CC BY
44
Г.М. Крюков, Ю.В. Глазков
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ КОРОТКОЗАМЕДЛЕННОМ ВЗРЫВАНИИ УДЛИНЕННЫХ ЗАРЯДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВВ
и ш ри короткозамедленном взрывании (КЗВ) различают два И. разных процесса разрушения горных пород - их разрушение при одновременном инициировании комплекта зарядов в одной ступени замедления и разрушения пород, происходящее в результате последовательного инициирования комплектов зарядов с разными интервалами замедления.
Для описания первого процесса использовалось представление о том, что квазистатические поля напряжений, формирующиеся около каждой зарядной полости после взрыва в них удлиненных зарядов, действуют достаточно долго [1, 2]. Это обстоятельство позволило рассчитать суперпозицию полей напряжений для одновременно инициируемых двух параллельных, одинаковых удлиненных зарядов. При этом было установлено, что в данном случае за счет взаимного влияния полей напряжений разрушение породы во всех направлениях, кроме плоскости расположения зарядов, ухудшается, а по этой плоскости наоборот - улучшается. Кроме того, были определены два значения: акр 1 и акр 2 - критические расстояния
между двумя одновременно взрываемыми зарядами
где Ь0 - радиус зоны регулируемого разрушения породы взрывом одного удлиненного заряда, м, такие, что:
при а У акр1 (где а - расстояние между осями двух одновременно взрываемых удлиненных зарядов) отрицательным взаимным влиянием двух одновременно взрываемых зарядов на процесс разрушения породы можно пренебречь;
при акр 1 > а У акр 2 это влияние существенно и приводит к
ухудшению процесса дробления породы;
(1)
(2)
а = Ь2л/2 , м,
кр,2 0 ’ ’ ’
при а < акр 2 имеет место процесс формирования общей трещины по плоскости расположения зарядов при одновременном существенном ухудшении разрушения породы во всех других направлениях.
Эти логически понятные представления о характере взаимодействия квазистатических полей, формирующихся в породе при одновременном взрыве нескольких удлиненных зарядов были приняты за основу в ряде работ и учебников (см., например, [3, 4, 5 и др.]). В [4] на основе этих представлений удалось установить новые соотношения для расчета параметров БВР при проходке восстающих удлиненными заходками, в [5] - параметры контурного взрывания при проходке подземных выработок и т.д.
Вместе с тем, из опыта ведения БВР на карьерах известно [6, 7 и др.], что с увеличением удельного расхода q (а, значит, и с уменьшением параметра а) происходит адекватное повышение степени дробления горных пород взрывом зарядов промышленных ВВ, что не согласуется с частью изложенных выше представлений о взаимном влиянии одновременно взрываемых удлиненных зарядов на процесс разрушения пород. Кроме того, в идеализированных лабораторных исследованиях на блоках оргстекла, выполненных на кафедре РГПВ МГГУ в 2002-2003 гг., было выяснено, что отрицательное взаимное влияние одновременно взрываемых удлиненных зарядов на процессы разрушения ими твердых тел действительно имеет место, но только при значениях параметра акр 1 ^ акр 2, а не
при а < акр 1. То есть с уменьшением расстояния а между двумя одновременно взрываемыми удлиненными зарядами сначала происходит формирование трещины по плоскости расположения зарядов при а < акр2, и только потом при а <( 0,5...0,б) акр2 начинает проявляться отрицательное взаимное влияние на процесс разрушения одновременно взрываемых зарядов.
Эти обстоятельства потребовали пересмотра упомянутой выше теории о взаимном влиянии на процесс разрушения пород при одновременном взрыве нескольких удлиненных зарядов. В ней не было учтено время прихода взрывной волны от данного заряда в зону действия соседнего заряда и формирования ею в этой зоне квазистатических напряжений.
В [8] разработана новая теория деформирования и разрушения твердых тел взрывом зарядов промышленных ВВ. В соответствии с этой теорией полярные напряжения ааа, возникающие в породе при взрыве удлиненного заряда и определяющие процесс разрушения в зоне регулируемого дробления, описываются соотношением
1 _ г + а0 е-к [*_(г_а0)/С ]
2г
(3)
где РЖ - давление в химпике детонационной волны (точка Жуге), Па; а0 - радиус зарядной полости; г - радиус рассматриваемой точки породы, м; к1 = С1 (1 _ 2^)/а0 (1 _ ц}, с-1; С - скорость продольных волн в породе, м/с; ц - коэффициент Пуассона; t - время действия ПД на породу, с; t=0 - момент прохождения данного сечения заряда детонационной волной.
При этом t* - момент формирования разрушения в заданной точке породы, находящейся на расстоянии г от оси заряда, определяется соотношением
и = (1,10.1,15) (4)
где и1 =(г _ а) / С1 - момент прихода в данную точку породы взрывной волны.
Таким образом, на границе зоны радиального трещинообразо-вания процесс разрушения породы произойдет в момент
СА = (1,10...1,15)-(Ь _О0)/С1. (5)
В [8] установлено также, что квазистатическое поле напряжений формируется в породе около зарядной полости достаточно быстро (0,1...0,15) К1 после прихода в эту точку взрывной волны и описывается соотношениями:
а =_Рш (ап / г )2; а = _а ; ст77 = 0. (6)
гг Ж \ 0/} аа гг ’ 22 V '
С помощью (3)...(6) были рассчитаны новые закономерности формирования напряженно-деформированного состояния породы около двух одновременно взрываемых одинаковых удлиненных зарядов промышленного ВВ.
Приведены основные результаты этих расчетов.
2
1. Пусть расстояние между осями двух одновременно взрываемых удлиненных зарядов равно а = акр2 = 2^2 • Ь0. В этом случае в точке В суммарное растягивающее напряжение саа будет равно срас и произойдет в момент времени тв =42 • иъ с формированием общей трещины по плоскости расположения зарядов.
Моменты прихода взрывной волны от заряда О2 в некоторые характерные точки зоны действия заряда О1 представлены ниже в таблице, а схема их расположения приведена на рисунке.
Из результатов расчетов, представленных в таблице, следует ряд очень важных выводов:
1. При а = акр2 действительно имеет место формирование общей
трещины по плоскости расположения удлиненных зарядов.
2. При а > акр 2 взрывная волна, генерируемая в породе взрывом заряда О2, в принципе не может повлиять на процесс разрушения породы в зоне действия заряда О1, поскольку они приходят в эту зону после завершения в ней процесса разрушения породы взрывом заряда О1.
Характерные точ- В F С Б
ки
Время формирования квазистатиче- *в = ^ = *с = *о =
ских напряжений от взрыва заряда О2 = 1,41 • г,ъ ,ъ0 = 1,83 • иъ ,ъ0 = 2,65 • , ъ0 = 3 • иъ ,ъ0
02
О1С—О1Е)—О^— 0^=1,41*0
Схема расположения характерных точек в зоне действия первого заряда
3. Взаимное влияние одновременно взрываемых удлиненных зарядов, ухудшающих процесс дробления ими породы, будет иметь
место только при расстояниях а между этими зарядами, равных а < 0,5а ,.
’ кр,2
Последнее действительно было зафиксировано в лабораторных исследованиях.
В [2] на основе ФКСВ доказано, что при взрыве одного удлиненного заряда вблизи дополнительной поверхности обнажения процесс формирования трещины по ЛНС имеет место при
W <К •Л , а инициирование второго удлиненного заряда с интервалом замедления т, =л/02+"4ж2 / С1 в принципе не может привести к улучшению дробления пород. Именно поэтому эта привлекательная идея Г. И. Покровского, неоднократно повторяющаяся во многих монографиях и учебниках (см., например, [3]), не была подтверждена в опытах.
Используя изложенные выше результаты, доказано, что при КЗВ процесс разрушения пород в каждой ступени замедления с использованием неэлектрических систем инициирования (типа Но-нель, СИНВ, ЭДИЛИН и др.) более эффективен (на 10-20 %), чем при электрическом и с помощью ДШ инициировании этих зарядов.
Наконец, рассматривая влияние интервалов замедления между группами зарядов (ступенями замедления) установлено, что при времени замедления тзм > 250 мс инициирования этих групп происходит формирование достаточно широких (до 40 см) щелей между последовательно взрываемыми частями блоков пород, что способствует повышению степени их дробления за счет соударения отдельностей.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крюков Г.М. Физика взрывного разрушения. Учебное пособие. - М.: МГИ, 1986, 64 с.
2. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Теоретическая оценка степени взрывного дробления горных пород на карьерах при разных способах инициирования зарядов / Отдельные статьи Г орного информационно-аналитического бюллетеня, №8, - М.: МГГУ, Препринт, 2003, 26 с.
3. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. 3 изд. - М.: МГГУ, 1992, 516 с.
4. Русаков В.Л. Разработка способа проходки восстающих выработок увеличенными заходками взрывом скважинных зарядов / Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - М: МГИ, 1989, 180 с.
5. Шайкибеков С.С. Установление закономерностей разрушения массива взрывом контурных зарядов для определения их рациональных параметров для рудников Жезказгана / Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - М: МГГУ, 2001, 129 с.
6. Нормативный справочник по буровзрывным работам / Авдеев Ф. А., Барон В. Л., Кантор В.Х. и др. - М.: Недра, 1986, 511 с.
7. Ефремов Э.И. Прогнозирование дробления горных пород взрывом. - Киев: Наукова думка, 1990, 120 с.
8. Крюков Г.М. Глазков Ю.В. Феноменологическая квазистатическо-волновая теория деформирования и разрушения материалов взрывом зарядов промышленных ВВ / Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня №11, Препринт, - М: МГГУ, 2003, 67 с.
— Коротко об авторах
Крюков Г.М. — Московский государственный горный университет, Глазков Ю.В. - РОКИ-ЛТД, Москва.
