CC BY
11СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Культяев С.Г., Левин А.С. Регулирование отпуска теплоты в период осенне-весенних перетопов [Текст] / С.Г. Культяев, А.С. Левин //Ресурсо-энергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2012. №2. С. 140-144.
2. Baikov I.R., Kitaev S.V., Smorodova O.V., Kolotilov Yu.V. Analysis of the heat-insulating materials properties for pipeline fittings//Polymer Science. Series D. 2018. Т. 11. № 1. С. 96-98.
3. D. Andrews et al. Background Report on EU-27 District Heating and Cooling Potentials, Barriers, Best Practice and Measures of Promotion. Joint Research Centre of Scientific and Policy Reports, 2012.
4. Электронный ресурс: https://minenergo.gov.ru/activity/statistic.
APPLICATION OF GROUND-PENETRATING RADAR FOR SPECIFICATIONS OF BLASTING
ROCKS
Ekvist B.
Doctor of Technical Sciences, Professor, Physical Processes of Mining and Geocontrol Department, National University of Science and Technology «MISiS», Moscow, Russia
Korotkov R.
PhD Student, Physical Processes of Mining and Geocontrol Department, National University of Science
and Technology «MISiS», Moscow, Russia
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ ДЕТАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВАЕМЫХ МАССИВОВ
Эквист Б.В.
Доктор технических наук, профессор, Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля, Московский горный институт национальный исследовательский технологический
университет «МИСиС», Москва, Россия
Коротков Р.Л.
Аспирант, Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля, Московский горный институт национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
Abstract
Proposed a method for optimizing the parameters of drilling and blasting operations, considering the physical and technical properties of rocks within the blasted block, in order to improve the quality of the blasting quarries with a complex geological structure. Described the ground-penetrating radar method is with the application of the "Oko-2" series of the development of the group of companies "LOGIS-GEOTECH" with antenna blocks AB-90 with a depth of sounding up to 16 m. and a resolution of 0.5 m. in depth and AB-150 with a sounding depth of 12 m. and resolving ability of 0.35 m. in depth. The results of laboratory experiments carried out on blasting blocks with various strength properties are presented, confirming the improvement in the quality of crushing of rock samples by explosion of charges with variable decelerations and location, depending on the strength properties of the samples, relative to charge explosions with unchanged parameters. This will ensure a better crushing of the blasted rock mass.
Аннотация
Предложен способ оптимизации параметров буровзрывных работ с учетом физико-технических свойств горных пород в пределах взрываемого блока, с целью улучшения качества взрыва на карьерах со сложной геологической структурой. Изложен метод радиолокации с применением георадаров серии "Око-2" разработки группы компаний "ЛОГИС-ГЕОТЕХ" с антенными блоками АБ-90 с глубиной зондирования до 16 м и разрешающей способностью 0.5 м по глубине и АБ-150 с глубиной зондирования 12 м и разрешающей способностью 0.35 м по глубине.
Изложены результаты лабораторных экспериментов проведенных на взрываемых блоках с различными прочностными свойствами, подтверждающие улучшение качества дробления образцов пород взрывом зарядов с переменными замедлениями и расположением, в зависимости от прочностных свойств образцов, относительно взрывов зарядов с неизменными параметрами. Это обеспечит более качественное дробление взорванной горной массы.
Keywords: Drilling and blasting operations, Ground-penetrating radar, GPR, Complex-structured rocks.
Ключевые слова: Сложноструктурные массивы, георадар, георадиолокация, градиент, прочностные свойства пород, параметры буровзрывных работ, результаты взрывов.
1.ВСТУПЛЕНИЕ
Взрывное разрушение сложноструктурных массивов имеет ряд особенностей, связанных с из-
менением прочностных свойств, в пределах взрываемого блока. Для оптимизации эффективности дробления массивов со сложной геологической структурой требуется оценка физико-технических
свойств пород и определение координат их залегания с различными прочностными свойствами в пределах взрываемого блока. Для оперативной оценки физико-технических свойств, взрываемых блоков подходит метод георадиолокации поверхностного слоя с применением георадаров [7, стр. 86-87., 5, стр. 203-210]. Георадарные технологии могут быть использованы для детального изучения сложноструктурных массивов, а также определения координат залегания пород с разными прочностными свойствами в пределах взрываемого блока, что позволит оптимизировать параметры буровзрывных работ и подобрать необходимые размеры сетки расположения зарядов и замедления между их взрывами. При плавном изменении крепости и трещиноватости горной породы параметры БВР (расстояние между зарядами, замедления, удельный расход ВВ и др.) изменяются плавно, при скачкообразном - скачкообразно. Известно, что прочностные характеристики пород влияют на расположение зарядов на взрываемом блоке и замедления между их взрывами. Например, если крепость взрываемых пород уменьшается, то согласно существующим рекомендациям, замедления между взрывами возрастают, а расстояния увеличиваются [8, стр. 471., 4, стр. 205-211]. На результаты взрыва влияют и другие параметры среды: вязкость, тре-щиноватость, обводненность и др. 2.ГЕОРАДАРЫ 2.1.Принцип работы георадара Характерными особенностями георадиолокации являются оперативность проводимых работ и возможность получить недискретные данные о породном массиве. Для осуществления этого метода применяется георадар - геофизический прибор для
локационного просвечивания взрываемого массива. Это наиболее совершенная техника получения разрезов грунта, не требующая бурения или раскопок. Проведение геологических исследований, при построении разрезов грунта, основанное на бурении скважин с определённым шагом, не дает точной оценки расположения неоднородно-стей во взрываемом массиве. Метод георадиолокации основан на явлении отражения электромагнитной волны от участков пород с различными свойствами: электропроводностью и диэлектрической проницаемостью. Отраженный сигнал принимается приемной антенной, усиливается, преобразуется в цифровой вид и запоминается. Основной величиной, измеряемой при георадарных исследованиях, является время пробега электромагнитной волны от источника до отражающей границы и обратно до приемника. Поскольку скорость распространения электромагнитной волны в разных материалах различна, измеряя времена пробега волн, и зная основные физические свойства пород в исследуемой среде, можно судить о строении взрываемого массива пород. Основной целью метода георадиолокации является определение положения границ раздела или локальных объектов. Получение полевой информации при георадарной съемке производится при перемещении блока антенн георадара по заданному маршруту на взрываемом блоке. При передвижении антенны георадара вдоль профиля регистрируется дифракционная картина по глубине и перемещению антенн по блоку, и формируется непрерывный временной разрез изучаемой среды. Дифракционная картина представляет собой условный, в виде волновой картины, разрез изучаемой среды (рисунок 1).
Рисунок 1. Пример дифракционной картины,полученной с помощью георадара серии «Око» с приёмной
антеной АБ-400
Основными параметрами, определяющими методику съемки, и соответственно выбор антенных блоков являются: необходимая глубина исследования и размер структурных элементов (слоев или локальных объектов) которые необходимо выявить. В соответствии с этими величинами выбираются антенные блоки с определенной глубиной зондирования и разрешающей способностью.
Глубина зондирования - максимальная глубина отражающего объекта. Например, если задача состоит в определении местоположения объекта, расположенного приблизительно на глубине 3 м, обнаружить его возможно с помощью антенн, глубина зондирования которых превышает заданную глубину.
Так же существует понятие разрешающей способности. Разрешающей способностью называют минимальное расстояние по глубине, на котором могут быть различимы два отражающих объекта или их детали. В практическом значении, для успешного решения задачи необходимо, чтобы толщина слоев превышала значение разрешающей способности по глубине для выбранной антенны.
22.Использование георадаров в России
Широкое распространение в России получили георадары компании «ЛОГИС» серии «ОКО». Они характеризуются широким спектром предоставляемого основного и вспомогательного оборудования.
Антенный блок, включает в свой состав при-ёмо-передающие антенны, передающие и приёмные устройства и системы обработки информации. Тип антенного блока определяет глубину зондирования и разрешающую способность георадара. Прибор может комплектоваться несколькими антенными блоками для выполнения разных задач. Блок обработки, управления и индикации, как правило, ноутбуки различных типов с операционной системой Windows.
Телескопическая штанга, служит для перемещения георадара. Датчик перемещения, позволяет осуществлять точную привязку по расстоянию на местности. Измеритель пути, позволяет определять расстояние на местности. Соединительные оптические кабели, служат для передачи информации и сигналов и позволяют повысить качество радиолокационного сигнала.
Антенные блоки георадара «Око-2» - сменные, состоят из приемного и передающего блоков. Обработка данных георадиолокации, полученных при помощи георадара, осуществляется при помощи программы «GeoScan 32»).
Сущность обработки состоит, прежде всего, в выделении полезного сигнала на фоне помех и шума и расшифровки дифракционных снимков. С помощью разнообразных приемов преобразования сигналов помехи ослабляются или удаляются с записи, а полезные сигналы выделяются.
В процессе интерпретации дифракционных снимков выделяются границы слоев в обследуемой толще. Для определения мощностей полученных слоев необходимо знать свойства слагающих их пород.
Для того чтобы указанный способ был реализован в промышленности, он должен давать существенный экономический эффект и быть достаточно технологичным. Особенно это важно для месторождений, где резко выражены различия в прочностных свойствах горных пород, слагающих массивы.
Способ включает следующие основные операции:
- в соответствии с необходимой глубиной исследований и размером структурных элементов выбирается антенный блок с определенной глубиной зондирования и разрешающей способностью;
- при перемещении антенного блока георадара вдоль профиля производится георадарная съемка;
- при проведении георадарной съемки производится замер длины выполненного профиля измерительным колесом;
- при использовании геологической информации о существующих на данном месторождении породах производится привязка полученных дифракционных снимков к строению взрываемого блока;
- на основе полученных данных о геологическом строении блока, производят выбор параметров БВР в зависимости от прочностных характеристик участков взрываемого блока, при этом параметры БВР для разных по крепости пород выбираются как для блоков пород с разными свойствами.
3.ЭКСПЕРИМЕНТ
Для проверки теоретических исследований и изучения действия взрыва на сложноструктурные массивы, характеризующиеся как плавным переходом пород от одной крепости к другой, так и наличием в них твердых включений, проведены эксперименты на смоделированных разнопрочных блоках размером 40 х 30 см и толщиной 4 см, расположение зарядов в которых показано на рисунке 2. Расстояние между зарядами, без учета прочностных свойств, взрываемых блоков, по большей стороне блока 20 см и по меньшей стороне блока 15 см. Количество зарядов менялось в зависимости от прочностных характеристик и структуры взрываемых блоков. Неокрашенные части блоков имели коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова 1.5 - 2, а закрашенные 2.5 - 3. Модели блоков изготавливались из сухого кварцевого песка с частицами размером не более 0.25 мм с добавлением гипса и воды в различных соотношениях.
Рисунок 2. Схемы взрывания модельных блоков, состоящие из разных по крепости пород, с неизменными параметрами расположения зарядов (верхний ряд) и измененными расстояниями между зарядами с учетом прочностных характеристик блоков (нижний ряд)
Взрывы моделей осуществлялись при помощи пятиканального генератора импульсов с использованием короткозамедленного взрывания путем разряда конденсаторов на пиротехнические взрыватели. Максимальное напряжение, до которого заряжаются конденсаторы генератора 260 В. В пятиканальном генераторе емкость конденсатора в каждом из пяти каналов 3000 мкФ. Остаточное напряжение после имитации взрыва равно 50 В. Выделенная энергия при разряде конденсатора одного канала в пятиканальном генераторе:
'-,Дж (1)
Woct = ■
где:
CU2 Woct = —
3000•10-6•2602
3000•10-6•502
2
= 97,65 Дж,
2
Жост - энергия, выделенная при имитации действия взрыва, Дж;
С - емкость конденсатора, Ф; и - напряжение, до которого заряжается конденсатор, В;
иост - напряжение, которое осталось на конденсаторах после имитации взрыва, В.
Выделенная энергия может быть уменьшена снижением напряжения, до которого заряжаются конденсаторы. Для увеличения мощности взрыва одного заряда каждый конденсатор разряжался на пиротехнический взрыватель, вставленный в отверстие модельного блока. Тогда мощность взрыва одного заряда:
Ж = Швзр + ^пир = 97.65 + 300 = 397.65 Дж, (2) где:
Жпир = 300 - энергия взрыва пиротехнического взрывателя, Дж.
Общая максимальная энергия Жобщ, которая
получена при имитации взрыва:
Жобщ = 5 х 97.65 + 5 х 300 = 1988.25 Дж.(3)
Чтобы эксперимент в лабораторных условиях приближался к натурным исследованиям, взрывы в менее прочной части блоков происходили одновременно в первую очередь, а затем через 5 мс происходили одновременно взрывы в более прочной части модельных блоков.
При приближении эксперимента в лабораторных условиях к натурным исследованиям взрывы проходили одновременно вначале в менее прочной части блоков, а затем через 5 мс - в более прочной части. Лабораторные исследования включают в себя три серии опытов с различной вариацией изменения прочностных характеристик моделей блоков. В каждой изготавливалось по две модели образцов: одна взрывалась одновременно зарядами без учета изменения физико-технических свойств пород блока, а вторая - с учетом меняющихся свойств, т.е. с изменением расстояния между зарядами и их количеством, а также с замедлением 5 мс между взрывами в более прочной части моделей относительно взрывов в менее прочной части.
В первой серии опытов, (рисунок 2а), граница раздела пород проходила по центру блока, во второй, (рисунок 2Ь), твердые породы располагались внутри модели в виде клина, а слабые по бокам. Клин твердых пород в образце имитировал хаотичное расположение включений твердых пород внутри породного массива. В третьей серии опытов, (рисунки 2с, 2ф, граница раздела крепости пород была смещена в одном случае в сторону крепких пород, а в другом - в сторону слабых.
По опытным данным проводилась оценка качества дробления породы. В качестве критериев эффективности дробления приняты выход крупных
фракций и средний размер кусков раздробленных образцов.
Такие вариации расположения твердых пород в образцах, имитировавших сложноструктурный взрываемый массив, позволили оценить эффективность изменения параметров БВР в зависимости от геометрии включений и объемов разрушения крепких и слабых пород. Так как прочностные характеристики пород влияют на выбор параметров взрывных работ, то эти параметры напрямую будут зависеть от изменения свойств горных пород. То есть, если изменение свойств происходит плавно, то параметры меняются плавно, а если изменение свойств резкое, то параметры меняются скачкообразно. Если в породном массиве имеются твердые включения, то необходимо располагать заряды так, чтобы линия наименьшего сопротивления до границы раздела пород соответствовала радиусу регулируемого дробления [3, стр. 50].
В результате опытов установлено, что при взрывании образцов, с учетом изменяющихся
свойств пород блока, а соответственно с изменением пара- метров БВР, в слабых породах образуются трещины и сколы, проходящие по границе раздела пород разных по крепости. Это способствует разгружению крепких пород и облегчает разрушающее действие взрывов зарядов в них. Таким образом, происходит более интенсивное дробление твердых пород в массивах со сложной геологической структурой [9, стр. 280; 10, стр. 44-46; 11, стр. 17; 2, стр. 252-255].
На рисунке 3 приводится сравнение выхода крупных фракций при взрыве слабых и крепких пород при взрывании экспериментальных блоков без учета и с учетом изменяющихся свойств пород. Очевидно, что во втором случае эффективность дробления выше, чем в первом. При этом эффективность дробления в твердых породах возрастает, выход крупных фракций снижается на 26%. Так же при изменении параметров взрывных работ наблюдается более равномерное дробление как слабых пород, так и крепких включений и увеличение выхода средних фракций.
Рисунок 3. Гистограмма выхода крупных фракций в зависимости от свойств образцов: две первые колонки при неизменных параметрах взрыва, две следующие - при измененных
При плавном изменении свойств необходимо учитывать градиент их изменения в пространстве, рисунок 4. Картину изменения свойств взрываемых пород можно составить на основе георадиолокационных просвечиваний используя, к примеру, георадары серии "ОКО" [7, стр. 87; 5, стр. 203-210; 1, стр. 364].
На рисунке 4 показана разбивка взрываемого блока зарядами ВВ. Точки А, Б, С, В, М, К - места расположения зарядов. Допустим в точке А крепость / ей соответствует расстояние между сква-жинными зарядами а и замедление t. Откладываем по оси у расстояние а, по оси х также расстояние а.
В точке Б крепость /1, ей соответствует расстояние между заря дами а ± Ла. Плюс, если крепость/1 </ минус, если/ > / Замедление между точками Б и В - t ± Лt. Плюс, если крепость/1 </ минус, если/1 > / Аналогично в точке С крепость /2, ей соответствует расстояние между зарядами а ± Лаь Плюс, если крепость /2 < /, минус, если /2 > /. Замедление между точками С иМ- t ± ЛЬ. Плюс, если крепость /2 </ минус, если/2 >/ Величины Ла, Ла1 и Лt, Ли тем больше, чем больше градиент крепости породы. Для следующих точек В, К, М и т.д. действия аналогичны.
Рисунок 4. Разбивка взрываемого блока зарядами взрывчатого вещества
4. ВЫВОДЫ
В результате изменения параметров буровзрывных работ во взрываемых блоках (расположение зарядов, последовательность взрывания, интервал замедления), в соответствии с изменяющимися физическими свойствами горных пород, можно добиться более качественного дробления, чем с применением неизменных параметров.
Проведенные лабораторные эксперименты подтверждают эффективность изменения параметров буровзрывных работ в зависимости от геологических особенностей неоднородного массива.
Предложена методика разрушения массивов горных пород, основанная на их георадиолокационном зондировании.
5. INTRODUCTION
Blasting destruction of complex-structured rocks has a several of features related to the strength properties. To optimize drilling and blasting operations of complex-structured rocks requires an assessment of the physical and engineering properties of rocks and the determination of the coordinates of their location with different strength properties inside the blocks. The method of ground-penetrating of the surface layer with the use of ground-penetrating radars [7, pp. 86-87., 5, pp. 203210.] is suitable for the rapid assessment of the physics-technical properties of blasted blocks. Ground-penetrating radars (GPR) technologies can be used for detailed researching of complex structure arrays, as well as for determining the coordinates of bedding of rocks with different strength properties. Since optimizing the parameters of drilling and blasting operations and selecting the necessary grid sizes for the location of charges and delay interval. With a smooth change in the strength and cracking of the rock, the drilling and blasting works parameters change smoothly, with jump-dif-
ferent - jumpwise. It is known that solid rock characteristics affect the location of charges on the blast block and the delay interval. For example, if the strength of explosive rocks decreases, according to existing recommendations, the explosions delay are increase, and the distances are decrease [8, p. 471., 4, pp. 205-211]. 6.GROUND-PENETRATING RADAR 6.1.Principle of operation The features of ground-penetrating radar are the efficiency of the work being carried out and the possibility of obtaining non-discrete data on the rocks. To implement this method, a radar is used - a geophysical device for researching the exploded array. This is the modern technique for geological researching not requiring drilling or excavation. Carrying out of geological researches, at construction profile a ground, based on drilling of boreholes with the certain step, does not give an exact estimation of local objects.
The method of ground-penetrating radar is based on the reflection of electromagnetic wave from rocks with different properties as electrical conductivity and dielectric permittivity. The reflected signal is received by the receiving antenna and transformed into a digital format.
The main value in ground-penetrating radar research is the time of passing an electromagnetic wave from the source to the reflecting boundary and back to the receiver. Since the propagation velocity of the electromagnetic wave in different materials a different, measuring the travel times of the waves, and knowing the basic physical properties of the rocks in the investigated medium, one can judge the structure of the rocks.
The main purpose of the ground-penetrating radar method is to determine the position of the boundary or local objects. When the GPR antenna is moving along the profile, a radargram is recorded for the depth and movement of the antennas along the block (Figure 1).
Figure 1. GPR tracking, an example of a radiogram. GPR "OKO-2" series, antenna unit AB-400
The main parameters that determine the shooting technique, and accordingly the choice of antenna blocks: are the necessary depth of research, resolving ability and the size of the structural elements (layers or local objects) that need to be identified. In accordance with these values, antenna units with a certain depth of sounding and resolving power are selected.
The depth of sounding is the maximum depth of the reflecting object. For example, if the task is to determine the location of an object located approximately at a depth of 3 m. it can be detected with the aid of antennas, the depth of sounding of which exceeds a predetermined depth.
Resolving ability is the minimum depth distance, on which two reflecting objects or their parts can be distinguished. In practical terms, to successfully solve the problem, it is necessary that the thickness of the layers exceed the value of the depth resolution for the selected antenna.
6.2.Russian GPR using
Widely spread in Russia got ground-penetrating radars of the company "LOGIS" of the series "OKO". They are characterized by a wide range of provided basic and auxiliary equipment. Antenna unit includes in its composition receiving and transmitting antennas, transmitting and receiving devices and information processing systems. The type of the antenna unit determines the depth of sounding and the resolving power of the GPR. The device can be equipped with several antenna units for different tasks. Block processing, management and display, usually laptops of various types with the operating system Windows.
The antenna blocks of the "Oko-2" are replaceable. It is consists of a receiving and transmitting unit. The processing of sounding data is carried out by the program "GeoScan 32".
The principle of processing consists in the allocation of a useful signal against a background of noise and the decoding of radargram. Through a variety of signal conversion techniques, interference is attenuated or de-
leted from the recording, and useful signals are allocated. In the process of interpreting radargram, the boundaries of layers in the stratum are distinguished.
For this method to be implemented in industry, it must have a significant economic effect and be sufficiently technological. This is especially important for quarries where the differences in the strength properties of rocks.
The method includes the following basic operations:
-in accordance with the required depth of research and the size of the structural elements, an antenna unit with a certain depth of sounding and resolving ability is selected;
-when moving the GPR antenna unit along the profile, images is performed;
-when geological information is used about existing rocks in the field, the obtained diffraction images are linked to the structure of the blast block;
-based on the obtained data on the geological structure of the block, the parameters of the drilling and blasting operations are selected depending on the strength characteristics of the parts of the blasted block.
7.EXPERIMENT
To test theoretical studies the blasting effect on complex-structure arrays, characterized both by the smooth transition of rocks from one strength to another, and by the presence of solid inclusions there, experiments were carried out on simulated different-strength blocks measuring 40 * 30 cm and thick-plane 4 cm. The location of charges in which is shown in figure 2. The distance between the charges in blocks which not considering the strength properties, on the larger side of the block 20 cm and at the side of the block 15 cm. The distances between the charges changed and considering the strength characteristics of the blasting blocks, are shown in figure 2 on a scale relative to the dimensions of the blasting blocks. The number of charges varied depending on the strength characteristics and the structure of the blasting blocks. The unpainted parts of the
blocks had a coefficient of strength on the scale of professor M.M. Protodiakonov 1.5 - 2, and painted 2.5 - 3. Models of blocks were made of dry quartz sand with
particles not larger than 0.25 mm with addition of gypsum and water in various proportions.
Figure 2. Schemes of explosion of model blocks, consisting of different rocks with the same strength, with unchanged parameters of the location of charges (upper row) and changed distances between charges, considering the strength characteristics of the blocks (bottom row)
Explosions of models carry through by a five-channel pulse generator with the use of delayed blasting by discharging capacitors to pyrotechnic fuses.
The maximum voltage to generator is charged on 260 V. The capacity in each one of the five channels is 3000 ^F. The residual voltage after simulating an explosion is 50 V. The energy released when a capacitor is discharged from one channel in a five-channel generator:
W =
vvexp
W =
vvexp 3000 10-6 2602
CU
cu2,
___ism J
n n 'J
2 2 3000 •lO-6 • 502
(1)
= 97,65/,
where:
Wexp - the energy released during the simulation of the explosion, J;
С - capacitance of capacitor F;
U - the voltage to the capacitor is charged W;
Urem - voltage that remained on the capacitors after simulating the explosion, W.
The energy released can be reduced by lowering the voltage to which capacitors are charged. To increase the explosion power of a single charge, each capacitor was expanded to a pyrotechnic fuse inserted into the hole of the model unit. Then the power of explosion of a single charge:
W = Wbist + Wpyro = 97.65 + 300 = 397.65 J, (2)
where:
Wpyro = 300 - explosion energy of a pyrotechnic fuze, J.
The total maximum energy Wtotal, which was obtained in simulating the explosion:
Wtoto/ = 5 x 97.65 + 5 x 300 = 1988.25 J.(3)
In order to make the experiment in laboratory con-
ditions close to field studies, explosions in the less stable part of the blocks occurred simultaneously in the first place, and then in 5 ms there were simultaneous explosions in a more solid part of the model blocks.
Laboratory studies include three series of experiments with varying variations in the strength characteristics of the block models. In each series was made two models of blocks. First one it was blasted by charges are not considering of physical-technical property. Second one it was blasted be charges considering changed property (distance between the charges, quantity and 5 ms delay).
In the first series of experiments (figure. 2a), the interface of the rocks passed along the center of the block. In the second (figure. 2b), the hard rocks were located inside the model in the form of a wedge, but weak on the sides. The wedge of solid rocks in the sample imitated the chaotic arrangement of inclusions of solid rock within the rock massif. In the third series of experiments, (figures 2c and 2d), the interface of the rock strength was shifted in one case toward strong rocks, and in the other is toward the weak.
According to the experimental data, the quality of rock crushing was assessed. The output of coarse fractions and the average size of pieces of crushed samples were taken as criteria for the efficiency of crushing.
Such variations in the arrangement of solid rocks in the samples simulating the complex-structural explosive massif made it possible to estimate the efficiency of the drilling and blasting parameters change depending on the geometry of inclusions and the volume of destruction of strong and weak rocks. Since the strength characteristics of the rocks affect the choice of blasting parameters, these parameters will directly depend on
2
2
2
the change in the properties of the rocks. That is, if the property change occurs smoothly, then the parameters change smoothly, and if the property change is sharp, the parameters change in an abrupt manner. If solid inclusions are present in the rock massif, it is necessary to place the charges so that the line of least resistance to the rock boundary corresponds to the radius of the controlled crushing [3, p. 50].
As a result of the experiments, it was established that when samples are blasted, considering the changing properties of the block rocks, and, correspondingly, with the change in the drilling and blasting parameters, cracks and chips are formed in the weak rocks passing along the boundary between the rocks of different strength. This facilitates the unloading of strong rocks and facilitates the destructive effect of explosions of
charges in them. Thus there is a more intensive crushing of hard rocks in arrays with a complex geological structure [9, p. 280; 10, pp. 44-46; 11, p. 17; 2, pp. 252255].
Figure 3 compares the yield of large fractions in the explosion of weak and strong rocks during the explosion of experimental blocks not considering and considering the changing properties of the rocks. Obviously, in the second case, the efficiency of crushing is higher than in the former. At the same time, the efficiency of crushing in solid rocks increases, the yield of large fractions decreases by 26%. Also, when the parameters of blasting operations change, a more uniform crushing of both weak rocks and strong inclusions is observed and the yield of medium fractions increases.
Figure 3. The histogram of the output of large fractions depending on the properties of the samples: the first two columns with invariable parameters of the explosion, the two following - with the modified
With a gradual change in properties, it is necessary to considering the gradient of their variation in the space. The picture of the change in the properties of the exploded rocks can be compiled on the basis of GPR reference [7, pp. 87; 5, pp. 203-210; 1, p. 364].
Figure 4 shows the breakdown of the exploded block by charges of explosives. The points A, B, C, B, M, K are the location of the charges. Assume at point A the strength/; it corresponds to the distance between the well charges a and the deceleration t. We divide the distance a along the y axis, and also the distance a along the x axis. At point B f strength f). it corresponds to the
y
B
c +i
„
distance between charges a ± Aa. Plus, if the strength fl <f minus iffi> f. Deceleration between points B and B - t ± At. Plus, if the strength f < f minus iffi> f Analogously at the point C, the strength f2, it corresponds to the distance between the charges a ± Aai. Plus, if the strength f2 < f minus if f > f The slowing down between points C and M is t ± Ati. Plus, if the strength f <f minus iff > f. The values of Aa, Aai and At, Ati are the larger, the larger the gradient of the rock bredness. For the following points B, K, M, etc. the actions are the same.
a ± A a
a
K
a ± A a
M
A !
! C
a
a ± Aa,
Figure 4. Breaking of an exploded block with explosive charges
8. CONCLUSION
As a result of changes in the parameters of blasting operations within the destroyed blocks (location of charges, sequence of blasting, delay interval), in accordance with the changing physical and technical properties of rocks, it is possible to achieve a more qualitative crushing than unchanged parameters.
The performed laboratory experiments confirm the efficiency of changing the parameters of drilling and blasting operations, depending on the geological features of the inhomogeneous massif.
A technique for blasting rock massifs based on their GPR spreads is proposed.
REFERENCES:
1. Alenichev, I.A. Korrektirovka udel'nogo raskhoda vzryvchatogo veshchestva. Gornyy Infor-matsionno-Analiticheskiy Byulleten, 2016. №7, P. 364-373.
2. Chan Kuang Hiyeu, Nguyen Din Ahn, Nkhy Van Fuk, Belin V. A. Pilot studies of influence of diameter of explosive wells on seismic action of explosions on Nuybeo coal mine. Explosive technologies : conference materials, Hanoi, Vietnam. 2015. P. 252255.
3. Ekvist, B.V., & Vartanov, V.G. Laboratornyy praktikum po distsipline "Tekhnologiya i bezopasnost' vzryvnykh rabot". Moskva: Gornaya kniga, 2006. 50 p.
4. Gorokhov N. L. The mathematical formulation and numerical implementation of dynamic problems of geomechanics using finte element method //
Scientfic Reports on Resource Issues. Vol 1. Inter-naational University of Resources Frierberg 2011. P. 205-211.
5. Semeykin, N.P., Pomozov, V.V., Ekvist, B.V., & Monakhov, V.V. (2008). Geofizicheskie pribory no-vogo pokoleniya. Gornyy Informatsionno-Analitich-eskiy Byulleten', 2008. №12. P. 203-210.
6. Sovmen, V.K., Kutuzov, B.N., Mar'yasov, A.L., Ekvist, B.V., & Tokarenko, A.V. Seysmich-eskaya bezopasnost' pri vzryvnykh rabotakh. Moskva: Gornaya kniga, 2012. 228 p.
7. Kulizhnikov, A.M., Burda, S.N., & Belozerov, A.A. (2004). Primenenie georadarov dlya razvedki i otsenki zapasov dorozhno-stroitel'nykh materialov. Gornyy Zhurnal, Moskva, №3, P. 86-87.
8. Kutuzov, B.N. Metody vedeniya vzryvnykh rabot. Razrushenie gornykh porod vzryvom. Moskva: Gornaya kniga. 2009. 2009. 471p.
9. Netteleton M. This book was ariginally published in the English language by Chapman, Hall Ltd of London, 1987. 280 p.
10. Kutuzov, B.N., Ekvist, B.V., & Bragin, P.A. Sravnitel'naya otsenka seysmicheskogo vozdeystviya vzryva skvazhinnykh zaryadov pri ispol'zovanii sis-temy neel- ektricheskogo initsiirovaniya i elektrodeto-natorov s elektronnym zamedleniem. Gornyy Zhurnal. 2008, №12, P. 44-46.
11. Mehdi Hosseini, Mehdi Seifi Baghikhani. Analysing the Ground Vibration Due to Blasting at Al-vandQoly Limestone Mine// International Journal of Mining Engineering and Mineral Processing, 2013. № 2(2). P. 17-23. DOI: 10.5923/j.mining.20130202.01.
