1.Значение и основные направления в развитии теории и практики разрушения горных пород.Взрывное дело — отрасль техники, охватывающая комплекс процессов, связанных с применением энергии взрыва ВВ в народном хозяйстве.Начальным процессом технологии добычи скальных пород является их отделение от массива и дробление на куски определенных размеров. В настоящее время на карьерах универсальным и практически единственным высокоэффективным способом подготовки скальных пород к выемке является их разрушение энергией взрыва. Этот способ останется доминирующим и на перспективу 20-25 лет, если не будут открыты какие-либо принципиально новые способы разрушения скальных пород с реализацией больших мощностей. Это объясняется тем, что при взрыве заряда промышленного ВВ массой 1 кг выделяется практически мгновенно мощность более 70 млн. кВт, а при использовании механических, электрических, магнитных и других способов разрушения пород реализуемая мощность составляет только сотни киловатт. Именно поэтому эффективность разрушения взрывом особенно крепких пород несоизмеримо выше, чем другими способами. Для ведения взрывных работ в массиве пород бурят шпуры, скважины или проходят камеры, в которых размещают, а затем взрывают заряды взрывчатых веществ (ВВ). Трудоемкость буровзрывных работ составляет 10-20% общей трудоемкости добычи. С увеличением крепости пород относительная трудоемкость буровзрывных и, в первую очередь, буровых работ возрастает. Развитие буровзрывных работ происходило в следующих основных направлениях:

- создание промышленных ВВ и средств их инициирования;

- создание средств бурения шпуров и скважин;

- разработка классификаций горных пород для оценки их сопротивляемости разрушению при бурении и взрывании;

- Разработка теорий детонации промышленных ВВ и разрушения горных пород при их бурении и взрывании.

2. История развития взрывного дела.

Для формирования правильного представления о сущности явления, именуемого взрывом, потребовались значительные успехи в естественных науках. Научная разработка теории взрывного дела началась в XVI- XVIII вв. Самым древним европейским сочинением, в котором описан порох, является "Книга об уничтожении противника огнём", написанная не позднее 1250 г. Марком Греком.

Первый труд по технологии изготовления ВВ опубликован в 1799 г. А. А. Мусиным-Пушкиным. В 1920 г. выпускается первое руководство по мирному применению взрыва (авт. М. Сухаревский). В 1922 г. выходит первый сборник "Взрывное дело".

В 1911 г. профессор М.М. Протодьяконов опубликовал первую научно обоснованную классификацию горных пород по крепости, которая до настоящего времени широко применяется в горной промышленности. Большой вклад в анализ физических явлений, связанных с действием взрыва на горную породу, а также в создание методов расчёта зарядов для различных условий сделан А.Ф. Беляевым, Б.М. Шехтером, К.К. Андреевым, Г.П. Демидюком, М.М. Докучаевым и другими учёными.

3.Основные способы разрушения горных пород.

НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ И РУДНИКАХ:

- Удлиненными зарядами в шпурах диаметром 36-60 мм глубиной 2-5 м при проходке выработок, отбойке угля и маломощных рудных тел.

- Удлиненными зарядами в скважинах диаметром 60-105 (150) мм глубиной 10-40 м при проходке восстающих, торпедировании угольного пласта, отбойке рудных тел средней и большой мощности.

- Сосредоточенными зарядами величиной от 1 до 10 и более тонн в камерах для отбойки мощных легкодробимых руд, разрушения потолочин и целиков.

НА КАРЬЕРАХ:

- Удлиненными зарядами в вертикальных или наклонных скважинах диаметром 100-300 (400) мм глубиной 7-20 м и более на средних и крупных карьерах.

- Удлиненными зарядами в шпурах диаметром до 75 мм и глубиной до 5,0 мм на карьерах малой производственной мощности (до 100тыс. т/год).

- Котловыми зарядами в скважинах и шпурах. Для этого скважины и шпуры перед их заряжанием предварительно "простреливаются" небольшими зарядами и основные заряды помещаются в образующихся при прострелке в нижней части скважины или шпура котловых расширениях. На отдельных карьерах применяют расширение нижней части скважины, где размещается заряд, с 200-250 до 350-600 мм механическими (шарошечными) или огневыми (в кварцсодержащих породах) расширителями. Однако этот метод правильнее отнести к методу удлиненных зарядов, т.к. здесь отношение длины зарядов к его диаметру, как правило, больше 10.

- Камерными сосредоточенными зарядами массой от нескольких до тысяч тонн в горизонтальных штольнях или вертикальных шурфах. Камерные заряды чаще всего применяют для взрывания на выброс или сброс больших масс породы.

4.Влияние физических свойств горных пород на эффективность их разрушения при взрыве.

При бурении и взрывании эффективность разрушения горных пород определяется различными свойствами. Это связано с тем. что при бурении зона разрушения под лезвием инструмента имеет небольшие размеры и зависит от микросвойств горных пород:

Крепость характеризует способность пород сопротивляться разрушению под действием внешних воздействий и в основном характеризуется коэффициентом крепости. При бурении, резании массив часто характеризуют контактной прочностью -способностью проникать в поверхность породы металлического пуансона под определенным усилием и образовывать лунки разрушения.

Твердость горной породы характеризуется сопротивлением проникновению в нее другого тела, не получающего при этом остаточной деформации.

Абразивность - способность или свойство горных пород изнашивать при трении о нее металлы, твердые сплавы и другие тела.

Пластичность - свойство пород необратимо изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил,

Хрупкость - свойство пород разрушаться без пластических деформаций.

При бурении и взрывании скальные горные породы можно рассматривать как хрупкие тела. Наибольшую пластичность имеет глина. Для разрушения пластичных пород требуется увеличенный расход ВВ. Вязкостью в горном деле принято характеризовать сопротивляемость породы силам, стремящимся отделить ее часть от пассива. С увеличением вязкости пород эффективность процессов бурения и взрывания снижается.

Зернистость характеризуется крупностью зерен минералов, образующих породы; различают крупнозернистые породы с зернами диаметром больше 5 мм, среднезернистые - с зернами диаметром 1-5 мм и мелкозернистые с зернами диаметром менее 1 мм. Чем меньше зерна минералов и чем прочнее цементирующие зерна вещества, тем труднее разрушается порода при бурении и отдельности при взрывании.

Пористость характеризуется наличием мельчайших замкнутых пустот - в горной породе.

Водоносность - свойство пород задерживать воду и выделять ее при разработке месторождения (бурении скважин, проведении траншей и т.д.). Водоносность пород следует учитывать при выборе типа ВВ для заряжания скважин.

Плотностью породы называют массу ее единицы объема в естественном состоянии. От плотности горных пород зависит удельный расход ВВ, особенно при проведении взрывов на выброс.

Разрыхляемость - свойство горных пород занимать больший объем в разрушенном состоянии по сравнению с объемом в массиве или целике. Отношение объема разрыхленной породы к ее первоначальному объему называют коэффициентом разрыхления. Наибольшим коэффициентом разрыхления характеризуются твердые, вязкие и абразивные породы.

Устойчивость - свойство открытой поверхности горных пород сохранять свое положение не разрушаясь (обрушаясь). Этот показатель обычно характеризуется на открытых горных работах углом естественного откоса, т.е. углом, при котором откос породы находится в устойчивом состоянии. Величина его для разных пород меняется от 20 до 80 . Особенно важное значение приобретает устойчивость при разработке глубоких горизонтов карьера (ниже 300 м), а также при выводе бортов карьера на проектный контур: чем круче и устойчивее откосы уступов, тем меньший объем вскрышных пород надо извлечь при добыче проектного объема полезных ископаемых. Поэтому для увеличения устойчивости откосов уступов применяются специальные методы контурного взрывания.