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

ний, производимых прямым действием волны сжатия, не наблю­ дается, и происходят только колебательные смещения частиц породы.

После быстрого снижения давления газов в центре взр : ва сильно сжатая порода смещается в сторону центра заряда и услов­ ный радиус выделенной сферы уменьшается до г3. В результате этого в породе появляются кольцевые (откальные) трещины.

При взрыве заряда вблизи обнаженной поверхности волна напря­ жений 3 у ее границы вызывает смещение частиц среды, не имеющих преграды, в сторону свободной поверхности, вовлекая в этот про­ цесс все более отдаленные от поверхности участки породы. По мас­ сиву, таким образом, начинает распространяться отраженная волна растяжения 4, напряжения в которой по знаку противоположны напряжениям прямой волны.

I

Волна растяжения представляет отраженную от обнаженной поверхности волну сжатия и распространяется так, как если бы она была образована от взрыва мнимого заряда 2 (рис. 100), величина которого одинакова с действительно взорвавшимся зарядом 1, а рас­ положен мнимый заряд снаружи на расстоянии от обнаженной поверхности, равном л. н. с. взорванного заряда.

Поскольку порода обладает в 10—30 раз меньшим сопротивлением растягивающим нагрузкам по сравнению со сжимающими, то у обна­ женной поверхности происходит разрушение массива отраженной волной с образованием трещин и откольной воронки.

При достаточной массе заряда (его энергии) разрушения от поверхности, распространяющиеся в глубь массива, смыкаются с разрушениями, происшедшими вокруг заряда, и происходит раз­ рушение всего объема породы внутри воронки.

Трещиноватые массивы разрушаются под воздействием газов взрыва и волн напряжений, а разрушения распространяются как от зарядной камеры, так и от обнаженных поверхностей навстречу

185

друг другу. Под действием высокого динамического давления газов в месте зарядной камеры образуется полость, вокруг которой распо­ ложена зона разрушений породы.

Сквозные трещины в массиве являются поверхностями раздела, которые препятствуют распространению волн напряжений и раз­ рушений за пределами зоны, ограниченной этими трещинами. Про­ цесс отражения волн напряжений зависит от размеров трещины и характера ее заполнения. Порода за пределами этой зоны разру­ шается в основном под действием механического удара разрушенной вокруг заряда породы. Поэтому в массиве породы создается несколько очагов разрушения под действием прямых и отраженных волн.

Разрушаемый взрывом массив горных пород на карьерах, как правило, разбит системой трещин, интенсивность которых опре­ деляется генетическими и тектоническими особенностями данного

массива, а также предшествующими методами взрывания. Так, при взрывании вертикальных скважин большего диаметра при боль­ ших л. н. с. увеличенной глубиной перебура разрушение массива, подлежащего последующему взрыванию, будет более интенсивным по сравнению с взрыванием наклонных скважин меньшего диа­ метра (рис. 101).

Трещины оказывают экранирующее действие на распростране­ ние энергии взрыва, уменьшают разрушение отдельностей, распо­ ложенных на некотором расстоянии вокруг заряда.

Чем больше размер взрываемого массива, тем более неравно­ мерным оказывается распределение энергии по массиву от взрыва, тем большее количество отдельностей разрушается от их механи­ ческого взаимодействия.

Во взрываемом трещиноватом массиве можно выделить две характерные зоны (рис. 102). В непосредственной близости от заряда все отдельности разрушаются на значительное число кусков от действия волн напряжений и давления газов взрыва. Изменяя параметры заряда, можно направленно изменить крупность дробле­ ния в этой зоне. Размеры зоны 1 увеличиваются с увеличением диаметра заряда дискретно, т. е. на одну, две, три разрушаемые

186

отдельности. Эту зону принято называть зоной р е г у л и р у е ­ м о г о дробления.

За пределами зоны регулируемого дробления разрушение отдель­ ностей, слагающих остальной объем взрываемого массива, происхо­ дит в результате динамического воздействия на него расширя­ ющегося объема породы зоны регулируемого дробления. Разрушение отдельностей в этой зоне 2 носит вероятностный характер: отдель­ ность может разрушиться на небольшое число частей (две-три) в результате динамического удара прилегающих участков породы. При наличии в отдельности дефектов или неоднородностей, ослабля­ ющих ее в отдельных сечениях, вероятность разрушения увеличи­

нято называть зоной п р а к ­

ти ч е с к и н е р е г у л и ­

ру е м о г о дробления. За­ дача методов регулирования состоит в том, чтобы тем или иным способом увеличить объем зоны регулируемого

дробления и уменьшить или Рис. 103. Схема дробления составных об­

зоны практически нерегулируемого дробления можно установить взры­ вом составных образцов (рис. 103). При таком взрыве отдельности, прилегающие к заряду, интенсивно измельчаются, а внешние отбра­ сываются на некоторое расстояние. При этом, если во внешних отдельностях имелись дефекты, то они могут разрушаться.

§ 53. Разрушение пород при серийном взрывании

Взрывы одиночных зарядов на карьерах применяются довольно редко. Поэтому важно знать особенности взаимодействия несколь­ ких зарядов, взрываемых одновременно.

Изучение механизма взаимодействия между зарядами на опти­ чески активных и прозрачных моделях при скоростной киносъемке процесса развития взрыва показывает, что до момента встречи среда вокруг каждого заряда ведет себя так, как будто произошел взрыв

по линии, соединяющей заряды, ив направлении л. н. с., что хорошо видно при опытных взрывах на стеклянных образцах (рис. 104, б).

187

На рис. 104, а показаны опытные взрывы в прозрачном оптически активном материале. Развивающиеся при взрыве напряжения по

а

Рис. 104. Кинограммы взаимодействия соседних зарядов при их одновременном взрывании

цветовым (затемненным на кинограмме) полосам фиксировали с по­ мощью скоростной киносъемки установкой СФР. Затемненные

188

области в стеклянных моделях на рис. 104, б — зоны более интен­ сивного дробления.

При встрече волн напряжений от соседних зарядов напряженное состояние среды меняется. На линии, соединяющей соседние заряды, действуют увеличенные по сравнению с одиночным взрыванием напряжения, что вызывает усиленное действие взрыва с образова­ нием трещины по линии скважин без интенсивного дробления. Это особенно проявляется при небольшом коэффициенте сближения скважин (0,6—0,8).

В определенных объемах породы, расположенных между сква­ жинами в глубине взрываемого массива, имеются зоны, где про­ исходит взаимная компенсация напряжений, появляющихся в мас­ сиве от соседних зарядов, и общее ослабление напряженного состоя­ ния по сравнению с одиночным взрыванием. В этих зонах порода подвергается наименьшему дроблению. Минимальный объем этих

взрывание серий или отдельных зарядов с интервалами в тысячные доли секунды. Иногда этот метод называют миллисекундным.

Короткозамедленное взрывание (к. з. в.) впервые было приме­ нено в 1934—1935 гг. инж. К. А. Берлиным при проходке ствола для получения конусообразного навала породы. В дальнейшем короткозамедленное взрывание стали широко применять с целью снижения сейсмического воздействия взрыва на окружающие выра­ ботки и сооружения, а затем и для улучшения дробления горных пород (с 1945 г. — в США, с 1949 г. — в Англии). На карьерах СССР

этот метод начали внедрять с 1951 г.

Основными факторами, определяющими эффективность к. з. в., являются интервал замедления и последовательность разрушения массива. Эти параматры различны в зависимости от свойств пород, схемы расположения зарядов, задачи взрыва (дробление, переме­ щение породы и т. д.).

При короткозамедленном взрывании происходит взаимодействие взрывов зарядов смежных серий.

Получаемый при короткозамедленном взрывании эффект опре­ деляется следующими факторами: интерференцией волн напряжений, распространяющихся в массиве от взрыва соседних зарядов; обра­ зованием дополнительных обнаженных поверхностей для зарядов,

При малых интервалах происходит интерференция волн напря­ жений, при средних — образование дополнительных обнаженных поверхностей, при больших — соударение кусков. Таким образом, все перечисленные факторы следует рассматривать как составные элементы единого процесса взаимодействия зарядов при к. з. в.

189

случае, когда направления смещения частиц от действия волн напря­ жений предыдущего и последующего взрывов совпали (рис. 105). При этом увеличиваются суммарные смещения, напряжения и раз­ рушение массива пород.

Волна напряжений 1, распространяющаяся от заряда Qt, распро­ страняется до обнаженной поверхности, от которой отражается, образуя волну растяжения 2, производит разрушение и распростра­ няется в глубь массива в виде волны растяжения. В тот момент времени, когда волна достигает места расположения заряда Q2, последний должен быть взорван. При этом волна растяжения от

заряда Qi облегчает отрыв породы взрывом заряда Q2.

При отражении волны от об­ наженной поверхности она рас­ пространяется так, как будто была образована мнимым зарядом Q[, расположенным над обнаженной поверхностью на расстоянии W .

Длительность упругих колеба­ ний в массиве породы после взрыва в зоне разрушения не превышает 4—6 мс, в то время как применяе­ мые на практике интервалы замед­ лений, обеспечивающие улучшение

дробления породы, составляют 20—70 мс. При трещиноватых по­ родах на определенных расстояниях от заряда амплитуда волн резко снижается, и их роль в дроблении оказывается несущественной.

Использование волнового эффекта взаимодействия зарядов тре­ бует очень точного подбора интервала, а поскольку скорость волн напряжений, интенсивность трещиноватости и расстояния между зарядами меняются от скважины к скважине, то использовать этот эффект в реальных условиях проведения взрывных работ зат­ руднительно до тех пор, пока не будут созданы средства, обеспе­ чивающие взрыв заряда в момент прохождения через него волны напряжений от взрыва соседнего заряда.

Дополнительные обнаженные поверхности обеспечивают образо­ вание в массиве отраженных волн растяжения, увеличивающих эффект разрушения, ослабляют массив и облегчают его окончатель­ ное разрушение давлением газов взрыва. В сторону обнаженных поверхностей происходит сдвижение породы при ее разрушении.

С увеличением числа обнаженных поверхностей от одной до трех (/—III) около взрываемого заряда объем разрушения увели­ чивается примерно пропорционально их числу (рис. 106), так как взрыв с точки зрения разрушения происходит в более благоприятных условиях.

190