CC BY
55
© А.Н. Холодилов, В.А. Артемов, Ю.И. Виноградов, 2013
УДК 622.235.535
А.Н. Холодилов, В.А. Артемов, Ю.И. Виноградов
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ЛИНИИ НАИМЕНЬШЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКЕ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОСНОВЕ ДАННЫХ АКСЕЛЕРОМЕТРИИ
Предложена методика оценки линии наименьшего сопротивления по данным ак-селерометрии от опыттного взрыва. Обсуждены1 результат промышленной апробации.
Ключевые слова: линия наименьшего сопротивления, акселерометр, сейсмическая волна, опытный взрыв.
Несмотря на очевидный прогресс в технологии проведения буровзрывных работ (БВР) на рудниках, постоянно возникают проблемы выбора таких параметров БВР, при которых обеспечивался приемлемый гранулометрический состав горной массы при минимальном сейсмическом воздействии взрыва на законтурную часть массива. В первую очередь это касается разработки подземным способом сложных геологических образований в виде вязких крепких жильных горных пород, представленных полиметаллическими рудами. Выраженная изменчивость физико-механических параметров рудных пород приводит к необходимости подбора или увеличения удельного расхода взрывчатых веществ (ВВ) в результате сокращения расстояния между веерами скважин или линии наименьшего сопротивления (ЛНС). Ситуация коренным образом может измениться, если использовать данные опытных взрывов на подготавливаемом блоке.
Известен подход к проектированию зарядов ВВ на основе использования теории, разработанной К.С. Ливингстоном [1]. Согласно этой теории оптимальное значение ЛНС, при которой обеспечивается наилучшее дробление горной породы при минимальных уровнях воздушных ударных и сейсмических волн при взрыве сосредоточенного заряда ВВ, определяется в виде
где ( - масса заряда ВВ, Е - коэффициент энергии деформации (для хрупких горных пород Е = 4...5), А - величина, показывающая какую долю от предельной глубины заложения заряда (при которой на поверхности массива начинают образовываться трещины) должна составлять ЛНС для формирования воронки выброса.
Таким образом, для определения оптимального значения ЛНС согласно теории К.С. Ливингстона необходимо провести серию опытных взрывов с различной глубиной заложения заряда ВВ. Однако данную методику можно упростить, если изучить динамическое действие на массив в наблюдательных скважинах одиночного заряда, помещенного во взрывную скважину.
(1)
Методической основой подхода к выбору оптимального значения ЛНС, предлагаемого в данной статье, может служить известная формула М.А. Садовского
( и Vп
и = К
Я №
(2)
\»ХУ
где и - скорость смешения частиц массива при прохождении сейсмической волны, Я - эпицентральное расстояние, К и п - коэффициент сейсмичности массива и показатель затухания сейсмической волны в массиве, соответственно.
Согласно [2] при скоростях смешения ит = 1,3...1,5 м/с происходит интенсивное трешинообразование в скальном массиве. Гарантированное дробление массива можно получить, если принять соответствуюшую скорость смешения в виде и0 = 1,5...2 •ит , что примерно соответствует отношению предельной глу-
бины заложения заряда к ЛНС, т.е. ит/и0 пишем формулу (2) в виде
Ш = №
у к ^
Чи0 у
! А . Принимая Ш = Я, и = и0 пере-
(3)
Сопоставляя (1) и (3), легко увидеть, что
К
= А^ Е . По физическому
у
смыслу коэффициент сейсмичности и показатель затухания характеризуют энергию деформации. Поэтому рассматриваемые подходы к определению оптимального значения ЛНС являются эквивалентными.
Следует отметить, что величина и0 является инвариантной по отношению к физико-механическим свойствам массива. Это легко показать из следуюших рассуждений. Необходимым условием разрушения массива является превышения прилагаемой нагрузки предела прочности (не важно какого). Лля параметров плоской сейсмической волны (простейший случай) сушествует простое соотношение
Ср = Р Ср и0 , (4)
где ср - разрушающее напряжение (в первом приближении предел прочности
породы). Первые два множителя: плотность горной породы и скорость продольной сейсмической волны образуют, так называемый, акустический импеданс среды и определяются ее физико-механическими свойствами, а третий множитель - условиями нагружения среды (в первом приближении параметрами взрывных работ). Откуда и следует инвариантность и0 по отношению к физико-механическим свойствам массива.
С практической точки зрения для опытного взрыва удобно использовать сосредоточенный заряд ВВ. Однако для скважинной отбойки руды применяется удлиненный заряд. Это обстоятельство можно учесть в формуле (3), если вме-
сто величины ( подставить отношение
а
(д
Где Оск
масса заряда в скважи-
не, ((ед - масса единичного (сосредоточенного) заряда в скважине того же диаметра, ((ед = 1 кг. Тогда скорректированная формула (3) примет следующий вид
IV =
(ск
7 К ^ )
(5)
Для вычисления величины ЛНС необходимо получить значения параметров К и п для расстояний, соизмеримых с ЛНС в разрушаемом массиве. Таким образом, регистрируя изменение кинематических параметров в сейсмовзрывной волне на различных расстояниях от центра взрыва, можно учесть диссипативные потери, которые в наибольшей степени определяются свойствами массива в ближней зоне взрыва, ограниченной 20...30 Яз (где Яз - радиус заряда).
Рассмотрим результаты экспериментальной апробации предлагаемой методики, проведенной в условиях Ново-Широкинского рудника [3] на планируемых к задействованию в добычных работах камерах.
Для постановки и проведения полигонных измерений использовались акселерометры, адаптированные к условиям горного производства [4]. Акселерометры устанавливались на расстояниях 20 Яз, 40 Яз, 60 Яз, что соответствовало расстояниям 1,1 м, 2,2 м, и 3,3 м (измерительные скважины - №1, №2 и №3) от зарядной скважины (ЗС) диаметром 110 мм (рис. 1).
В качестве заряда ВВ использовался патронированный аммонит №6ЖВ массой 1 кг. Патроны досылались на забой скважины и утрамбовывались, высота заряда не превышала 100 мм, поэтому заряд рассматривался как сосре доточенный. Инициирование осуществлялось от стандартного электродетонатора.
Жесткая связь акселерометра с массивом осуществлялась путем подачи бетонной смеси на забой измерительной скважины до полного перекрытия акселерометра и зазоров. Кабельная система прокладывалась вдоль поверхности камеры на уровне измерительных скважин и подключалась к цифровому осциллографу Т0Б3034В.
В результате опытного взрыва были получены акселерограммы (рис. 2), представляющие собой зависимости радиального ускорения рудного тела от времени. Велосиграммы вычислялись путем интегрирования акселерограмм по времени (рис. 3).
Рис. 1. Схема расположения заряда и акселерометров. «ЗС» - зарядная скважина, «ИС» - измерительная скважина
ЗйШ
200С
ЮТ
о. о £
-1000
•ЗОЮ
8 Ч 10 Время, мс
Рис. 2. Пример акселерограммы рудного тела в точке №3
П 35 |-1—
Рис. 3. Пример велосиграммы в точке №3
Результаты определения максимальных по модулю значений скоростей смещения в зависимости от расстояния от оси зарядной скважины представлены в таблице.
Скорость распространения продольных волн оценивалась по методике, изложенной в [3], и составила 4,58 км/с.
Согласно формуле (4) амплитудное значение напряжения на отрыв составляет
=РСр = МПа.
= 2900 • 4,58-103-1,5 = 20
По данным таблицы получены следующие значения параметров: К = 670 и п = 2,8 . Согласно формуле (5) оценим границы изменения величины ЛНС для 60 % - го заполнения скважины ( (ске = 6 кг для взрывной скважины глубиной 1 м):
для
для
= 2 м/с:
= 2,8 м; = 3 м/с:
= 2,4 м.
Среднее значение величины ЛНС составило 2,6 м (принятое значение ЛНС на руднике: V = 2 м). Скорректированные параметры БВР позволили уменьшить удельный расход ВВ.
Таблица 1
Результаты определения максимальных значений скоростей смешения рудного тела в измерительных скважинах
Параметр ИС №1 ИС №2 ИС №3
Расстояние, м 1,1 2,2 3,3
Скорость, м/с 4,8 0,81 0,23
Таким образом, наряду с методом определения ЛНС по К.С. Ливингстону может использоваться метод, основанный на измерении с помощью акселеро-метрии кинематических параметров массива, возмущенного взрывным воздействием.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. -М.: Недра, 1989. - 376 с.
2. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом -М.: Недра, 1974. - 224 с.
3. Артемов В.А., Виноградов Ю.И., Холодилов А.Н., Густов С.В., Щербаков Н.Я. Исследование сейсмобезопасных условий производства массовых взрывов на руднике ОАО «Ново-Широкинский рудник» // Взрывное дело. № 105/62. - М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2011. - С. 239-252.
4. Макарьев В.П., Нефедов М.А., Виноградов Ю.И., Леев Е.А. Измерение сейсмов-зрывных волн в массиве при взрыве заряда ВВ постоянной энергии и переменного диаметра // Взрывное дело. № 85/42. Сейсмика промышленных взрывов. - М.: Недра, 1983. -С. 124-127. 53Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Холодилов Андрей Николаевич - кандидат физико-математических наук, доцент, kholodilov@mail.ru,
Артемов Вадим Александрович - кандидат технических наук, доцент, Виноградов Юрий Иванович - кандидат технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
ГОРНАЯ КНИГА -
Методические указания но выполнению выпускной квалификационной работы (дипломного проекта), направление подготовки 130400 «Горное дело», квалификация «Специалист», специализация «Открытые горные работы»
В.Н. Аминов, Е.Е. Каменева, A.A. Германов 2012 г.
28 с.
ISBN: 978-5-98672-337-2 UDK 622.271
Методические указания по дипломному проектированию составлены в соответствии с требованиями Федерального государственного стандарта высшего профессионального образования.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 130400 «Горное дело», квалификация «Специалист», утвержденного Приказом Министерства образования и науки РФ от 24.01.2011 г. № 89.
