Разработка методики расчета действия взрыва концентрированных зарядов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

--------------------------------- © С.Д Викторов, В.М. Закалинский,

2011

УДК 622.235

С.Д. Викторов, В.М. Закалинский

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ЗАРЯДОВ

Изложен новый подход к расчету действия взрыва концентрированных зарядов, применяемых при крупномасштабных взрывах с большими параметрами отбойки в под-земн ых условиях.

Ключевые слова: горный массив, взрывное дело, подземная геотехнология, камерные заряды, грансостав.

проблеме взрывного разруше-и ния горного массива выдвинута новая концепция развития буровзрывных работ, приведшая к разработке и внедрению новой технологии взрывной отбойки руды при подземной добыче полезных ископаемых [1]. Проведенное теоретическое и методом математического моделирования исследование действия различных крупных зарядов ВВ и схем их взрывания с последующими экспериментальной проверкой и внедрением на производстве, показали реальную возможность использования в определенных условиях таких зарядов в подземных геотехнологиях в виде крупномасштабной отбойки при системах разработки с массовым этажным принудительным обрушением. Прямым следствием этого является возможность значительного (вплоть до одного в год) сокращения числа массовых взрывов на горных предприятиях с резким уменьшением известных негативных последствий и дополнительных работ, связанных с их частым проведением, и получение значительного экономического эффекта. В этой связи представляют интерес отличающие их особенности действия взрыва таких зарядов, отражающие концептуально суть методики их расчета. Условно названные концентрированными, они представляют собой за-

ряды различных конструкций с общим свойством концентрировать в себе большие запасы энергии, и различающиеся возможностями передачи потока энергии в массив горных пород (пучки параллельно- сближенных скважинных зарядов, вертикальные концентрированные заряды, минные, камерные заряды, и др.). Эти особенности включают способы формирования волн напряжений разной формы и интенсивности в заданных геотехнологиями направлениях. Так, при взрыве одного пучка параллельно-сближенных зарядов путем варьирования его геометрическими и физическими параметрами. Способностью такого заряда при взрыве управлять направленностью энергии его ВВ достигается эффект воссоздания или образования заряда и волны некруговой, практически любой по необходимости формы, что само по себе знаменует новое явление в горной практике. Заряды других конструкций так же имеют свои особенности.

Это было использовано при решении проблемы качества дробления горной массы и сейсмики при выполнении крупных массовых взрывов (крупномасштабных взрывах). Потребовался новый подход к расчету величины заряда на основе использования и развития масштабного эффекта (фактора) при от-

бойке руд большими зарядами ВВ в подземных условиях [2]. В основу было положено развитие принципа масштабного эффекта на базе анализа известной формулы

Q = ^ (1)

и ее преобразования с целью получения расчетной одинаковой степени дробления при любых объемах и условиях крупномасштабного взрывания. Главный её недостаток — она не учитывает степень дробления горной массы, так как исторически произошла из задачи перемещения масс (объемов).грунта, Ее усовершенствование заключалось в представлении величины q в качестве зависимой переменной величины от ее другой величины V, что приводит к получению дифференциального уравнения dQ = qdV (2)

которое количественно описывает переменность качества дробления горной массы в зависимости от объемов взрывания. Математически это соответствует рассмотрению процесса дробления в масштабе «мгновенной» единицы объема, а физический смысл тому, что при взрывании в твердой горной породе каждому значению величины q соответствует «свой», определенный грансостав и изменение q теоретически ведет и к его изменению. На практике дело обстоит по — разному: есть типы массивов горных пород, и их большинство, где так все и происходит, а есть горные породы, в которых увеличение значений величин q не сопровождается сколько ни будь существенным изменением качества дробления горной массы. Оценить эти эффекты количественно можно, если, в свете вышеизложенного, «классическую» формулу записать в конечном интегральном виде

О = с І q(w)dW

(3)

Теперь она отражает «традиционно» объем разрушаемого слоя горной поро-348

ды, и «интегрально» степень его дробления (новый фактор) через сохранение постоянства в элементарном объеме. Величина с имеет размерность м2 и может обозначать через соответствующие величины площадь отбиваемого слоя по линии зарядов

с = п(аН), (4)

где а — расстояние между зарядами; Н

— глубина слоя; п — количество скважин в слое. При этом величины q и W (ЛНС) относятся к одному отбиваемому слою или ряду скважинных зарядов. В формуле (3) особый интерес в свете изложенного представляет зависимость

q = т. (5)

Новизна здесь заключается в новом к ней подходе. В горнотехнической литературе можно встретить много конкретных ее численных модификаций, которые каждый раз выражают одно и то же: величину удельного расхода ВВ на отбойку в определенных горногеологических условиях, его постоянство и независимость от объемов взрывания, т. е., «статический смысл». Использование же в формуле (3) обуславливает «динамический» характер ее применения, гибко (оперативно) влияя на процесс расчета необходимого на массовый взрыв количества взрывчатых вещества причем в самом его начале, так как все методики расчета количеств ВВ исходят из зависимости (1), варьируя ее структуру применительно к местным условиям взрывания. На основании анализа опытных данных формулу (5) можно представить в виде следующей зависимости: q = q0 + км41 , (6)

где q0 — удельный расход ВВ, при М0,

соответствующему нижнему пределу интеграла в формуле (3); q — то же, но при м в верхнем пределе интеграла; член кмф есть масштабная добавка, соответствующая увеличению ЛНС, к, ф

— коэффициенты пропорциональности и масштабности соответственно.

Формула (6) рассмотрена для всех типов руд, начиная с сильнотрещиноватых в сторону ее уменьшения с условием получения приблизительно одинаковой степени дробления. Выявлена сильная зависимость от степени трещиноватости массива горных пород (~ 70 %), слабая — от крепости f пород (~ 20 %) и ~ 10 % приходится на все остальное. Так, зависимость удельного расхода ВВ от ЛНС в рудах сильнотрещиноватых q = f(w) или отсутствует, или она слабо выражена, т.е., можно принять q ~ const, и дробление среды как бы предопределено естественной трещиноватостью массива. Тогда из формулы (3), как частный ее случай, получаем вариант классической формулы (1), пригодный для расчета крупномасштабной отбойки, когда дробление можно не учитывать, и расчет количества ВВ ведется исходя из закона подобия, что пока в принципе имеет место в реальных расчетах во всех случаях:

Q = cqW = qV. (7)

По мере уменьшения трещиноватости характер зависимости (6) меняется, причем не очевидным образом. Наиболее сильная связь проявляется в рудах не — или малотрещиноватых, уменьшаясь по мере постепенного увеличения степени трещиноватости и, с привязкой к размеру кондиционного куска, достигает относительного минимума в рудах среднетрещиноватых.

Чтобы получить конечную величину заряда с учетом масштабного фактора, подставим (6) в (3), и после преобразований с вычислением постоянных интегрирования, получим ряд зависимостей:

W ■ W

Q = ck+ Q = aHk—— + Q =

Ы1Л/ё • w* _ k • W

= aHW------- + Q0 = V-

Ф +1

П I/ kW ..

Q = q0V +--------— V ,

Ф+1

Q = Q0 + q0(V - V0) +

Ф+1

k(W- w0)

ф +1

(9)

XV - V,,). (10)

Применяя обобщенный закон подобия при условии сохранения качества дробления неизменным, можно из формулы (8) для сравнительного взрывания в одинаковых условиях получить выражения, в которые входят, с соблюдением энергетического принципа, величины запаса энергии зарядов ВВ, сетка скважины и ЛНС:

О. Е Б (Ж Т (11)

Ос Ей Б! I Wя}'

где индексы н и с соответствуют новым и старым значениям величин.

Анализ последних формул позволяет увидеть разницу между прежней «классической» формулой расчета Q = = дУ и новой. Дополнительный член формулы,

к№ ..

V , как раз и от-

ее сомножитель

Ф+1

Ф+1

Ф+1

слеживает ту добавку к основному заряду в формуле (6), которая необходима для сохранения постоянства качества дробления при изменении объема взрываемого массива (масштабная поправка). Действительно, если величина ф = 0 (отбойка в сильнотрещиноватх рудах с сохранением качества дробления неизмененным), то коэффициент К в формуле (8) превращается в обычный удельный расход ВВ на отбойку q, а сама эта формула, как частный случай формулы (3), превращается в формулу (7), вытекающую, как уже отмечалось, из обобщенного закона подобия без учета изменения качества дробления. Входящий в

кМ

формулу (8) множитель ------- является

ф +1

по существу не чем иным, как удельным расходом ВВ на отбойку, только теперь, в отличие от его «статического» предшественника в классической формуле (1), носит динамический характер, реагирующий на изменение объема взрывания. Его значение существенно повышается с увеличением масштаба взрывных работ, под которым здесь понимается размеры выемочной единицы, приходящейся на один заряд.

На основании большого фактического материала по применению зарядов различных масс по представленным формулам и методики рассчитаны диапазоны фактических значении коэффициентов к и ф. Последний в качестве классификационного признака вошел в нашу классификацию руд по эффективности отбойки разного масштаба. Таким же образом оценено влияние на масштабность отбойки крепости пород, что позволило уточнить эффективность отбойки разного масштаба, распределив ее по категориям не только трещиноватости, но и крепости пород. Это позволило подтвердить гипотезу, что крепость руды имеет минимальное значение при отбойке в сильнотрещиноватых рудах, наиболее чувствительны к ней монолитные мало трещиноватые руды, а в рудах неравномерно трещиноватых из-за неблагоприятного соотношения между размерами трещин в массиве и кондиционного куска она имеет промежуточное значение. В результате приведенные зависимости были дополнены членом, учитывающим крепость руды и форму заряда:

О=

Ф+1

1 + к™ (f - с )5

(12)

где V0 и — объем и крепость пород,

относящиеся к начальным условиям отбойки при исходных значениях удельного расхода ВВ — с0 И ЛНС — W0; V и /— то же, но при конечных условиях и значениях величин; Кфт — коэффициент формы, зависящий от трещиноватости массива; Кфк — коэффициент формы, зависящий от крепости пород; 5 — коэффициент, отражающий влияние крепости пород.

В работе [2] приведены таблицы значений указанных коэффициентов для различных типов горных пород и нескольких конструкций зарядов с большими величинами масс ВВ в каждом.

В целом необходимость в таком методическом подходе возникает при разработке и проектировании новых технологий с крупномасштабной отбойкой. В частности, при образовании центрального вертикального концентрированного заряда большой массы (ВКЗ) специальной конструкции в рудном блоке примерно цилиндрической формы, вокруг которого на определенном расстоянии используются оконтуривающие сближенные пучковые заряды, взрывающиеся первыми [3]. Компенсационные камеры, вновь образующиеся свободные поверхности, использование управляемого взрывания с направлением взрывной волны в сторону ранее обрушенного выработанного пространства обеспечивают защиту от сейсмического действия зарядов большой массы и необходимую степень взрывного дробления горного массива.

По этой методике, в принципе, можно предварительно рассчитывать крупномасштабные взрывы при очистной выемке в любых подземных условиях, не производя специальных опытных взрывов, с получением того же качества дробления, что и при исходных параметрах мелкомасштабных взрывов.

X

X

1. Трубецкой К.Н., Викторов С.Д., Закалин-ский В.М. Новая концепция совершенствования буровзрывных работ на подземных рудниках // Горный журнал. — 2002. — № 9.

2. Викторов С.Д., Галченко Ю.П., Закалин-ский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами /Отв. ред. акад. К.

Н. Трубецкой/- М.:ООО Издательство «Науч-техлитиздат», 2206. — 272с.

3. Викторов С.Д., Еременко А.А., Закалин-ский В.М., Машуков И.В. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири / Отв. ред. акад. К. Н. Трубецкой/ — Новосибирск: Наука, 2005. — 212 с. ВТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------

Викторов С.Д., Закалинский В.М. — Учреждение Российской академии наук, Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук.

ВОРОВСТВО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЧАСТО ПРОИСХОДИТ З-ЗА НЕВЕЖЕСТВА ПЛАГИАТОРОВ И ПРАВОВОГО НИГИЛИЗМА

Когда у нас появились средства для привлечения к работе хороших профессионалов, возникли новые проблемы — воровство наших разработок. Товарный знак, разработанный талантливым художником Л. Великановой, дорабатывался дизайнерами и постепенно укреплялся на книжном рынке. Каково же было удивление, когда мы увидели его в брошюрах вузовской типографии. И стоило больших усилий разъяснить директрисе этой типографии, что запатентованный товарный знак неприкосновенен. А незаконное его использование подпадает под статью уголовного кодекса. Она же рассказала, что раньше часто использовала чужие эмблемы, и ничего за это не было. Правда, это было при развитом социализме.

Как известно, каждое издательство имеет индивидуальный номер ISBN и специальный код. По этим данным ведется поиск книг во всех странах мира. Просматривая чужие книги, замечаю знакомые коды. Так и есть, знакомый автор, недолго думая, взял наши коды и перенес на свою некачественную, неотредактированную книгу. Спрашиваю, зачем он это сделал? Оказывается, какая-то ведомственная типография взялась выпустить его книгу по демпинговым ценам, но ISBN не имела по понятным причинам. Тогда автор, не задумываясь, списал нужные коды с нашей книги и решил, что обманул всех. В течение часа объяснял ему, какой урон он нанес издательству, какие важные принципы он нарушил. Тираж изъяли.

Ну а копирование фирменного дизайна переплетов, обложек, титульных листов, выпускных данных и других элементов книг носит массовый характер. Как-то скопировав наш дизайн, полиграфист умудрился напечатать его зеркальное отображение. Что делать в таких случаях? Невежды-издатели, полиграфисты и некоторые авторы понятия не имеют, что дизайн тоже защищен законом, который стоит на страже интересов добросовестных издателей.

Л. Гитис