книги из ГПНТБ / Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие

Наклонные скважины, пробуренные параллельно откосу, обеспе­ чивают получение одинаковой л. н. с. по всей высоте уступа. Наибо­ лее широко применяют наклонные скважины диаметром 100—150 мм. Диаметр наклонных скважин определяется техническими возмож­ ностями бурения, поэтому на уступе любой высоты можно применять скважины желаемого диаметра. Это особенно ценно в трудновзрываемых породах, где при вертикальных скважинах образуется большой выход негабарита. Так, в результате применения на карьерах Первоуральского титаномагнетитового рудника наклонных скважин диаметром 100 мм вместо вертикальных диаметром 200 мм удалось снизить выход негабарита с 35—40 до 7—10%. Откос уступа при наклонных скважинах сохраняется значительно лучше и практи­ чески исключаются заколы за линией скважин.

Широкое внедрение наклонного бурения на карьерах пока сдер­ живается из-за недостаточного количества высокопроизводительных буровых станков 2СБШ-200Н, СБІП-250МН, СБУ-160, СБУ-200.

Применение наклонных скважин целесообразно в следующих

б о л ь ш о й в ы с о т е у с т у п а ; п р и в з р ы в а н и и в ы с о ­ к и х у с т у п о в ; п р и с е л е к т и в н о й в ы е м к е , к о г д а

К недостаткам применения наклонных скважин относится труд­ ность их заряжания порошкообразными ВВ, особенно при угле на­ клона оси скважины меньше 65°. При взрывании вблизи обуренного массива значительная часть наклонных скважин, особенно диаме­ тром 100—150 мм, теряется вследствие вывалов кусков из их стенок и частичного или полного перекрытия их сечения. При этом практи­ чески исключается возможность чистки скважин с помощью бурового станка.

Расчет параметров расположения наклонных скважин основы­ вается на тех же принципах, что и вертикальных скважин: л. н. с. принимают равным 25-f-45d, коэффициент сближения наклонных скважин 0,8—1. Расчетный удельный расход ВВ принимают на 5— 15% ниже, чем при вертикальных скважинах. Перебур наклонных скважин, равный 5~^10d, меньше чем для вертикальных скважин, что в меньшей степени затрудняет обуривание нижерасположенного уступа.

К. з. в. скважинных зарядов. Наиболее распространены следу­ ющие схемы однорядного к. з. в.: ч е р е з о д н у с к в а ж и н у ,

дополнительные обнаженные поверхности, облегчающие действие последующих зарядов. При последовательной схеме даются замедле­ ния на каждую скважину относительно соседней. Эта схема обеспе­ чивает хорошее дробление и минимальную ширину развала взор­ ванной породы.

ш и р и н ы р а з в а л а в з о р в а н н о й п о р о д ы , у л у ч ­ ш е н и е д р о б л е н и я п о р о д ы . Однако при однорядном к. з. в. нельзя достигнуть резкого улучшения дробления массива вследствие сильной трещиноватости его участков, прилегающих к поверхности уступа. При однорядном взрывании большая часть негабарита образуется из породы наружной части уступа.

Применение многорядного взрывания уступов исключает выход негабарита из наружной части забоя во втором и последующих рядах, поскольку к моменту взрыва этих рядов трещины от предыдущих

скважинами и между рядами скважин принимается 0,8—1 с. п. п. первого ряда.

Перебур скважин при взрывании пород средней крепости со­ храняется таким же, как и при однорядном взрывании. Расстояние между скважинами врубового ряда (при порядных схемах) умень­ шают на 30—40%, а перебур увеличивают до 18d. Удельный расход ВВ и сетку скважин уточняют в процессе ведения взрывных работ. Поперечную (рис. 117, а), продольную (рис. 117, б) врубово-волно- вые схемы применяют при взрывании сильнотрещиноватых масси­ вов, обладающих высокими упругими постоянными и по своим свой­ ствам близких к тонкополосчатым железистым кварцитам Кривого Рога.

Клиновые схемы (рис. 117, в, г) применяют для взрывания среднеблочных пород типа известняков. Для взрывания пород типа гра­

врубовой схеме (замедление 200 мс) на участке длиной до 500 м и ввода для погрузки породы нескольких экскаваторов. При этом

на массив на 40—70%. Изменение высоты уступа с 15 до 75 м увели­ чит время действия взрыва в 5—6 раз, а энергию, используемую на дробление, — более чем в 10 раз. Изменение диаметра заряда со 100

на 25—30%. Перебур для всех скважин принимается одинаковым (2 — 3 м). Стоимость 1 м3 горной массы, по данным работы карьеров ЦГОКа в Криворожском бассейне, при высоких уступах снизилась на 20%.

Применение этого способа в средне- и крупноблочных породах требует проведения дополнительных исследований.

Взрывание сосредоточенными зарядами. На карьерах сосредото­ ченные заряды весом 1—10 т и более размещают внутри взрывае­ мого массива в специальных камерах. В массиве проходят верти­ кальные шурфы или горизонтальные штольни и в их конце или от­ ветвлениях сооружают камеры, размеры которых определяются величиной заряда ВВ.

Расчетную л. н. с. принимают для камерных зарядов равной(0,75— 0,95) Н. Расстояние между зарядами принимают (0,8-^1,4) W в зависимости от свойств пород и требуемого дробления.

Величину камерного заряда на рыхление определяют по формуле для сосредоточенных зарядов

Q = qW\ кг.

Значение q принимают по табл. 24.

Почва камер должна быть расположена на уровне подошвы уступа.

Достоинством камерных взрывов является возможность отбойки больших объемов породы при сложном рельефе местности. Недо­ статки взрывания сосредоточенными зарядами: худшее дробление породы и большая трудоемкость подготовительных работ. В настоя­ щее время этот метод применяют в основном при взрывах на выброс

для данного диаметра, то нижнюю часть шпура или скважины рас­

Рис. 121. Последовательность выполнения работ

в — котловой заряд

скважине образуется камера (котел), позволяющая разместить за­ ряд большей величины (рис. 121). В этом случае шпуры или сква­ жины называются к о т л о в ы м и .

Величина прострелочного заряда зависит от свойств породы и требуемого объема котла. Ориентировочно вес прострелочного за­

1 кг ВВ (см. табл. 24).

Если за один раз не удастся получить необходимый объем котла, то прострелку производят несколько раз с постепенным увеличе­ нием веса заряда. Вес первого прострелочного заряда обычно при­ нимают в шпурах 0,3—0,7 кг и в скважинах 5—10 кг. Прострелочные заряды взрывают с применением патронов-боевиков, которые в вер­ тикальные шпуры и скважины опускают на шпагате, а в горизон-

тальные шпуры досылают забойником. Забойку при простреливании выполняют на величину 0,8—1,25 высоты заряда.

Заряды котловых шпуров рассчитывают как сосредоточенные,

в и к , а з а т е м з а с ы п а ю т о с т а л ь н у ю ч а с т ь з а р я - д а ВВ и п р о и з в о д я т з а б о й к у . Заряжание котлов на­ чинают не раньше, чем через 15 мин после прострелки. Для улучше­ ния дробления породы верхней части уступа в скважину иногда по­ мещают дополнительный заряд ВВ (см. рис. 121).

Существенным недостатком применения котловых шпуров и сква­ жин является трудность управления взрывом: в зависимости^ от свойств породы котлы могут получиться чрезмерно большими и не

выше уровня подошвы, то при взрыве могут оставаться пороги и т. д.

На карьерах Кривбасса хорошие результаты получают при рас­ ширении заряжаемой части скважины до 400 мм при огневом бу­ рении. Казахским политехническим институтом созданы опытные модели расширителей шарошечного типа, позволяющих расширить заряжаемую часть скважины с 243 до 350 мм.

§55. Взрывы специального назначения

Сувеличением масштабов взрывов д л я размещения зарядов требуется соору­

жать дорогостоящий комплекс подземных выработок большого сечения. Р я д задач, к а к , например, дробление больших объемов скальных пород на значитель­ ной глубине, не осуществим с помощью промышленных В В . Поэтому большой интерес представляет использование атомных и термоядерных взрывов д л я пе ­ ремещения и дробления больших объемов породы (данные приведены из публи­ каций материалов США).

Действие ядерного взрыва на среду. Процесс разрушительного действия ядерного взрыва делится н а четыре фазы: фаза ядерных реакций, фаза гидро­ динамического действия, фаза статического действия, фаза терморадиационного последействия.

полости вследствие расширения расплавленных пород. Ударные волны дробят

были превращены в пар , а в радиусе 3,3 м пр и давлении до 400 ООО кгс/см 2 про ­ изошло плавление туфа. Ударная волна дробит породу в радиусе 40 м. П р и этом давление снижается до 1400 кгс/см2 , что в два раза выше предела прочности туфов на раздавливание. Н а расстоянии от 40 до 90 м ударная волна переходит в сейсмическую. Зона упругих деформаций начинается с расстояния 90 м от

Рис. 122. Развитие обрушения полости при ядерном взрыве «Райнир»:

вленный туф стекал на дно полости. Отсутствие вмятин на к а п л я х свидетельствует о быстром твердении капель во время полета в относительно холодной атмосфере полости. Обрушение полости, после того к а к давление в ней понизилось, прои­ сходит вследствие обратного движения стенок в радиальном направлении. Это обрушение происходит по всей поверхности полости и начинается до того, к а к расплавленная масса полностью стечет со стенок. В конце этой фазы происходит обрушение слоев породы, лежащих выше кровли полости, с заполнением послед­ ней раздробленным материалом (рис. 122).

В ф а з е т е р м о р а д и а ц и о н н о г о п о с л е д с т в и я завер­ шается обрушение пород и полностью формируется зона обрушения. П р и этом происходит медленное рассеивание тепла и распад радиоактивных продуктов. Длительность фазы изменяется от нескольких дней до нескольких лет.

Зоны разрушения пород при ядерном взрыве. Разведочными выработками и скважинами установлено, что з о н а р а з р у ш е н и я и м е е т ф о р м у

а

Мощность заряда, кт

то,

то

* 500

Рис. 123. Зависимость размеров разрушений при ядер ­ ном взрыве внутреннего (а) и наружного (б) действия:

1 — зона дробления; 2 — полость взрыва; 3 — диаметр ви­ димой воронки; 4 — глубина заложения заряда; 5 — глубина видимой воронки

до верхней границы зоны разрушения . Она создается п р и обрушении в полость,

ющего действия ударной волны от взрыва заряда на породу. При взрыве «Райнир»

обрушения было следующее. В нижнем разведочном штреке диаметр кусков

кусками породы были заполнены измельченным в порошок и затвердевшим материалом (вскрытие зоны было выполнено через год после взрыва). Горизон­ тальная разведочная выработка, пройденная н а 30 м выше центра взрыва, вошла в область раздробленной породы на расстоянии 23 м от вертикальной оси, проходящей через центр взрыва. Н а этом расстоянии обломки породы диаметром от дециметра до метра были разбиты открытыми трещинами. Затем крупность кусков становилась все меньше и на расстоянии 20 м от вертикальной оси порода имела вид тонко измельченного порошка. На участке зоны обрушения, распо­ ложенном выше центра взрыва, литологические горизонты можно достаточно четко проследить и в дробленом материале.

В водонепроницаемой зоне разрушения находится смятый и спрессованный материал, образовавшийся в результате разрушения туфа ударной водной и по­ следующего уплотнения при расширении первоначальной полости. Степень

разрушенный уплотненный материал зоны дробления. Таким образом, п р и взры­

денной л . н. с , равной 95 м/кт'^3 , уже наблюдалось значительное разрушение

поверхности (взрыв «Бланка»).

Интерес представляет оценка возможности заражения радиоактивными элементами грунтовых вод в результате выщелачивания породы, находившейся в непосредственной близости от взрыва. Исследованиями ученых США уста­ новлено, что если среда, в которой происходит взрыв, содержит в достаточном

выщелачиванию. До 99,5% всех радиоактивных частиц не будут выщелочены из стекловидной массы грунтовыми водами в течение нескольких столетий. Пр и взрыве в карбонатных породах сплавленный материал менее стоек к выщелачи­ ванию, так ка к окиси к а л ь ц и я и магния реагируют с водой.

Расчетами Г. И . Покровского установлено, что через 6—12 месяцев уровень радиоактивности снижается настолько, что обеспечивает безопасную работу