CC BY
82
© Н.К. Вершинин, И.Н Кокунько, 2006
УДК 622.235
Н.К. Вершинин, И.Н. Кокунько
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗАРЯДА НА НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
Семинар №3
~И~Г рактика буровзрывных работ и
И. теоретические исследования показывают, что качество дробления горных пород и технико-экономические показатели в значительной степени зависят от применяемых конструкций зарядов. Эффективность применения той или иной конструкции заряда обуславливается горно-геологическими условиями и технологическими требованиями к качеству разрушения горной массы.
По конструкции заряды применяемые в настоящее время
• сплошные заряды применяемые в обводненных породах, породах повышенной крепости, где требуется высокий удельный расход ВВ
• заряды рассредоточенные инертными материалами или воздушными промежутками.
Существенное влияние на степень дробления оказывает конструкция заряда. Рассредоточение заряда всегда приводит к улучшению дробления по сравнению со сплошным зарядом из-за увеличения зоны регулируемого дробления.
В качестве материала для рассредоточения используется забойка или воздушные промежутки. Создание в скважине воздушных промежутков существенно изменяет характер действия взрыва в породе. После взрыва заряда без воздушных промежутков происходит переизмельче-ние породы вблизи заряда вследствие высокого давления газообразных продуктов взрыва в зарядной камере. Создавая в за-
ряде воздушные промежутки можно значительно снизить пиковое давление взрыва и тем самым сократить переизмельче-ние породы около заряда, увеличить время активного воздействия взрыва на среду за счет того, что газы верхнего заряда запирают газообразные продукты взрыва нижнего заряда.
В результате такого изменения параметров взрывного импульса (уменьшения давления и увеличения времени действия взрыва). Доля энергии, идущей на местное переизмельчение, уменьшается, повышается коэффициент использования энергии на дробление в дальней зоне. Применение заряда с воздушным промежутком почти во всех случаях приводит к более равномерному дроблению горной массы.
При контурном взрывании применяются заряды специальной конструкции, уменьшающие действие взрыва вглубь массива. Заряд представляет собой деревянный полуцилиндр, на котором расположены рассредоточено или непрерывно полуцилиндры ВВ. Стенки деревянного полуцилиндра заряда примыкают к массиву, в результате чего заряд не имеет непосредственного контакта с внешним контуром породы. Также применяют заряды с большим (15-20 мм) радиальным зазором между патроном ВВ и стенкой шпура [1].
Разработаны конструкции зарядов направленного трещинообразования, где заряд помещался между двумя стальными полуцилиндрами [2].
Исследования на моделях подтверждают [3] эффективность работы предложенной
конструкции заряда. Размеры зоны трещи-нообразования при размещении заряда ВВ в пластичной оболочке (из свинцово-
оловянных сплавов), препятствующих проникновению продуктов детонации в трещины уменьшались на 20-30 % из-за условий трансформации волны напряжений и потерями энергии в пластичной оболочке. Если в пластичной оболочке оставить узкую щель, то после взрыва напротив щели образуется трещина, длина которой в несколько раз превышает радиус зоны трещинообразова-ния заряда без оболочки. Повышение эффективности взрыва зарядов в пластичных оболочках связано с уменьшением количества проникающих в среду продуктов детонации. Пластичная оболочка расположенная под зарядом ВВ изменяет характер движения продуктов детонации и частиц среды. Размещением оболочки вокруг заряда и изменением его формы можно добиться регулирования параметров трещин.
Проводились модельные исследования по определению степени влияния квазиста-тического действия взрыва на интенсивность производимых разрушений. Между зарядом и разрушенным материалом размещали стальную оболочку, которая препятствует росту камуфлетной полости, что уменьшает деформации изгиба и ограничивает поршневое действие продуктов детонации. Толщина стальной стенки между зарядом и материалом модели составляла 2,7 мм. Сравнение интенсивности разрушения материала моделей с оболочкой и без нее показало что при наличии стальной оболочки между зарядом ВВ и материалом модели трещины более равномерно развиваются во всех направлениях. Интенсивность дробления модели при наличии стальной оболочки существенно хуже, чем без нее.
При ведении взрывных работ в настоящее время в большинстве случаев применяется прямое инициирование, когда патрон-боевик находится последним от забоя. При инициации взрыва ударная волна идет вслед за детонационной волной от патрона-боевика до забоя шпура. При этом образу-
ются зоны воздействия на массив. На расстоянии 2 радиусов заряда -зона переиз-мельчения, далее до 50-60 радиусов заряда -зона разрушения (радиальные, тангенциальные трещины), после идет зона трещинова-ности, которая не приводит к разрушению массива, а к его ослаблению. Если рассматривать разрушаемую часть породы, т.е. внутреннюю то дробление массива будет сравнительно равномерным, если же взять законтурную зону (за пределами контура выработки и перед зарядом), то на расстоянии 30-60 радиусов одиночного заряда и более будут образовываться трещины ослабляющие массив и влияющие на последующее обуривание забоя.
Применение контурного взрывания частично снижает трещинообразование в законтурном массиве. Особенно это влияние сказывается при наличие воздушного зазора между патроном и стенкой шпура, т.к. дробящие свойства ВВ (бризантность) уменьшаются воздушным зазором. Однако
уменьшение трещинообразования идет в направлении перпендикулярном расположению шпуров.
Для уменьшения трещинообразования в плоскости будущего забоя желательно изменить направление движения ударной волны. Для этого применялись различные по своей конфигурации вставки из дерева, оргалита и других материалов плотностью сравнимой с плотностью ВВ, а так как отражение энергии идет на границе сред с различными плотностными и акустическими свойствами, то чем больше разница в этих параметрах тем больше энергии будет отражаться.
Согласно уравнению характеризующему коэффициент отражения энергии при переходе из одной среды в другую
(,
Кэ =
у
V у
где 71 и 72 удельное волновое сопротивление сред
X = ру
где р - плотность среды, кг/м3; V - скорость распространения упругой (ударной волны).
Так как скорость прохождения ударной волны по ВВ сопоставима со скоростью распространения в прилегающем к шпуру массиве, то в большей степени коэффициент отражения будет зависеть от разности плотностей сред.
Если в качестве второй среды применить металл, а первой средой считать взрывчатое вещество то Кэ будет равняться для наиболее распространенных ВВ: скального аммонала №3, аммонита 6ЖВ, аммонита Т-19 -коэффициент отражения энергии будет равен 0,6. Таким образом 60 % энергии возвратится в разрушаемую среду. Варьируя размерами и формой отражателей энергии можно направлять энергию разрушения.
Если же принять отражающий экран из дерева или оргалита, т.е. плотностями близкими к плотности ВВ, то отразится не более 5-10 % энергии. Для ударной волны данная среда будет акустически прозрачна и из-за этого ударная волна будет распространяться вглубь массива нарушая его трещинами. Если применить вместо стали свинец то коэффициент отражения будет гораздо больший, т.к. плотность свинца в 1,5 раза больше стали.
Конструктивно отражатели могут быть стальными дисками диаметром равным диаметру патрона. Это облегчает его установку в шпуре. Толщина отражателя выбирается по прочностным параметрам противодействия ударной волне.
В случае необходимости тщательной проработки массива породы со слоями
1. Справочник взрывника / Б.Н. Кутузов, В.М. Скоробогатов, И.Е. Ерофеев и др.; Под общей ред. Б.Н. Кутузова - М.: Недра, 1988.
2. Кутузов Б.Н. Взрывные работы. - М., Не-
дра, 1974.
разной крепости можно устанавливать отражатели энергии в виде шайб, располагаемых за зоной контакта пород разных механических свойств. Диаметр внутреннего отверстия шайбы принимается равным критическому диаметру применяемого ВВ.
Изменяя направление отраженной энергии внутрь разрушаемого массива увеличивается концентрация энергии в зоне разрушения. В результате происходит вторичное измельчение породы, что приводит к уменьшению крупности разрушенной горной массы. Так как основная часть энергии отразится в массив, остаточная энергия приводит к меньшим нарушениям законтурного массива, что облегчает бурение шпуров, а также улучшает работу взрыва из-за улучшения сплошности среды.
Проведенные натурные испытания конструкций зарядов с использованием в донной части шпура отражающего экрана в виде металлического диска показали улучшенное дробление массива, уменьшение трещинообразования в нижней части шпурового заряда, практически ровную плоскость забоя. Применение отражательных экранов не приводит к увеличению трудоемкости работ по заряжанию, но уменьшает трудозатраты на уборку породы.
Данная конструкция рекомендуется к применению при взрывных работах при проходке горизонтальных, наклонных, вертикальных выработок в крепких и средней крепости породах малой трещиноватости.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Повышение эффективности действия взрыва в твердой среде / В.М. Комир, В.М. Кузнецов, В.В. Воробьев, В.Н. Чебенко. - М.: Недра, 1988.
— Коротко об авторах ------------------------
Вершинин Н.К, Кокунько И.Н. - ШИ(ф) ЮРГТУ (НПИ).
