Учёт динамических воздействий взрывных работ при определении оптимальных параметров очистных выработок и целиков

Большое количество одновременно взрываемых взрывчатых веществ (ВВ) (в ряде случаев до нескольких сотен тонн) при ведении горных работ системами с массовым обрушением приводит к необходимости учитывать динамические воздействия взрывов на устойчивость выработок и целиков.

В породах после взрыва имеет место волновое движение среды, характеризующееся изменяющимися во времени и в пространстве напряжениями и деформациями, скоростями перемещения частиц породного массива, скоростями распространения деформаций. При этом каждая точка среды, по мере прохождения волны напряжений, последовательно будет оказываться в различных напряженных состояниях. В зависимости от удаления точки от центра заряда, мощности взрыва, а также деформационно-прочностных характеристик массива пород наблюдаемые напряжения, перемещения, деформации и другие параметры могут иметь различные значения и зачастую превосходить пределы прочности пород. Вследствие этого в окружающем массиве будут развиваться области разрушения.

Если волны деформаций или напряжений достигают границы каких-либо сред, то в общем случае возникают две отраженные—продольная и поперечная—и две преломленные (тоже продольная и поперечная) волны.

Особое значение для практики имеет случай нормального падения на границу раздела плоской продольной волны, при котором возникают лишь продольные отраженные и преломленные волны, амплитуды которых зависят от акустической жесткости сред.

В различных породных массивах могут быть различные соотношения акустических жесткостей контактирующих сред. Особенно опасен случай, когда породы контактируют с атмосферой, т. е. имеются поверхности обнажения пород в выработках. В этом случае при падении волны сжатия отраженная волна представляет собой волну растяжения.

С процессом отражения волн напряжений от поверхности обнажения в выработках обычно и связывают явления трещинообразования, отколов, вывалов и других видов потери устойчивости выработок, обусловленных воздействием взрывных работ. При этом необходимо отметить, что единых представлений о механизме разрушения реальных материалов под воздействием падающих и отраженных волн при взрывах ВВ пока нет. Поэтому большинство методов учета влияния взрывных работ представляют собой эмпирические подходы, которые базируются исключительно на результатах натурных наблюдений и экспериментов.

В частности, в начале 50-х годов, когда были зафиксированы первые массовые случаи разрушения горных выработок при взрывных работах вследствие применения отбойки глубокими скважинами, был предложен метод оценки устойчивости междукамерных целиков, исходя из значений линии наименьшего сопротивления и диаметра заряда. Условия устойчивости при этом имеют вид неравенства

b³ 3w;(16.39)

b³ 100 d_з

где b — устойчивая ширина целика; w — линия наименьшего сопротивления; d_з — диаметр заряда.

Однако в этих зависимостях совершенно не учтены деформационно-прочностные характеристики пород, а также масса заряда и тип ВВ.

Эти недостатки устранены в методе оценки сейсмоустойчивой ширины целиков, предложенном профессором А. Н. Ханукаевым. При этом учет влияния взрывных воздействий основан на определении так называемых критических значений приведенной массы заряда Q(или обратной ее величины—приведенного расстояния R):

Для определения устойчивой ширины целика по экспериментальным данным устанавливают эмпирическую зависимость между радиальными напряжениями и приведенным расстоянием R, а затем возможные радиальные напряжения сравнивают с пределом прочности пород на растяжение.

Таким путем определяют то критическое значение R, которое соответствует пределу прочности пород на растяжение, и исходя из этого значения устанавливают параметры целиков так, чтобы в них исключалось возникновение опасных разрушающих напряжений. Если же изменить размеры целиков невозможно или нецелесообразно, то необходимо уменьшать массу одновременно взрываемого заряда. Весьма эффективно при этом применение короткозамедленного взрывания.

Однако и этот метод не дает возможности учесть в полной мере как свойства пород, так и особенности их разрушения при взрывных воздействиях.

Дальнейшим развитием подобных эмпирических подходов следует считать методы оценки устойчивости краевых зон выработок и целиков исходя из радиуса безопасного сейсмического воздействия взрыва.

На рис 16.10 представлены экспериментальные зависимости размеров сейсмобезопасных целиков от массы заряда ВВ, взрываемого одновременно для условий различных рудников.

Максимальные радиусы сейсмического воздействия соответствуют слоистым породам с широким развитием глинистых прослойков, высокотрещиноватым и рассланцованным породам. Минимальные значения свойственны относительно монолитным рудам с расстоянием

Рис. 16.15 Зависимости размеров сейсмобезопасных целиков от массы заряда ВВ для различных рудников.

Дата добавления: 2015-09-01