele cu axul galeriei, sau la 0,15 m de marginea teoretică a profilului şi sunt uşor divergente (înclinate spre exterior). Încărcătura pe gaură este mai mică decât la celelalte tipuri de găuri. Pentru galerii care rămân necăptuşite încărcătura se limiteaza la circa 200 grame exploziv/gaura de 1 m. Uneori găurile de profil se încarcă din două în două (una da, una nu). În acest caz se reduce cantitatea de exploziv folosit pentru puşcare pe de o parte, iar pe de altă parte ruperea este dirijată spre găurile neîncărcate, obţinându-se în acest mod o rupere mai bună a conturului galeriei.

Numărul de găuri pe un metru pătrat de secţiune variază în limite depinzând de tăria rocii şi de mărimea profilului excavat. În condiţii normale el variaza între 2,5 şi 4,0 găuri/m2 de galerie. Consumul de exploziv este în jur de 0,9-1,4 kg exploziv/m3 de rocă excavată. Numărul de găuri şi consumul de exploziv creşte în galeriile de secţiune mare şi în cazul rocilor foarte tari. Cantitatea de exploziv necesar pentru o gaură depinde de următorii factori:

- lungimea găurii şi poziţia explozivului în gaură; - duritatea rocii; - puterea materialului exploziv şi gradul lui de îndesare; - gradul de fisurare al rocii, precum şi stratificaţia ei; - cunoaşterea amănunţită a proprietăţilor explozivului folosit.

Gaura se poate încărca pe maximum 2/3 din lungimea ei. Pentru încărcarea frontului şi puşcarea electrică patronul armat (cu capsă) se introduce în fundul găurii, apoi se introduc patroanele de dinamita. Burarea se face cu argilă, nisip sau apă. În încheierea acestui paragraf sunt prezentate o serie de fotografii din timpul execuţiei unor galerii de secţiune mare.

Page 9: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Fotografii din timpul execuţiei unor galerii de secţiune mare

Page 10: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Anexa

Excavarea cu explozivi Tehnologia de excavare a lucrarilor subterane cu ajutorul explozivilor ramâne şi în prezent cea mai raspândita din lume.

Mecanismul acestui fenomen se explica astfel: explozivul prin detonare actionează asupra rocii prin presiunea de detonaţie ce are loc prin contactul direct dintre exploziv şi rocă. Durata fenomenului este doar de câteva microsecunde, dupa care roca este supusă acţiunii gazelor de explozie. Această presiune durează mai mult timp în funcţie de incărcătură şi anume de la zeci de milisecunde până la sute de milisecunde. Viteza de propagare a acestor unde depinde de modulul de elasticitate şi de duritatea mediului înconjurător, fiind constantă în limitele legii lui Hook. Undele de presiune se propagă în roca de la locul de explozie pâna ajung la o suprafaţa liberă de unde sunt reflectate, ca unde de tensiune. Undele de tensiune sunt purtătorii părţii energiei devenită liberă prin explozie, deoarece diferenţa dintre impedanţa acustică a rocii şi a aerului este destul de mare, şi de aceea o parte din energie se intoarce ca undă reflectată.

Presiunea uriaşă la care este supusă roca, sparge zona învecinată a găurii de foraj şi expune roca din jur la eforturi tangenţiale sub formă de undă de şoc de ieşire care circulă prin rocă cu o viteza de 3000-5000 m/s. Grosimea rocii sparte în jurul unei găuri cu diametrul de 40 mm este tot de 40 mm sau chiar mai puţin. Apare însă un sistem de crăpături care porneşte parţial din centrul găurii, ce poate afecta roca pe o adâncime de 1 m. Dezvoltarea pe direcţie radială se explică prin faptul că roca este mai puţin rezistentă la întindere decât la compresiune. Formarea fisurilor la impuşcare depinde de volumul de rocă afectat fiecărei găuri de mină, de distanţa dintre găuri şi de asemenea dacă aprinderea este simultană sau cu întârziere.

În jurul unei explozii se disting urmatoarele zone (fig. 1):

Fig. 1 Zona de influenţă în jurul unei explozii (A. Simionescu)

6) Cavitatea exploziei, unde are loc detonaţia 7) Zona de tranziţie, unde presiunea se reduce rapid prin unda de şoc, dând naştere la o curgere

plastică, o sfărâmare şi o fisuraţie. 8) Zona de sfărâmare. 9) Zona de fisuraţie. 10) Zona seismică, unde presiunea exploziei având o valoare sub limita de rupere a rocii, acesta nu se

rupe.

Tipuri de sâmburi pentru impuşcare

Sâmburele de impuşcare este volumul de rocă din frontul de lucru care se rupe primul la impuşcare, în urma exploziei unor găuri de mină speciale, denumite găuri de sâmbure. Acesta trebuie sa fie cât mai mare, uniform pe toata lungimea lui şi să permită crearea unei degajări complete, astfel încât celelalte găuri din schema de împuşcare să poată exploda, iar materialul să fie sfărâmat şi aruncat cât mai aproape de front. Există mai multe tipuri de sâmburi (Fig 2):

a) sâmbure în evantai în care găurile sunt dirijate de la front, sub un unghi ascuţit spre unul dintre pereţi – are un randament scăzut;

b) sâmbure în plug sau V, în care găurile sunt înclinate unele către altele pornind de la front;

Page 11: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

c) sâmburele instantaneu sau piramidal este cel mai vechi model de sâmbure – are un randament scăzut şi este folosit la galerii cu sectiuni mici;

d) sâmburele paralel, folosit la orice tip de galerie, cu randamente mari, dar care necesită o precizie mare.

Fig. 2 Tipuri de sâmburi

Lungimea atacului a în funcţie de secţiunea teoretică F şi de procedeul de realizare a sâmburelui este aceea a lui G. Burkhardt:

o pentru puşcare cu sâmbure conic: mFa 450.0 ≤= ;

o pentru puşcare cu găuri paralele: mFa 475.0 ≤= .

Coeficientul de rupere al unei găuri este dat de raportul între lungimea atacului şi lungimea medie a găurii forate şi depinde de tipul de sâmbure.

Numărul de găuri forate depinde de gradul de coeziune al rocii existând în acest sens formule experimentale stabilite pe baza analizei unui număr mare de împuşcări. Protodiakonov propune următoarea relaţie:

SfN /7.2=

f = coeficientul de tarie al rocii; S = secţiunea galeriei; N= numărul de găuri pe 1 m2 forat.

Din analiza tuturor formulelor utilizate la calculul numărului de găuri se constată că numărul de găuri pe 1 m2 de front este invers proporţional cu secţiunea găurii. În condiţii normale acest număr variază între 2.5 si 4.0 găuri/m2 de galerie. Consumul de exploziv este în jur de 0.9-1.4 kg exploziv/mc de rocă excavată. Numărul de găuri şi consumul de exploziv creşte în galeriile cu secţiune redusă şi în cazul rocilor foarte tari.

Factorii principali care influenţează lucrările de puşcare sunt: o mărimea incărcăturii; o lungimea găurii de mină; o diametrul încărcăturii în relaţia acesteia cu diametrul găurii de mină. Diametrul găurilor poate fi de 43-50 mm (România, Cehoslovacia), 28-32 mm (Anglia Suedia, Germania) sau 32-36 mm (S.U.A.).

Tipuri de perforatoare. Perforatorul este utilajul de bază pentru executarea lucrărilor în subteran. În

funcţie de energia de alimentare perforatoarele pot fi: pneumatice, electrice, hidraulice şi termice. După greutate se împart în: perforatoare uşoare de 20-40 kg şi perforatoare grele de peste 40 kg. După numărul braţelor de perforare se împart în perforatoare individuale şi perforatoare cu mai multe braţe.

Page 12: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

Scheme de puşcare Schemele de perforare-puşcare – denumite pe scurt scheme de puşcare se compun din: găuri de sâmburi;

găuri de lărgire ajutătoare; găuri de contur; găuri de protecţie.

În figura 3 sunt prezentate diverse scheme de puşcare. În funcţie de forma şi dimensiunile golului excavat există şi alte scheme de puşcare.

Schema de puşcare se alege în funcţie de următoarele condiţii: � tăria rocii; � stratificaţia rocilor şi înclinaţia directă a straturilor; � infiltraţiile de apă şi existenţa gazelor în masiv; � secţiunea şi forma galeriei; � tehnologia folosită si utilajele de perforare, încărcare, transport, puşcare; � tipul de exploziv folosit şi caracteristicile lui; � susţinerea provizorie şi cea definitivă; � destinaţia galeriei (de aducţiune, de fugă, de acces, etc); � ciclograma prevăzută şi monografia de armare;

Fig. 3 Tipuri de de scheme

O problemă importantă care se pune în tehnica puşcării în subteran, este aceea a supraprofilului, respectiv a

diferenţei dintre profilul obţinut, după puşcare şi cel proiectat. Supraprofilul are influenţă atât asupra vitezei de înaintare, cât şi asupra economicităţii metodei. În Statele Unite mărimea medie a acestui supraprofil este în jur de 73 cm iar la noi între 30-40 cm.

Pentru reducerea supraprofilului se aplică în prezent mai multe principii de puşcare controlată precum: a) Perforarea în linie care presupune un singur rând de găuri apropiate (la distanţă de 2-4 ori diametrul

gaurii), cu diametru mic de 30-50 mm, neîncărcate, perforate pe intregul contur de excavare. b) Puşcarea amortizată este constituită dintr-un singur rând de găuri de-a lungul profilului de excavare,

care se încarcă cu încărcături reduse bine distribuite în gaură. Acestea explodează dupa ce s-au puşcat sâmburele şi găurile de lărgire ajutătoare.

Page 13: TEHNOLOGII DE EXCAVARE A LUCR ĂRILOR · PDF fileCursul 8-9 Construc ii subterane Figura 1.1. Fazele de execu ie pentru excavarea la sec iune întreag ă − cale de circula ie în

Cursul 8-9 Construcţii subterane

c) Puşcarea netedă sau lină este metoda cu cea mai mare aplicabilitate, găurile distribuite pe profilul excavaţiei, fiind prevăzute cu o încărcătură uşoară, bine repartizată pe lungime şi folosind capse cu întârziere minimă între găuri. Aceste găuri numite şi găuri de netezire, explodează ultimile.

Încărcarea şi evacuarea sterilului

Operaţia de încărcare a sterilului constă din evacuarea materialului rezultat după puşcarea frontului. Această operaţie reprezintă 30-40% din ciclul total, necesar pentru excavarea unei galerii, respectiv din ciclul unui atac complet, perforare, puşcare, transport, susţinere. La toate tehnologiile moderne sau vechi, operaţia de încărcare se suprapune cu operaţia de transport. Instalaţiile utilizate în acest scop pot fi de tipul:

• maşini de încărcat cu cupe • maşini de încărcat cu braţe • instalaţii de încărcat cu screpere • maşini de încărcat cu greifer

Transportul este operaţia de evacuare a materialului rezultat de la puşcare, încărcat într-un mijloc de transport stabilit, care poate fi: banda, vagoneţi, autobasculante, pentru a fi dus la halde. Transportul este o operaţie independentă sau suprapusă cu încărcarea în cadru tehnologiilor bazate pe explozivi.