Вторая стадия без волнового расширения полости при взрыве скважинного заряда у обнаженной поверхности Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

диуса 0,28 м расширится за 0,9 мс. За время 0,9 мс в породу будет передано 51,2 % энергии заряда. В продуктах детонации останется 48,8 % энергии заряда. Такая картина сохраняется до %=1,5 м. При %<1,5 1 камуфлетная полость не успевает развиться полностью до начала второй стадии ее несимметричного без волнового расширения, т. к. t2<tp. Уменьшается количество энергии, переданной в породу на первой стадии без волнового ее расширения, которая затрачивается в основном на чрезмерное переизмельчение породы в ближней зоне взрыва.

При заглублении скважинного заряда на 10 см развитие полости на первой стадии продолжается только 0,05 мс и

после этого начинается развитие второй стадии без волнового ее расширения. В нашем примере в породу на первой стадии расширения при таком заглублении заряда передается только 18,5 % энергии заряда.

Выводы

Недоразвитие полости на первой стадии ее без волнового расширения существенно снижает энергию переизмель-чения породы в ближней зоне. Но в нашем примере это влияние начинает реализовываться при линиях наименьшего сопротивления в 4 раза меньше рациональной линии наименьшего сопротивления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шемякин Е.И., Кочанов А.Н. О разрушении горных пород в ближней зоне подземного взрыва. Взрывное дело № 92 / 49 «Развитие теории разрушения горных пород взрывом». - М., 1999. - С. 7-19.

2. Шемякин Е.И. Расширение газовой полости в несжимаемой среде. ПМТФ, 1961, № 5.

3. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. - М.: Недра, 1975.

- 191 с.

4. Адушкин В.В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом. В кн.: Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород. - М.: ИПКОН БД 1998. - С. 18-29.

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

Казаков Н.Н. — Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

© Н.Н. Казаков, 2002

УДК 622.235

Н.Н. Казаков

ВТОРАЯ СТАДИЯ БЕЗ ВОЛНОВОГО РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСТИ ПРИ ВЗРЫВЕ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА У ОБНАЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Ґ V

У.

V V У

После формирования волны напряжений развивается этап без волнового расширения полости, заполненной продуктами детонации. В течение этого этапа полость расширяется до максимального размера [3, 4]. Объем полости первичного расширения '( —2 лХ

V, =-

38Е

рс

рс

250<т.

Г =

Радиус полости первичного расширения

к

яL

Давление в предельной полости

Энергия продуктов детонации в предельной полости [2,6]

£ - ^

Р Г -1.

За время расширения полости до предельного объема в окружающий массив передана энергия Е 1 - Е - Е .

пер. 1 р

Функция показателя действия взрыва для скважинных зарядов [1, 5]

/ (Ю - =М*_

4п дм> L

Зная функцию показателя действия взрыва, можно определить показатель действия взрыва.

Форму полости второй стадии расширения можно отождествить с усеченной пирамидой с полуцилиндрами на концах (рисунок).

Радиус малого полуцилиндра г2 = гр.

Расстояние от центра заряда до верхней точки полости

Схема расширения полости скважинного заряда у обнаженной поверхности

Н = к %^,

ааа Кп — коэффициент высоты полости.

Радиус большого полуцилиндра R2 = 0.22 п Н + гр.

Высота пирамидальной части полости h2 = 0,75Н.

Предельный объем полости к концу второй стадии ее расширения

V2 - 0.5^ + %) + 0.5hL(rp + Я2).

Давление в полости к концу второй стадии расширения

V V Р2 У

Энергия продуктов детонации к концу второй стадии расширения

ЕР 2 =

РР 2УР 2

Г -1

За время второй стадии расширения полости в окружающий массив передана энергия

Епер.2 - Ер - Ер2 .

По изложенной методике выполнены расчеты парамет-Таблица 1

СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСТИ

ВВ Давление в камере (в полости), МПа

Р0 Р1 Р2

Граммонит 79/21 1800 236 1,0

Гранулотол 2813 212 0,6

Игданит 1013 250 1,1

ГЛТ-20 4531 226 0,6

ров первой и второй стадии расширения полости скважин-Таблица 2

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСТИ

ВВ Энергия заряда, МДж Энергия, %

Переданная в породу на 1 стадии Переданная в породу на 2 стадии Остаточная продуктов детонации

Граммонит 79/21 1905 39 44 17

Гранулотол 1628 45 41 14

Игданит 1702 35 46 19

ГЛТ-20 2622 50 37 13

ного заряда, взорванного на обнаженную поверхность.

Второй этап расширения полости при взрыве скважинного заряда у обнаженной поверхности рассчитывали при допущении, что при достижении предельного размера полости верхняя ее точка выходит на уровень обнаженной поверхности (Кп = 1);

Расчеты выполнены для четырех вариантов: взрыв зарядов гранулотола, игданита, граммонита 79/21 и ГЛТ-20 радиусом 125 мм в кварците. Свойства кварцита: предел прочности на сжатие 2400 кг/см2, скорость продольной волны 6000 м/с, плотность 3,5 г/см3. Результаты расчета представлены в табл. 1 и 2.

В табл. 1 представлены силовые параметры в зарядной камере, в полости первой стадии расширения и в полости второй стадии расширения. Среднее давление в зарядной камере в рассматриваемых примерах различается в четыре раза. Давление в полости первой стадии расширения почти не различается. Давление в полости второй стадии расширения колеблется в пределах от 6 до 11 атм.

В табл. 2 представлены энергетические параметры в зарядной камере, в полости первой стадии расширения и в полости второй стадии расширения.

Во втором столбце представлена энергия зарядов. В остальных столбцах представлена в процентах доля энергии заряда, переданная в породу и оставшаяся в продуктах детонации. От 35 до 50 % энергии заряда передается в породу на первой стадии разрушения. В горных породах эта энергия частично затрачивается на формирование волн напряжений. Часть ее затрачивается на переизмельчение породы в ближней зоне.

Во второй стадии расширения в породу передается в наших примерах от 37 до 46 % энергии заряда. Именно эта часть энергии совершает работу дробления основного объема горной массы в объеме воронки выброса. Не считая энергии, затраченной на переизмельчение небольшого объема породы в ближней зоне, можно смело утверждать, что на генеральное дробление горной породы в объеме воронки выброса затрачивается не 1-5 % энергии заряда, а 37-46 % энергии заряда (в наших примерах).

Разрушение породы в объеме воронки дробления осуществляется под действием энергии, переданной в породу на втором этапе расширения полости. Именно эта часть энергии выполняет целевую задачу горнотехнологических взрывов - дробление горной массы.

Дробление горной массы в ближней зоне осуществляется в условиях «сжатия» с высокой затратой энергии образования единицы новой поверхности при разрушении «сжатием». Генеральное дробление горной массы на второй стадии расширения полости осуществляется в условиях «растяжения» (увеличения объема элементарных зон возмущения) с низкой удельной энергией образования единицы новой поверхности, которая на два порядка меньше

энергии при разрушении «сжатием». Вот почему дробление породы взрывом осуществляется эффективно в объеме воронки выброса там, где волны напряжений дробить породу не в состоянии.

В четвертой колонке представлена в процентах доля энергии, оставшаяся в продуктах детонации к концу второй стадии ее расширения. В наших примерах в продуктах детонации осталось от 14 до 19 % энергии. Эта энергия затрачивается на перемещение отбитой горной массы, на формирование навала породы, на разлет кусков породы и газа, на формирование воздушной ударной волны.

Выводы:

• В производственных условиях генеральное дробление горной породы осуществляется не волнами напряжений,

а за счет энергии второй стадии без волнового расширения полости.

• На генеральное дробление горной породы в наших примерах затрачивается не 1-5 % энергии заряда, а 37-52 % энергии заряда.

• Распределение энергии по стадиям расширения полости очень чувствительно к свойствам ВВ и горных пород. Оно будет изменяться и при изменении формы заряда и глубины его заложения.

• Сформулированная физическая модель завершающей стадии процесса взрыва заряда ВВ в горной породе и предложенное ее математическое описание позволяют впервые отделить энергию технологического дробления породы взрывом от энергии переизмельчения породы. Полученные результаты могут быть положены в основу определения численных значений КПД взрыва.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Демидюк Г.П. Современные теоретические представления о действии взрыва в среде. - В кн: Буровзрывные работы в горной промышленности. - М.: Госгортехиз-дат, 1962. - С. 223-240.

2. Казаков Н.Н. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. - М.: Недра, 1975.

- 191 с.

3. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Кос-тюченко В.Н. и др. Механический эффект

подземного взрыва. - М.: Недра, 1971. -224 с.

4. Адушкин В. В. Модельные исследования разрушения горных пород взрывом. -В кн: Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород. - М.: ИПКОН РАН, 1998. - С. 18-29.

5. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. - М.: МГГИ, 1992. - 516 с.

6. Баум Ф.А. Физика взрыва. - М.: Наука, 1975. - 704 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Казаков Н.Н. — Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

зависимости от применяемой технологии разработки месторождения очистной забой может иметь одну, две или три открытые поверхности (обнаженные плоскости) [1].

Уступная форма очистных забоев при разработке маломощных и средней мощности рудных месторождений формирует две открытые поверхности, ширина которых определяется мощностью рудосодержащих пород. Процесс отбойки в таких условиях сопровождается эффектом «зажима».

Исследование этого явления при очистной выемке руд маломощных месторождений проводили многие специалисты по взрывным работам, среди них есть работы таких известных ученых, как П.А. Махин, А.В. Коваженков, В.Н. Мосинец, А.Д. Пашков, Д.С. Подозерский, М.Т. Ауэзов

© А.Н. Любин, 2002

УДК 622.063.23

А.Н. Любин К ВОПРОСУ ЭФФЕКТА «ЗАЖИМА» ПРИ ОТБОЙКЕ НА ОГРАНИЧЕННУЮ ОТКРЫТУЮ ПОВЕРХНОСТЬ