Воздушно-волновая безопасность взрывов скважинных зарядов на открытых горных работах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Таблица 4

ГОЛОВОЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕЛРЕНИЯ СЕЙСМО - УВВ БЕЗОПАСНОГО ВЗРЫВАНИЯ

Элементы Технологический вариант

Базовый вариант Т3 Т9

Производительность карьера по горной массе, млн. м3/год 3,05 3,66 3,48

Себестоимость 1 м3 горной массы 21,42 20,23 20,98

Затраты по варианту, млн. руб/год 74,97 73,85 73,39

АС - изменение себестоимости 1 м3 горной массы при реализации рекомендаций по сейсмо - УВВ безопасному взрыванию за счет: С11 - предотвращения материального ущерба и затрат на ремонт и поддержание зданий и сооружений, отнесенного на 1 м3 горной массы с применением взрывного ления; С2' - сокращения простоев горно-

транспортного оборудования карьера при снижений количества взрывов; Сз - улучшения

венных показателей дробления горной массы в блоках больших (оптимальных) объемов; С4' -

обеспечения ритмичной работы горно-транспортного оборудования при выемке больших объемов горной массы; С5' - текущие

траты на выполнение УВВ и сейс-мобезопасного взрывания; С6' -увеличение затрат на поддержание скважин и их восстановление во время стояния.

С учетом существующей производственной мощности Известнякового карьера по горной массе Огод = 3,05 млн. м3/год условный годовой экономический эффект от внедрения предложенных технологических схем составит (табл. 4):

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Борьба с шумом в городах. Под редакцией Б.С. Пруткова, Стройиздат, 1987, - 248 с.

Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий. Под ред. В.И. Заборова, Киев, Будивэльник, 1989, - 160с.

Маляров И.П., Пергамент В.Х., Доможпров. Д.В. Виброакустические воздействия городского транспорта и промышленных взрывов в зоне жилой застройки. // Экологические проблемы промышленны зон Урала : Междунар. Научно-техн.конфер., -Магнитогорск, 1997.

Санитарные нормы допустимых вибраций в жилых зданиях. Минздрав СССР, М., 1975. - 9с.

Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки / Минздрав СССР, -М., 1984. - 10 с.

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

Доможпров Д.В, Зурков И.Е. - Магнитогорский государственный технический университет.

© В.Х. Пергамент, Т.С. Котляр, И.Е. Зурков, Ю.И. Тятюшкин, 2003

О В.Х. Пергамент, Т.С. Котляр, И.Е. Зурков,

Ю.И. Тятюшкин

ВОЗЛУШНО-ВОЛНОВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВОВ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯЛОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

[г, ] =

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых для определения расстояний [гв, м], безопасных по действию ударных воздушных волн (УВВ) скважинных зарядов (эквивалентных по массе накладным, контактным), дейст-

вующий нормативный документ [1] рекомендует использование квадратичной и кубичной зависимостей:

65у/ОЭ, м при 2 <рЭ < 1000 кг (а) 200^0^, м при 5000 > рЭ >1000 кг (б)

(1)

где рЭ = КЭ0 - масса накладного эквивалента заглубленного заряда, кг; О - масса заглубленного заряда, кг; КЭ << 1 - коэффициент эквивалентности заглубленного заряда .

Границей диапазонов применимости соотношений (1а) и (1б) является заряд массой 850 кг, (а не 1000 кг, как указано в [1]).

Соотношения (1) предполагают расчет безопасных расстояний только по условию отсутствия по-

вреждений застекления (первая степень повреждений).

Расстояния, безопасные для зданий и сооружений по действию УВВ открытых зарядов, для более высоких степеней повреждений также определяются по квадратичной и кубичной зависимостям - ( ф.10,11 в [1]), коэффициенты пропорциональности которых [соответственно кв (м/кг1/2) и Кв (м/кг1/3)] зависят от условий заглубления и масс зарядов скважин. Для первой степени повреждений границей диапазона применимости этих зависимостей указан заряд ВВ массой 10000 кг, [а не 1000 (или 850 )кг, оговоренный ранее в (1)], а коэффициент пропорциональности квадратичной зависимости имеет трехкратные различия (кв = 50-150 м/кг1/2). Столь широкий диапазон, неоднозначность применимости расчетных значений и отсутствие критериев безопасности затрудняют использование зависимостей, указанных в [1].

Для заглубленного заряда коэффициент эквивалентности в [1] зависит (см.ф.15-17 ) от отношения высоты забойки Изаб (или свободной от заряда части скважины Исв )к диаметру скважины d. Приводимые в [1] численные значения коэффициентов эквивалентности для диапазона Ьзаб(СВ) / d< 20 аппроксимируемы выражением:

/ ^)] ,

Кэ = ехр[-0,39 к (к

заб(св)'

(2)

где к-1 и 0,705 соответственно для случаев заполнения свободной от заряда части скважины забойкой и без нее.

В случае короткозамедленного взрывания заряд замедляемой группы определяется, как сумма накладных эквивалентов всех скважинных зарядов этой группы с соответствующим увеличением ее в 2; 1,5; 1,2 и 1 раз при интервалах замедлений соответственно 10-20; 20-30; 30-50 и более 50 мс.

Главный недостаток зависимостей (1,2) из [1] -ограниченность их применения, только условиями сохранения застекления без учета сохранности объектов, менее чувствительных к воздействию УВВ.

Кроме того, в [1] отсутствуют указания о расчете расстояний, безопасных по действию УВВ при производстве взрывов на две свободные поверхности, когда линия бокового сопротивления в сторону поверхности откоса уступа соизмерима с длиной забойки скважин, что нередко реализуется при направленном отбросе вскрыши в бестранспортной системе разработки.

Коэффициент пропорциональности г = кв,

м/кг1/2 , соответствующий в (10) [1] допустимым уровням давлений УВВ (или степеням повреждений) ,при взрывах накладных (контактных) зарядов следует определять из условия достижения фактическим давлением [АР] предельного уровня при известной функциональной зависимости [ АР = /(г) ] избыточного давления от квадратичного приведенного расстояния (Г ) При этом может быть использована полученная для накладных зарядов при 0-0=0,4-760 кг, РашЮ? Па, АР-50-4000 Па зависимость давлений от квадратичного приведенного расстояния [2]:

др гг -1/ 1/

----= 0.063(—)-1[^(—)]-/2 = 0.283(г)-1[^(0.22г)]'/2 =

р0 Г0 Г0

= 0.607г'119 (3)

где г - расстояние до источника взрыва, м; г = г/д/ОЭ -квадратичное приведенное расстояние накладного (контактного) заряда, м/кг1/2; Г0 - относительное расстояние г0 = 4,55^ , м.

Допустимые для разных степеней повреждений значения давлений УВВ определяются [2] соотношением:

[АР] = 1160(1 ± 0,23)/2 , Па, (4)

где І- степень повреждений (безопасности) по [1];

В частности для первой (І=1)и второй (І=2) степеней повреждений значения [АР] составляют 1160 и 4640 Па соответственно. Более точные значения [А Р] для застекления с учетом линейных размеров ( а и с, м и к = а / с ), толщины (А, мм) и площади (Б=а х с, м2) стекла могут определяться из эмпирических соотношений [2.]:

[АР] =

1120А 166 (к + 1)2/ 5

, Па

(5)

При регулярном проведении массовых взрывов получаемые по(4),(5) предельные значения [АР] рекомендуется уменьшать в 1,5-2 раза.

Коэффициент эквивалентности Кэ заглубленного заряда открытому (контактному) зависит от условий заглубления. Для скважинного заряда эти условия определяются расстоянием до свободной поверхности (^или ИзаБ), материалом между зарядом и свободной поверхностью, относительной удлиненностью заряда по сравнению с расстоянием до свободной поверхности (1з/ізаб или 1з/М) и углом (а) ориентации линии заряда относительно направления в сторону свободной поверхности. Так в направлении устья скважины угол между линией заряда и линией забойки составляет а = 1800, а в направлении к боковой поверхности величина этого угла всегда меньше 900.

Для решения вопроса о влиянии заглубления заряда и материала среды (забойки или естественного массива) на величину коэффициента эквивалентности используется экспериментальная зависимость относительного изменения Т давлений УВВ заглубленного заряда от величины эквивалентного приведенного заглубления кЭ < 2 м/кг1/3 [3]:

АРк

АР,

= Т = е

-лЬэ

(6)

КОНТ

В случае взрыва скважинного заряда приведенное заглубление определяется соотношением:

Н(или Ж)

кэ = тші

к,(Ш) , м/кг

1/3

(7)

где И - расстояние до свободной поверхности в сторону устья скважины, м; V- расстояние до свобод-

ной поверхности в сторону откоса уступа, м; т - относительная (по сравнению со штыбовой забойкой) эффективность материала среды между ВВ и свободной поверхностью: тк-1,33; т=1,0 и т—0,3-0,4 соответственно для сплошного массива (в направлении свободной боковой поверхности), штыбовой и снего-воздушной забойки [3]; О - масса скважинного заряда, кг.

Заряд можно считать сосредоточенным, когда коэффициент относительного увеличения приведенного заглубления К^у) по заданному направлению равен единице.

В направлении устья скважины (а- 18(0) этот коэффициент составляет:

1 <<К к = 0,115^/180

із

кЗАБ + кСВ

(8)

в направлении боковой поверхности уступа а<9(Р:

1 <<К ж = / (а)3

із

где

_ 3Ж ’

0,69 << /(а) = 0,11 5->/а ,

(9)

(9а)

т.е. заряд можно считать сосредоточенным, если в направлении устья скважины 1з<Ьзаб/3, а в направлении боковой поверхности - 1З<3\У.

Эквивалентная приведенная глубина ЪЭ, определяющая относительное (по сравнению с контактным) уменьшение Сдавлений УВВ заглубленного заряда, в случае взрыва на две свободных поверхности вычисляется по каждому из направлений до этих поверхностей, а именно в сторону устья скважины и в сторону боковой поверхности откоса уступа (или соседней скважины - при больших интервалах замедлений). В последующих расчетах для прогноза безопасных по действию УВВ условий используется меньшее из полученных значений.

С учетом (7.8,9,9а) зависимости для определения эквивалентного приведенного заглубления (^),

м/кг1/3) учитывающие массу (0СКВ, кг), диаметр ^ м) и длину (1з, м) скважинного заряда, длину воздушных промежутков в заряде и над ним (1„ м), высоту столба забойки (Изб м) и свободной части скважины над забойкой (Исв, м), относительную (по сравнению с водой) плотность заряжания (уВВ, кг/м3) , имеют вид для направлений:

устья скважины:

Ь = ^ЗАБ + тСВкСВ к =

= 0,1 3^ 3І(1 + 1-р/ув

3 1

0,7к,

кЗАБ + ^В

(10)

где Кк = 1,553/

боковой поверхности:

ІЗ

кЗАБ + кСВ

к,, , 0,1

3/аТ

1 при Із >3Ж

ж (11)

—— при І3 < 3Ж

где КЖ = 3

В качестве НЭ принимается меньшее из найденных по (10) и(11) значений.

Рациональная длина забойки, при этом будет составлять:

к <-

2Ж

3 •

1+Л

1при Із > 3Ж

3Ж ПТТГ

—— при І3 < 3Ж

(12)

Нецелесообразно создавать забойку, значительно превышающую эту величину, так как прорыв продуктов взрыва происходит в сторону боковой поверхности ,и избыточный объем забойки не будет уменьшать давлений УВВ.

Значения квадратичных приведенных расстояний, аналогичных коэффициентам кв квадратичной зависимости в [1], с учетом (3, 6) находятся из соотношения:

кп = Г,

к(Ш)

= (

0.607•105 [ АР ]еПкэ

У1,19 , м/кг

1/2

(13)

Для давлений, определенных из (4) [АР]=4640;1160 Па (соответственно вторая и первая степени повреждений), и [АР]ш500Па (используется в [1]), значения коэффициента кв для контактного мгновенного взрыва по (13) составят:

при [АР—4640 Па кВ=8,7; при [АР—1160 Па

мз=27,8; при [АР]=500Па кВ=56,4.

Безопасные по действию УВВ расстояния при мгновенных взрывах зарядов определяются по формуле:

[г]В = Гк(Ж)^!° ,

м,

(14)

где Гк (Ж) ГНАКЛ Кк,Ж , Гк(Ж) = К В (к,Ж) - доїустимое

квадратичное приведенное расстояние для заглубленного заряда, при заданном приведенном заглублении, м/кг1/2; ГНАКЛ - значение допустимого квадратичного приведенного расстояния накладного (контактного) взрыва при заданном уровне допустимых давлений, м/кг1/2; Кк(ж) - относительное (по сравнению с контактным) изменение допустимого квадратичного приведенного расстояния для заглубленного заряда, зависящее от величины эквивалентного приведенного заглубления.

При короткозамедленном взрывании нескольких групп зарядов с интервалом т, мс можно использовать рекомендуемые [1] коэффициенты увеличения безопасных расстояний, либо вводить в расчетный заряд коэффициент М увеличения его массы, с учетом расстояния (Ь, м) между замедляемыми группами, угла (в) развития детонации относительно луча наблюдения (т.е. между направлением на заряд и

1

• <

3

СКВ

направлением развития межгрупповой детонации в блоке ) [4].

1 < М = (—)

Аі

62'0,625

< N

(15)

где N - число замедляемых групп; Аt - интервал запаздывания прихода возмущений от соседних групп при короткозамедленном взрывании, мс.

При передаче детонации с помощью детонирующего шнура имеем:

Аt = [т- Ь(3ео8в- 0,166)] (16)

Представленные зависимости позволяют определить безопасные по действию УВВ расстояния и массы скважинных зарядов в замедляемых группах при взрывах на открытых горных работах. При этом учитываются:

наличие двух конкурирующих свободных поверхностей;

уровни допустимых для объектов давлений УВВ; конструкция зарядов;

интервалы межгрупповых замедлений и направление развития межгрупповой детонации в блоке.

Влияние метеофакторов и сезонности рекомендуется учитывать в соответствии с указаниями [1].

Для взрывов на две свободные поверхности рекомендована рациональная длина забойки, начиная с которой интенсивность воздушных волн определяется только величиной линии бокового сопротивления и дальнейшее увеличение объема забойки не влечет уменьшения безопасных по действию УВВ зон.

Для оперативности расчетов воздушно-волновой безопасности взрывов скважинных зарядов с учетом двух свободных поверхностей, режимов короткозамедленного взрывания и допустимых уровней давлений в МГТУ разработана программа «ВУВВ» (Воздушная Ударная Волна Взрыва), используемая проектными организациями и горнодобывающими предприятиями при проектировании и ведении взрывных работ на карьерах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ-13407-01). Сборник документов «Безопасность при взрывных работах». Госгортехнадзор России НТЦ «Промышленная безопасность». М, 2001. С.105-113; 181-183.

2. Пергамент В.Х, Фпрстов П.П, Красавин А.П. Масштабный

фактор и критерии подобия давления воздушных волн при контактных взрывах. «Подземная разработка мощных рудных месторождений» Межвуз.сб-к науч.трудов. МГМА. Магнитогорск, 1997. С. 128-149.

3. Пергамент В.Х. Ударно-воздушно-волновая безопасность взрывов на разрезах. Технический

прогресс на открытых горных работах Кузбасса. Тезисы докладов конференции. Кемерово, 1984. С 59-61.

4. Пергамент В.Х, Довгошея

Ю.И. Ударно-воздушно-волновая

безопасность при короткозамедленном взрывании на разрезах. «Колыма», 1985. №1-2. С 27-28.

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

Пергамент В.Х, Котляр ТС, Зурков И.Е. - Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И. Носова. Тятюшкин Ю.И. - разрез Красногорский ОАО Угольная компания «Южный Кузбасс».

© И.Л. Паньков, В.В. Аникин, 2003

УЛК 62-75

И.Л. Паньков, В.В. Аникин

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗАПРЕЛЕЛЬНОГО ЛЕФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОЛ В УСЛОВИЯХ "ПСЕВЛОЖЕСТКОГО"

РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ

В связи с расширением возможностей математического моделирования при исследовании процессов деформирования и разрушения подземных конструкций возникает необходимость

использовать характеристики, наиболее точно отражающие поведение горных пород. При этом наибольшее внимание нужно уделять запредельным свойствам, корректное определение которых позволяет адекватно описывать сложные процессы, протекающие в подработанном массиве.

Традиционно, испытания образцов горных пород на сжатие принято подразделять на проходящие при мягком режиме нагружения (задаются нагрузки) и проходящие при жестком режиме нагружения (задаются деформации). Такое разделение обусловлено механизмом разрушения, заключающимся в отношении величины