Определение сейсмобезопасных параметров массовых взрывов для условий Мазульского карьера Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

9. Гончаров С.А., Ананьев П.П., Бруев В.П. Разу-

прочнение железистых кварцитов методом импульсной электромагнитной обработки. - М.: Изд МГГУ. Отдельная статья Горного информационно-аналитического бюллетеня, 2003.

10. Ефремовцев П.Н. К вопросу создания экологически безопасных промышленных взрывчатых веществ (ВВ)». Сб. докладов. Седьмая международная экологическая конференция студентов и молодых учёных, Москва, МГГУ, 9-10 апреля 2003. Том 2.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Ефремовцев Н.Н., Ефремовцев П.Н. - Московский государственный горный университет, АНО «Национальная организация инженеров-взрывников».

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

МУХИНА Татьяна Николаевна Повышение эффективности обратной флотации нефелина при использовании высокомолекулярных алкилбензосульфо-натов 25.00.13 к.т.н.

КРИВЕНКО Александр Владимирович Повышение надежности и экономичности электроснабжения горных предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии 05.09.03 к.т.н.

ВОЛКОВСКАЯ Светлана Григорьевна Экологическая оценка воздействия горных предприятий на природную среду Воркутинского района и рациональные способы охраны природных ресурсов 25.00.36 к.т.н.

© И.И. Вашлаев, А.И Косолапов, Е.В. Черепанов, Ю.А. Килин,

2005

УДК 622.81:622.271

И.И. Вашлаев, А.ИКосолапов, Е.В. Черепанов, Ю.А. Килин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМОБЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ ДЛЯ УСЛОВИЙМАЗУЛЬСКОГО КАРЬЕРА

Семинар № 3

азульский известняковый рудник построен на базе Мазульского месторождения флюсовых известняков и является единственной сырьевой базой для Ачинского глиноземного комбината. Размеры карьера в плане 2500х1200 м. Отметки дневной поверхности от + 125 до + 350 м. Действующим проектом рудника предусмотрена отработка карьера до отметки + 125 м.

Месторождение представлено известняками, большая часть которых трещиноватые, изредка монолитные. Коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова 8-11. Известняки по всей площади покрыты рыхлыми породами, пестроцветными глинами и щебнисто-

глинистыми образованиями мощностью до 60 м. Грунтовые воды залегают на глубине до 12 м.

Разработку месторождения ведут уступами высотой 10 м. Угол откоса уступов - 70о. Рыхление скальных и мерзлых пород производят с использованием буро-взрыв-ных работ. Бурение блоков взрывных скважин производят станками СБШ-250 МНА-32 с диаметром долота 245,5 мм. Для рыхления мерзлых глинистых пород верхнюю часть уступа глубиной 1,3-1,8 м обуривают этим же типом станков и взрывают. В качестве взрывчатых веществ (ВВ) применяют: граммонит 79/21, порэмит 1А, гранулотол, эмульсолит ПА-20. Для взрывания контурных скважин при заоткоске уступов используют патронированный аммонит № 6 ЖВ. Монтаж взрывной сети осуществляют при помощи ДШ и СИНВ. Количество массовых взрывов составляет 150-160 взрывов в год.

Охраняемые объекты вблизи Мазульского рудника находятся от карьера на расстояниях 500 м и более и представляют собой здания и сооружения небольшой этажности из бетона и кирпича.

В 1989 году Красноярским институтом «Промстройниипроект» (КПСНИИП) проводились исследования сейсмического действия промышленных взрывов Мазульского известнякового рудника на окружающие объекты [1]. Было дано заключение об опасном сейсмическом воздействии промышленных взрывов на хранилища. В ходе работы специалистами КПСНИИП были рассчитаны предельно допустимые массы зарядов в грунте при короткозамедленном взрывании, при которых скорости смещения грунта не превысят 1 см/с и 3 см/с. Расчет проводился для расстояний 700-1500 м

и более от места взрыва до охраняемого объекта. Рекомендации были даны для расстояний, превышающих 700 м от эпицентра взрыва до наземных сооружений.

К настоящему времени фронт горных работ приблизился к охраняемым объектам. Поэтому необходимо определить безопасные параметры буровзрывных работ по сейсмическому воздействию на расстояниях менее 700 м.

О сейсмической опасности сотрясений от промышленных взрывов для расположенных вблизи зданий, сооружений, горных выработок судят по результатам сравнения ожидаемых параметров колебаний с допустимыми или нормированными. Наиболее близкой к такому единообразному критерию оценки опасности сотрясений является скорость смещения грунта. На величину скорости колебаний грунта основное влияние оказывают технология выполнения взрывов, свойства взрываемых пород и геологические условия на пути распространения волн. Существенное влияние на распространение сейсмовзрывных волн оказывают свойства массива, а также свойства грунтов в основаниях поверхностных сооружений. Большинство охраняемых сооружений располагается на грунтах и породах, отличающихся по своим свойствам от взрываемых пород.

Допустимая скорость колебаний зависит от назначения и состояния зданий и сооружений того или иного класса. В соответствии со СНиП ІІ-7-81 промышленные здания и сооружения могут быть подразделены на IV класса.

Охраняемые объекты Мазульского рудника относятся к ІІІ классу - сооружения промышленного и служебного назначения сравнительно небольших размеров в плане и не выше трех этажей по высоте, механические мастерские, компрессорные, бытовые комбинаты и т.п. Рекомендуемые допустимые скорости колебаний грунта для зданий и сооружений ІІІ класса и соответствующего состояния (каркасные здания, имеющие значительные нарушения в заполнителе и трещины в каркасе; новое или старое здание из кирпича или крупных блоков, имеющее отдельные небольшие трещины в несущих стенах и перегородках) должны быть не более 2 см/с.

С целью исследования влияния взрывных работ на колебания грунта, вызываемых взрывными работами, на Мазульском карьере были проведены экспериментальные работы по методике Э. Роквелла [3] с использованием

стальных стержней. Применение данного метода заключается в следующем. Стержни разной высоты, но одинакового диаметра, устанавливаются вертикально на горизонтальном основании таким образом, чтобы при падении ни один из них не смог задеть и опрокинуть другой стержень. Основание стержней весьма точно обработано и имеет впадину, обеспечивающую надежную опору по всему контуру. Группы стержней размещаются в пунктах наблюдений, расположенных на разных расстояниях от места взрыва. Колебания грунта передаются стержням и при определенных значениях интенсивности колебаний, происходит опрокидывание стержней определенной высоты. Очевидно, например, что в случае колебания, опрокидывающего стержень высотой 35 см и оставляющего на месте стержень высотой 30 см, можно утверждать, что компоненты движения в этом случае недостаточны для опрокидывания второго стержня.

В проводимых опытах применялись металлические стержни диаметра 6,0 мм и высотой от 200 до 450 мм. Параметры опрокидывания стержней приведены в табл. 1.

Параллельно проводился расчет скорости смещения грунта аналитическим способом. Расчетные значения сравнивались с результатами регистрации колебаний грунта.

Методика расчета скорости колебаний, используемая в работе, основывается исследованиях В.Ф. Богацкого и В.Х. Пергамента [2]. Она позволяет прогнозировать скорость смещения грунта в зоне охраняемых объектов и вычислять безопасные массы зарядов или расстояния.

Зависимость, позволяющая рассчитать скорость смещения грунта и, представлена в следующем виде

и =аККрЯ-э", (1)

Таблица 1

Минимальные значения скорости необходимые для опрокидывания стержней

Высота стержня, см Минимальное значение скорости смещения, см/с

20 2,98

25 2,66

30 2,43

35 2,25

40 2,11

45 1,99

где и - максимальная скорость смещения грунта, см/с; а - поправочный коэффициент, зависящий от Яэ; Кс - коэффициент сейсмической активности пород; Кгр — коэффициент, учитывающий свойства грунтов, в случае размещения охраняемого объекта на грунтах, отличающихся по свойствам от взрываемых по-К

род; Яэ = ^^ - эквивалентное приведенное

расстояние, м/кг1/3; п - постоянная величина показателя эффективного затухания скорости смещения.

Значения коэффициента Кс приведены в табл. 2. Значение коэффициента Кгр вычисляется по формуле

Кгр =

К

Ксн

К„

(2)

где индекс н относится к грунтам в зоне охраняемого объекта, Кв — поправочный коэффициент, учитывающий уровень грунтовых вод в зоне охраняемого объекта (Кв = 3 при весьма обводненных грунтах; Кв=1,2 в массивах скальных пород с фильтрующими водами; при уровне грунтовых вод до 5 м, от 5 до 15 м и свыше 15 м Кв соответственно равен 2, 1,3 и 1).

Таблица 2

Значения коэффициента а и показателя п

Зона Характер деформирования Приведен- Показатель п Коэффи-

пород ное расстояние, м/кг1/3 диапазон изменения расчет- ный циент а

Сейсмический очаг взрыва или зона Активное разрушение Менее 0,6 Свыше 3 3 0,85

неупругого поведения пород Неуправляемое разрушение Упругопластическое с раз- 0,6 - 1,3 3 - 2,2 2 1

витием открытых трещин Упругопластическое с развитием замкнутых сомкнутых 1,3 - 2,8 2,2 - 2,0 2 1

трещин, а также остаточных микродеформаций Нелинейноупругое То же 2,8 - 6 2,0 - 1,82 2 1

Ближняя сейсмика Упругое 6 - 10 1,82 - 1,65 2 1

Дальняя сейсмика 10 - 170 1,65 - 1,25 1,5 0,35

Слабых сейсмических волн Свыше 170 Менее 1,25 1 0,025

Таблица 3

Значение коэффициента Кс

мическая активность пород Коэффициент сейсмичности Кс Скорость з

изверженных пород осадо

Очень слабая 3,8 Менее 2,0

Слабая 5 2,0-3,8

Средняя 6,5 3,8-5,5

Высокая 8 Более 5,5

Очень высокая 10 Более 5,5

о трещиноватые мелко обломочные породы (V категории трещиноватости по шкале МВК по взрывному делу), раститель ории.

трудновзрываемых пород, относятся песчано-глинистые грунты, соль, глинистые грунты.

Формула (1) с учетом данных табл. 3 и формулы (2) с достаточной для практических расчетов точностью позволяет прогнозировать в любом диапазоне Яэ сейсмическую опасность взрывов, не прибегая к сложным расчетам при любых типах взрываемых пород и грунтов в зоне охраняемых объектов. Можно также решать обратную задачу, т.е. по предельно допустимой скорости колебаний вычислять безопасные массы зарядов или расстояния.

В июле 2004 года на Мазульском известняковом руднике были проведены исследования прохождения звуковой волны в образцах горных пород Мазульского месторождения известняков. Интервал значений скорости прохождения звуковой волны в образце известняка Мазульского месторождения составляет от 4000 до 5500 м/с.

Результаты проведенных исследований позволяют выбрать коэффициенты для расчета скорости колебаний грунта от взрыва.

Известняки отнесены к III категории пород по сейсмичности. Таким образом, коэффициент Кс принимаем равным 6,5. Охраняемые сооружения построены на глинистых грунтах, следовательно, Ксн = 10. Грунтовые воды залегают на глубине до 12 м, поэтому коэффициент Кв равен 1,3.

По приведенной выше методике были проведены инструментальные замеры скорости колебания грунта от массовых взрывов на Ма-зульском руднике в период 26-28 октября 2004 г.

Использовались взрывчатые вещества граммонит 79/21, порэмит 1А, эмульсолит ПА-20. Основные параметры взрываемых взрыв-

Таблица 4

Параметры массовых взрывов

Показатели 26.10.2004 28.10.2004

Диаметр скважин, мм 250 250

Сетка скважин, м 6,5 х 6,5 6,5 х 6,5

Количество скважин, ед. 146 153

С.П.П., м 9 9

Высота уступа (средняя), м 9,9 9,6

Средняя глубина скважин, м 12,4 12,1

Удельный расход ВВ, м 0,7 0,78

Объем взрывного блока, м3 60 291 61 824

Общая масса заряда, кг 47 157,8 53 176,4

Масса заряда в группе, кг 1400 400

Интервал замедления, мс 30 между скважинами 45, рядами 67

Охраняемые объекты находятся на расстояниях более 500 м, поэтому следует очевидное заключение о сейсмической безопасности взрывов проводимых на Мазульском руднике для близко расположенных зданий.

На основании сделанного вывода, из формулы (1) можно вывести уравнение для расчета безопасной массы заряда в группе. Преобразуем формулу следующим образом:

(

б =

Я ■ и

Л3

аКК„

ных работ приведены в табл. 4. Результаты расчетных скоростей и экспериментальных данных приведены в табл. 5.

Для экспериментальных взрывобезопасные расстояния для зданий и сооружений, определенные в соответствии с требованиями «Единых правил безопасности при взрывных работах» [4] должны быть 350-360 м.

Анализ данных проведенных экспериментов и расчетов позволяет сделать вывод о том, что расчет, проведенный по методике В.Ф. Бо-гацкого, является более точным и может быть рекомендован для обоснования параметров массовых взрывов на Мазульском карьере. Таким образом, результаты расчетов и измерений наглядно иллюстрируют безопасность промышленных взрывов по сейсмическому воздействию на здания и сооружения на расстояниях 200 м и более.

(3)

Подставляя известные коэффициенты и безопасное значение скорости смещения грунта можно рассчитать безопасную массу заряда в группе.

Учитывая многократное воздействие взрывов и с целью повышения надежности расчета допустимую скорость колебаний грунта следует принять равной 1 см/с, вместо 2 см/с регламентированных табл. 1.

Максимально допустимая масса заряда в группе в зависимости от расстояния до охраняемого объекта, обеспечивающая скорость смещения не более 1 см/с может быть найдена из формулы (3), которая после подстановки констант принимает вид:

Таблица 5

Результаты экспериментов по определению скоростей колебаний грунта

Расстояние, м Расчетная скорость сейсмических колебаний, см/с Характеристика грунта и места установки стержней Результаты опыта

26.10.2004 г.

500 0,52 Глина, дневная поверхность Устояли все стержни

310 2,03 Известняк, блиндаж Устояли все стержни

545 0,46 Глина, дневная поверхность Устояли все стержни

3500 0,05 Здание АБК Устояли все стержни

28.10.2004 г.

645 0,19 Глина, дневная поверхность Устояли все стержни

200 2,09 Известняк, блиндаж Устояли все стержни

165 2,79 Известняк, буровой станок Устоял стержень 20 см

230 1,70 Известняк, буровой станок Устояли все стержни

590 0,22 Глина, уступ Устояли все стержни

Таблица 6

Максимальна масса заряда в группе в зависимости от расстояния до охраняемого объекта

при взрывании в известняке а = 0,35; Кс= 6,5; Кгр = 0,68

О™ = (0,03466Я)3 (4)

при взрывании в глине а = 0,35; Кс = 10; Кгр = 1,3

О*, = (0,0160Я)3 (5)

В заключение для условий Мазульского рудника с целью соблюдения сейсмобезопас-ных параметров взрывных работ необходимо выполнять следующие рекомендации.

1. В качестве взрывчатых веществ следует продолжить применение граммонит 79/21, гранулотол, эмульсолит ПА-20, порэмит 1А, аммонит № 6 ЖВ.

2. Следует продолжать применять короткозамедленное взрывание, позволяющее значительно снизить сейсмический эффект от

1. Измерения колебаний грунта от промышленных взрывов на Мазульском руднике АГК. Материалы полевых испытаний. Заключение /Косинский А. К., Сайкин В. В. - КПСНИИП, 1989 г. - 29 с.

2. Взрывное дело: Сборник № 85/42. Сейс-

мика промышленных взрывов/Научно-техни-ческое горное общество. - М.: Недра. 1983. - 256 с.

массового взрыва. При применении детонирующего шнура и пиротехнических замедлителей интервал замедлений между рядами скважинных зарядов в интервале следует принимать равным 30-35 мс. При использовании систем инициирования типа «Нонель» параметры взрывной сети следует подбирать так, чтобы избежать одновременного взрыва количества зарядов больше предусмотренного проектом. Между скважинными зарядами интервал замедлений необходимо принимать равным 40-50 мс, а между рядами скважинных зарядов - 65-75 мс.

3. Максимально допустимая масса заряда в группе в зависимости от расстояния до охраняемого объекта, обеспечивающая скорость смещения не более 1 см/с может быть найдена по зависимостям (4), (5). Расчетные значения приведены в табл.6.

4. С целью уменьшения сейсмического воздействия на охраняемые объекты, схему коммутации на блоке следует монтировать таким образом, чтобы детонация распространялась в сторону противоположную от охраняемого объекта.

----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Взрывное дело: Выпуск 33. Массовые взрывы

в подземных выработках. 1938. Москва, Ленинград. ОН-ТИ. НКПТ. - 132 с.

4. Единые правила безопасности при взрывных работах ПБ 13-407-01. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 30.01.01 г № 3.

5. Богацкий В. Ф., Пергамент В. Х. Сейсмиче-

ская безопасность при взрывных работах. - М.: Недра, 1978. 128 с.

Расстояние до охраняемого объекта Масса заряда в группе при взрывании в известняке Масса заряда в группе при взрывании в глине

300 1124 111

400 2665 262

500 5205 512

600 8994 885

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------

Вашлаев Иван Иванoвuч - ст. научный сотрудник, кандидат технических наук, Институт химии и химической технологии СО PAH;

Kocoлаnoв Але^андр Иннoкeнmьeвuч - зав. кафедрой, профессор, доктор технических наук, Государственный университет цветных металлов и золота;

Чepenанoв Евгений Вuкmopoвuч - аспирант, Государственный университет цветных металлов и золота.

Килин Юрий Але^еевич - ассистент, Государственный университет цветных металлов и золота;

---------------------------------------------------- © А.В. Рашкин, Ю.В. Субботин,

П. Б. Авдеев, 2005

УДК 622.271:551.345