книги / Технология и безопасность взрывных работ

Рис. 5.7. Схема к образованию воронок разрушения горной породы при наличии одной, двух и трех открытых поверхностей

Рис. 5.8. Образование дополнительных открытых поверхностей при короткозамедленном взрывании:

1 – взорвавшийся заряд; 2 – взрываемый заряд

При короткозамедленном взрывании, когда заряды взрываются с интервалами в тысячные доли секунды (миллисекунды), возможно образование дополнительных открытых поверхностей (рис. 5.8).

III. Особенностью разрушения трещиноватых скальных пород является совмещение двух механизмов: под действием газов взрыва разрушения распространяются от заряда ВВ, а под действиемволннапряжений– ототкрытойповерхностимассива.

При взрыве заряда в породе вокруг полости, образованной взрывом, располагается зона разрушений. Трещины являются поверхностями раздела, препятствующими распространению волн напряжений (рис. 5.9).

201

При пересечении трещины происходит скачкообразное падение напряжений волны, обусловленное частичным ее отражением от поверхности трещины.

За пределами трещин порода разрушается главным образом под действием механического соударения кусков породы (разрушенной вокруг заряда) с остальным разрушаемым объемом.

Рис. 5.9. График изменения величины напряжений на разных расстояниях от места взрыва в трещиноватом (1) и монолитном (2) массиве: I, II – плоскости трещин в массиве

Профессор Б.Н. Кутузов [3] выделяет в трещиноватом массиве две основные зоны разрушения:

1)зона регулируемого дробления, где имеет место прямое взрывное действие на породу, зная ее свойства, можно изменением параметров взрывного воздействия менять интенсивность разрушения породы в этой зоне;

2)зона нерегулируемого дробления, в которой вследствие механических соударений отдельных кусков породы происходит разрушение, зависящее от ширины и направления трещин, размеров микродефектов, масштаба взрыва и других не поддающихся регулированию факторов.

202

5.3.Способы оценки гранулометрического состава взорванной горной массы

Гранулометрический состав – распределение кусков горной породы по крупности, характеризуемое выходом в процентах от массы кусков.

Общепринятой классификации по данным гранулометрического состава не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение гранулометрического состава.

В горном деле гранулометрический состав горной массы, отделенной от массива, используют для оценки результатов взрывных работ и учитывают при выборе типа и параметров технологического оборудования в карьерах.

С точки зрения качества дробления результаты взрывов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1)порода при взрыве должна быть раздроблена на куски, не превышающие определенные размеры по крупности, а выход негабарита и мелочи не должен превышать 5 %;

2)после взрыва на земной поверхности не должно быть завышений подошвы уступа (так называемых порогов), а также заколов за последним рядом скважин;

3)при подземной отбойке руд необходимо получить требуемый коэффициент разрыхления;

4)при проходке выработок крупность кусков взорванной породы должна соответствовать условиям максимальной производительности при ее погрузке, при этом полученное сечение выработки должно максимально соответствовать проектному значению, недоборы и переборы породы за проектный контур выработки должны быть минимальными.

Допускаемые размеры кусков взорванной горной массы d (м) определяют по рабочим параметрам погрузочного, транспортного и дробильного оборудования:

1)по вместимости ковша экскаватора Е (м3):

203

d0,83 Е,

2)по размерам приемного отверстия дробильной установки или перегрузочного бункера:

d 0,8 b,

где b – меньшая сторона приемного отверстия дробильной установки или перегрузочного бункера, м.

Наиболее важным при взрывной отбойке горной массы является выход негабаритной фракции, влияющий на производительность и продолжительность срока службы погрузочного и транспортного оборудования, надежность его работы. Так, увеличение выхода негабарита с 2,5 до 5 % вызывает снижение производительности экскаватора на 20–30 %, при выхода негабарита в 20 % – снижение в 2–2,5 раза.

Для определения выхода негабаритной фракции применяются прямые и косвенные методы:

1. Прямые методы:

1)поштучный учет – производится обмер всех кусков горной породы;

2)планиметрический – отношение площади негабаритных кусков к площади, на которой проводятся измерения;

3)фотопланиметрический – анализ грансостава проводится по фотографиям и цифровым снимкам;

4)количественный метод – фиксируется количество нега-

баритных кусков на определенной площади. Рассчитываются количество негабаритных кусков в 1 м3 развала и выход негабарита в процентах;

5)линейный метод – по развалу в нескольких местах укладывается лента определенной длины. Выход негабарита равен отношению суммарной длины негабаритных кусков к общей длине ленты;

6)ситовой анализ – средний размер куска dср (м) определяется после рассева на наборах сит по формуле

204

dcр i di , 100

где di – средний диаметр куска i-й фракции, м; γi – выход кусков i-й фракции, %.

2. Косвенные методы:

1)расход средств инициирования (КД или ЭД) или ВВ на вторичное дробление негабарита;

2)удельный расход ВВ на разрушение (отбойку) взрываемого объема массива. При увеличении удельного расхода ВВ:

выход негабарита уменьшается вследствие увеличения

плотности энергии и соответствующего увеличения числа трещин в зоне трещинообразования;

увеличивается кинетическая энергия разлетающихся при взрыве кусков руды, что способствует их дополнительному дроблению.

Однако повышение удельного расхода ВВ имеет некоторый предел, превышение которого приводит снова к увеличению выхода негабарита в результате повышения сейсмического действия взрыва на законтурные участки массива, из которых начинают поступать крупные куски в отбитую горную массу.

5.4. Опасные факторы взрыва, опасные зоны

Негативным свойством взрыва является вредное воздействие на окружающую среду по четырем основным поражающим факторам:

1)сильная (разрушительная) сейсмическая волна в грунте (или воде);

2)сильная (травмирующая людей) ударная воздушная

волна;

3)разлет осколков разрушаемого объекта (породы) на большие расстояния, представляющих серьезную опасность для людей, оборудования, домов и строений;

205

4) ядовитые газы, образующиеся при детонации ВВ и распространяющиеся на далекие расстояния при неблагоприятных условиях взрывания.

Каждый из указанных выше поражающих факторов имеет свою «опасную зону» – расстояние, в пределах которого может возникнуть опасность поражения людей, механизмов и сооружений при проведении ВР.

Согласно Правилам безопасности при взрывных работах за безопасное расстояние необходимо принимать наибольшее из установленных по различным поражающим факторам.

5.4.1. Сейсмическое действие взрыва

Сейсмические волны – колебания, распространяющиеся от природных или искусственных источников. В однородной иде- ально-упругой твердой среде могут распространяться сейсмические волны двух типов:

1) объемные:

продольные – вызывают изменения объема (сжатие и растяжение) в среде, движение частиц в них происходит параллельно направлению распространения волны. Скорость продольных волн примерно в3 разбольшескоростипоперечных волн;

поперечные – вызывают колебания частиц перпендикулярно направлению распространения волны;

2) поверхностные упругие – распространяются по поверхности Земли со скоростью значительно ниже скорости волн тела. Из-за низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными из всех типов сейсмических волн.

Скорость продольных Vp (м/с) и поперечных Vs (м/с) волн можно определять по формулам:

Vp = (k + 4/3μ)/ρ, Vs = μ/ρ,

где k – модуль всестороннего (объемного) сжатия, Па; μ – модуль сдвига, Па; ρ – плотность среды, кг/м3.

206

Их амплитуда для однородной и изотропной среды убывает обратно пропорционально расстоянию от источника.

5.4.1.1. Критерии сейсмического воздействия взрыва на здания и сооружения

Наиболее общим критерием оценки сейсмического действия взрываявляетсяскоростьколебанийсредывсейсмическойволне.

Скорость колебаний и собственная частота колебаний гражданских и промышленных зданий и сооружений являются основными параметрами, которые определяют сейсмическое действие различных волн на сооружения.

Академик М.А. Садовский [24] предложил формулу для определения скорости смещения грунта V (см/с):

3 Q V k3 у,

R

где k3 – коэффициент, зависящий от свойств среды: плотности ρ, скорости распространения волны V, модуля упругости Е, параметров ВВ, а также от технологии взрывных работ; изменяется от 50 до 600; y – показатель степени, зависящий от расстояния до взрыва; колеблется в пределах 1–3.

Коэффициенты y и k3 определяются для конкретных условий инструментальными замерами.

В случае короткозамедленного взрывания сейсмический эффект зависит от времени замедления t и числа групп зарядов N, на которые разбит суммарный заряд Q.

Начиная с некоторого замедления дальнейшее его увеличение не сказывается существенно на сейсмическом эффекте. При t > tопт скорость зависит только от числа групп зарядов.

Если массы зарядов Q в группах N примерно равны, то для определения скорости колебания V (cм/c) можно использовать формулу

207

где R – расстояние от точки взрыва заряда ВВ до здания, м. При взрывах напряжения и относительные деформации

зданий и сооружений прямо пропорциональны скорости колебаний. Поэтому скорость смещения частиц грунта наиболее удобна для характеристики сейсмической опасности взрыва.

Деформации и разрушения сооружений, расположенных на одинаковых по своим свойствам грунтах, происходят в случае, когда скорость V колебаний превосходит некоторую критическую величину Vкр (табл. 5.1).

Разработана шкала для определения интенсивности сейсмических колебаний при взрывах (табл. 5.2).

Для выражения параметров сейсмических волн используют параметры энергетического и геометрического подобия:

1) приведенная масса заряда

Q 3 RQ ,

208

2) приведенное расстояние

3) амплитуда колебаний

3 Q A k1 у,

R

где Q – масса одновременно взрываемого заряда, кг; R – расстояние от заряда до точки замера, м; k1 – опытный коэффициент, зависящий от типа волны и свойств породы.

Таблица 5.2 Шкала интенсивности сейсмических колебаний при взрывах

209

5.4.1.2. Сейсмически безопасные расстояния при взрывах

Согласно Правилам безопасности при взрывных работах [1] расстояния rс (м), на которых колебания грунта, вызываемые однократным взрывом сосредоточенного заряда ВВ, становятся безопаснымидлязданийисооружений, определяютсяпоформуле

rС KГ KС 3 Q,

где KГ – коэффициент, зависящий от свойств грунта в основании охраняемого здания (сооружения); KС – коэффициент, зависящий от типа здания (сооружения) и характера застройки; α – коэффициент, зависящий от условий взрывания; Q – масса заряда, кг.

Значениякоэффициента KГ:

5 – скальные породы плотные, ненарушенные; 8 – скальные породы, нарушенные, неглубокий слой мяг-

ких грунтов на скальном основании; 12 – необводненные песчаные и глинистые грунты глуби-

ной более 10 м; 15 – почвенные обводненные фунты и грунты с высоким

уровнем грунтовых вод; 20 – водонасыщенные грунты.

Значения коэффициента KС:

1 – одиночные здания и сооружения производственного назначения с железобетонным или металлическим каркасом;

1,5 – одиночные здания высотой не более двух-трех этажей с кирпичными и подобными стенами;

2 – небольшие жилые поселки. Значения коэффициента a:

1 – камуфлетный взрыв и взрыв на рыхление;

0,8 – взрыв на выброс;

0,5 – взрыв полууглубленного заряда.

При взрыве наружных зарядов на поверхности земли сейсмическое действие не учитывается.

210