CC BY
41
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020;(3-1):383-398 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.235.535.2 DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-383-398
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ГОРОДА САТКИ ПРИ ВЕДЕНИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРАГАЙСКОМ КАРЬЕРЕ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ
П.В. Меньшиков1, С.С. Таранжин1, А.С. Флягин1
1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН)
Аннотация: Проанализированы методы определения допустимой скорости сейсмических колебаний грунта в основании охраняемых объектов г. Сатки. Определены максимальные допустимые значения скорости колебаний грунта для зданий и сооружений промплощадки Карагайского карьера горного предприятия ПАО «Комбинат "Магнезит"» (здания АБК, подземного стального водяного трубопровода, насосной станции), а также для жилых и производственных зданий. Построены аппроксимирующие функции и получены эмпирические корреляционные уравнения для горно-геологических условий Карагайского карьера, подтверждающие уравнение М.А. Садовского. Определены фактические коэффициенты сейсмичности и показатели затухания сейсмических волн на основании проведенных инструментальных замеров скорости сейсмических колебаний грунта при положительной и отрицательной температуре горных пород с 2004 по 2019 г. для горно-геологических условий Карагайского карьера с целью их уточнения и оценки сейсмической безопасности жилых и производственных зданий, сооружений и природных объектов инфраструктуры г. Сатки Челябинской области. Подтверждены проектные решения о сейсмической безопасности охраняемых объектов при ведении взрывных работ в стесненных условиях при отработке северо-западного участка Кара-гайского карьера и уточнены параметры буровзрывных работ, обеспечивающие сейсмическую безопасность охраняемых объектов.
Ключевые слова: взрывные работы, стесненные условия, параметры буровзрывных работ, сейсмическая безопасность, охраняемые объекты, сейсмическое действие взрыва, сейсмическая волна, скорость сейсмических колебаний грунта, приведенное расстояние, коэффициент сейсмичности, показатель затухания сейсмических волн, ударная воздушная волна.
Благодарность: Исследования выполнены в рамках Государственного задания №075— 00581-19-00, темы №0405—2019—0005 (2019—2021 гг.), а также при дополнительном привлечении хоздоговорных средств.
Для цитирования: Меньшиков П.В., Таранжин С.С., Флягин А.С. Исследование сейсмического воздействия на здания и сооружения города Сатки при ведении взрывных работ на Карагайском карьере в стесненных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. - № 3-1. — С. 383-398. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-383-398.
© П.В. Меньшиков, С.С. Таранжин, А.С. Флягин. 2020.
Research of seismic influence on buildings and structures of Satka town while exploding explosive works on the Karagayskiy career in constrained
conditions
P.V. Menshikov1, S.S. Taranzhin1, A.S. Flyagin1
1 The Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia
Abstract: The analysis of methods for determining the permissible speed of seismic vibrations of the soil at the base of the protected objects of Satka town. The maximum permissible values of the rate of vibration of the soil were determined for the buildings and structures of the industrial site of the Karagaiskiy quarry of the mining enterprise PJSC "Kombinat "Magnezit" (buildings of the administrative household plant, underground steel water pipeline, pump station), as well as for residential and industrial buildings. Approximating functions are constructed and empirical correlation equations are obtained for the mining and geological conditions of the Karagaiskiy quarry, confirming the equation of M.A. Sadovskiy. Actual seismicity coefficients and seismic wave attenuation indices were determined based on instrumental measurements of the speed of seismic vibrations of soil at positive and negative rock temperatures from 2004 to 2019 for the geological conditions of the Karagaiskiy open pit in order to refine and evaluate the seismic safety of residential and industrial buildings, structures and natural infrastructure facilities of Satka town, Chelyabinsk region. Design decisions on the seismic safety of guarded facilities during blasting operations in cramped conditions during mining of the north-western section of the Karagaiskiy quarry were confirmed and the parameters of drilling and blasting operations ensuring the seismic safety of guarded facilities were clarified. Key words: blasting operations, cramped conditions, parameters of drilling and blasting operations, seismic safety, guarded objects, seismic effect of an explosion, seismic wave, speed of seismic vibrations of the soil, reduced distance, seismicity coefficient, attenuation index of seismic waves, shock air wave.
Acknowledgment: the Research was carried out within the framework of the State task # 07500581-19-00, topic # 0405-2019-0005 (2019-2021), as well as with additional involvement of contractual funds.
For citation: Menshikov P.V., Taranzhin S.S., Flyagin A.S. Research of seismic influence on buildings and structures of Satka town while exploding explosive works on the Karagayskiy career in constrained conditions. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(3-1):383-398. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-383-398.
Введение
На горнодобывающем предприятии ПАО «Комбинат "Магнезит"» в 2006 году проводилась разноска северного борта Карагайского карьера. А с 2017 года в пределах границ горного отвода планируется вовлечение в открытую разработку балансовых запасов магнезита, расположенных в северозападном и южном бортах Карагайского карьера на основании «Технического проекта доработки балансовых запасов
карьера «Карагайский» Саткинского месторождения магнезита Челябинской области», разработанного ООО «НТЦ-Геотехнология» г. Челябинск в 2016 году. В настоящее время на горном предприятии проводится отработка северо-западного борта Карагайского карьера. Горные работы усложнены тем, что при разноске северо-западного борта фронт ведения взрывных работ подходит близко к промышленным, административным и жилым зданиям
г. Сатки, которые расположены на границе предельного контура Карагайского карьера. С целью обеспечения сейсмической безопасности охраняемых объектов от массовых взрывов с 2004 по 2008 г. и с 2017 по 2019 г. были проведены инструментальные замеры фактической максимальной скорости сейсмических колебаний грунта возле охраняемых объектов: АБК Карагайского карьера, пристроя к АБК, подземного водяного трубопровода, здания главной вентиляторной установки шахты «Магнезитовая» и возле жилых домов (ул. Куйбышева, № 2а; ул. Пролетарская № 9, 15), административного здания (здание полиции г. Сатки) и промышленного здания (электроремонтного цеха (ЭРЦ) ООО «РМП» г. Сатки) во время проведения массовых взрывов на Карагайском карьере при положительной и отрицательной температуре горных пород.
Теоретическое описание
Общим критерием сейсмической безопасности построек является допустимая скорость колебаний грунта в основании объекта, при которой полностью гарантирована его сохранность, а возможные локальные деформации элементов не превысят прогнозируемые. Допустимая скорость сейсмических колебаний зависит от конструктивных особенностей, строительных материалов, назначения, физического состояния и сроков службы зданий и сооружений.
В большинстве литературных источников указано, что в зданиях и сооружениях повреждений не возникает при скоростях колебания до 3 — 5 см/с [1 — 10]. При скоростях 5 — 10 см/с возникают повреждения штукатурки и возможно появление трещин в легких перегородках [11]. По данным ЦПЭС треста Союзвзрывпром, Я.И. Цейтлина и Н.И. Смолия [12, 13] критическая скорость
при многократных взрывах на карьерах принимается равной 3 см/с для жилых зданий. На основе выполненных исследований по обеспечению сейсмической безопасности зданий и сооружений на основных ГОКах бывшего Министерства черной металлургии СССР и предприятий цветной металлургии группой ученых ИГД МЧМ СССР, ЛИСИ МВО СССР, Унипромедь МЦМ СССР и НИИКМА МЧМ СССР в 1984 г. была разработана методика сейсмобезопасной технологии ведения взрывных работ [14], в которой представлена классификация допустимых значений скоростей сейсмических колебаний при взрывах для отдельных типов объектов при систематическом многократном и чрезвычайном однократном воздействии. Данная методика определения допустимой скорости сейсмических колебаний была принята основополагающей для оценки сейсмической безопасности ФНП ПБВР для условий Карагайского карьера и представлена в табл. 1.
Согласно М.И. Картузову [14], при многократных взрывах для кирпичных зданий из мелкоштучной кладки высотой до 5 этажей, а также для жилых и общественных зданий всех типов принимается допустимая скорость сейсмических колебаний — 3 см/с.
Общий анализ составляющих волнового фронта сейсмической волны — двух горизонтальных (с продольной и поперечной) и одной вертикальной — показывает, что в ближней зоне (до 100 м) преобладающей по интенсивности является продольная волна, основная энергия сейсмических колебаний в которой связана с горизонтальной составляющей колебаний этой волны. В дальней зоне преобладают поверхностные волны, когда составляющие колебаний распределяются по осям х, у, z примерно равнозначно.
Таблица 1
Допустимые значения скоростей сейсмических колебаний при взрывах для жилых зданий и сооружений
Valid values for the velocities of seismic vibrations during explosions in residential buildings and structures
Тип сооружений Допустимые скорости колебаний при взрывах, см/с
Многократных Однократных
Лечебные стационары 0,8 1,5
Крупнопанельные жилые здания: детские 1,5 3
и лечебные учреждения
Жилые и общественные здания всех типов, кроме 3 6
крупнопанельных; административно-бытовые
и промышленные здания, имеющие деформации;
котельные
Административно-бытовые и промышленные 6 12
здания, промплощадки; высокие трубы; транс-
портные эстакады; водонасыщенные песчаные откосы. Особоответственные выработки (срок службы более 10 лет): железнодорожные и гидро-
технические тоннели, стволы шахт, капитальные
штольни
Одноэтажные каркасные промышленные здания; металлические и монолитные железобетонные 12 24
сооружения; откосы малосвязанных пород,
входящие в состав ответственных сооружении; ответственные выработки (срок службы более
10 лет); околоствольные дворы, главные кверш-
лаги и штреки
Выработки, эксплуатируемые кратковременно (срок службы до 3 лет): откаточные орты 24 48
и штреки
Неответственные выработки (срок службы 48 96
до 1 года): промежуточные и скреперные штреки,
выпускные дучки, восстающие
Исследования динамики зданий в ближней зоне взрывов показали, что в результате высокой частоты и малой длительности колебаний грунта здания проявляют слабую реакцию на такие воздействия, не развивают активной раскачки. Наблюдается сильное затухание амплитуды скорости и смещения к верху здания. Это позволяет для зданий и сооружений в ближней зоне взрывов принимать допустимую скорость колебания грунта значительно
большую, чем в дальней (табл. 2) [15-17].
Здания и сооружения промплощадки Карагайского карьера ПАО «Комбинат Магнезит» относятся к зданиям малой этажности. В таких зданиях при скорости колебаний до 10 см/с от взрывов в дальней зоне повреждения не наблюдаются.
Из табл. 2 для здания АБК и подземного стального водяного трубопровода, находящихся в ближней зоне ведения
Таблица 2
Уточненные результаты воздействия взрывов на здания и сооружения Updated results of the impact of explosions on buildings and structures
Наименование Скорость колебаний, см/с Результат воздействия
Дальняя зона
Крупнопанельные здания серии 1- до 1,2 Повреждений нет
468 3,2 Трещины осадочного характера, возникающие за период эксплуатации до 1 года
5,2 Горизонтальные и вертикальные трещины шириной до 3 мм на сопряжении панелей
Здания из мелкоштучной кладки 35 Повреждений нет.
высотой до 5 этажей 5 Незначительные трещины в штукатурке
Кирпичные дымовые трубы высотой до 70м 5-8,7 Отсутствие повреждений
Кирпичное здание высотой 13 м 9 Отсутствие повреждений
с размером в плане 96 х 18 м. 13,09 Волосяные трещины в штукатурке, осыпание побелки
Здание из сборных ж/б кон- 10,72 Отсутствие повреждений
струкций с навесными панелями (65x15x34)
Трехэтажное кирпичное здание 7,6 Отсутствие повреждений
Ближняя зона
Двухэтажные или трехэтажные 17,0 Незначительные трещины в пере-
кирпичные здание городках
Кирпичные двухэтажные жилые 12,2 Едва заметное осыпание побелки
дома
Фундаменты из крупных блоков (здание не возведено) 25 Волосяные трещины по раствору кладки
Водовод из стальных труб ^ = = 1000 мм) 14-19 Отсутствие повреждений
Здание из сборных ж/б конструк- 5,7 Отсутствие повреждений
ций с навесными панелями
Таблица 3
Допустимые скорости сейсмических колебаний для сооружений промплощадки The permissible speed of seismic vibrations of structures of the industrial site
№ Сооружения Допустимая скорость V^n, см/с
пп Ближняя зона (до 100 м) Дальняя зона (более 100 м)
1 Здания АБК, автотракторного гаража, котельной, электровозовагонного депо, подстанции, механических мастерских, насосной станции 10 7
2 Труба котельной 7 5
3 Здание гаража БЕЛАЗов 3
взрывных работ, за максимальные допустимые величины скорости колебания грунта были приняты значения, равные 17,0 и 19,0 см/с соответственно. Для насосной станции на северном борту Кара-гайского карьера, находящейся в дальней зоне, была принята допустимая скорость, равная 7,0 см/с (табл. 3) [16].
В данной работе для определения допустимой скорости сейсмических колебаний производился расчет согласно методике по ГОСТ 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию» [18], в которой учитывается вид грунта в основании сооружения, тип и конструкция сооружения, материал конструкции, тип фундамента, расстояние между источником вибрации и местом ее измерения и вид источника вибрации.
Удоп = ■ ■ рь ■ ■ ^ мм/с, (1)
где У0 - опорное значение скорости, равное 20 мм/с; Гд — поправка на вид грунта; Гь - поправка на вид сооружения. Гь = кь ■ кт ■ к^; кь — поправка на тип и конструкцию сооружения; кт — поправка на материал сооружения; к^ — поправка на тип фундамента; — поправка на расстояние для разных источников вибрации; Гк — поправка на вид источника вибрации.
При расчете по данной методике допустимая скорость сейсмических колебаний составила 3,25 см/с для здания полиции и жилых домов г. Сатки и 6 см/с для здания ЭРЦ, расположенных возле границы горного отвода на северо-западном участке Карагай-ского карьера в непосредственной близости от мест ведения взрывных работ. Расчет представлен в табл. 4.
Методика проведения
исследований
Измерение и регистрация параметров сейсмических колебаний выпол-
нялись методом многоканальной регистрации механических колебаний с записью на цифровые сейсмореги-страторы MiniMate Plus («Instantel», Канада, г. Онтарио) [19] и УРАН (ООО «Горизонт», Россия, г. Екатеринбург) [20] с помощью сейсмоприемни-ков «Series III Standard Transducer» и сейсмодатчиков «GS-20DX», устанавливаемых в грунте возле фундамента зданий (охраняемых объектов) с помощью штырьков и ориентируемых по трем направлениям относительно массового взрыва. Давление на фронте ударной воздушной волны (УВВ) измерялось сейсморегистра-тором MiniMate Plus с использованием линейного микрофона «Series III L Microphone», устанавливаемого на штативе высотой 1 м возле охраняемого объекта и ориентируемого по направлению массового взрыва.
Ситуационный план местности с расположением зоны ведения взрывных работ на северо-западном участке Кара-гайского карьера на 20 апреля 2018 г. и мест установки сейсморегистраторов MiniMate Plus и УРАН возле охраняемых объектов представлен на рис. 1.
Параметры буровзрывных работ (БВР), проводимых в Карагайском карьере с 2004 по 2019 г. представлены в табл. 5.
Результаты исследований
Результаты инструментальных замеров скорости сейсмических колебаний грунта и давления на фронте УВВ возле охраняемых объектов при проведении массовых взрывов на Карагайском карьере с 2004 по 2019 г. представлены в табл. 6.
Векторные значения максимальной результирующей скорости сейсмических колебаний определялись по выражению:
V = 7VX + vy + VZ ,, см/с,
(2)
Таблица 4
Расчет допустимой скорости сейсмических колебаний Calculation of the permissible speed of seismic vibrations
Показатели Охраняемые объекты
5-этаж. 5-этаж. 3-этаж. 4-этаж. 1-этаж.
жилои дом (ул. Куйбышева, д. 2а, г. жилой дом (ул. Пролетарская, д. 9, г. жилой дом (ул. Пролетарская, д. 15, г. здание полиции (ул. 50 лет ВЛКСМ, д.7, здание ЭРЦ (ул. 50 лет ВЛКСМ, д. 1в, г.
Сатка) — т. 1 Сатка) — т. 2 Сатка) — т. 3 г. Сатка) — т. 4 Сатка) — т. 5
Назначение Многоэтажные здания с большим скопле- Многоэтаж- Здание про-
нием людей ное здание гражданского назначения с большим скоплением людей мышленного и служебного назначения
Вид грунта Скальные и полускальные грунты (известняк, доломит или магнезит)
Тип кон- Жилые высотные здания Жилое зда- Высотное Производ-
струкции ние имеющее чув-ствитель- ность к вибрациям здание делового назначения ственное здание
Основной Кирпичная кладка Бетонные Кирпичная
материал панели кладка
сооружения
Тип фунда- фундамент зданий из свай
мента
Расстоя- более 200 м
ние между
источником
вибрации
и местом ее
измерения
Вид источ- Взрывные работы
ника вибра-
ции
кь 2,5 2,5 2,5
0,65 0,65 1,2
кт 1,0 1,0 1,0
кк 1,0 1,0 1,0
Рс 1,0 1,0 1,0
Рк 1,0 1,0 1,0
Предельное
значение кра-
тковремен. 3,25 (32,5) 3,25 (32,5) 6,0 (60)
вибрации,
см/с (мм/с)
Рис. 1. Ситуационный план местности с расположением зоны ведения взрывных работ на северо-западном участке Карагайского карьера и мест установки сейсморегистраторов возле: жилых домов на ул. Куйбышева, № 2а (т. 1), на ул. Пролетарская, № 9, 15 (т. 2, 3), здания полиции на ул. 50 лет ВЛКСМ, № 7 (т. 4), электроремонтного цеха (ЭРЦ) ООО «РМП» на ул. 50 лет ВЛКСМ, № 1в (т. 5) г. Сатки (дата взрыва - 20.04.18., экск. № 14, гор. + 443 м)
Fig. 1. Site plan of the area with the calculation of areas of blasting in the North-West section of Karagai quarry and installation of seismoelectrical in the area: houses on street of Kuibyshev, № 2 (vol. 1), on street Proletarskaya, no. 9, 15 (t. 2, 3), the police building on the street. 50 years VLKSM, no. 7 (t. 4), electrical repair shop (ERC) LLC «RMP» on the street. 50 years VLKSM , no.1B (t. 5) satki (date of explosion - 20.04.18., ExC. No. 14, hor. + 443 m)
Таблица 5
Параметры БВР, проводимых в карьере «Карагайский» с 2004 по 2019 г. Parameters of BVR conducted in the career «Karagaysky» from 2004 to 2019
Наименование параметра 2004-2008 гг. 2017-2019 гг.
Взрываемые породы доломит и магнезит доломит и магнезит
Диаметр скважин, мм 250 180, 250
Количество скважин 10-118 6-90
Количество рядов скважин 1-5 1-23
Количество скважин в ряду 5-24 3-23
Глубина взрываемых сква- 14,5-15 3-15
жин, м
Длина забойки, м 9-9,5 2,5-9,5
Длина скважинного заряда, м 5-5,5 0,5-5,5
Длина перебура, м 2,5-3 0,5-3,5
Сетка скважин, м 4x4; 5x5; 6x6 2x2; 2,5x2,5; 3x3; 3,5x3,5; 4x4; 4,5x4,5; 5x5
Взрывчатое вещество (ВВ) гранулотол, граммонит граномон, эмуласт АС-25П,
79/21, граммонит 30/70, ПНП-90, гранулит М,
гранулит, диабазит, грам- нитронит Э-70,
мотол Т-18, 5, 10, 15, гра- эмуласт АС-30
нипор ФМ, БП1, БП2, БП3
Общая масса ВВ на взрыв, кг 384 - 43120 105-12000
Промежуточный детонатор Т-400Г; ТГФ-850Э ТС-500Л; ТГФ-850Э;
(ПД) Т-400Г
Общая масса ПД на взрыв, кг 8-100 7,35-72
Масса заряда ВВ в скважи- 80-280 2-350
нах, кг
Максимальная масса одно- 48-3200 10-1050
временно взрываемого заряда ВВ, кг
Интервалы замедлений, мс 17, 25, 42, 67 17, 25, 42, 67, 109
Кол-во ступеней, шт. 4-97 3-90
где Ух, Уг У2 — максимальные скорости сейсмических колебаний по продольной, поперечной и вертикальной составляющим, см/с.
Величины фактической максимальной результирующей скорости сейсмических колебаний грунта, зарегистрированные возле охраняемых объектов, не превысили величины допустимой скорости, рассчитанной для каждого здания (табл. 6).
Зарегистрированные максимальные величины давления на фронте
УВВ возле охраняемых объектов также не превысили допустимой величины. Согласно ФНиП «Правила безопасности при взрывных работах» [21] предельно допустимое значение избыточного давления на фронте УВВ для остекления составляет 2 кПа.
Количественные параметры сейсмического действия взрыва в конкретных горно-геологических условиях рудников и карьеров определяются на основании решения равенства между допустимой скоростью и скоростью, которая
Таблица 6
Результаты инструментальных замеров скорости сейсмических колебаний грунта и давления на фронте УВВ возле охраняемых объектов при проведении массовых взрывов на Карагайском карьере с 2004 по 2019 г.
Results of instrumental measurements of the speed of seismic vibrations of the soil and pressure at the front of the HC near protected objects during mass explosions at the Karagay quarry from 2004 to 2019
Дата взрыва Место замера Максимальное давление на фронте УВВ, Р (Па) Скорость сейсмических колебаний, (см/с) Максимальная масса взрываемого заряда ВВ, Q (кг) Расстояние от места взрыва до места замера, R (м)
Фактическая максимальная результирующая V^ Допустимая V д
25.05.04. - 14.07.05. Насосная станция на северном борту Карагайского карьера — 0,13-1,76 7,0 240-320 236-606
07.04.06. -17.11.06. 2-этаж. здание АБК ПАО «Комбинат Магнезит» 5,25-384 4,63-21,16 17,0 54-240 42-85
11.08.06. -13.11.06. Подземный стальной водяной трубопровод на Карагайском карьере 6,68-9,98 19,0 80-90 24-58
09.09.08. -11.09.08. Здание главной вентиляторной установки шахты «Магнезитовая» 111 0,02-0,08 2,5 320-1280 834-1084
25.08.17. -21.10.19. 5-этаж. кирпичный жилой дом (ул. Куйбышева, д.2а, г. Сатка) — т. 1 1,5-172,0 0,03-1,04 3,25 30-1050 305-1395
5-этаж. кирпичный жилой дом (ул. Пролетарская, д.9, г. Сатка) — т. 2 2,5-36,3 0,03-1,00
15.11.17 -21.10.19. 3-этаж. кирпичный жилой дом (ул. Пролетарская, д.15, г. Сатка) — т. 3 • 0,06-0,82 30-320 430-690
36-240 454 - 640
27.02.18. -21.03.18 4-этаж. кирпичное здание полиции (ул. 50 лет ВЛКСМ, д.5а, г. Сатка) - т. 4 3-18,5 0,14-1,24 3,25 30-320 215-420
16.03.18. 1-этаж. кирпичное здание ЭРЦ ООО «РМП» (ул. 50 лет ВЛКСМ, д.1в, г. Сатка) - т. 5 8-12,5 0,53-0,86 6,0 40-60 220-375
формируется в среде при взрыве массой Q на расстоянии Я от сооружения и определяется по общеизвестной зависимости М.А. Садовского, принятой из методики для сводного расчета [22, 23]
V = К
3о_ я
= К • я Л см/с, (3)
на графиках, то в результате получаются степенные уравнения зависимости скорости сейсмических колебаний от расстояния от места взрыва до охраняемых объектов и одновременно взрываемой массы зарядов ВВ в группе при отрицательной температуре горных пород
" 3о
V = 180,82Я^
= 180,82
где Я — расстояние от места (эпицентра) взрыва до охраняемого объекта, м; Я — приведённое расстояние, м/
я
(4)
кг1/3; Я =
Я
и при положительной температуре горных пород
№ """
п — показатель зату- V = 208,92Я-1'407 = 208,92
Я
, (5)
хания сейсмических колебаний; К — коэффициент сейсмичности, зависящий от грунтовых условий в основании сооружений. Коэффициент сейсмичности связан главным образом с характером пород и определяется из табл. 7.
В основании охраняемых зданий и сооружений вблизи северо-западного участка Карагайского карьера имеются скальные и полускальные плотные грунты, представляющие собой доломиты, поэтому согласно табл. 1 был принят максимальный коэффициент сейсмичности К = 300 и средний коэффициент сейсмичности К= 200.
По результатам 180 проведенных инструментальных замеров скорости сейсмических колебаний с 2004 по 2008 г. и с 2017 по 2019 г. (рис. 2, 3) можно построить график зависимости скорости сейсмических колебаний от приведенного расстояния У = /(Я ).
Замеры скорости сейсмических колебаний грунта были проведены в дальней и ближней зонах на расстояниях от 24 до 1340 м до взрываемых блоков при максимальной одновременно взрываемой массе в ступени от 30 до 1050 кг.
Если провести аппроксимацию гиперболической функцией по точкам
Выводы
1. Взрывные работы, проведенные горным цехом взрывных работ ПАО «Комбинат Магнезит» в период с 2004 по 2008 г. на северном борту и с 2017 по 2019 г. на северо-западном участке Карагайского карьера в период положительной и отрицательной температуры воздуха и массива горных пород, выполнены с обеспечением безопасности сейсмического и ударно-воздушного воздействия массовых взрывов и не оказывают негативного влияния на охраняемых объекты, находящиеся в непосредственной близости от зоны ведения взрывных работ. В настоящее время продолжаются инструментальные замеры скорости сейсмических колебаний грунта возле охраняемых объектов г. Сатки.
2. По результатам проведенных инструментальных замеров скорости сейсмических колебаний грунта с 2004 по 2019 г. построены аппроксимирующие функции и получены эмпирические уравнения для горно-геологических условий Карагайского карьера ПАО «Комбинат Магнезит» при отрицательной и положительной температуре горных пород, которые подтверж-
дают зависимость М.А. Садовского. По графикам корреляционной зависимости скорости сейсмических колебаний грунта от приведенного расстояния для условий Карагайского карьера определены фактические
коэффициенты горно-геологических условий (коэффициенты сейсмичности) K = 180,82 и 208,92 и показатели затухания сейсмических колебаний п = 1,415 и 1,407 при отрицательной и положительной температуре
Таблица 7
Коэффициент сейсмичности The coefficient of seismicity
Грунтовые условия Коэффициент K
средний максимальный
1. Скальные и полускальные, плотные необводнен-
ные грунты мощностью до 5 — 10 м 200 300
2. Необводненные и слабо обводнённые песчано-
глинистые грунты мощностью более 10 м 300 450
3. Рыхлые обводнённые и насыпные грунты 450 600
Зависимость скорости сейсмических колебаний от приведенного расстояния для условий Карагайского карьера (ПАО "Комбинат "Магнезит") при отрицательной температуре горных пород
г
V
Я s
I
п
US
<и
!
м
S
*
и О 3
s
s
U ЭЗ
S
л и О CL
s
u
8,00
6,00
5,00
3,00
2,00
0Г00
« •
•
*
V = 180,82 R R1 = 0,752 -1,415 а
9 * \ * Л
\fi »
0,00
50,00
300,00
100,00 150,00 200,00 25D,OD
Приведенное расстояние R , (м/(кгЛ1/3))
Puc. 2. График зависимости скорости сейсмических колебаний от приведенного расстояния для условий Карагайского карьера (ПАО «Комбинат «Магнезит») при отрицательной температуре горных пород
Fig. 2. Graph of the dependence of the speed of seismic vibrations on the given distance for the conditions of the Karagay quarry (PJSC «Combine «Magnezit») at a negative temperature of rocks
Зависимость скорости сейсмических колебаний от приведенного расстояния для условий Кара тайского карьера (ПАО "Ком б и наг "Магнезит") при положительной температуре горных пород
25,OD
1
и >
iE 5 Г п
41 и с
I
х s
и
V
т
8 л
G
о а.
о
зе
и
15,0D
10,00
5,00
•
•
V =20! R2 = 5,92 R 1 0,5899 407
*
♦......1Г(
О, СО 20,00 <10,00 «Э,00 Е0,00 100,00 120,00 1Л0.00 160, DD 160,00
Приведенное расстояние R , (м/(кгЛ1/3))
Рис. 3. Гоафик зависимости скорости сейсмических колебаний от приведенного расстояния для условий Карагайского карьера (ПАО «Комбинат «Магнезит») при положительной температуре горных пород
Fig. 3. Graph of the dependence of the speed of seismic vibrations on the given distance for the conditions of the Karagay quarry (PJSC «Combine «Magnezit») at a positive temperature of rocks
горных пород соответственно. Фактический коэффициент сейсмичности при положительной температуре горных пород соответствует сред-
нему коэффициенту сейсмичности для скальных и полускальных грунтов и подтверждает выбранные значения из табл. 3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Меньшиков П.В. Методика оценки влияния сейсмической безопасности и воздействия ударной воздушной волны на карьерах Урала. В сборнике: Технология и безопасность взрывных работ Ответственный редактор: кандидат технических наук Г.П. Берсенев. 2011. С. 211-218.
2. Жариков С.Н., Берсенёв Г.П., Кутуев В.А., Флягин А.С. Научные исследования сейсмического действия взрыва на подземный газопровод высокого давления. Проблемы недропользования. 2019. № 3 (22). С. 145-154.
3. Токманцев М.С. Оценка сейсмического воздействия на законтурный массив Юбилейного карьера после предварительного щелеобразования. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № S4—2. С. 181 — 187.
4. Куликов В.И., Ганопольский М.И. Воздействие массовых взрывов при подземной разработке железорудных месторождений на застройку и население города Губкин. Взрывное дело. 2018. № 121-78. с. 135-153.
5. Новиньков А.Г., Протасов С.И., Самусев П.А., Ташкинов А.С.Определение сейс-мобезопасных расстояний при массовых промышленных взрывах с учетом преобладающей частоты колебаний. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. № 6 (118). С. 56-62.
6. Башков В.И., Еременко А.А., Машуков И.В. Оценка сейсмического воздействия массового взрыва на здания в районе Таштагольского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № 2. С. 160-171.
7. Hudaverdi T., Akyildiz O. Investigation of the site-specific character of blast vibration prediction. Environmental Earth Sciences. 2017. Т. 76. № 3. С. 138.
8. Singh P.K., Roy M.P., Paswan R.K., Dubey R.K., Drebenstedt C. Blast vibration effects in an underground mine caused by open-pit mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Т. 80. С. 79-88.
9. Nguyen H., Bui X.N., Drebenstedt C., Bui D.T. Prediction of blast-induced ground vibration in an open-pit mine by a novel hybrid model based on clustering and artificial neural network. Natural Resources Research. 2019.
10. Xu J., Kang Y., WangX., Feng G., Wang Z. Dynamic characteristics and safety criterion of deep rock mine opening under blast loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019. Т. 119. С. 156-167.
11. Безопасность взрывных работ в промышленности под ред. Б.Н. Кутузова. - М.: Недра, 1992. - 544 с.
12. Цейтлин Я.И., Смолий Н.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. М. Недра, 1981. - 192 с.
13. Волох А.С. Основы управления действием взрыва с помощью экранирования. М. Наука, 1986. - 224 с.
14. Методика обеспечения сейсмобезопасной технологии ведения взрывных работ, к.т.н. Картузов М.И., ст.н.с. Паздников Н.В. (ИГД МЧМ СССР), д.т.н. Фадеев А.Б. (ЛИСИ МВО СССР), д.т.н. СафоновЛ.В. (НИИКМА МЧМ СССР), Кузнецов Г.В. (Уни-промедь МЦМ СССР). Свердловск, 1984. - 12 с.
15. Разработка параметров буровзрывных работ с целью снижения сейсмического воздействия на здания и сооружения при взрывах на Волчьегорской группе карьеров с учетом перспективы их развития: Отчет о НИР / МГМИ. Рук. Цыгалов М.Н. № ГР 81066377. - Магнитогорск. 1983. - 65 с.
16. Разработка сейсмобезопасной технологии ведения взрывных работ на Мель-нично-Паленихинском карьере комбината «Магнезит»: отчет о НИР / ИГД МЧМ СССР / рук. М.И. Картузов. № ГР 0189.0075784. Инв. № 02910009098. - Свердловск, 1990. - 54 с.
17. Исследование влияния сейсмических и воздушных волн на здания города и промплощадки при взрывах в карьере Ковдорского ГОКа: отчет о НИР / ИГД МЧМ СССР / рук. М.И. Картузов. № ГР 0184.0040746. Инв. № 02860068374. - Свердловск, 1986. - 68 с.
18. ГОСТ Р 52892-2007. Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию. М.: Стандартинформ, 2008 г. - 16 с.
19. MiniMate Operator Manual/Instantel. - Canada, Ontario. 2001. - 43 p.
20. Руководство по эксплуатации «Измеритель и регистратор аналоговых напряжений УРАН-ИНТЕЛЕКОН (АВМЮ.411116.012 РЭ)», 2006 г. - 58 с.
21. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Правила безопасности при взрывных работах. Издание 2, испр. и дополн. (Приказ № 581 от 30.11.2017 г.), Москва, 2018 г. - 235 с.
22. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. — М.: Недра, 1976. — 271 с.
23. Садовский М.А. Избранные труды: Геофизика и физика взрыва. — М.: Наука, 2004. — 440 с. 1ЕШ
REFERENCES
1. Menshikov P.V. Metodika otsenki vliyaniya seysmicheskoy bezopasnosti i vozdeystviya udarnoy vozdushnoy volny na kar'yerakh Urala [Methodology for assessing the impact of seismic safety and the impact of an air shock wave in the quarries of the Urals]. Sbornik: Tekhnologiya i bezopasnost' vzryvnykh rabot. Editor-in-chief: G.P. Bersenev. 2011.p. 211 — 218. [In Russ]
2. Zharikov S.N., Bersenev G.P., Kutuev V.A., Flyagin A.S. Scientific research of the seismic effect of an explosion on an underground high pressure gas pipeline. Problemy nedropol'zovaniya. 2019. № 3 (22). p. 145 — 154. [In Russ]
3. Tokmantsev M.S. Assessment of seismic impact on the marginal mass of the Jubilee quarry after preliminary slitting. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2015. no S4—2. p. 181 — 187. [In Russ]
4. Kulikov V.I., Ganopolsky M.I. The impact of mass explosions during the underground mining of iron ore deposits on the development and population of the city of Gubkin. Vzryvnoye delo. 2018. no 121—78. p. 135 — 153. [In Russ]
5. Novinkov A.G., Protasov S.I., Samusev P.A., Tashkinov A.S. Determination of seismic safe distances in mass industrial explosions taking into account the prevailing oscillation frequency. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016. no 6 (118). p. 56 — 62. [In Russ]
6. Bashkov V.I., Eremenko A.A., Mashukov I.V. Assessment of the seismic impact of a mass explosion on buildings in the Tashtagol field. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2016. no 2. p. 160 — 171. [In Russ]
7. Hudaverdi T., Akyildiz O. Investigation of the site-specific character of blast vibration prediction. Environmental Earth Sciences. 2017.V. 76. no 3. pp. 138.
8. Singh P.K., Roy M.P., Paswan R.K., Dubey R.K., Drebenstedt C. Blast vibration effects in an underground mine caused by open-pit mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015.V. 80.pp. 79 — 88.
9. Nguyen H., Bui X.N., Drebenstedt C., Bui D.T. Prediction of blast-induced ground vibration in an open-pit mine by a novel hybrid model based on clustering and artificial neural network. Natural Resources Research. 2019.
10. Xu J., Kang Y., Wang X., Feng G., Wang Z. Dynamic characteristics and safety criterion of deep rock mine opening under blast loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019.Vol. 119.S. pp. 156 — 167.
11. Kutuzov B.N. Bezopasnost' vzryvnykh rabot v promyshlennosti [Safety blasting in industry], Moscow, Nedra Publ., 1992 . 544 p. [In Russ]
12. Tseytlin Ya.I., Smoliy N.I. Seysmicheskiye i udarnyye vozdushnyye volny promyshlennykh vzryvov [Seismic and shock air waves of industrial explosions], Moscow, Nedra Publ., 1981. 192 p. [In Russ]
13. Volokh A.S. Osnovy upravleniya deystviyem vzryva s pomoshch'yu ekranirovaniya [The basics of controlling the action of an explosion using shielding], Moscow, Nauka Publ., 1986. 224 p. [In Russ]
14. Kartuzov M.I., Pazdnikov N.V. (MFM USSR), Fadeev A.B. (LISI MVO USSR), Safonov L.V. (NIIIKMA MFM USSR), G.V. Kuznetsov (Unipromed of MNFM USSR) Metodika obespecheniya seysmobezopasnoy tekhnologii vedeniya vzryvnykh rabot [Methodology for providing seismic-safe blasting technology]. Institute of Mining, MFM USSR. Sverdlovsk, 1984. 12 p. [In Russ]
15. Tsygalov M.N. Razrabotka parametrov burovzryvnykh rabot s tsel'yu snizheniya seysmicheskogo vozdeystviya na zdaniya i sooruzheniya pri vzryvakh na Volch'yegorskoy gruppe kar'yerov s uchetom perspektivy ikh razvitiya [Development of parameters of drilling and blasting operations in order to reduce the seismic impact on buildings and structures during explosions at the Volchiegorsk group of quarries, taking into account the prospects for their development], report on research. MGMI. no ГР 81066377. Magnitogorsk. 1983. 65 p.
16. Kartuzov M.I. Razrabotka seysmobezopasnoy tekhnologii vedeniya vzryvnykh rabot na Mel'nichno-Palenikhinskom kar'yere kombinata «Magnezit» [Development of seismic-safe blasting technology at the Mill-Palenikhinsky quarry of the Magnesit plant], report on research work. IM MFM USSR. no GR 0189.0075784. Inv. no 02910009098. Sverdlovsk, 1990. 54 p.
17. Kartuzov M.I. Issledovaniye vliyaniya seysmicheskikh i vozdushnykh voln na zdaniya goroda i promploshchadki pri vzryvakh v kar'yere Kovdorskogo GOKa [Investigation of the effect of seismic and air waves on city buildings and industrial sites during explosions in the quarry of the Kovdorsky GOK], report on research work / IM MFM USSR / no GR 0184.0040746. Inv. no 02860068374. Sverdlovsk, 1986. 68 p.
18. GOST R 52892-2007. Vibration and shock. Vibration of buildings. Measurement of vibration and assessment of its impact on the structure. Moscow: Standartinform, 2008. 16 p. (GOST. State Standard, Russian National Standard) [In Russ]
19. MiniMate Operator Manual / Instantel. Canada, Ontario, 2001. 43 p.
20. Operation manual "URAN-INTELEKON analog voltage meter and recorder (АВМЮ.411116.012 РЭ)", 2006. 58 p. [In Russ]
21. Federal norms and rules in the field of industrial safety. Blasting safety rules. Edition 2, rev. and add. (Order no 581 of November 30, 2017), Moscow, 2018 - 235 p. [In Russ]
22. Mosinets V.N. Drobyashcheye i seysmicheskoye deystviye vzryva v gornykh porodakh [The crushing and seismic effect of an explosion in rocks], Moscow, Nedra Publ., 1976. 271 p. [In Russ]
23. Sadovsky M.A. Izbrannyye trudy: Geofizika i fizika vzryva [Selected works: Geophysics and explosion physics. Moscow, Nauka Publ., 2004. 440 p. [In Russ]
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Меньшиков Павел Владимирович1 — научный сотрудник лаб. разрушения горных пород, е-mail: menshikovpv@mail.ru,
Таранжин Семен Сергеевич1 — младший научный сотрудник лаб. разрушения горных пород, е-mail: semen-vip@yandex.ru,
Флягин Александр Сергеевич1 — младший научный сотрудник лаб. разрушения горных пород, е-mail: flyagingdr@mail.ru,
1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН), 620075 г. Екатеринбург, ГСП-219, Мамина-Сибиряка 58.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Menshikov P.V.'?, junior researcher lab. rock breaking, e-mail: menshikovpv@mail.ru, Taranzhin S.S.1, junior research lab. rock breaking, e-mail: semen-vip@yandex.ru, Flyagin A.S.^, junior research lab. rock breaking, e-mail: flyagingdr@mail.ru, 1 The Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences, 620075, Ekaterinburg, Russia.
Получена редакцией 21.11.2019; получена после рецензии 11.02.2020; принята к печати 20.03.2020. Received by the editors 21.11.2019; received after the review 11.02.2020; accepted for printing 20.03.2020.
