CC BY
16
Далее рассуотрим ность деформации северного та в рудной зоне при закл« твердеющими смесями № 1 испытанными при и данного вопроса.
Оценка устойчивости отработке рудного тела в карьера с закладкой выра' го пространства в отметках 314 м производилась при ной высоте закладки, к принималась соответственно 50, 90, 110, 130 и 200 м.
Для этих условий рсны два возможных формирования и развития г ности скольжения:
- первая схема -ванне поверхности сколь массиве руды - закладка по высоте отрабатываемого у
- вторая схема ванис поверхности ско.ть рудном массиве и по покер увеличивающегося по высоте кладочного массива.
Зависимость коэффициента загаса устойчивости от различной мощности закладки № 1 2 в процессе постепенной отработки рудного тела в борту карьера представлена на рис. 3.
Из анализа полученных зависимостей можно сделать следующий вывод: закладка № 1 жет работать при большой высоте закладочного массива 60-100 м, закладка № 2 может только при малых высотах массива - до 30 - 40 м. Таким образом, при выборе закладочной нужно ориентироваться на составы закладок с повышенным углом внутреннего трения.
1аким оЬразом, проведенные исследования позволили рекомендовать полученные мерности для оценки устойчивости откосов боргов подрабатываемых карьеров. Выполняемые боты по данному вопросу позволяют производить безопасную эксплуатацию транспортных дов на северном борту и вести очистную выемку в Учалинском карьере.
Рис. 3. Зависимость коэффициента запаса устойчивости от высоты закладочного массива при отработке рудного участка: 1 - закладка № 1; 2 - закладка № 2; а - схема I; б - схема 2
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БУРОВЗРЫВН РАБОТ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПРИРОДНОГО КАМНЯ
КОКУ НИН Р. в.
Уральская государственная горно-геологическая академия
Несмотря на известные ограничения, обусловленные спецификой добычи природного цовочного камня, буровзрывные работы на карьерах блочного камня ведутся как в России, так и рубежом. Взрывание применяется как на выемке выветрелых пород, так и на подготовке к вые блочного камня.
Естественно, что наиболее опасной является добыча блоков взрывным способом, взрывы ведутся нспосрсдсгвенно в продуктивном массиве месторождения блочного камня. Но же в этих условиях, при правильном подборе типа взрывчатого вещества, конструкции заряда специальных предохранительных мер, разрушения в массиве и отделяемом монолите или
иьны и практически не снижают коэффициента выхода блоков из массива и изделий из
Сведения о влиянии взрывов на массив весьма противоречивы. В некоторых публикациях взрыва на массив необоснованно преувеличено [4, 5, 7]. Авторы этих работ полагают, что |вах стандартных промышленных взрывчатых веществ возникают сверхвысокие давления (4] до 25600 МПа (7), вызывающие сильные разрушения на значительных расстояниях от I взрыва. Если это действительно так, то серия массовых взрывов, проведенных на карьере, полностью уничтожить месторождение как объект разработки на облицовочный камень, результаты проведенных нами в 1976-1984 гг. экспериментальных взрывов в лаборатор-|у^ювиях на оптически прозрачных моделях из плексигласа и серии взрывов в производст-условиях на месторождениях природного камня позволили прийти к заключению, что дав-возникающие при взрывах, не настолько велики, чтобы вызвать разрушения на значитель-)янии от заряда (3].
Позднее, в 1992 г., проф. Бычковым Г. В. была предложена методика расчета начального <я при взрывах стандартных промышленных взрывчатых веществ [2]. Максимальное зна-1чального давления (МПа) достаточно точно рассчитывается по выражению, выведенному :ния состояния реальных газов, выделяющихся при взрыве:
= 3,48 х рм хКг х 7", х 10 4, (1)
- плотность взрывчатого вещества, кг/м\ V, - объем газов, образующихся при взрыве нро-1ных взрывчатых веществ, м7кг; Г,-температура взрыва, °С. Рассчитанные по выражению (I) значения давлений продуктов взрыва промышленных IX веществ имеют значения от 106 до 2193 МПа |2). Этих значений давления недоста-| для того, чтобы произвести глобальные разрушения в окружающей среде. Нельзя также забывать, что волновой фронт прогрессивно затухает по мере удаление волны ксний от заряда в результате геометрического расхождения волны и диссипативных потерь
При взрывах в трещиноватых горных породах следует учитывать эффект отражения волны ений от трещин, являющихся естественными поверхностями раздела в монолитной среде, трещина раскрыта, то имеег место полное отражение волны напряжений, и деформации
ее не распространяются. В то же время не следует недооценивать действие взрыва на массив и занижать влияние его ющую среду, пренебрегать предохранительными мероприятиями, предусмотренными ми буровзрывных работ. Это может привести к значительным потерям облицовочного в продуктивном массиве, и эффективность применения взрывания на выветрелых породах невысокой [3].
Решая вопрос о возможности производства буровзрывных работ на месторождениях при-облицовочного камня, нелишне оценить результаты проведенных ранее взрывов на ме-ениях облицовочного камня. Исследователями УГГТА совместно со специалистами Уральского и Челябинского управле-Госгортехнадзора РФ и Комитета природных ресурсов по Свердловской области был выпол-комплекс работ по оценке влияния взрыва на массив по ряду месторождений облицовочного Урала: Кошкарихинскому, Полсвскому, Коелгинскому и Южно-Коелгинскому мраморным м.
В 1995 году на Коелгинском мраморном карьере был вскрыт участок, выше которого в ок-■сре 1973 года при проходке центральной въездной траншеи в карьер была произведена серия ■гьлных взрывов. Одна из взорванных скважин диаметром 105 мм была разрезана баровой камнерезной машиной по оси, в результате чего появилась возможность детально обследовать ее приемную часть. Оценивая фактические результаты воздействия взрыва заряда на массив, можно л-*етитъ, что действие его имеет ограниченное локальное влияние. Осмотр взорванной скважины «жазал, что хорошо видимые трещины, перпендикулярные оси скважины со следами окислов железа, имеют тектоническое происхождение. Наведенная трещиноватость перпендикулярно оси вважииы имеет место до ближайших наклонных естественных трещин, которые выполнили роль шцитного экрана, отражающего волны напряжений. В связи с многократным отражением волны «пряжений от естественных трещин, являющихся границей раздела сред, в ближней зоне между ■рядом и трещинами отмечается сильное смятие породы, в то время как за естественными трещи-
267
нами, находящимися вблизи заряда, деформации отсутствуют, и разрушений в массиве нет расчистке скважины оказалось, что нижняя часть ее на высоту 250 мм заполнена случайно павшейся буровой мелочью.
Разрушения ниже донной части скважины отсутствуют. Буровая мелочь в этом слу полнила роль демпфера и предотвратила распространение высоких волн напряжений вдел» заряда вниз.
По результатам исследований было установлено, что затухание волны напряжений в кальном направлении вниз происходит по закону (сферическая форма волнового ф в горизонтальном направлении по закону г<0*'а'> (цилиндрическая форма волнового фронта) Это затухание связано, во-первых, с геометрическим расхождением волны (первая часть ля) и, во-вторых, с диссипативным затуханием волны в среде (вторая часть показателя В первом случае имеет место волновой фронт сферической формы, отражающийся от с ской поверхности днища скважины, а во втором - цилиндрический волновой фронт, ся от вертикальной поверхности скважины. Показатель диссипативного затухания в среде в случаях одинаков, и значение его а* всегда < 1. Это хорошо согласуется с данными работ сора Ханукаева А. Н. [10, 11] и академика Христиановича С. А. [12, 13]. Последний в работ: предложил рассчитывать значение показателя диссипативного затухания в среде с вну трением через коэффициент Пуассона (у):
а*
1 — v
Имея в виду, что максимальное значение коэффициента Пуассона не может быть значения v - 0,5, предельная величина диссипативного затухания не может бьпь выше з а* = 1,0, поэтому полное значение коэффициента затухания цилиндрического фронта волн»1 пряжений //„ £ 1,5 и сферического фронта - <> 2,0, что и подтвердилось выполненными исследованиями. Если исходить из значения максимально возможного расчетного давления образных продуктов взрыва [2], то максимальное значение показателя затухания волны на ний при обычных химических взрыьах никогда не может превышать значения г'2. Об этом же детельствуют опыты Рейнхарта, проведенные на металлах.
Более интенсивное затухание может иметь место только при наличии поверхностей ра сред. Вызвано это отражением волны напряжений от поверхностей раздела сред. В горных дах эту роль выполняют открытые естественные трещины.
Рис. I. Экранирующий эффект от горизонтальных трещин при взрыве Е-Скрышных пород на Коелгинском карьере
Экранирующий эффект от горизонтальной раскрытой трещины можно увидеть на рис. I, где I срез уступа на границе зоны действия взрыва во въездной траншее Коелгинского карьера. :ки полное отражение волны напряжений произошло на границе с первой горизонталь->й трещиной тектонического происхождения. Горная порода на контакте с этой трещиной сильно измельчена. Наличие же второй парал-
горизонтальной трещины полностью исключило разрушения ниже ее. Лзультаты описанных выше исследований были использованы на Полевском мссторождс-мрамора. В связи с необходимостью получения в Свердловской области щебня и песка белого цвета с 1973 года на месторождении начали регулярно проводиться буро-работы. которые были приостановлены только в 1995 году, так как мрамор Полевского :ния относится к статуарным разновидностям, а карьер находится в черте города По-В 1996 году по предложению проф. Бычкэва на карьере были произведены дополни-геологоразведочные работы с целью определения влияния произведенных ранее буро-работ на массив мрамора. Дпг. этого было пробурено две скважины на дне карьера и две жом расстоянии от борта карьера (рис. 2). Исследования показали, что состояние массива I определяется в основном природной системной трещиноват остью.
Контр, скв. Контр. СКВ. № 3 № 4
Т. уо .и. у
Условные обозначения
• ВыастрслыЯ массив мрамора
• Момолитимй массив
Ж
крушенный масс и • •т мрок полета
прыаиых работ - Мссто отбора пробы
- Граница трещииообраюааима V» от в1рыаа
Рис. 2. Схема бурения контрольных скважин и взятия проб на Полевском мрамор-юм карьере
Оказалось, что в днище карьера, отработанного с применением массовых взрывов, грещино-т ость ниже, чем на участках за пределами карьера, где буровзрывные работы не велись. Зона ■веденной трещиноватости, вызванной производством буровзрывных работ без каких-либо пре-нител ьных мероприятий, составляет по кровле >ступа 4,5-5,5 м от оси взорванной скважины горизонтальном направлении и 1,5-2,0 м ниже донных частей взорванных скважин. На пробах 5Ё.Ч? 4, 4а контрольной скважины № 4 и пробах №№ 3, за контрольной скважины № 3 наведенная трещиноватость отсутствовала. По условиям безопасности контрольную скважину № 4 ближе к «псосу уступа пробурить не удалось. Визуальный осмотр массива после расчистки верхней пло-_адки уступа вблизи верхней бровки показал, что наведенная трсщиноватость проникла по гори-хжтали от оси последней взорванной скважины максимально на 5,2 м (см. рис. 2).
По контрольным скважинам, пробуренным на дне карьера, наведенная трещиноватость ла место на образцах №№ I и 2. На образцах №Л5г 1а и 2а наблюдалась только естественная щиноватость. обусловленная региональным метаморфизмом, со следами окислов железа и ал[ ния на изломах.
Для данных условий расчетный размер зоны необратимых деформаций в вы горных породах ниже днищ взрывных скважин, определенный из условия затухания сфери волны напряжений [3], составит, м
где //с - коэффициент затухания сферической волны напряжения; для мелкозернистого м //с = 1,32 (3]; <тРд- динамический предел прочности на растяжение в условиях воздействия в среды и динамического иагружения, МПа
о^ =архКя*Кс,
где <тр - предел прочности мрамора на растяжение при статическом нагружении, МПа; в с тем, что значение его для данного месторождения не определено, принимаем наим значение по кадастру [8] <гр^4,5 МПа; Кс - коэффициент влияния среды; по данным работы [6 мрамора /Сс = 8,2; Я, - радиус кривизны скважины, м; в данном случае /?«=/. />й£/с; </« =0,146 диаметр скважины; Р^ - расчетное давление взрыва в скважине при неплотном патронированным взрывчатым веществом, МПа
где Лык - максимальное расчетное давление продуктов взрыва (4.1), МПа; взрывчатое вещ аммонит № 6 жв в патронах диаметром 90 мм; Рж = 1300 МПа [2]; п - показатель ад п ■ 1,357 [2]; У„ и V, - объемы, соответственно занимаемый взрывчатым веществом и вз камеры (скважины) на длине заряда и I м.
/W, = 1300 < Г_0^3583_У "? = 349 7 МПа ^ 10,01673306)
Кя - коэффициент динамичности нагружения; принимается по данным работы (9]. Процесс мического разрушения горных пород необходимо рассматривать с учетом их поведения при мическом нагружении. Исследования показали, что объемная усталостная прочность горных рол зависит от коэффициента асимметрии и количества циклов нагружения [6]. Расчеты п вают, что при взрывах в горных породах типа мрамор, известняк, доломит и гранит козфф: асимметрии нагружения колеблется з пределах 0,47...0,70. Для этих условий динамический дел прочности мрамора при малоцикличном нагружении превышает статический предел п сти для растяжения в 1,25 раза (6J. В связи с этим Кя = 1/1,25 = 0,8.
Подставив приведенные выше значения в расчетные формулы, получаем зна #м « 4,08 м, что сходится с данными, полученными экспериментально, где зона нснаруш мрамора начинается с отметки +198.0 м, а мощность нарушенных взрывом горных пород днища взорванных скважин на 4,0 м.
Следовательно, расчетами подтверждается размер возможной зоны деформаций, к самых неблагоприятных условиях может достигнуть величины 4,0 м ниже днища взрывной жины.
На основе этих исследований было принято решение о закладке опытного карьера бл камня на нижележащих горизонтах. Он был заложен в северо-восточной части карьера, в 30,0 существующего водосборника. Подготовка к выемке нарушенных взрывом горных пород водилась камнерезными машинами с цепным баром.
После отработки второго нижележащего уступа результаты, полученные на опытных геоло-ных скважинах, подтвердились. Массив мрамора под взрывом оказался пригодным для блочного камня.
3 настоящее время Полевской мраморный карьер полностью переориентировался на добычу мрамора. Добыча блоков производится комбинированным способом по высокоуступной и с использованием камнерезных машин с баровым и алмазоканатным режущим орга-
После взрыва производится планировка почвы на высоту 0,5... 1,0 м баровой камгерезной ':. а затем - нарезка первого уступа высотой 2,0 м. Уже на первом добычном уступе полуотдельные блоки, пригодные для производства изделий из камня. Высота остальных усту-<гает 6,0... 10,0 м.
3 настоящее время на Полевском карьере ведется постоянная добыча блочного мрамора со выходом блочного камня из горной массы 25,6 %. Таким образом, на месторождении, разрабатываемом на щебень и песок декоративный, успешно завершился переход на добычу мрамора.
Проведенные исследования показали возможность производства взрывных работ на вывет-горных породах месторождений природного камня, оставляя защитный слой достаточной
Второй вывод можно сделать о том, что на карьерах, где раньше велась добыча различных х ископаемых с применением массовых взрывов, после их отработки возможна добыча природного камня.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бычков Г. В. Динамика ударного разрушения горных порол // Известия Уральского горно'о инсти-Серия: Горное дело. 1993. Вып. 3. С. 52 - 57.
2. Бычков Г. В. К вопросу о расчете начальною давления продуктов взрыва // Известия вузов. Горный . 1992. №9. С. 117-122.
3. Бычков Г. В. Технология подготовки к выемке вскрышных пород на месторождениях природных ;ных камней: Дис... канд. техн. наук. Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1985. 194 с.
4. Кук М. А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. М.: Недра, 1980. 453 с.
5. Миндели Э. О. и др. Комплексное исследование действия взрыва в горных породах. М.: Недра, 253 с.
6. Мраморы и граниты России. М.: ТОПО сМрамор|ранит»> Минстройматериалов РСФСР, 1991. 30 с.
7. Покровский Г. И. Взрыв, М.; Недра» 1980. 190 с.
8. Справочник (кадастр) физических свойств горных порол / Пол ред. И. В. Мельникова и др. М.: Не-1975. 79 с.
9. Столяров А. М. Добыча естественных каменных материалов машинами системы Столярова // ¿льство из естественных каменных материалов: Сб. М., 1951. С. 12-14.
10. Ханукаев А. Н., Боровиков В. А., Белецкий В. П. Определение остаточного давления при камуфлет-взрыве сферического заряда в горной породе // Взрывное дело: Сборник № 81/38. М.: Недра, 1979.
У5-98.
11. Ханукаев А. И. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. М.: Госгор-ехиздат, 200 с.
12. Христианович С. А. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1981. 483 с.
13. Христианович С. А.. Шемякин Е. И. О динамической сжимаемости прочных горных пород и мс-. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1981. С. 432 - 441.
