К вопросу влияния параметров заряда и свойств вв на формирование контурной щели Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.Е. Румянцев, Г.П. Парамонов, В.Н. Ковалевский, 2013

УДК 622.235.53

А.Е. Румянцев, Г.П. Парамонов, В.Н. Ковалевский

К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДА И СВОЙСТВ ВВ НА ФОРМИРОВАНИЕ КОНТУРНОЙ ЩЕЛИ

Для снижения интенсивного воздействия сейсмических волн на законтурный массив необходимо применять специальные технологии буровзрывных работ. Одной из таких технологий является контурное взры1вание. Сущность этого метода состоит в формировании разгрузочной щели до взрыв зарядов рытхления, что позволяет обеспечить сохранность законтурного массива от разрушающих волн напряжений массового взрыва.

Ключевыте слова: сейсмические волны, контурное взрывание.

В настоящее время развитие горных работ связано с постоянным увеличением глубины отработки месторождений полезных ископаемых, что влечет за собой необходимость повышения требований к сохранению законтурного массива. Подготовка горной массы к выемке в основном осуществляется буровзрывным способом, что предъявляет дополнительные требования для сохранности массива от сейсмовзрывных волн. Для обеспечения сохранности законтурного массива применяется контурное взрывание. Контурному взрыванию посвящено значительное количество работ проведенных ведущими учеными: Б.Н. Кутузовым, М.Г. Менжулиным, В.Н. Мосинцом, А.Ё. Исаковым, В.А. Фокиным, Е.Н. Шером, М.А. Нефедовым, С.К. Рубцовым, М.Г. Егоровым, В.А. Боровиковым, В.Н. Костюченко, Д.М. Бронниковым и др. Не смотря на это, проблема сохранения законтурного массива остаётся важной и сегодня. Формирование контурной щели зависит от многих параметров основными из которых являются: линейная масса заряда, диаметр скважин (шпуров) и заряда ВВ, расстояние между зарядами и свойства ВВ.

В связи с этим важным в практическом и научном отношении, является исследование влияния диаметра заряда и свойств ВВ на формирование контурной щели [2].

Для снижения трещинообразования на стенках зарядных камер (скважин, шпуров) с целью снижения нарушенности массива напряжения сжатия в породе не должны превышать предел прочности породы, что может быть записано в виде условия

а^ k , (1)

Кт.о.

где Кт о -коэффициент учитывающий ширину раскрытия трещин (принимаются по табл. 1); осж -предел прочности породы на сжатие (МПа)

Таблица 1

Категория треши-новатости массива Средний размер блока, м Величина Кт.о. в зависимости от средней ширины раскрытия трешин, мм

до 0,5 0,5-1 1-2 2-5 5-15 Более 15

I До 0,1 1,5 2 3 6 6 -

II 0,1 -0,5 1 1,5 2 3 6 10

III 0,5-1 1 1 1,5 2 3 6

IV 1 - 1,5 1 1 1 1,5 2 3

Напряжения сжатия в породе у стенок зарядной камеры можно определить из формулы

(V.л

°г.к. - Рскп.д

v v у

(2)

где Рс - среднее давление продуктов детонации после взрыва; кп д -коэффициент преломления этого давления в породу; К^/ Кк - отношение объема контурного заряда к объему зарядной камеры; у - показатель изо-энтропы продуктов детонации; анализ условий падения давления в контурных скважинах показывает, что для приближенных расчетов можно принять

у* 1,5.

Отношение объема контурного заряда к объему зарядной камеры составляет Уз/Ук = <^.з2/<^2, где < - диаметр контурной скважины; <<к.з - средневзвешенный диаметр контурного заряда

< . з . Ч4РК/прБ

(3)

После подстановок находим максимально допустимую линейную массу контурного заряда

Р -х( 2(Пбб + 1 Ъ/з (

к 4 £>2

4 V д У

N 2/3

к к

V п. д. т. о. У

(4)

(П

Если принять параметры для аммонита № 6ЖВ

,3 м

шз кг -103 —^; е - 1

м

■ 2 показатель политропы; Вд * 4 • 10 —;

с

коэффициент относительной работоспособности, за эталонные), то формулу (4) можно представить, в виде более удобном для расчета:

(

Р., - 4 её 2

N 2/3

к к

V п.дЛт.о. У

(5)

Величину кп д при расчете по формуле (5) следует принимать в зависимости от класса пород согласно следующим данным (табл. 2).

Класс пород по сопротивляемости трешинообрарованию 1а 1б II III

К . д . 2 2 1,5 1

кг 7 10 8 10

Таблица 2 При этом между диа-

метрами патронов и скважины должно соблюдаться соотношение П < пп/3 (6)

Структура формулы (5) показывает зависимость линейной массы контурных зарядов от диаметра скважин, что хорошо подтверждается данными шведской практики - применяемые величины Рк прямо пропорциональны квадрату диаметра контурных скважин (рис. 1). Соблюдается также и условие (6).

Следует отметить, что расчет по изложенной схеме не исключает возможности появления у стенок скважин отдельных трещин с небольшой протяженностью, вызываемых тангенциальными напряжениями, возникающими при прохождении по породе волны сжатия.

Расстояние между контурными зарядами при соблюдении условия (5) должно обеспечивать образование непрерывной контурной щели некоторой ширины. В имеющихся рабо-тах образование щели рассматривается как результат действия тангенциальных напряжений в точке А, расположенной в плоскости щели на равном расстоянии от соседних зарядов (рис. 2).

Однако существенную роль в механизме образования контурной щели должны иметь и радиальные напряжения от соседних зарядов, геометрически складывающиеся в плоскости, пересекающей контурную щель перпендикулярно к ней на одинаковом расстоянии от соседних зарядов. Эти напряжения также создают растягивающие усилия в плоскости щели. Кроме того, необходимо учитывать затраты энергии на расширение стенок щели после образования трещины.

Щель возникает под действием тангенциальных растягивающих напряже-

Рис. 1. Зависимость линейной массы контурных зарядов от диаметра скважин [1]

Рис. 2. Расчетная схема взаимодействия зарядов при образовании контурной щели [1]

ний ат в точке А и симметричных, направленных в разные стороны растягивающих напряжений в точках С и С, образующихся вследствие геометрического сложения радиальных напряжений сжатия аг .

Условие получения контурной щели некоторой ширины можно записать в виде соотношения напряжений, вызывающих образование щели, и напряжений, препятствующих ему.

ап

а» >-— + аь, (7)

К К к

К т.о.кн

где аК суммарное растягивающее напряжение в точке А при взрыве контурных зарядов, действующее перпендикулярно к плоскости зарядов; а - предел прочности породы на растяжение; аь - дополнительное напряжение, необходимое для перемещения стенок контурной щели на некоторую величину Ьщ ;

кн - коэффициент учитывающий господствующее направление трещин.

В правой части выражения (7) не учтено сопротивление сдвигу породы, перемещаемой при расширении щели, в виду того, что для реальных случаев (высота щели до 20 м, сцепление породы до 0,2 МПа) оно меньше двух учитываемых членов.

Приняв величину вызываемых взрывом сжимающих напряжений в породе у стенки контурных скважин по условию (2), можно записать величину радиальных сжимающих напряжений в точках С и С' в виде

а - сж

с \пз

ст„,„ ёс соб в

Кт.о. V

(8)

где в - острый угол между плоскостью контурных зарядов и направлением от ближайших зарядов на точки С и С' (см. рис. 2); пз - показатель степени затухания напряжений с расстоянием; при цилиндрической форме фронта волны, чему близок рассматриваемый случай, пз * 1,5 .

Вызываемые взрывом - тангенциальные напряжения в точке А с учетом

формулы (аТ - аг Л , где - л коэффициент Пуассона для породы) мож-

1 -л

но определить по зависимости

- °сж

Кт.о. V " к У

л

. (9)

1 -л

С учетом (8) и (9) растягивающее напряжение в точке А согласно схеме на рис. 2

_ _ О а сж аЕ - 2

Г ё ^

Пз

Кт.о. V " к У

(2собПз вв + ). (10)

1 -л

Положение точек С и С' определяется условием достижения максимальной величины ак. Исследование функции (10) показывает, что наибольшая величина аЕ соответствует в = 45 ° и при этом

ак

I

3 50

■J

I 40 £

f 30

1 ÎO \ ю

_ О ^ сж

aR = 2

С d ^

1,5

K, x (0,85 +

a,.

т.о. V к J

M

(11)

'1 MM1MM* MM. M ,'M M ,, Г МММ.-, Q, | I M

Рис. 3. Зависимость растягивающего напряжения в точке А от свойств ВВ

1 -¡и

Условность расчетной схемы (см. рис. 2) связана, в частности, с учетом только максимальных величин напряжений в точках С и С', тогда как в действительности растягивающие напряжения распределены вдоль линии В - В, в ее некоторой части, близкой к точке А, при этом растяжение происходит при дополнительном боковом давлении, за счет частичного взаимодействия более чем двух контурных зарядов.

На основе вышеприведенного анализа разработана программа расчета параметров контурного взрывания, с учетом влияния диаметра заряда и свойств ВВ. По результатам расчета построены зависимости (рис. 3, 4). Анализ полученных зависимостей показывает, что наиболее влияющим фактором для контурной отбойки является правильность выбора диаметра патрона ВВ при заданном постоянном диаметре скважины (шпура).

Ш1 0,036 0,0J 5 0,046

0,055 0,06 0.07 0,00 0,1 0.12 jplBMcty ',т; ,н; .'ММ м:м:, №1 4M,м

Рис. 4. Зависимость растягивающего напряжения в точке А от диаметра заряда

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азаркович А.Е., Шуйфер М.И., Тихомиров А.П. Взрывные работы вблизи охраняемых объектов. Издательство «Недра» М 1984 г.

2. Менжулин М.Г., Парамонов Г.П., Хохлов С.В. Модели формирования гранулометрического состава разрушенной горной массы в различных зонах взрывного разрушения. Сборник «Взрывное дело» № 93/50, 2001 г ГГТТ?

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Румянцев Александр Евгеньевич - аспирант, alrumyantsev@mail.ru

Парамонов Геннадий Петрович - профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой взрывного дела, paramonov@spmi.ru

Ковалевский Владимир Николаевич- доцент, кандидат технических наук, vladimir_kovalevskiy@mail.ru

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».