Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Взрывные работы. Учебное пособие для вузов.pdf
X
- •Предисловие
- •Принятые сокращения
- •ЧАСТЬ 1. ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
- •Глава 1. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА
- •Глава 2. СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
- •Глава 3. ВЗРЫВНЫЕ И КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
- •Приложения
- •ЧАСТЬ 2. МЕТОДЫ И ПАРАМЕТРЫ ПРОВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
- •Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
- •Глава 2. ВЗРЫВАНИЕ ВНУТРЕННИМИ ЗАРЯДАМИ
- •Глава 3. ВЗРЫВАНИЕ НАРУЖНЫМИ ЗАРЯДАМИ ВВ
- •Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
- •Глава 5. ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ
- •Глава 6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
- •Глава 7. ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
- •ЧАСТЬ 3. РАСЧЕТЫ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ
- •Глава 1. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В ГОРНОМ МАССИВЕ
- •Глава 2. ВЗРЫВЫ
- •Глава 3. ВЛИЯНИЕ ВЗРЫВОВ НА СООРУЖЕНИЯ И ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
- •Глава 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
- •Литература
- •Содержание

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 физикомеханических 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]
