CC BY
30
© A.A. Стафеев, A.A. Хобта, 2014
УДК 622.235.3
А.А. Стафеев, A.A. Хобта
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБИВНОГО РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ШПУРАМИ И СКВАЖИНАМИ В ПРЯМЫХ ВРУБАХ
Приведены результаты исследований взрывного действия параллельных цилиндрических зарядов взрывчатого вещества в прямых врубах с целью обеспечения получения врубовой полости при проведении горных выработок буровзрывным способом.
Ключевые слова: горные выработки, параллельные шпуры, заряд взрывчатых веществ, скважины.
При разработке месторождений полиметаллических руд применяются системы этажно-принуди-тельного обрушения на компенсационные камеры. Для подготовки и нарезки очистных блоков по месторождению проводят горные выработки: выпускные дучки, отрезные, вентиляционные, ходовые и блоковые восстающие, откаточные штреки и орты, а также нарезные выработки бурового горизонта и горизонта подсечки с поперечными сечениями от 1,7 м2 до 8,8 м2. Вмещающие горные породы и руды месторождения характеризуются коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова с / = 6...18. При таком большом диапазоне сечений выработок и крепости горных пород и руд для обеспечения нормальных величин скорости подвигания забоев горных выработок во всех условиях, наиболее рациональными, являются применение схем ведения буровзрывных работ при проведении подготовительных и нарезных работ для подготовки блока, с использованием параллельных шпуров и скважин.
Для расчета количества и взаимного расположения шпуров или скважин в выработках с призматическим врубом на руднике был проведен комплекс исследований по определению
оптимальной величины линии наименьшего сопротивления для зарядов взрывчатых веществ из аммонита № 6 ЖВ в шпурах и скважинах различных диаметров, в зависимости от размера дополнительной обнаженной поверхности [1].
Изучение опыта проведения горных выработок с применением шпуров и скважин показало, что на эффективность взрывных работ большое влияние оказывает наличие в прямом врубе не заряжаемого шпура или скважины, выполняющих роль дополнительного обнажения [1-5].
В лабораторных условиях на моделях из органического стекла были проведены опытные взрывания. Модель представляла собой пластину толщиной 10 мм. В ней сверлились два отверстия диаметром 5 мм на расстоянии 10 мм, 15 мм и 20 мм друг от друга, что соответствовало относительному расстоянию в 2, 3 и 4 диаметра отверстия. Одно из отверстий заряжалось взрывчатым веществом, а другое оставлялось не заряженным. На рис. 1 показаны фотографии разрушения образцов органического стекла одиночным зарядом без компенсационного отверстия (рис. 1, а) и с компенсационным отверстием на различном расстоянии (рис. 1, б, в, г).
а б в г
Рис. 1. Разрушение пластины органического стекла одиночным зарядом по определению пробивного расстояния а между зарядом и компенсационным отверстием равного диаметра: а - одиночный заряд; б - образование щелевидной полости а = (2х< ) = 10 мм; в - отсутствие щелевидной полости а = (3х^а) = 15 мм; г - отсутствие щелевидной полости а = (4х^ар) = 20 мм зар
а б в
Рис. 2. Определение пробивного расстояния между зарядом и компенсационным отверстием увеличенного диаметра: а - образование щелевидной полости при а = ^^х^^) = 12,5 мм; б - отсутствие щелевидной полости при а = (ЗДх^^) = 18,5 мм; в - отсутствие щелевидной полости при а = (4,4х<зар) = 24 мм
По результатам взрыва установлено, что разрушение перемычки и образование между ними щелевидной полости происходит при расстоянии а = 10 мм.
Целик разрушается в границах сектора с радиальным углом 25°. Увеличение расстояния между отверстиями до (3^4х<< ) соответственно
4 зар/
уменьшило радиальный угол сектора и привело к сохранению целика. На (рис. 2) увеличение диаметра компенсационного отверстия в два раза привело к разрушению при а = 12,5 мм и радиальном угле 37°.
При расстояниях 18,5 мм и 24,0 мм компенсационное отверстие не оказало влияния на результат разрушения.
Динамика развития зоны разрушения между зарядом и компенсационным отверстием изучалась скоростным фоторегистратором СФР - 2.
На рис. 3 и 4 приведены кадры развития процесса разрушения между равными отверстиями (рис. 3) и неравными (рис. 4) со скоростью 2,5 млн кадров/с.
На рис. 3 на кадре 1 - начало взрыва заряда; на кадрах 2-9 - развитие зоны разрушения; на кадрах 10-14 от поля разрушения отделяется фронт ударной волны в форме концентрической окружности, такой же фронт ударной волны виден и на рис. 4 (кадры 8-19), огибающий не заряженное отверстие увеличенного диаметра с постепенным переходом в сложную кривую «кардеоиду».
С заметным отставанием вслед за полем сжатия развивается поле разрушения. Через 3,2 мкс после взрыва зона разрушения достигает открытой поверхности. Большая часть материала сдвигается и скорость смещения равна 1560 м/с.
Рис. 3. Развитие процесса разрушения образца органического стекла между двумя отверстиями равного диаметра отрезком детонирующего шнура 1 = 10 мм
(масса ТЭНа 120 мг)
Рис. 4. Развитие процесса разрушения пластины из органического стекла между двумя отверстиями равного диаметра отрезком детонирующего шнура 1 = 10 мм (масса ТЭНа 120 мг)
Таким образом, формирование щелевидной полости между заряжаемым, и компенсационным отверстиями происходит в условиях распространения максимального давления продуктов взрыва в пределах зоны дробления.
Эффективность раскрытия воронки выброса достигается при раскрытии воронки в 25° и скорости смещения 2500 м/с.
При взрывании цилиндрических зарядов (шпуров, скважин), расположенных на малых расстояниях от цилиндрических компенсационных отверстий (шпуры, скважины) механизм разрушения происходит в сложной форме. Для изучения этих особенностей проводилась серия взрывов на моделях из оргстекла размерами 100x100x32 мм.
Параллельно одной из граней (рис. 5) на расстоянии 6 мм сверлилось цилиндрическое отверстие диаметром 3 мм и длиной 70 мм, что соответствовало шпуру диаметром 40 мм, глубиной 0,9 м или скважине диаметром 80 мм и глубиной 2,3 м.
В качестве ВВ применялся ТЭН, взрыв которого инициировался азидо-свин-цовым микродетонатором.
Конструкция цилиндрического заряда - сплошная колонка.
Съемка взрывного процесса разрушения модели при прямом инициировании производилось скоростным фоторегистрато-
.г1®".- I-
1—--#] 4
— т
/
----
Схе/и1
ром (СФР-2) со скоростью 375 тыс. кадров в секунду или один кадр в 2,66 мс.
Результаты обработки фотоматериала представлены на рис. 5. На кадрах 1 и 2 видно, что при незавершенном детонировании цилиндрического заряда (7,98 мс и 10,64 мс) в точке инициирования произошло разрушение материала модели и смещение его на 6 мм. На кадрах 1-7 видно, что объемная форма поля разрушения вокруг цилиндрического заряда близка к конусообразной, с основанием в точке инициирования. К моменту завершения детонации заряда разрушенная масса у устья модели шпура будет заполнять объем компенсационного шпура или скважины и выбрасываться из щели.
С целью сравнения выброса породы из прямого вруба с компенсационным шпуром или скважиной были проведены опытные взрывы с применением прямого и обратного инициирования цилиндрических зарядов. Произведенная фотосъемка взрывного разрушения показала, что при прямом инициировании процесс в момент времени ^ = 7,98 мкс (кадр 1) и 12 =10,64 мкс (кадр 2) протекает подобно выше описанному. На кадрах 3 (^ = 13,3 мкс), 4 (^ = 15,96 мкс) и 5 (^ = 18,52 мкс) видно, как при встрече с преградой продукты взрыва, отражаясь от нее, выходит в атмосферу. Одновременно продолжается детонирование цилиндрического заряда, разрушение и выброс разрушенной перемычки в полость искусственной щели.
моье-4
198
5
fO.i1/t, -6
52
2
Рис. 5. Разрушение модели удлиненным зарядом с прямым инициированием
1
2
3
1^9 Б
2' 28
Рис. 6. Разрушение и выброс из шелевидной щели с прямым инициированием
При обратном инициировании модели взрыва на дополнительную поверхность (рис. 7, кадры 1-6) через 10,64 мкс видно, что цилиндрическая модель заряда ВВ продолжает детонировать, а в донной части наблюдается смещение материала модели. Детонирование завершается через 13,3 мкс. К этому времени в донной части наблюдается значительное смещение разрушенной среды.
7
1
4
Г"
Мйуелй тс.е^^ис гт*с ^ 56 мне. 2/ 2Ям*с
Рис. 7. Разрушение удлиненным зарядом с обратным инициированием
1
2
3
4
5
2.3, МКС.
6
| I уед- д
1С. «ччы
33 «с
lt.52.ntc
2А МКС.
Рис. 8. Разрушение удлиненным зарядом с обратным инициированием
К моменту времени 15,96 мкс (кадр 3) из устья модели шпура начинается истечение продуктов взрыва.
На кадрах 4-6 поле разрушения и выброс, преимущественно, развивается в донной части цилиндрического заряда и можно видеть заметное отставание в устье модели шпура.
На рис. 8 представлены результаты скоростной фоторегистрирующей съемки процесса разрушения, заполнения щели и выброса продуктов детонации из искусственной щелевидной полости при обратном способе инициирования цилиндрической модели заряда. На кадрах 1-2 10,64 мкс и 13,3 мкс различаются: процесс детонации, образование конусообразного поля разрушения, начало радиального смещения продуктов взрыва в точке инициирования и заполнение щеле-видной полости. Последнее протекает с большим отставанием от образующегося поля разрушения. На последующих кадрах отставание продолжает сохраняться, несмотря на завершение детонации и начало истечения продуктов взрыва из цилиндрической модели шпура. Выход продуктов взрыва из искусственной щелевидной полости происходит только после завершения
процесса разрушения. Следовательно, в момент детонирования и разрушения продукты взрыва, заполняющие щеле-видную полость, остаются в ней без движения и запрессовывают в сторону щели разрушенный ударной волной материал модели, что снижает влияние не заряженного шпура на общий эффект разрушения.
Таким образом, при взрывании цилиндрической формы заряды диаметром 3 мм длиной 70 мм, располагаемых параллельно открытой поверхности на расстоянии 6 мм или приведенном расстоянии 2х<<зар при применении прямого инициирования наблюдается полный выход продуктов взрыва и разрушенной массы из щели. При обратном инициировании возникает запрессовка разрушенного материала перемычки в сторону искусственной щели.
Полученные результаты были использованы на руднике Салаир для взрывания комплекта скважин в проходческом забое глубиной 5 м, поперечное сечение 6 м, коэффициент крепости горных пород / = 12-14 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Всего в забое 16 скважин диаметром 80 мм и глубиной 5 м.
Вруб состоял из 8 скважин (рис. 9): 0 - компенсационная скважина; скважина № 1 - заряжалась с расположением патрона-боевика в устье скважины на глубине 0,5 м; скважины № 2 и 3 - заряжались с размещением патронов-боевиков в их средине на глубине 2,5 м; скважины № 4, 5, 6, и 7 заряжались с размещением патронов-боевиков на глубине 4,5 м, применялось взрывчатое вещество - аммонит № 6 ЖВ.
Взрывание - электрическое, ко-роткозамедленное:
• 1-я скважина с патроном-боевиком на глубине 0,5 м (рис. 9) взрывалась мгновенно без замедления с направлением детонации от устья скважины ко дну, соответственно разрушение в этом же направлении с образованием щелевидной полости на глубину 4,8 м;
• 2-я скважина взрывается через 25 мс с патроном-боевиком на глубине 2,5 м (середина скважинного заряда) с направлением детонации в противоположные стороны, т.е. одновременно обратное и прямое инициирование, в таких же направлениях и разрушение с образованием треуголь-
ной в поперечном сечении полости глубиной 4,8 м;
• 3-я скважина взрывается через 50 мс с расположением патрона-боевика в донной части скважинного заряда (обратное инициирование) с образованием ромбической формы в поперечном сечении глубиной 4,9 м ;
• 4-я и 5-я скважины взрываются через 75 мс при обратном инициировании зарядов;
• 6-я и 7-я скважины взрываются через 100 мс с расположением патронов - боевиков в донной части.
Отбойные и оконтуривающие скважины взрывались через 150 мс, 200 мс, 250 мс и 500 мс.
В результате взрыва зарядов ВВ в скважинах глубиной 5 м позволило получить подвигание проходческого забоя на 4,5 м с коэффициентом использования скважин 0,95. Качество оконтуривания получено соответствующее стандартным требованиям.
Выводы
1. При взрывании цилиндрического заряда на компенсационную цилиндрическую полость увеличенного диаметра формирование щелевидной
полости между ними происходит в условиях, когда толщина перемычки не превышает 2,5 ёза . с углом раствора воронки выброса не менее 37°. На этом участке сохраняется высокое давление продуктов детонации, что обеспечивает выброс кусков со скоростью 2500 м/с.
2. При взрывании цилиндрического заряда, расположенного параллельно компенсационному цилиндрическому отверстию, образование врубовой щели обеспечивает прямое инициирование заряда ВВ. При обратном инициировании того же заряда наблюдается запрессовка и врубовая щель получается малой глубины.
1. Дубынин Н.Г., Трегубое Б.Г. Об основных параметрах проходки восстающих глубокими с кважинами. Известия высших учебных заведений // Горный журнал. -1963. - № 4.
2. Ерофеев Н.Е. и др. Параметры буровзрывных работ при проходке восстающих глубокими скважинами // Горный журнал. - 1966. - № 11.
3. Брытяков В.Е. Влияние расположения патрона - боевика в заряде на эффективность взрывных работ и количество ядовитых газов взрыва // Горный журнал. -1967. - № 9.
4. Семенко М.М. Расположение патрона-боевика в колонковом заряде // Безо-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
3. Проведение горных выработок с применением прямых врубов глубиной больше 3 м с компенсационной скважиной или шпуром в горных породах средней и выше крепости расстояние между не должно превышать 2,5 <ар.
4. В первой скважине должно производиться прямое инициирование при расположении патрона-боевика в устье скважины на глубине 0,5 м.
5. В отбойных шпурах или скважинах патроны-боевики должны быть расположены в середине цилиндрического заряда (комбинированное инициирование), в оконтуривающих -в донной части (обратное инициирование).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
пасность труда в промышленности. -1960. - № 10.
5. Баранов Л.В., Першин В.В., Муратов А.П. Технология и безопасность взрывных работ предприятиях: справочное пособие. - М.: Недра, 1993. - 237 с.
6. Баум Ф.А., Станюкевич К.П., Шахтер Б.И. Физика взрыва. - М.: Физматгиз, 1955.
7. Кристин К.А. Проходка отрезных восстающих методом секционного взрывания глубоких скважин // Горный журнал. -1959. - № 2.
8. Справочник взрывника / Под общей ред. Б.Н. Кутузова. - М.: Недра, 1988. -195 с. ЕП2
Хобта A.A. - доцент,
Стафеев A.A. - кандидат технических наук, доцент,
Сибирский государственный индустриальный университет, e-mail: rector@sibsiu.ru.
UDC 622.235.3
DETERMINATION OF BREAKDOWN DISTANCE BETWEEN PARALLEL BOREHOLES AND WELLS IN DIRECT URUBAH
Hobta A.A., Assistant Professor,
StafeevA.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Siberian State Industrial University, e-mail: rector@sibsiu.ru.
The results of studies implosion-PA-parallel cylindrical explosive substances in direct urubah to ensure receipt Ironman cavity when conducting mining drilling and blasting method. Key words: mining, parallel boreholes, explosives, wells.
REFERENCES
1. Dubynin N.G., Tregubov B.G. Gornyj zhurnal, 1963, no 4.
2. Erofeev N.E. Gornyj zhurnal, 1966, no 11.
3. Bryljakov V.E. Gornyj zhurnal, 1967, no 9.
4. Semenko M.M. Bezopasnost' truda v promyshlennosti (Industrial labor safety), 1960, no 10.
5. Baranov L.V., Pershin V.V., Muratov A.P. Tehnologija i bezopasnost' vzryvnyh rabot predprijatijah: spravochnoe posobie (Technology and safety of industrial blasting: Reference aid), Moscow, Nedra, 1993,
237 p.
6. Baum F.A., Stanjukevich K.P., Shahter B.I. Fizika vzryva (Physics of explosion), Moscow, Fizmatgiz,
7. Kristin K.A. Gornyj zhurnal, 1959, no 2.
8. Spravochnik vzryvnika, pod obshhej red. B.N. Kutuzova (CKutuzov B.N. (Ed.), Shot-firer's reference aid), Moscow, Nedra, 1988, 195 p.
УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ МИКРОКЛИМАТА МЕТРОПОЛИТЕНА НА ОСНОВЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА
Карнач Ольга Владимировна - соискатель кафедры ИЗОС, e-mail: Riska111@mail.ru, Московский государственный горный университет.
Рассмотрен механизм теплообмена породного массива и воздушных масс и его роль в обеспечении теплового комфорта в подземных сооружениях метрополитена. Для управления микроклиматом предлагается использовать прилегающий породный массив, как регулируемый аккумулятор тепловой энергии, а в технических устройств управления термодинамическими процессами - устройства, работающие по принципу тепловых труб. Рассмотрен метод расчета параметров теплопередающих устройств, позволяющих управлять тепловыми характеристиками микроклимата в подземных сооружениях метрополитенов. Основы выбора теплоносителя. Дан расчет основных характеристик тепловых труб, позволяющих оценить эффективность их работы.
Ключевые слова: метрополитен, тепловой комфорт, вентиляция, тепловые трубы, энергия, микроклимат.
CONTROL OF PARAMETERS OF MICROCLIMATE OF UNDERGROUND ON THE BASIS OF INTENSIFICATION OF HEAT EXCHANGE
Karnach O.V., Applicant, e-mail: Riska111@mail.ru, Moscow State Mining University.
This article discusses the mechanism of the rock mass and heat transfer of air masses and its role in providing thermal comfort in underground structures underground. For climate control are encouraged to use the adjacent rock mass as an adjustable battery thermal energy, and technical controls thermodynamic processes - device operating on the principle of heat pipes. The article discusses the method of calculating the parameters of heat transfer devices that let you control the thermal characteristics of the microclimate in the underground facilities underground. The Basics of Choosing a coolant. The calculation of the basic characteristics of heat pipes to measure the effectiveness of their work.
Key words: underground, thermal comfort, ventilation, thermal pipes, energy, microclimate.
1955.
_ ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
