Масаев Ю.А., Першин В.В. Технология и безопасность взрывных работ в практических задачах

Подождите немного. Документ загружается.

131

вуют напряжения меньшие, чем в зоне действия одиночного заря-

да, так как происходит компенсация растягивающих и сжимающих

напряжений от действия мгновенно взрываемых зарядов. Поэтому

в этой зоне породы подвергаются наименьшему дроблению. Таким

образом, при выборе схемы расположения зарядов, взрываемых в

одну серию, необходимо принимать увеличенный коэффициент

сближения зарядов (m > 2), чтобы зона пониженных напряжений

располагалась вне пределов массива.

При одновременном взрывании двух удлиненных зарядов их

взаимодействие проявляется при расстоянии между ними

3rа



где

r – радиус зоны радиального трещинообразования от дейст-

вия одиночного заряда.

При

8,2 rа



трещины от обоих зарядов смыкаются, образуя

общую плоскость, отрезающую взрываемую часть породного

массива. При

3ra



происходит самостоятельное разрушение по-

роды каждым зарядом независимо друг от друга.

При замедленном взрывании (рис. 4.6) зарядов

Q ,

Q , ...,

Q каждый предыдущий заряд создает дополнительную открытую

поверхность 1 для последующего заряда. В этих условиях прямая

волна сжатия 2 второго заряда отражается от двух открытых по-

верхностей. Отраженные волны растяжения 4 от основной 1 и

132

вспомогательной 1' открытых поверхностей, накладываясь друг на

друга и на прямую волну растяжения 3 второго заряда, обеспечи-

вают хорошее дробление породы не только за счет откольных яв-

лений у открытых поверхностей, но и по диагональной линии 5

наложения самих отраженных волн растяжения 4.

При короткозамедленном взрывании заряды или серии заря-

дов взрываются с замедлением в тысячные доли секунды.

Первоначально взрывание с малыми замедлениями применя-

ли с целью снижения сейсмического эффекта взрыва. Кроме того,

при сочетании определенных условий взаимодействия зарядов

смогли значительно повысить эффективность взрыва.

Основные факторы, определяющие эффективность коротко-

замедленного взрывания (КЗВ), – интервал замедления, акустиче-

ская жесткость породы и параметры взрывных работ. В ряде гипо-

тез, выдвинутых некоторыми отечественными и зарубежными

учеными, повышенный эффект при КЗВ объясняется целым рядом

факторов, основные из которых: интерференция волн напряжений

от зарядов соседних серий; образование дополнительных открытых

поверхностей; соударение разлетающихся кусков породы от взрывов

соседних серий; суммирование напряжений в массиве от взрывов со-

седних серий. При этом необходимый результат взаимодействия за-

рядов обеспечивается соответствующим интервалом замедления:

при малых интервалах имеет место интерференция волн напряже-

ний; при средних – образование дополнительных открытых поверх-

133

ностей и суммирование напряжений в массиве; при больших – со-

ударение разлетающихся кусков породы.

Рис. 4.6. Схема взаимодействия смежных зарядов ВВ

при замедленном взрывании

Интерференция волн напряжений, вызывающая суммирование

импульсов взрыва в какой-либо точке по величине и по направле-

нию, может быть получена как при прохождении через зону заряда

прямых волн сжатия и растяжения от первого заряда Q

, так и

при прохождении через эту зону волны растяжения, отраженной от

открытой поверхности при взрыве заряда Q

. Для получения ин-

терференции взрывных волн заряд Q

должен быть взорван в зоне

прямой или отраженной волны растяжения. Из этих условий интер-

вал замедления, равный полупериоду колебаний массива, имеющих

вид синусоиды, можно определить по формуле

134

мзам





/аt или

зам

/4  Wаt ,

где ν

– скорость распространения волн напряжений в массиве.

Однако длительность прохождения волны растяжения между

зарядами и отраженной волны при методе скважин не превышает

5 мс, а при методе шпуров составляет доли миллисекунд, поэтому

получить интерференцию взрывных волн при традиционно при-

меняемых параметрах буровзрывных работ (БВР) практически

невозможно. Достигнуть требуемого эффекта взрыва благодаря

интерференции волн напряжений можно лишь при малых за-

медлениях (порядка 10 мс) и больших масштабах взрыва. При

этом необходим предварительный тщательный контроль време-

ни замедления (с точностью до 0,1 мс) и параметров взрыва во

избежание интерференции волн с эффектом самопогашения.

Дополнительные открытые поверхности обеспечивают

формирование в массиве дополнительных отраженных волн на-

пряжения.

В отличие от замедленного взрывания, когда за время за-

медления порода полностью разрушается, при КЗВ, осуществ-

ляемом в режиме весьма малых интервалов замедления, необ-

ходимо предварительно определить величину смещения породы

от предыдущей серии взрывов для получения открытой поверх-

ности. Требуемая ширина пространства для получения дополни-

тельной открытой поверхности зависит от коэффициента раз-

рыхления породы и должна составлять (1,1Î1,3)W. Исходя их

135

этого, заряды при КЗВ взаимодействуют так же, как при замед-

ленном взрывании. При интервале замедления, большем, чем

время формирования дополнительных открытых поверхностей,

КЗВ аналогично замедленному взрыванию с несколько умень-

шенными интервалами замедления, поскольку после формиро-

вания дополнительных открытых поверхностей все напряжения

в породе исчезают со скоростью звука.

Суммирование напряжений в массиве достигается при ин-

тервалах замедления, меньших чем время формирования допол-

нительных открытых поверхностей. Продолжительность разру-

шения породы взрывом

321р

tttt





где t

– время разрушения породы действием волны напряжений

при ее прохождении от заряда до открытой поверхности; t

–

время развития трещин в разрушаемом массиве до момента

формирования сквозной трещины по образующей воронки раз-

рушения; t

– время разлета разрушенной горной массы.

Малые замедления при КЗВ должны обеспечить такое

взаимодействие зарядов, когда каждый заряд или серия зарядов

за счет волны напряжений вызывает микроструктурные нару-

шения в породе собственной серии взрывов и дополнительное

разрушение породы предыдущей серии, а также разрушение по-

136

роды собственной серии под действием газов за счет квазиста-

тических напряжений и создание поля напряжений в породах

последующей серии. Однако к началу второй фазы разрушения

породы заданной серии порода, разрушенная зарядами преды-

дущей серии, должна начинать смещаться, чтобы не препятст-

вовать увеличению объема породы, разрушаемой зарядами по-

следующей серии. При таком взаимодействии зарядов обеспе-

чивается суммирование в массиве динамических волновых на-

пряжений и квазистатических напряжений, создаваемых дейст-

вием газов взрыва.

Поскольку продолжительность разрушения породы взры-

вом зависит от акустической жесткости породы, ЛНС и массы

заряда, интервал замедления





Q/kWt



зам

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от акусти-

ческой жесткости породы; W – ЛНС зарядов; Q – масса заря-

дов.

Принципиально при расчете оптимальных параметров КЗВ

необходимо исходить из условий обеспечения требуемого эф-

фекта взрыва в среде, подбора интервала замедления по опти-

мальным параметрам взрыва и достижения необходимого взаи-

модействия зарядов. Однако существующая практика подбора

параметров взрывных работ согласно имеющимся интервалам

137

замедлений для современных ЭДКЗ и взрывание с пропусканием

отдельных серий не обеспечивают необходимого при КЗВ взаи-

модействия зарядов, сводя его зачастую к обычному замедленно-

му взрыванию, и не обеспечивают свойственного КЗВ повыше-

ния эффективности взрыва.

Соударение разлетающихся кусков породы может быть

достигнуто за счет соответствующей схемы расположения заря-

дов и последовательности их взрывания, когда смещающиеся при

взрыве части горного массива имеют разные скорости и направ-

ления сдвига. При столкновении кусков породы, движущихся с

большой скоростью, за счет энергии соударения обеспечивается

их дополнительное дробление. Наибольший эффект вторичного

дробления достигается при пересечении траекторий кусков поро-

ды под углом не менее 20Ç и разности их скоростей не менее

15 м/с. С этой точки зрения, повышение эффективности КЗВ

обеспечивается только за счет увеличения степени дробления от-

битой горной массы. Однако практика КЗВ показывает, что эф-

фективность взрывных работ при малых интервалах замедления

в определенных условиях достигается за счет улучшения всех

качественных и количественных показателей взрыва. Таким об-

разом, до настоящего времени нет общепризнанных теорий КЗВ

и методики расчета параметров взрывных работ, поэтому в

большинстве случаев эффективные параметры и схемы КЗВ ус-

танавливают эмпирическим путем.

138

Взаимодействие удлиненных зарядов. При шпуровом мето-

де взрывания преимущественно применяется сплошной колонко-

вый заряд с прямым или обратным инициированием. На рис. 4.7

представлено взаимодействие двух шпуровых зарядов, взорван-

ных одновременно.

Рис. 4.7. Взаимодействие смежных удлиненных зарядов ВВ

По линии А–А происходит встреча волн соседних зарядов,

по этой линии зарождаются трещины, идущие навстречу трещи-

нам, развивающимся от шпуров. При достижении волной сжатия

обнаженной поверхности сформировавшаяся отраженная волна

разрушает массив со стороны обнаженной поверхности забоя.

Комплект шпуров при проведении горных выработок состо-

ит из врубовых, отбойных и оконтуривающих. Заряды, взрывае-

139

мые в одну серию, взаимодействуют между собой как взрывае-

мые мгновенно.

Взаимодействие зарядов соседних серий можно рассматри-

вать как у зарядов, взрываемых с замедлением.

3. Методика выполнения работы

Изучение затронутых вопросов проводится на тренажерах и

по результатам модельных взрывов в пластинах из оргстекла, а

также по фотоснимкам результатов сверхскоростной фоторегист-

рации модельных взрываний. При этом изучают:

1. Образование зон разрушения и их размеры в результате

взрывания сосредоточенных зарядов ВВ.

2. Влияние естественной трещиноватости массива на вели-

чину зон разрушения.

3. Влияние обнаженных поверхностей на конечные резуль-

таты взрыва.

4. Взаимодействие двух одновременно взрываемых смеж-

ных зарядов ВВ.

5. Механизм формирования трещиноватости в забое горной

выработки при взрыве комплекта шпуровых зарядов ВВ.

4. Содержание отчета

В отчете дается описание результатов изучения указанных

вопросов с необходимыми схемами и параметрами.

140

Вопросы для самоконтроля

1. Какой заряд ВВ называют сосредоточенным и удлиненным?

2. Какой заряд ВВ называют сплошным и рассредоточенным?

3. Что такое ударная волна?

4. Что такое волна напряжения?

5. Что такое сейсмическая волна?

6. Какие зоны разрушения образуются в горном массиве при

взрыве сосредоточенного заряда ВВ?

7. Какие трещины формируют воронку выброса?

8. Назовите основные геометрические параметры воронки выброса.

9. Что такое показатель действия взрыва?

10. Что такое линия наименьшего сопротивления?

11. На какие типы делятся воронки выброса в зависимости от по-

казателя действия взрыва?

12. Как влияет естественная трещиноватость горного массива на

его разрушение при взрыве заряда ВВ?

13. Как влияют обнаженные поверхности на эффект разрушения

горного массива?

14. Что происходит в горном массиве при одновременном взрыве

удлиненных зарядов ВВ?

15. На какие виды делятся шпуры в забое подготовительной гор-

ной выработки, их назначение?