Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Взрывные работы. Учебное пособие для вузов.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
Глава 3. Влияние взрывов на сооружения и горные выработки
Таблица 3.5
Породы и условия взрывания
Амфиболиты и амфиболовые слан­цы, взрыва ние в подземных условия х
Углистые, углисто-кремнистые и углисто-карбонатные сланцы, фил­литы, взрывание в подземных усло­виях Известняки силура;
— взрывание в подземных услов иях
— взрывание в карьере
глинистые и слюдисто-глинистые сланцы, взрывание в подземных условия х Окварцованные сиенит-диориты, взрывание в карьере
R — расстояние от центра заряда до выработки, м;
Скорость волны, м/с Скорость смещения
Продольной поперечной
5000 3600
2000–2500 1000–1300
2400 1300
2400
1900 1000
2500–3300 1360–1800
1300
, ñì/ñ
ϑ
115
QR/
[]
230
QR/
[]
265
QR/
[]
650
QR/
[]
310
QR/
[]
200
QR/
[]
,531
,531
,531
,531
,531
,531
n — показатель степени затухания сейсмических
волн (1,15 +2,0)
В таблице 3.5 приведены расчетные формулы для определения скорости смещения породного массива для некоторых условий взрывания.
При известных физикомеханических характери стиках массива скорость смещения (см/с) может быть определена по формуле С.М. Медведева:
n
3
3
7,5 10
ϑ
=⋅
4


ρτ
CR
pn â


gQ
где J — ускорение свободного падения, м/с;
Ср— скорость продольной волны в массиве, м/с;
r — плотность породы, кг/м3;
— период колебаний пород при взрыве, с;
kl R
τ
=
ngâ
к — коэффициент групповых условий (равен
0,11–0,13; 0,03–0,06; 0,01–0,03 соответ ственно для водонасыщенных торфяников, наносов средней прочности и скальных пород);
341
Часть 3. Расчеты динамических процессов при взрывных работах
R — расстояние от места взрыва, м; Q — масса заряда, кг;
n3 = 1,15–2,0 — показатель степени затухания сейс
мических колебаний.
Значение допустимой скорости смещения для не
которых элементов очистных выработок, см/с:
n междукамерные целики n при мощности залежи до 10 м — 40; n при мощности залежи свыше 10 м — 30; n висячий бок и потолочина камеры — 15.
Ориентировочно допустимую скорость смещения
J¶ для контуров подземных сооружений можно при
нимать как половину критической скорости смещения открытой поверхности, определяемой по формуле:
C
p
0,001 cì/c
ϑσ
=
êð p
E
,
ä
(122)
где sр— предел прочности породы на растяжение, мПа;
Ср — скорость продольной волны в породном мас
сиве, м/с;
E¶— динамический модуль упругости горной по
роды в массиве, мПа.
Для целиков допустимая скорость смещения с уче
том многократности взрывных нагрузок:
K
ϑϑ
=
äcêð
,
где Кс — коэффициент снижения прочности в зави
симости от числа взрывов; Кс находится в ин тервалах 1 ÷ 0,9 и 0,8 ÷ 0,77 при числе взры вов соответственно от 1 до 10 и от 10 до 100.
В.В. Кудинов для расчета критической скорости
колебания пород предлагает формулу:
5
−
σ
10
ñæ
ñì/ñ
Ñ
ð
,
где s
ϑ
=
4,73
êð
—предел прочности горной породы на сжа
сж
тие, мПа;
342
СР — скорость распространения в породе про
дольной волны, м/с.
(123)
Глава 3. Влияние взрывов на сооружения и горные выработки
Динамические нагрузки, действующие на выработ ку, предлагается определять по формуле:
ϑ
êð
σε
ä
max
E
==
max
Å
Ñ
ð
, (123à)
где Jкр — критическая скорость смещения породы,
см/с;
Ср — скорость распространения в породе про
дольной волны, м/с;
Е — модуль упругости породы, мПа.
Контрольные вопросы
1. Каково соотношение между скоростями ударных волн в воздухе и в породе?
2. Укажите связь между динамическим напряжением в по роде и величиной заряда ВВ.
3. Укажите зоны влияния взрыва на устойчивость выработ ки, их параметры.
4. Что такое коэффициент многократной взрывной нагрузки?
5. Что такое допустимая масса заряда?
6. Что такое допустимая скорость смещения пород?
343
Глава 4

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

4.1. Горные удары
Вертикальное напряжение в горных породах уве личивается примерно на 2,5 мПа на каждые 100 м увеличения глубины работ. При трехосном напряжен ном состоянии напряжение порядка 7,102 мПа вызы вает пластические деформации во многих породах и минералах, исключая кварц. Поэтому горные породы с глубиной все более теряют хрупкие свойства и приоб ретают пластичность. Значение коэффициента Пуас сона для горных пород изменяется на небольших глу бинах (до 300–400 м) от 0,1 до 0,17, на средних (400– 600 м) от 0,17 до 0,33 и на больших глубинах (более 600 м) от 0,3 до 0,5. В связи с этим меняется характер напря женного состояния пород и форма их разрушения около выработок: на небольших и средних глубинах разрушение породы около выработки происходит обыч но от растягивающих напряжений, на больших глуби нах — в результате сжимающих напряжений.
Поддержание выработок на больших глубинах ста новится трудной задачей даже при спокойном залега нии пород. Особенно высокие напряжения пород встречаются в замках синклинальных складок. Поэто му выработки, расположенные в замке антиклиналь ной складки стоят значительно лучше, чем выработки, расположенные в замке синклинальной складки.
Сейсмические исследования разрушения вырабо ток на больших глубинах дают величины высвобожда емой кинетической энергии от 103 Дж до 109 Дж и более.
344
Глава 4. Динамические проявления горного давления
По энергетическому признаку динамические явле ния в горных породах классифицируются следующим образом (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Класс динамического явления Сейсмическая
Микроудары (стреляние, толчки) Слабые горные удары Средние горные удары Сильные горные удары Катастрофические горные удары
Стреляние — хрупкое разрушение породы на по
энергия, Дж < 10
2
10–10
4
102 –10 104–107
7
> 10
Уровень сейсмичности в эпицентре, баллы
< I 1–2 2–3.5
3.5–5 > 5
верхности горной выработки, проявляющееся в отска кивании (отслаивании) отдельных кусков породы от забоя, кровли, почвы или стенки выработки, от стенки целика и сопровождающееся звуковым эффектом, по добным выстрелу.
Толчок — локальное разрушение полезного иско паемого или породы в глубине массива без измельче ния и выброса.
Слабый горный удар — локальное разрушение и незначительный выброс полезного ископаемого или породы в выработку с ощутимым звуковым и сейсми ческим эффектом, возможным образованием пыли, но без существенного нарушения крепи и без поврежде ния машин и оборудования.
Средний горный удар — быстрое хрупкое разру шение и выброс или выдавливание в выработку значи тельного объема полезного ископаемого или породы с большим количеством пыли, образование воздушной волны, нарушение крепи и завал выработок на участке длиной нескольких метров, смещение и повреждение машин и оборудования.
Сильный горный удар — нарушение крепи и за вал выработок с повреждением машин и оборудования на участке протяженностью от нескольких до десятков метров.
Катастрофический горный удар — спонтанное, в форме цепной реакции разрушение ряда целиков, за вал выработок в пределах целого участка или горизон та. Площадь разрушенных горных выработок иногда достигает сотен тысяч квадратных метров.
345
Часть 3. Расчеты динамических процессов при взрывных работах
Для пород, потенциально склонных к горным уда рам, зависимость «нагрузка — деформация» близка к прямолинейной, т.е. следуют закону Гука в интервале нагружения образцов практически вплоть до их раз рушения.
Одним из предвестников горного удара является изменение сейсмоакустической активности массива (числа импульсов в единицу времени). Обычно перед горным ударом сейсмическая активность резко возра стает, а затем, за 30–40 минут до удара, практически исчезает.
Признаками приближающегося горного удара яв ляются: увеличение выхода штыба и его крупности в угольных шахтах, изменение усилий вдавливания раз личных штампов в стенку или торец скважины.
Энергия горного удара
Величина энергии упругой деформации в единице объема горного массива выражается формулой:
1
222
σσσ σσσσσσ
=++− ++
W
где
σ
— наибольшее главное напряжение, мПа;
1
σ
— промежуточное главное напряжение, мПа;
2
σ
— наименьшее главное напряжение, мПа;
3
()
0123122313
EE
2
µ
()
Е — модуль упругости порода, мПа;
µ
— коэффициент Пуассона.
Энергия, принимающая участие в горном ударе, складывается из энергии упругих деформаций, накоп ленной в разрушаемом объеме полезного ископаемо го (например, рудном целике), и энергии, накоплен ной в разгружающихся при горном ударе вмещаю щих породах:
=+
WWW
ypÏ
,(125)
где Wу — полная энергия горного удара, Дж;
Wр — энергия, накопленная в разрушенном цели
ке, Дж;
346
Wп — энергия, накопленная в разгружающихся
вмещающих породах, Дж.
Äæ
ì
, (124)
3
Глава 4. Динамические проявления горного давления
Высвобождаемая при разрушении породы энергия упругой деформации больше всего зависит от наиболь шего нормального напряжения. Поэтому порядок ве личины удельной высвобождаемой энергии можно получить по более простой формуле, принимая во вни мание лишь первый член выражения (124):
11
22

σσ σ
=−−= −
WRRR
011
EE
22
()

2
ñæ ñæ ñæ
2,
()
Äæ
ì
, (126)
3
где Rсж— прочность породы при одноосном сжатии.
Около половины высвобождаемой энергии затра чивается на трение при разрушении породы, а осталь ная часть проявляется в виде кинетической энергии, что может представить большую опасность для горных выработок, оборудования и людей.
Количество потенциальной энергии, выделенной при разрушении целика, составит:
Wð=WoVð, (126 à)
где Vр— объем разрушаемого целика.
Количество потенциальной энергии, выделенной вмещающими породами, можно оценить исходя из того, что при разрушении целика вмещающие породы, в результате разгрузки от напряжения, сближаются (рис. 3.4) и выполняют работу:
1
WSlSl
σσ
==
ÏÏ Ï
2
1010
2
, (127)
где SП — площадь обнажения сближающихся пород
кровли (почвы);
l0 — средняя величина смещения пород кровли
(почвы).
Величина смещения пород кровли (почвы) может быть рассчитана по формуле (16)
0,2
,
ε
lL
=
00
(128)
где L — ширина области разгрузки вмещающих пород
при горном ударе;
ε
— максимальное относительное расширение
о
вмещающих пород при разгрузке.
347
Часть 3. Расчеты динамических процессов при взрывных работах
Мы считаем более обоснованным принимать в качестве L эквивалентный пролет обнажения вмещаю щих пород после разрушения рудного целика (рис. 3.4).
LL
0
ε
=
0
12
22
LL
+
12
σ
1
.
E
Ï
.
(129)
(130)
Величина
LL
==
ε
может быть рассчитана по формуле:
о
где ЕП— модуль упругости вмещающих пород.
Рис. 3.4. Расчетная схема
1 — рудный целик; 2 — кровля; 3 — почва; l рудного велика в плане; h — высота целика; SР— площадь рудного целика в плане; S кровли (почвы) после разрушения рудного целика; l
— площадь обнажения пород
П
и l2 — размеры
1
смещение пород кровли (почвы) после разрушения рудного целика; L
348
разрушения рудного целика.
и L2 — размеры обнажения кровли (почвы) после
1
—
0
Глава 4. Динамические проявления горного давления
Если принять, что фронт сейсмической волны, пересекающий сферу радиусом R с эпицентром в ее центре, является главным образом серией гармоничес ких волн, то энергия, выделяемая горным ударом бу дет равна:
W
yp
Äæ, (131)
22
ÑT R
πρ ϑ
=
2,
где r — плотность породы;
Cр — скорость распространения продольных волн
в породе;
Т — продолжительность горного удара, с;
J — скорость смещения горной породы на рассто
янии R от эпицентра горного удара, м/c.
Пример. Горный удар продолжительностью 0,1 с вызван разрушением рудного целика объемом 250 м на глубине 3000 м от поверхности. Размеры камер 15 × 10 м. Коэффициент крепости руды 16 ÷ 18, модуль упругости 7,1 × 10
4
мПа. Вмещающие породы — гра
ниты с плотностью 2700 кг/м3 и модулем упругости 7,1 × 10
4
мПа. Определить степень влияния горного удара на ствол, расположенный на расстоянии 100 м от эпицентра горного удара.
Решение. 1. Расчетная схема приведена на рис. 3.4.
2. Расчетные данные:
n прочность руды на одноосное сжатие в образце
3
10 10 17 170ìÏà,
σ
n прочность руды в целике
R
ñæ
f
==⋅=
ñæ
σ
ñæ
== =
170/ 4 42,5ìÏà,
m
где m — коэффициент ослабления массива;
n скорость распространения продольных волн в
граните указанной крепости
6000ì/ñ;
=
C
p
n допустимая скорость смещения пород для ствола
0,178ì/ñ.
ϑ
=
ä
349
Часть 3. Расчеты динамических процессов при взрывных работах
3. Величина главного нормального напряжения в
эпицентре горного удара
σρ
==⋅⋅=gH
1
2700 10 3000 81
ìÏà.
4. Энергия, выделенная при разрушении рудного
целика
1
=−
WRRV
pcæcæ
1
=⋅⋅−⋅=
W
p
27,110
⋅⋅
4
σ
2
()
1
2
E
2 81 42, 5 42,5 250 9
()
2
;
2
ìÄæ.
5. Энергия, выделенная вмещающими породами:
WSl
σ
=
S
=⋅=
35 25 875
Ï
lL
= ⋅⋅= ⋅
0,2 0,2
000
l
=⋅ ⋅ =
0,2 0,0046
0
W
Ï
ε
⋅⋅
25 35 81 10
22
⋅
25 35
81 875 0,0046 326ìÄæ.=⋅ ⋅ =
;
10ÏÏ
LL
⋅
12 1
22
LL
12
6
46
⋅⋅
7,1 10 10
2
;
ì
σ
;
E
+
Ï
ì
;
6. Суммарная энергия, выделенная при горном
ударе
350
=+=+ =
WWW
ypÏ
9 326 335ìÄæ.
7. Скорость смещения пород в районе ствола
W
2
πρ
y
CTR
p
2
;
2
0,057
ì/ñ 0,178ì/ñ
.
ϑ
=
6
⋅
==<
ϑ
⋅⋅ ⋅ ⋅⋅
2 3,14 2700 6000 0,1 100
335 10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]