Файл: Кутузов, Б. Н. Взрывные работы учебник.pdf

С середины 50-х годов начата разработка группы более совер­

и зерногранулитов, водонаполненных и льющихся ВВ. Пониженная по сравнению с порошкообразными чувствительность и хорошая сыпучесть гранулированных ВВ позволили решить задачу механи­ зации заряжания скважин. Созданы водонаполненные и горячелыощиеся твердеющие ВВ для взрывания обводненных пород; про­ межуточные детонаторы в виде зарядов из тротила и гексогена для инициирования низкочувствительных ВВ, пиротехнические замедли­ тели для короткозамедленного взрывания (к. з. в.) детонирующим шнуром на карьерах и т. д.

К середине XIX в. относится первая попытка составить класси­ фикацию горных пород рудников Колывано-Воскресенских заводов по трудоемкости их добычи (добываемости).

Проф. М. М. Протодьяконов в 1910 г. опубликовал первую научно обоснованную классификацию горных пород по крепости, которая до настоящего времени широко применяется в горной промышлен­ ности при проектировании взрывных работ и сметных расчетах.

Расчетные методы при взрывании применяли французские воен­ ные инженеры в минноподрывном деле начиная с XVII в. В дальней­ шем формулы, выведенные для условий взрывания грунтов и обра­ зования воронок определенных размеров, стали применяться в гор­ ном деле.

В 1871 г. М. М. Боресков на основе работ М. М. Фролова предло­ жил формулу для расчета зарядов на выброс, которую широко используют до настоящего времени.

Крупные сдвиги в теории и практике взрывных работ произошли после Великой Октябрьской социалистической революции.

Большая работа по созданию классификации горных пород по буримости и взрываемости проделана под руководством проф. А. Ф.Су­ ханова. Эти классификации явились методической основой для составления местных классификаций на различных предприятиях.

Фундаментальные работы по классификации горных пород на основе их базовых свойств проводятся под руководством чл.-корр. АН СССР В. В. Ржевского. На основе этой классификации по зна­ чениям пределов прочности на сжатие, сдвиг, растяжение, объемный вес породы и т. д. представляется возможным определить показатель трудности разрушения породы при различных технологических процессах (бурение, взрывание) и дать количественное сравнение различных разрабатываемых пород.

Советские ученые — академики Н. Н. Семенов, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон, М. А. Садовский, М. А. Лаврентьев, Н. В. Мельни­ ков, чл.-корр. АН СССР Л. Я. Компанеец и другие — выполнили комплекс фундаментальных работ, связанных с изучением процесса детонации и зарядов ВВ, действием взрыва в непосредственной бли­ зости и на расстоянии от заряда. Большой вклад в анализ физиче­ ских явлений, связанных с действием взрыва на горную породу,

9

а также в создание методов расчета зарядов для различных условий сделан докторами техн. наук А. Ф. Беляевым, Ф. А. Баумом, Г. П. Демидюком, М. М. Докучаевым, Г. И. Покровским, А. Ф. Сухано­ вым и др.

Фундаментальные исследования механизма разрушения горных пород взрывом проведены проф. Г. И. Покровским, и развиты в тру­ дах профессоров А. Н. Ханукаева, Ф. И. Кучерявого, М. Ф. Друкованого и др.

Большой вклад в разработку теоретических основ действия и моделирования взрыва сделан проф. О. Е. Власовым. Примененный им метод моделирования с помощью электрогидродинамических аналогий (метод ЭГДА) широко применяется для решения ряда задач взрывного дела.

С начала 50-х годов на карьерах СССР начинает внедряться короткозамедленное взрывание, которое обеспечило переход от од­ норядного к многорядному взрыванию, позволило существенно уве­ личить масштаб взрывов и улучшить степень дробления пород.

Проводятся систематические исследования по разработке методов регулирования степени дробления горных пород при взрывании на карьерах. Изучается изменение степени дробления различных горных пород в зависимости от диаметра заряда, расхода и типа ВВ, сетки расположения и конструкции зарядов, интервала замедления, точки инициирования и т. д. Эти работы являются научной основой для выполнения взрывов с получением заданной крупности дробле­ ния. Такие взрывы позволяют применить циклично-поточную и по­ точную технологию работ на карьерах, разрабатывающих скальные породы, что обеспечит резкое увеличение производительности труда на этих предприятиях.

Большую работу по развитию и совершенствованию взрывов на выброс проводят инженеры треста Союзвзрывпром. Так, в 1952— 1953 гг. взрывами трех серий зарядов на Алтын-Топканском поли­ металлическом месторождении при линии наименьшего сопротивле­ ния (л. н. с.) отдельных зарядов, превышающей 50 м, и их массе до 1600 т было взорвано более 1 млн. м3 горной породы. В результате этого срок ввода карьера в строй сократился на 16 месяцев, а стои­ мость вскрытия была снижена на 40%.

Широко применяется перемещение больших масс грунта взрывом для созидательных целей (строительство плотин, насыпей и т. д.).

Для защиты г. Алма-Аты от селевых потоков в долине р. Малая Алмаатинка в Медео были произведены в 1966 и 1967 гг. два взрыва серий зарядов на выброс обоих откосов ущелья для образования противоселевой каменно-набросной плотины. Общая масса зарядов составила 5290 т при л. н. с. основного заряда 75 м. В результате взрывов выброшено и разрушено около 3 млн. м3 гранита и образо­ вана плотина средней высотой 84 м, шириной поверху около 100 м, а в основании до 500 м. Эта плотина в 1973 г. задержала огром­ ный селевый поток и спасла г. Алма-Ату от катастрофических раз­ рушений.

10

Глава I

СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 1. Свойства горных пород, определяющие эффективность их разрушения при бурении и взрывании

Эффективность разрушения горных пород при бурении и взры­ вании зависит от их физико-механических свойств.

Изучение различных свойств пород, разработка методики их определения и учета имеет большое значение для выбора рациональ­ ного способа отбойки породы, типа применяемых машин и механиз­ мов, установления норм выработки и т. д.

При бурении и взрывании на эффект разрушения свойства пород влияют по-разному. Это связано с тем, что при бурении зона раз­ рушения под лезвием инструмента имеет небольшие размеры (доли сантиметра) и зависит от микросвойств горных пород: твердости, абразивности, зернистости, вязкости и т. д. При взрывании на карьерах зарядами диаметром 200—300 мм зона разрушения имеет размеры нескольких метров (до 10) и эффект разрушения при этом зависит от макросвойств массива пород и, прежде всего, его трещино­ ватости.

Рассмотрим основные свойства горных пород и их влияние на буровые и взрывные работы.

Т в е р д о с т ь горной породы характеризуется сопротивлением проникновению в нее другого тела, не получающего при этом оста­ точной деформации.

А б р а з и в н о с т ь — способность или свойство горных пород изнашивать при трении о них металлы, твердые сплавы и другие тела.

Твердость и абразивность влияют, главным образом, на износ инструмента при бурении и выбор величины осевого давления на буровой инструмент.

П л а с т и ч н о с т ь — свойство пород необратимо изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил.

Х р у п к о с т ь — свойство пород разрушаться без пласти­ ческих деформаций.

Свойство пластичности и хрупкости у одних и тех же пород проявляется по-разному, в зависимости от скорости приложения

12

нагрузки. При медленном воздействии на каменную соль, стекло они могут изменять свою форму, не разрушаясь, т. е. ведут себя, как пла­ стические тела. При бурении и взрывании все твердые горные породы можно рассматривать, как хрупкие тела. Наиболее пластичные свойства имеет глина. Для разрушения пластичных пород требуется увеличенный расход ВВ.

В я з к о с т ь ю в горном деле принято характеризовать сопро­ тивляемость породы силам, стремящимся отделить часть ее от мас­ сива. С увеличением вязкости пород эффективность процессов буре­ ния и взрывания снижается.

З е р н и с т о с т ь характеризуется крупностью зерен минера­ лов, образующих породу; различают крупнозернистые породы — с зернами больше 5 мм, среднезернистые — с зернами 1—5 мм и мелкозернистые породы — с зернами меньше 1 мм. Чем меньше зерна минералов и чем прочнее цемент, соединяющий вещества, тем труд­ нее разрушается порода при бурении.

По р и с т о с т ь — характеризуется относительной величиной мельчайших пустот в горной породе.

В о д о н о с н о с т ь — свойство пород задерживать воду и вы­ делять ее при разработке месторождения. Водоносность пород должна учитываться при выборе способа осушения месторождения, выборе типа ВВ.

Пл о т н о с т ь ю называется масса единицы объема горной породы в ее естественном состоянии (табл. 1).

и пористости. От плотности горных пород зависит удельный рас­ ход ВВ, особенно при проведении взрывов на выброс.

в массиве или целике. Отношение объема разрыхленной породы

13