книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

осп его — величиной о 17 то связь между этими величинами может быть примерно описана зависимостью

Oj = сгсж -j- ка2,

где к — коэффициент, уменьшающийся с увеличением а 2. Производственные данные также указывают на прямую связь

напряженного состояния взрываемых пород забоя с параметрами буровзрывных работ.

В тех забоях, где производилась оценка статических напряже­ ний, взрывание с учетом изменений, вносимых напряженным состоя­

нием пород, привело к тому, что расход ВВ на 1 м3 породы сокра­ тился на 0,4 кг, СВ — на 0,2 шт. и бурения — на 0,7 м.

Изменение напряженного состояния пород в призабойной части выработки, связанное с изменением глубины разработки, зависит от сечения выработки и физико-механических свойств породы.

Рассмотрим с этих позиций влияние сечения подземной выра­ ботки на удельный расход ВВ, величину подвигания забоя и глу­ бину шпуров. Установлено, что максимальные напряжения имеют место при максимальных давлениях. В сечении горных выработок возникает явление некоторого денапряженного состояния породы, стремящейся сдвинуться в сторону свободной поверхности забоя

415

(отжим). Эти явления в известной мере характеризуются количеством и расположением пзохром (линий равных напряжений, образующихся при нагружении образцов из оптически активных материалов).

Из рис. 221 видно расположение пзохром (изогнутые линии) при различном давлении на горную выработку, и их распределе­ ние в материале образца, имитирующем породы, окружающие вы­ работку (заштрихованная область в центре каждого рисунка) в за­

зон неравномерного трехосного сжатия породы. Менее благоприятно расположение заряда в менее напряженной зоне. Совершенно неблаго­ приятные условия работы заряда наблюдаются при наличии объ­ емного сжатия.

Производственные эксперименты по определению расхода ВВ в зависимости от сечения выработки показали, что при площади поперечного сечения от 20 до 60 м2 расход ВВ остается почти по­ стоянным. С увеличением площади сечения выработок от 4 до 18 м2 удельный расход ВВ уменьшается. Эта особенность учтена при вы­ воде формулы расчета удельного расхода ВВ.

Средние значения удельного расхода ВВ и подвигания вруба представлены на графиках (рис. 223), а данные опытов приведены в табл. 8 8 , из которых следует, что:

расход ВВ на разрушение породы во врубе и по всему забою с увеличением сечения выработок уменьшается.

Проявление горного давления создает в призабойном массиве породы зону неравномерного трехосного сжатия, ослабляя прочность породы; при взрыве напряжения в массиве усиливаются ударными волнами.

416

Область неравномерного трехосного сжатия во всех случаях имеет вид шарового сегмента, объем которого

У = ± п к Ц З г ш- } 1 с),

поверхностях. Это позволяет увеличивать глубину подвигания при уменьшении расхода ВВ.

Изложенное относится к горным выработкам с площадью попе­ речного сечения от 4 до 15 м2 при коэффициенте крепости пород до / —16. При дальнейшем увеличении сечения выработок (5=18 м2)

Т а б л и ц а 88

“

зона отжима настолько велика, что при взрывании зарядов в шпурах глубиной 2,5—3,0 м расход ВВ остается практически постоянным. Это подтверждается практикой проведения вертикальных и гори­ зонтальных выработок большого сечения.

До настоящего времени явление зажима определяли как изме­ нение взрываемости среды в зависимости от положения заряда в ней, размера и числа обнаженных поверхностей. Это справедливо для условий однородности пород при взрывании на одну свободную поверхность. Однако взрывание слоистых сред с прослойками по­ роды с существенно различными физико-механическими свойствами распространение ударных воли при взрывании меняется.

Можно предположить, что неравномерное нагружение пород в забое будет способствовать разрушению пород взрывом. Однако решение задачи о взаимодействии статических и динамических по­ лей напряжений весьма сложно. Поэтому была предпринята по­ пытка экспериментально установить взаимосвязь эффекта взрыва

снапряженным состоянием горных пород.

Суменьшением размеров свободной поверхности забоя показа­ тели взрыва снижаются. Однако степень этого снижения зависит еще и от прочностных свойств взрываемых пород и характера спаян­ ности контакта взрываемой среды с вмещающими породами. При отбойке жил акустическая жесткость вмещающих пород обычно больше, чем руды, поэтому ухудшение показателей взрыва обычно объясняют зажимом взрываемой среды.

С у щ н о с т ь з а ж и м а в з р ы в а е м о й с р е д ы м о ж н о п р е д с т а в и т ь к а к и з м е н е н и е о б ъ е м а и с т е п е н и

Величину коэффициента зажима определяют как отношение параметров воронок взрывов, полученных в условиях ограниченной и неограниченной свободной поверхности.

Коэффициент зажима используют как поправочную величину к массе заряда, при котором достигаются показатели как при неогра­ ниченной свободной поверхности.

Взрывание зарядов ВВ в незажатой среде создает значительный экономический эффект за счет применения шпуров уменьшенного диаметра и снижения разубоживания руды.

В этой связи представляют интерес исследования явления за­ жима с целью определения границ его действия и разработки реко­ мендаций по выбору параметров зарядов ВВ, позволяющих вести эффективное взрывание зарядов. Было предположено, что причи­ ной уменьшения предельной л. н. с. в ограниченной среде яв­ ляется взаимодействие отраженных волн с волной разрежения. Исследование проводили по следзчощей методике. Взрывы произво­ дили в металлической камере. В качестве энерговоспринимающей среды служила вода. Изменение импульса давления в зависимости от условий взрывания заряда ВВ определяли степенью деформации

мембранного датчика—круглой металлической пластинки, жестко укрепленной между прижимными плитами на дне цилиндрической взрывной камеры (рис. 224, а).

Подводный взрыв заряда моделирует взаимодействие волн взрыва заряда в рудном теле, ограниченном породами с большей акусти­ ческой жесткостью. Уровень воды над зарядом моделирует измене­ ние л. н. с., а диаметр взрывной камеры — мощность взрываемого

Рис. 224. Впд образцов п взрывной камеры для изучения явления зажпма:

а — взрывна.т камера; б — модель пз органического стекла и стали; 1 — верхняя прижим­

рудного тела. Дополнительные опыты проводили в твердых средах (рис. 224, б л в): органическом стекле, зажатом между сталь­ ными штатами; песчано-цементных блоках, вмещающие слои которых имели более высокую акустическую жесткость, чем взрываемый слой.

Этими исследованиями установлено, что при распространении отраженных волн от границы раздела сред руда — порода в напра­ влении к центру взрыва они нейтрализуют действие волны разре­ жения и ограничивают ее влияние на развитие вторичного процесса трещинообразования.

Скоростная съемка подводного взрыва к ограниченной среде показала, что при движении отраженных волн к центру взрыва они устраняют процесс кавитации, вызванный прохождением волны разрежения. Это свидетельствует о том, что растягивающие напря­ жения в волне разрежения исчезли и направление движения потока за фронтом этой волны определяется направлением распространения отраженной волны.

420

Способом зеркального отображения источника и стока опреде­ лено (рис. 225), что предельная л. н. с. в рудном теле

W np = 0,8651V,

где N — мощность взрываемого рудного тела. Учитывая размеры радиуса

зоны первичного трещинообразования R T при N < lV np, получим

W^p = 0,8651V+ ЛТ, м,

где JVnp — мощность взрываемого рудного тела, при которой не происходит зажим среды,

N hp = 1,156 (Жпр— RT).

отбойке руды в таких условиях представляется возможным, не­ значительно уменьшая л. н. с., существенно сократить диаметр шпура и получить значительный экономический эффект.

Величина зажима взрываемой среды характеризуется степенью уменьшения предельной л. н. с. в ограниченной среде. Необходи­ мость установления коэффициента зажима в этом случае отпадает. Однако для удобства оценки величины зажима введено понятие

о г р а н и ч е н н о й с в о б о д н о й п о в е р х н о с т ь ю и в у с л о в и я х з а ж и м а п р и п о с т о я н н о й в е л и ч и н е

з а р я д а :

421

Г л а в а XXIV

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

С помощью буровзрывных работ осуществляют отбойку угля в забоях, оборудованных врубовыми машинами, в механизирован­ ных забоях при разделке ниш и для предварительного ослабления угольного массива при разработке крепких и весьма крепких углей для рыхления угольного массива при гидравлическом способе добычи. Энергия взрыва находит широкое применение при массовых взрывах в подземных условиях, при щитовой системе разработки для обрушения вмещающих труднообрушаемых пород, при отра­ ботке мощных крутых пластов, опасных по прорывам глин и пульпы.

§102. Буровзрывные работы при разработке тонких

исредней мощности пластов

Буровзрывные работы в очистных забоях применяют в основном

влавах, оборудованных врубовыми машинами, а также для выемки ннш п предварптельпого ослабления массива в весьма крепких углях при струговой п комбайновой выемке.

Влавах с машинным врубом шпуры бурят ручными электро­ сверлами. Располагают шпуры через каждые 2—3 м в один илп несколько рядов, в зависимости от крепости н мощности пласта. Величина шпурового заряда составляет 0,2—0,4 кг. Взрывание шпуровых зарядов осуществляется электродетонаторамп мгновен­ ного плп короткозамедленного действия. Схема расположения шпу­ ров в лавах с нпжнпм врубом показана на рис. 226.

На пластах крутого п наклонного падения выемку угля осуще­ ствляют с помощью взрывных работ п отбойными молотками. В за­ висимости от мощности пласта шпуры располагают в один, два и три ряда. Для пластов мощностью до 1,5 м наиболее целесообразным является двухрядное расположение шпуров. Расстояние между шпурамн, в зависимости от крепости угля, колеблется от 0,6 до 1,1 м,

аглубина шпуров — в пределах 1—1,3 — 1,6—2,0 м, в зависимости от устойчивости боковых пород и ширины вынимаемой полосы. Для предотвращенпя повреждения призабойной крепи шпуры рас­ полагают с некоторым наклоном по падению пласта. Одновременно

водном уступе взрывают до 10—20 шпуровых зарядов.

На рис. 227 показаны схемы расположения шпуров при выемке мягких и средней крепости углей при мощности пласта от 0,5 до

0,8 м (рис. 227, а) и от 0,8 до 1,2 м (рис. 227, б), а на рис. 228 — при выемке крепких углей.

При выемке мягких и средней крепости углей расход ВВ на 1 т составляет 0,37 кг, а крепких — 0,7 кг.

422

Из существующих способов предварительного рыхления уголь­ ного массива при гидродобыче наиболее распространены мелко­ шпуровой метод и метод рыхления угля скважинами уменьшенного диаметра. При мелкошпуровом методе глубина шпуров составляет 2—3 м, расход ВВ на 1 т отбитого угля — 0,4—0,6 кг, в зависимости от крепости угля.

При методе рыхления угля скважинами уменьшенного диаметра

стругами и комбайнами, применяют для предварительного ослабле­ ния массива. В настоящее время предварительное ослабление мас­ сива перед работой стругов с помощью гидровзрыванпя получает широкое применение.

Сущность метода предварительного ослабления массива с по­ мощью гидровзрыванпя заключается во взрывании небольших за­ рядов ВВ в окружении воды, подаваемой в шпур под давлением. Жидкость, нагнетаемая через гпдрозатвор, герметизирующий устье шпура, проникая по трещинам, раскрывает их и способствует передаче импульса взрыва в отбиваемый массив. Одновременно с этим происходит увлажнение массива, что снижает пылеобразование.

Последовательность работ при этом способе следующая. После введения в шпур небольшого заряда с инициатором в устье шпура устанавливают гидрозатвор, который с помощью гибкого шланга соединен с высоконапорным насосом, а затем в шпур нагнетают воду под высоким давлением (рис. 229). При достижении определен­ ного давления воды подается импульс на инициатор и производится взрыв.

Взрывание шпурового заряда осуществляется с помощью элек­ тродетонаторов. В качестве взрывчатых веществ применяют водоустойчивые ВВ, в том числе непредохранительные, исключающие

424