книги из ГПНТБ / Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом

одиночные заряды диаметром 250 мм

т од 250 = 3 + 1,43 (Л — 1), мс;

парносближенные заряды диаметром 250 мм

тп гео = 4,7 +2,57 (R — 1), мс.

Для максимальных радиальных напряжений: одиночные заряды

а , Од= 1270е-1>зй , кгс/см2;

парносближенные заряды

огпар = 1970е-1-24й, кгс/см2.

Для удельных энергий: одиночные заряды

Е0А = [170е-2'36й] 103, кгс-м/м2;

парносближенные заряды

Епар = [ЗЗОе-1-36^] 103, кгс • м/м2. (III.12)

Для перехода от относительных расстояний к абсолютным необ­

ходимо значение R умножить на корень кубический из величины заряда.

Из графиков следует, что парносближенные удлиненные заряды на одинаковых приведенных расстояниях по сравнению с одиноч­ ными дают увеличение длительности фазы сжатия в 1,5—1,7 раза, максимальных радиальных напряжений в 1,5—1,8 раза, удельных энергий в 2,8—5,2 раза.

Это объясняется тем, что на сравнительно небольших расстоя­ ниях у парносближенных зарядов форма фронта распространяющейся волны близка к плоской, а у одиночного заряда — к цилиндриче­ ской, а также влиянием длины волны (длительности действия) на интенсивность затухания. Такие же результаты дает сопоставле­ ние параметров волны напряжений тех и других зарядов на одних и тех же абсолютных расстояниях. Например, на расстоянии 7,5 м для одиночного заряда величиной 240 кг замеренная величина на­

90

Разделив величину напряжения 600 кгс/см2 на 1,41, приводим результаты к сопоставимым расстояниям и получаем 425 кгс/сма. Это напряжение больше напряжения при взрыве одиночного заряда не в 1,41 раза, а значительно больше — в 1,65 раза.

Увеличение длительности действия волны с увеличением диа­ метра заряда общеизвестно. Представляет интерес сопоставление длительности действия сближенных зарядов с зарядом эквивалент­ ного радиуса.

Согласно рис. 53,

^пар •"^од = a t 1,57<^Ct<С^1,67.

Эти значения также больше, чем 1,41, т. е. одновременно с возра­ станием напряжений наблюдается и некоторое увеличение длитель­ ности фазы сжатия (по сравнению с одиночным эквивалентным зарядом). Увеличение напряжений, а также длительности действия,

аследовательно и энергии волны, обусловлено изменением условий воздействия сближенных зарядов на породу и изменением коэффи­ циента затухания энергии волны благодаря изменению формы фронта волны, образующейся при взрывании сближенных зарядов.

При решении ряда задач удобнее пользоваться не напряжениями,

аскоростями смещений. Графики изменения скоростей смещений от приведенного расстояния приведены на рис. 52. Графики аппрок­ симируются зависимостями:

упа? = 0,014/Я2*86, м/с; уод=0,0068/7?3«ов, м/с.

§ 12. Параметры волны напряжений (сейсмовзрывных колебаний)

вдальней зоне взрыва

Кволне напряжений в дальней зоне взрыва или, как принято называть в сейсмике, к сейсмовзрывным колебаниям условимся относить колебания малой амплитуды, имеющие квазисинусоидальный характер, но обладающие интенсивностью, достаточной для разрушения массива горных пород. К дальней же зоне будем отно­ сить расстояния, превышающие одну линию наименьшего сопро­ тивления, которая при отбойке горных пород составляет от 30 до

907?0.

При одновременном взрывании нескольких скважинных зарядов различной величины и на различных расстояниях от точки наблю­ дения пользуются приведенным расстоянием, величина которого определяется по формуле (III.11).

В зависимости от условий взрывания и дальности точки наблю­ дения используются вибрографы больших перемещений (ВВП), вибрографы ВИБ-А, ВЭГИКи и сейсмоприемники специальных конструкций (для замера колебаний непосредственно в глубине массива — скважине).

Наибольшее число экспериментальных данных было получено в карьерах Саткинского месторождения завода «Магнезит» и в карь­ ере ЮГОК при разработке мероприятий по увеличению устойчивости

91

бортов карьера и сохранению промышленных сооружений [38]. Краткая характеристика условий взрывания зарядов приведена в графах 1—7, а результаты регистрации колебаний — в графах 8—

ния в той же таблице приведены данные при мгновенном взрывании одного, двух и нескольких зарядов.

Из рис. 53, а и схемы взрывания на рис. 54, а следует, что сейсмовзрывная волна при взрыве одиночного заряда массой 320 кг

на расстоянии R = 17,5, или 120 м, имеет форму однократного

импульса. На расстоянии/? = 44 и R = 73 (300 м и 500 м) наблю­ даются многократные колебания. Как следует из таблицы, скорость смещения с расстоянием убывает, а длительность фазы сжатия, первого периода и общей длительности всех колебаний возрастает.

При одновременном взрывании двух скважинных зарядов по

320 кг на расстоянии R = 7 (рис. 53, г и 54, г) также наблюдается однократный импульс, при этом скорость смещения и длительность действия фазы сжатия первого периода и общая длительность коле­ баний больше, чем у одиночного заряда массой 320 кг.

Взрыв семи зарядов общей массой 2200 кг ВВ в четыре ступени через 40 мс с максимальной массой заряда 640 кг в ступени на рас­

стоянии R = 32 приводит примерно к таким же по величине макси­ мальным скоростям смещений, как и два мгновенно взрываемых заряда по 320 кг (v32 = 1 см/с, v35 = 0,91 см/с). На расстоянии

R = 1,85 импульсы отчетливо воспринимаются как раздельные

(рис. 53, д). На расстоянии R = 32 и R = 58 импульсы от разно­ временно взрываемых зарядов трудноразличимы, однако макси­ мальные скорости смещений по своей величине приближаются к значениям, зарегистрированным при мгновенном взрывании двух зарядов по 320 кг. То же касается и общей длительности фазы сжатия.

При последовательном взрывании, четырех зарядов по 280 кг через 50 мс импульсы воспринимаются не только как раздельные, но между ними видны и паузы (рис. 53, в).

Взрыв шести зарядов по 300 кг через 20 мс позволил наблю­

дать шесть отчетливых импульсов на расстоянии R = 1,8 (рис. 53, б). На более далеких расстояниях импульсы от каждого заряда не видны столь четко, но хорошо просматриваются низкочастотные колебания. Максимальная скорость смещения, длительность фазы сжатия и

общая длительность периода на расстоянии R = 39 такого же по­

рядка, как и зарегистрированные на расстоянии R = 44 для оди­ ночного заряда массой 320 кг.

Взрыв И 520 кг ВВ в 31 ступень через 50 мс по диагональной схеме с максимальной массой заряда ступени 380 кг на расстоянии

R = 47 (340 м) показал на осциллограмме 31 пик, т, е. раздельный импульс от каждой ступени.

92

Взрыв 287 000 кг ВВ в 80 ступеней с максимальной массой за­ ряда 4000 кг (пять скважинных зарядов по 800 кг) через 40—50 ме

по диагональной схеме на расстоянии Я = 1,9 (30 м) показал, чтополный период колебаний близок по величине к интервалу замедле­ ния, т. е. составляет около 50 мс. Колебания, зарегистрированные сравнительно близко расположенными вибрографами, имеют вид редких импульсов с паузами между ними; колебания от удаленных зарядов — синусоидальный характер небольшой амплитуды.

Одновременный взрыв пяти скважинных зарядов массой 1500 кг (рис. 53, е) по сравнению со взрывом зарядов массой 2200 кг, взры­

Последователь- ■- ноподиагона-

Рис. 54. Схема расположения зарядов (к рис. 53)

скорости смещений почтив 1,6 раза (15 и 9,1 см/с на расстоянии соот­ ветственно Я = 2 и Я = 1,85).

Анализ осциллограмм при взрывании зарядов рядами показывает наличие высокочастотных колебаний. Это объясняется наложением колебаний зарядов в ряду и наложением колебаний от зарядов смежного ряда. Импульсы от зарядов второго ряда могут прийти в точку наблюдения от зарядов первого ряда уже через 1 мс. По­ этому моменты взрывов отдельных рядов при интервале замедления между рядами 50 мс обычно неразличимы. При порядном взрыва­ нии интенсивность колебаний определяется направлением детона­

При диагональных схемах взрывания с интервалом замедления между ступенями 20—50 мс сейсмические колебания регистрируются^раздельно от каждой ступени, поэтому параметры сейсмических

95

колебаний приближаются к сейсмическому эффекту одной сту­ пени. При указанных интервалах замедления интенсивность ко­ лебаний в тыл и во фланги практически одинакова. Таким образом, последовательные взрывы зарядов через 20—50 мс по диагональной схеме в скальных породах не приводят ни к существенному увели­ чению скорости колебаний, длительности высоко- и низкочастотных составляющих колебаний, ни к увеличению общей длительности всех колебаний. Этот вывод имеет важное значение для снижения интенсивности колебаний при проведении массовых взрывов. Кроме того, гипотеза о наложении напряжений при короткозамедленном взрывании оказывается не всегда пригодной для объяснения повы­ шения эффективности дробления, наблюдающегося при этом методе.

Рис. 55. Осцилло­ граммы колебаний в насосах Оленегор­ ского железорудного месторождения

а — при диагональной схеме взрывания; б — при порядной схеме взрывания

Т Л - ' " - '

\ 1

Большой интерес представляют данные о параметрах сейсмиче­ ских колебаний в дальней зоне взрыва, зарегистрированные в грун­ тах — супесях и суглинках моренных отложений мощностью 5— 10 м, залегающих над скальными породами на Оленегорском железо­ рудном месторождении [39].

При диагональных схемах взрывания в течение всего времени регистрации процесса в дальней зоне взрыва наблюдались сравни­ тельно высокочастотные колебания с почти неизменными периодами (45—70 мс) и амплитудами (рис. 55, а).

При порядных схемах взрывания зарегистрированные колеба­ ния отличались от приведенных для диагональных схем, при этом наблюдались две различные по частоте и амплитуде фазы:

колебания малой амплитуды длительностью 50—80 мс, обусло­ вленные главным образом действием продольной волны — начало осциллограммы (рис. 55, б);

колебания сравнительно большой амплитуды и с большими перио­ дами колебаний (180—210 мс), обусловленные главным образом действием поверхностной волны Релея — конец осциллограммы

(рис. 55, б).

96

На скорость смещений и длительность периодов оказывает влия­ ние длина взрываемого блока. Для учета влияния этой длины ряд авторов предлагают показатель, равный отношению расстояния до точки наблюдения к длине взрываемого блока 0 = rJL. При диаго­ нальных схемах величина этого отношения колебалась от 1,5 до 15, при порядных схемах — от 35 до 130, т. е. почти на один порядок.

Из сравнения осциллограмм в скальных породах и грунтах видно, что периоды колебаний в грунтах больше. Фаза низкочастотных колебаний от действия поверхностной волны Редея в грунтах про­ является более четко и со значительным запаздыванием времени прихода в точку наблюдения, что обусловлено ее значительно мень­ шей скоростью распространения.

Рис. 56. Зависимость длительности фазы сжатия сейсмо­ взрывной волны от приведенного расстояния в дальней зоне взрыва в скальных породах

На одном и том же относительном расстоянии наибольшая скорость смещений наблюдается при мгновенном взрывании зарядов, наимень­ шая — при короткозамедленном с применением диагональных схем.

Различия в степенях затухания при мгновенном взрывании, диа­ гональной и порядной схемах взрывания обусловлены различиями в формах фронта распространяющейся волны и влиянием длитель­ ности периода (частоты) на показатель поглощения.

Во всех трех случаях на довольно близком от места взрыва рас­ стоянии формируется волна, блзкая по форме к волне с цилиндри­ ческим фронтом, однако по мере удаления от источника форма ее приближается к сферической, т. е. к волне от действия заряда сосредоточенной формы. Известно, что затухание энергии и скоро­ сти смещения в идеально упругой среде у волны цилиндрической формы обратно пропорционально расстоянию в степени 1 и 0,5, а у волны сферической формы — в степени 2 и 1 соответственно.

T = 100,0234s ', мс/мкг!/*,

или

т = х у/ Gc мс,

где R — приведенное расстояние, мкг ~1/з.

Для расчета скоростей смещений предлагается эмпирическая

нием длины взрываемого блока, но при той же суммарной величине заряда ступени частота колебаний будет убывать (длительность воз­ растает). То же следует из сравнения осциллограмм взрывов обыч­ ных ВВ с атомными и землетрясениями.

Длительность периода колебаний

^ВВ<Дат<Дзем

или частота

/вВ /ат^/зем*

98

Энергия колебаний поверхностных волн при землетрясениях больше энергии колебаний при атомных взрывах, а у последних — больше, чем у обычных ВВ.

Обобщая изложенное, можно прийти к следующим выводам.

1.Заряды, взрываемые при порядных схемах, нельзя считать сосредоточенными, если размер взрываемого блока соизмерим с рас­ стоянием до точки наблюдений. Заряды, взрываемые по диагональ­ ным схемам, условно можно отнести к сосредоточенным. Длитель­ ность колебаний в первом случае больше.

На одном и том же приведенном расстоянии скорости смещений различны, что обусловлено формой фронта и длительностью периода (частоты), которая зависит от линейных размеров источника и вели­ чины одновременно взрываемых зарядов.

2.Форма волнового фронта в определенном диапазоне приведен­ ных расстояний неодинакова: в ближней зоне у обеих схем форма фронта близка к цилиндрической и по мере возрастания радиуса волна преобразуется в сферическую. Однако при диагональных схемах взрывания сферический фронт формируется на более близ­ ких расстояниях, что обусловлено различием степеней затухания энергии колебаний с расстоянием.

3.Частотный спектр колебаний различен. У порядных схем взрывания частоты меньше, у диагональных больше. Поэтому в пер­ вом случае энергия затухает медленнее, чем во втором.

4.При правильно выбранном интервале замедления интерфе­

ренция колебаний в скальных породах не должна наблюдаться.

5.Интерференционные явления при случайном сдвиге фаз из-за разброса интервалов замедления могут привести к увеличению скорости смещения в грунтах в 1,5—2,5 раза.

6.В скальных породах скорости смещений выше, а длительности фазы сжатия меньше, чем в грунтах. В связи с этим увеличение скоростей смещений и длительности фазы сжатия за счет случайного сдвига фаз и за счет наложения колебаний при увеличении числа ступеней наблюдается реже.

7.По амплитуде и длительности фазы сжатия между соседними

колебаниями можно рассчитать коэффициент затухания, декремент затухания и время затухания колебаний, что имеет важное значение для оценки сейсмоустойчивости сооружений.

Разрушающее действие взрыва в дальней зоне уменьшается с глубиной, что обусловлено ограниченностью действия волн Релея в глубину. Скорости смещений на глубине меньше, чем на поверх­ ности массива.

§ 13. Параметры волны напряжений при добыче блочного камня и контуром взрывании

При отделении крупных блоков от массива, разделении блока на части, а также при контурном взрывании — образовании щели, ограничивающей разрушающее действие волн за заданные контуры