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

6

Г л а в а V I I

ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ

§ 51. Основные понятия

Для разрушения (взрывания) массива горных пород при про­ ходке в них выработок или при их дроблении для добычи приме­ няют заряды ВВ, которые различают:

расположенный внутри (в шпуре, скважине или камере) взрываемого объекта. Наружные заряды применяют для дробления негабарита,

а ö в г

Рис. 94. Проявление действия взрыва различных зарядов

К удлиненным относят заряды, у которых отношение ширины к высоте составляет более 1 : 3 . В зависимости от физико-механических свойств пород, типа ВВ и диаметра заряда соотношение между диаметром и длиной может изменяться; при взрывных работах преимущественно применяются удлиненные заряды;

181

р ы х л е н и я (рис. 94, в) ■— вызывающий дробление породы; з а- р я д в ы б р о с а (рис. 94, г) — вызывающий дробление и выброс породы за пределы воронки взрыва. Изменение характера действия взрыва заряда может быть достигнуто путем уменьшения глубины заложения заряда постоянной массы (рис. 95, а) и путем увеличения массы заряда при постоянной л. н. с. (рис. 95, б).

Рис. 95. Способы изменения характера действия взрыва

При взрывах зарядов рыхления и выброса в массивах горных пород образуется углубление, которое принято называть воронкой взрыва. Очертание воронки зависит от свойств взрываемой среды. При теоретических исследованиях одиночных сосредоточенных за­ рядов форму воронки взрыва принимают в виде опрокинутого конуса

вращения с вершиной в центре

В зависимости от величины показателя действия взрыва раз­ личают заряды (см. рис. 96): нормального выброса при п = І и уси­

Непосредственно в районе заложения заряда под действием удар-

182

ных волн и высокого давления газов взрыва образуется зона сжа­ тия или измельчения. В пределах этой зоны происходит раздавлива­ ние и измельчение породы с образованием в месте расположения заряда полости определенных размеров. Порода полностью меняет свой вид, превращаясь в мелко раздробленную массу.

За пределами зоны измельчения происходит дробление породы, разделение ее трещинами без изменения ее структуры. Эта зона называется з о н о й р а з р ы х л е н и я или трещинообразования. В более отдаленных от заряда участках массива происходит только сотрясение породы без заметного разрушения. Эту часть среды называют з о н о й с о т р я с е н и я .

При взрывных работах в горном деле практическое значение имеет совокупность зон сжатия и рыхления, называемая общим

§ 52. Разрушение массива пород взрывом одиночного заряда

Все породы по развитию процесса разрушения можно разделить на три группы: грунтовые массивы, крепкие монолитные массивы и трещиноватые массивы. Характеристика процесса разрушения каждой группы пород может быть дана следующим образом:

Грунтовые массивы: пески, супеси, некоторые глины и суглинки, которые разрушаются в результате запаса кинетической энергии, приобретенной средой при расширении газообразных продуктов взрыва. Разрушения под действием волн напряжений в этих породах незначительны. Последовательность разрушения грунтового мас­ сива показана на рис. 97 и характеризуется следующим. При взрыве вокруг заряда образуется шаровая полость (рис. 97), заполненная газами взрыва, которая в дальнейшем приобретает асимметриче­ скую грушевидную форму с большой осью, направленной по линии наименьшего сопротивления. Изменение формы полости объясняется различной сопротивляемостью перемещению участков массива. В ниж­ ней части полости расширение быстро прекращается, в то время как размеры верхней части полости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. В момент, близ­ кий к концу взрыва, оболочка прорывается в верхней части полости, и дальнейшее движение породы происходит в результате свободного полета отдельных частиц. В процессе падения породы формируется открытая воронка. У краев воронки образуется гребень из разру­ шенной породы. Часть ее сползает вниз, придавая воронке угол естественного откоса и уменьшая ее объем.

Крепкие монолитные массивы. При рассмотрении процесса пред­ полагается, что скорость детонации ВВ значительно выше скорости деформации породы. Поэтому поверхность породы воспринимает действие взрыва одновременно по всей площади соприкосновения заряда с последней.

183

Вблизи заряда породы быстро сжимаются и смещаются вслед за фронтом волны деформации. В результате этого образуется зона сильно деформированной породы (рис. 98) с системой многочисленных пересекающихся трещин, полностью изменяющих ее структуру. В этой зоне порода находится в состоянии неравномерного всесто­ роннего сжатия.

По мере удаления от заряда напряжения в волне сжатия быстро

ний среды изменяется.

обеспечивают появление радиальных трещин (рис. 99). Кроме того, порода под действием высокого давления деформируется и радиусы г 4 и г2 условно выделенных вокруг заряда сфер увеличатся, в резуль­ тате чего порода в радиальных направлениях будет испытывать растягивающие напряжения, которые и обеспечивают развитие радиальных трещин.

При дальнейшем удалении волны деформации от заряда растя­ гивающие тангенциальные напряжения уменьшаются и становятся меньше величины сопротивления породы разрыву. Далее разруше­

184