Файл: Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах.pdf

Образование котла в скважине производится взрыванием прострелочного заряда, величина которого определяется по фор­ муле

В качестве ВВ применяются игданит, гранулит и зерногранулит. Взрывание можно производить электрическим способом или с помощью ДШ. Все котловые заряды взрываются одновремен­ но после образования оконтуривающей щели. Бурение скважин, создание котлов и заряжание их производится до проведения оконтуривающей выработки в кровле уступа.

При разработке грунтов плавучими земснарядами ослабле­ ние основания уступа производится по иным схемам. Известно, что основные прочностные характеристики грунта — угол внут­ реннего трения и сцепление — в значительной степени зависят от влажности грунта. Исследования показывают, что угол внутрен­ него трения с увеличением влажности от 6% до полного водонасыщения уменьшается в 1,4—1,7 раза, а сцепление — в 3— 7 раз [60].

Принудительное обрушение при разработке уступов плавучи­ ми земснарядами производится в случае наличия в нижней час­ ти тяжелых глинистых грунтов, обладающих упруго-пластично­ вязкими свойствами, пространственная решетка которых образо­ вана в основном под действием ван-дер-ваальсовых молекулярных сил сцепления. Все механические свойства таких структур и их тиксотропия объясняются тем, что частицы глины по участ­ кам контакта всегда разделены остаточными тонкими прослой­ ками водной среды, через которые действуют ван-дер-ваальсовы силы молекулярного притяжения, в большей или меньшей степе­ ни ослабленные расстоянием. С увеличением толщины прослоек воды, т. е. при увеличении влажности грунта, прочность структуры падает, так как увеличивается расстояние, на котором действу­ ют молекулярные силы сцепления.

Остаточные прослойки водной среды в контактах частиц гли­ ны, играющие роль смазочных слоев, определяют также относи­ тельную подвижность отдельных элементов структуры, т. е. ее пластичность и ползучесть, даже при самых малых напряжениях сдвига.

В упруго-хрупких телах развитие остаточных деформаций не

181

женный предел текучести. При достаточно малых напряжениях сдвига имеет место медленное течение ползучести с постоянной и предельно большой вязкостью. При таком течении структура разрушается настолько медленно, что успевает вновь восстанав­ ливаться, и равновесная степень разрушения весьма мала. По­ вышение напряжения приводит при переходе через предел теку­ чести к резкому падению вязкости в результате лавинного раз­ рушения структуры. Пластичные твердообразные тела легко принимают любую форму при напряжениях выше предела теку­ чести и сохраняют форму при напряжениях меньших предела текучести.

Находясь длительное время в подводном состоянии, грунты, залегающие в подошве уступа, разрабатываемого плавучими земснарядами, при взрыве испытывают напряжения, превышаю­ щие предел текучести, и, теряя свою структурную прочность, вы­ давливаются в воду, что предопределяет возможность обрушения верхних слоев уступа и их разрыхление при обрушении.

Учитывая изложенное выше, вес заряда для создания ослаб­ ления в основании уступа, разрабатываемого земснарядом, рас­ считывают по величине радиуса, на котором напряжения, возни­ кающие от взрыва заряда, превышают структурную прочность грунта.

Определять величину заряда на выброс призмы грунта в по­ дошве уступа, находящегося под 12—15-метровым слоем воды, представляется невозможным ввиду большого веса заряда, так как в этом случае необходимо учитывать сопротивление воды, которая при взрыве будет вести себя как упругое твердое тело, в результате длительного периода релаксации.

Взрывное обрушение при разработке грунтов гидромеханизи­ рованным способом производится обычно по двум технологиче­ ским схемам: ослабление основания уступа взрывом котловых зарядов, расположенных в подошве уступа (рис. 63, а), и ослаб­ ление основания уступа взрывом горизонтального цилиндриче­ ского заряда, расположенного в кровле уступа (рис. 63, б).

По первой схеме при диаметре скважины более 300 мм заряд ВВ размещается непосредственно в забое скважины. При диа­ метре менее 300 мм скважина простреливается для образования котла объемом, достаточным для размещения необходимого ко­ личества ВВ. При обводнении скважин за счет фильтрации воды из котлована землесоса необходимо применять водоустойчивые ВВ типа аммонита № 6 ЖВ, зерногранулита 30/70 и алюмотола. В сухих скважинах предусматривается использование ВВ типа зерногранулитов 79/21, игданитов и гранулитов.

В качестве средств взрывания можно применять электродето­ наторы в ДШ. Предпочтение отдается бескапсюльному взрыва­ нию, особенно при обводненных скважинах. Котловые заряды взрываются одновременно после образования оконтуривающей щели.

182

Обрушение уступа взрывом котловых зарядов, расположен' ных в его основании, не рекомендуется при наличии в уступе прослойков обводненных песков. В этом случае происходит оплывание и засыпка скважины, что затрудняет ее заряжание или не позволяет его производить.

Вес заряда при обрушении уступов, разрабатываемых плаву­ чими земснарядами, рассчитывается по величине радиуса, на ко-

Рис. 63. Схема рыхления грунтов обрушением уступа, разрабатываемого зем­ снарядом, взрывом котловых зарядов (а) и горизонтального заряда в кровле уступа (б).

тором напряжения, возникающие от взрыва заряда, превышают структурную прочность грунта.

Изучение параметров взрывных волн в связных грунтах по­ зволило получить закон затухания напряжений с расстоянием в виде выражения

а К г (IV. 15)

Здесь /Сир, — эмпирические коэффициенты, зависящие от плот­ ности и влажности грунта и симметрии заряда; г — приведенное

(IV.16) относительно г3, получим в общем виде зависимость ра­ диуса заряда, необходимого для разрушения грунта, от величи­ ны его структурной прочности:

183

Значения коэффициентов К и р, определяющих степень зату­ хания напряжений в грунтах, зависят от соотношения т] и сим­ метрии заряда. Соотношение г| является комплексным показате­ лем, который объединяет в себе сведения о фазовом составе грунта и одновременно характеризует величину связей между минеральными частицами. Этот наиболее достоверный критерий сопротивляемости грунтов динамическим воздействиям опреде­

ляется из выражения

Аппроксимация экспериментальных данных дает следующие аналитические выражения для коэффициентов К и р при взрыве

При взрыве зарядов тротила с осевой симметрией (удлиненные цилиндрические) экспериментальные данные аппроксимируются выражениями

рис. 64. Кривые построены для значений ri = 1,37ч-1,55, посколь­ ку этот диапазон практически включает в себя все связные грун­ ты, требующие разрыхления при разработке плавучими земсна­ рядами.

Величина показателя структурной прочности грунта а3 опре­ деляется по существующим методикам. Практически структур­ ная прочность грунта, требующего разрыхления при разработке плавучими земснарядами, находится в диапазоне 0,5<os< <2,5 дан/см2.

Вес любого котлового заряда может быть рассчитан по фор­ муле

(IV.23)

184

Вес заряда для обращения уступа, разрабатываемого плаву­ чими землесосами, определяется при подстановке значения г3 из

(IV. 14) в (IV.23) и замене R на IVn:

Так как значения экспериментальных коэффициентов определе­ ны при взрыве зарядов тротила, то формула (IV.24) примет вид

Обрушение взрывом горизонтального цилиндрического заря­ да по второй схеме особенно эффективно при наличии в основа­ нии уступа глин или тяжелых суглинков, которые под действием динамических нагрузок пластически формоизменяются и пред­ определяют обрушение уступов. Траншея для размещения удли­ ненного заряда проводится экскаватором типа Э-302 или Э-10011 в зависимости от глубины заложения заряда. В качестве ВВ при­ меняется зерногранулит 79/21, гранулит или игданит, который может быть изготовлен на месте смешиванием 94% аммиачной селитры и 6% дизельного топлива. Взрывание траншейного за­ ряда производится после проведения оконтуривающей щели. В случае создания последней взрывным способом взрывание траншейного заряда происходит с замедлением по отношению к взрыву зарядов, образующих оконтуривающую щель.

Обрушение уступа взрывом траншейного заряда, располо­ женного в его кровле, не рекомендуется в начале разработки карьера, когда не представляется возможным отвести землесос и напорный трубопровод на безопасное расстояние от разлета грунта, выбрасываемого при взрыве траншейного заряда.

Вес удлиненного горизонтального заряда для обрушения уступа, разрабатываемого плавучим земснарядом, определяется

185