Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ опыта организации БВР при комбинированной геотехнологии мощных рудных месторождений 12
1.1. Современные тенденции в проектировании БВР при выемке запасов руды открытым способом 12
1.2. Существующая технология БВР при подземной разработке рудных месторождений 20
1.3. Особенности технологии БВР при выемке запасов в прикарьерной зоне, влияющие на экологию 28
1.4. Цель и задачи исследований 34
2. Исследования основных факторов, влияющих на эффективность взрывной подготовки пород при переходе с открытого на подземный способ разработки месторождений 36
2.1. Оценка изменения физико-механических свойств пород с глубиной карьера 36
2.2. Влияние горного давления на напряженно-деформированное состояние массива пород, окружающих карьер 45
2.3. Технологические ограничения, негативно влияющие на эффективность взрывной подготовки горных пород при подходе карьера к предельной глубине 50
2.4. Исследования влияния горного давления на эффективность взрывного разрушения горных пород на предельной глубине карьера 56
2.4.1. Выбор метода моделирования 56
2.4.2. Методика проведения лабораторных взрывов 61
2.4.3. Характер изменения гранулометрического состава материала моделей под влиянием горного давления при подходе открытых горных работ к предельной глубине карьера 63
2.4.4. Разработка математической модели по оценке влияния горного давления на разрушение пород при взрыве одного сосредоточенного заряда 66
2.4.5. Исследования изменения сдвиговой прочности и пластических свойств горных пород под влиянием горного давления 71
2.4.6. Разработка математической модели влияния глубины карьера на напряженно-деформированное состояние (НДС) массива горных пород 73
2.4.7. Рекомендации по расчету удельного расхода ВВ с учетом подхода горных работ к предельной глубине карьера 78
2.5. Выводы 82
3. Исследования параметров БВР при подземной скважин ной отбойке запасов руды в переходной зоне 85
3.1. Оценка и выбор основных параметров БВР при выемке запасов руды в переходной зоне 85
3.1.1. Анализ горно-геологических особенностей разработки мощного крутозалегающего месторождения, выбранного в качестве объекта исследований 87
3.1.2. Технологические особенности разработки месторождения 89
3.2. Определение параметров БВР, обеспечивающих эффективное дробление горной породы в прибортовых и подкарьерных зонах 90
3.2.1. Пространственное расположение скважин и схемы отбойки 90
3.2.2. Обоснование оптимальной длины скважинных зарядов при веерной отбойке руды 98
3.2.3. Определение величины интервалов замедлений между веерами 102
3.2.4. Об основание оптимальной величины удельного расхода ВВ 105
3.2.Влияние сетки расположения скважин и схем отбойки на выход негабарита 110
3.3.1. Оценка гранулометрического состава взорванной горной массы 110
3.3.2 Выход негабарита при различных схемах взрывания 112
3.4. Выводы по главе 116
4. Геоэкологические аспекты сейсмического влияния взрывов на сохранение устойчивости земной поверхности, горных выработок и целиков 117
4.1. Методика исследования сейсмического воздействия взрыва 117
4.1.1. Описание применяемой измерительной аппаратуры 117
4.1.2. Проверка аппаратуры в лабораторных условиях 119
4.1.3. Анализ и обработка сейсмограмм 124
4.1.4. Методика измерения сейсмических колебаний в промышленных условиях 126
4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований 128
4.2.1. Определение величины скорости сейсмоколебаний при производстве массовых взрывов 128
4.2.2. Определение степени влияния сейсмического действия взрыва на искусственный массив (целики) 138
4.3. Выводы 152
5. Геоэкологические мероприятия по снижению сейсмического действия взрыва на устойчивость бортов карьера, подземных горных выработок и искусственных целиков 153
5.1. Эколого-безопасный способ охраны целиков экранированием взрывных волн 155
5.2. Эколого-безопасный способ охраны горных выработок методом управления сейсмическим действием взрыва 164
5.2.1. Порядок отбойки скважин и оптимальные интервалы замедлений 164
5.2.2. Особенности разработки запасов руды в переходной зоне на Майкаинском месторождении 169
5.2.3. Определение основных сейсмически безопасных параметров БВР, влияющих на устойчивость горных выработок и земной поверхности при проведении массовых взрывов 178
5.2.4. Определение экологических безопасных параметров БВР при воздействии подземных взрывов на массив горных пород 186
5.3. Методика расчета сейсмически безопасных параметров взрывных работ с целью охраны горных выработок в переходной зоне 192
5.3.1.Охрана целиков при системе разработки руды с закладкой выработанного пространства в прибортовых и подкарьерных зонах 192
5.3.2, Охрана горных выработок при системе разработки с подэтажными штреками 196
5.4. Выводы 202
Заключение 203
Литература 206
- Существующая технология БВР при подземной разработке рудных месторождений
- Разработка математической модели по оценке влияния горного давления на разрушение пород при взрыве одного сосредоточенного заряда
- Определение величины скорости сейсмоколебаний при производстве массовых взрывов
- Охрана горных выработок при системе разработки с подэтажными штреками
Введение к работе
Актуальность темы. С увеличением глубины разработки рудных месторождений открытым способом до предельно экономически целесообразной величины и необходимостью конверсии технологии добычи на подземный способ усложняются горно-геологические и горнотехнические условия работ, повышается обводненность и трещиноватость геоматериалов, увеличиваются объемы добычи разубоживающих горных пород, уменьшается ширина рабочих площадок уступов карьера, растет влияние глубины карьера на сопротивляемость руд взрывному разрушению и т.п.
В этих условиях значительно возрастают требования к технологии буро-взрывных работ, применяемым взрывчатым веществам, сохранности рудо-вмещающих массивов и земной поверхности над ними, горных выработок карьера и подземного рудника при сейсмическом воздействии одновременно взрываемого большого количества взрывчатых веществ в карьере и на руднике.
Регламенты проектирования и производства взрывных работ на карьерах и подземных рудниках недостаточно полно учитывают совместное влияние глубины разработки и физико-механических характеристик массива горных пород на параметры отбойки, что снижает показатели взрывного разрушения и понижает устойчивость рудовмещающего массива, расположенных в нем технологических объектов и земной поверхности.
Поэтому обоснование технологии и параметров взрывной отбойки с учетом их воздействия на окружающую среду при комбинированной отработке рудных месторождений является весьма актуальной научной проблемой.
Цель работы: обоснование и разработка технологии взрывных работ, обеспечивающей устойчивость горных выработок, на основе учета закономерностей изменения взрываемости рудовмещающего массива в условиях сложного напряженного состояния горных пород, создаваемого комбинированной отработкой рудного месторождения.
Основная идея работы заключается в использовании выявленных закономерностей изменения физико-технических свойств рудовмещающего массива пород с увеличением глубины разработки месторождения для обоснования параметров взрывных работ.
Основные защищаемые научные положения:
-
Напряженно-деформированное состояние рудовмещающих пород на глубоких горизонтах карьера приводит к образованию трех зон, отличающихся величиной радиальных компонент напряженного состояния пород и необходимым удельным расходом взрывчатых веществ (ВВ) для обеспечения заданного качества дробления горных пород.
-
В зоне предельной глубины карьера относительный удельный расход ВВ зависит от глубины разработки, относительной вязкости и трещиноватости пород и изменяется от этих факторов по степенному закону, возрастая с увеличением глубины разработки.
-
При совмещении открытых и подземных работ отбойку руды в карьере и на подземном руднике следует производить раздельно с удельным расходом ВВ, не превышающим 1,2 кг/м3, а интервалы замедления между зарядами на открытых и подземных работах не должны превышать 25-35 мс.
-
При массовой подземной отбойке руд интенсивность величины динамических напряжений, возникающих при взрыве, прямо пропорциональна предельно допустимой скорости смещения массива горных пород, коэффициенту ослабления массива и плотности пород в степенной зависимости.
-
Рациональные параметры взрывных работ в зоне перехода горных работ с открытого способа на подземный определяются по деформационному критерию устойчивости массива горных пород обеспечивают минимизацию негативного воздействия горных работ на окружающую среду и улучшают показатели эксплуатации рудных месторождений.
Методы исследований: анализ литературных источников и результатов ранее выполненных исследований, данных практики и патентной информации; научное классифицирование; теоретические обоснования; аналитические расчеты с использованием информационных технологий; экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях; графоаналитические построения и технико-экономический анализ.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обеспечиваются проведением необходимого объема теоретических и экспериментальных исследований; соответствием результатов расчетов данным лабораторных и промышленных экспериментов и практики; выполнением необходимых технологических проработок; апробацией полученных результатов и использованием основных положений работы на производстве.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
-
Выявлена закономерность распределения радиальных напряжений в рудовмещающем массиве с образованием зон, различающихся величиной напряжений и удельным расходом ВВ на взрывную отбойку и позволяющих прогнозировать устойчивость массива.
-
Установлен механизм выведения элементарных породных блоков из зацепления радиальными напряжениями в массиве, зависящими от изменения величины горного давления с глубиной горных работ.
-
Определена закономерность изменения относительной вязкости взрываемых пород, влияющей на сопротивляемость их действию взрыва с ростом горного давления с глубиной горных работ.
-
Выявлен механизм возникновения в массиве остаточных деформаций, ослабляющих массив вплоть до потери устойчивости целиков и искусственных массивов.
-
Экспериментально обоснована гипотеза о возникновении на контуре искусственных целиков сжимающих и растягивающих напряжений, превышающих величину напряжения на фронте взрывной ударной волны и достаточных для разрушения их приконтурной части массива.
-
Уточнено теоретическое положение о разрушении массива с экранированием взрывной волны, что позволяет резко снизить интенсивность сейсмического воздействия взрыва, или при той же интенсивности изменять вес взрываемого заряда ВВ в замедлении.
Научное значение состоит в оптимизации технологии взрывной отбойки руд при комбинированной отработке месторождений полезных ископаемых на основе рационального использования энергетических затрат в переходной зоне с учетом изменения свойств взрываемости рудовмещающего массива, позволяющих повысить эффективность добычи горной массы и улучшить экологическую обстановку в районе горных работ.
Практическое значение диссертации заключается в разработке:
- методов расчета удельного расхода ВВ с учетом изменения глубины горных работ и свойств рудовмещающего массива, обеспечивающих требуемую интенсивность и качество дробления скальных пород и минимизацию сейсмического влияния взрывной отбойки на устойчивость земной поверхности и горных объектов.
- методики расчета оптимальной длины заряда и недозаряда скважин, позволяющей равномерно распределить энергию заряда ВВ в разрушаемом массиве подэтажа.
- рекомендаций по ведению взрывных работ при совмещенной схеме отработки рудных месторождений, обеспечивающие устойчивость подземных горных выработок.
Реализация результатов работы. «Рекомендации по научному обеспечению взрывной отбойки с учетом свойств рудовмещающего массива и глубиной разработки» приняты ФГУП «Гипроцветмет» в качестве основы для проектирования технологии разработки месторождений. Основные положения диссертации используются в учебном процессе в МГГУ, РГГРУ, СКГМИ и МГОУ.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались на научных конференциях «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX - XXI веков» и Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (МГГРУ, 2002-2006 гг.), на научных симпозиумах «Неделя горняка» (МГГУ, 2000-2006 гг.), Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых», Томск, 2005, Уральской горнопромышленной декаде (Екатеринбург, 4-14 апреля 2005 г.), V Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва - Кызыл-Кия, 18-22 сентября, 2006 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 51 научных работ, в т.ч. 1 монография и 30 научных статей, изданных в журналах и изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 225 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 24 таблицы, библиографический список из 189 наименований источников информации.
Существующая технология БВР при подземной разработке рудных месторождений
Перед горнодобывающей промышленностью стоят задачи, направленные на внедрение эффективных способов и систем разработки месторождений, обеспечивающих полное извлечение руды и комплексное извлечение минерального сырья. Отработка мощных рудных залежей у нас в стране и за-рубежом осуществляется открытым, подземным и комбинированным способами с доработкой запасов руды, оставшихся в бортах и под дном карьера. При этом большие требования предъявляются к выбору систем разработки и организации БВР. В настоящее время при подземной разработке рудных месторождений 60% рудников применяют камерные системы разработки с по-дэтажной отбойкой, 30% - с обрушением и 10% - с закладкой выработанного пространства. В связи с этим предъявляются новые требования к взрывным работам.
Одной из основных задач организации БВР является управление действием взрыва с целью обеспечения заданных технологических условий. Эта задача может быть решена только при условии исследования физических процессов, происходящих в горном массиве при взрывах. Добиваясь равномерного и качественного дробления руды, следует учитывать проблему сейсмического воздействия взрыва, оказывающего влияние на сохранение земной поверхности от обрушения, устойчивость горных выработок и искусственных целиков, отрабатываемых системами с твердеющей закладкой. Разработка же рекомендаций по снижению сейсмического эффекта массовых взрывов тесно связана с изучением и совершенствованием всего комплекса параметров буро-взрывных работ.
В работах ученых Ф.А. Баума, Е.Г. Баранова, О.Е. Власова, Г.П. Деми-дюка, М.Ф. Друкованного, Ф.И. Кучерявого, Г.М. Ляхова, СВ. Медведева, Н.В. Мельникова, В.Н. Мосинца, Г.И.Покровского, Б.Н. Родионова, М.А. Садовского, А.Н. Ханукаева, Е.И.Шемякина и других освещены теоретические основы механизма дробления горных пород взрывом и сейсмического воздействия на окружающую среду.
Большинство из этих исследований раскрывает различные стороны взрывного разрушения среды. Однако единого мнения в вопросах изучения действия взрыва, которые бы позволили рассчитывать оптимальные параметры буро-взрывных работ до настоящего времени не существует.
Изучение вопросов действия взрыва многими авторами сводится к изучению действия одиночных зарядов. Например, Покровский Г.И. рассматривает схему действия одиночного заряда в неограниченном массиве.[132] Согласно этой схеме крепкая порода в ближней от заряда зоне раздавливается и смещается на некоторую величину. В этой зоне под действием ударных волн происходят необратимые деформации, которые можно отождествить с пластическими. За пределами зоны смятия крепкая порода ведет себя как упруго-хрупкая среда. Под действием волн напряжений в ней возникают радиальные трещины, расположенные обычно симметрично относительно оси заряда. Несколько сложнее механизмы разрушения среды от одиночного заряда при наличии обнаженной поверхности. В этом случае волны сжатия отражаются от обнаженной поверхности и распространяются в обратном направлении в виде волн растяжения. В результате происходит интерференция волн сжатия и растяжения и возникает сложное поле динамических напряжений.
К моменту начала отражения от свободной поверхности прямых волн сжатия создаются условия для образования вблизи заряда зоны пластических деформаций и радиальных трещин, направленных равномерно во все стороны. Образование зоны смятия вблизи заряда происходит и в очень крепких породах. Например, Ф.А. Баум считает, что «сама кристаллическая структура твердого тела при достаточно больших давлениях может изменяться или даже исчезнуть». В разрушаемом объеме крепкие породы ведут себя подобно упругим телам, т.е. в них до момента разрушения (появления трещин) имеют место упругие деформации, которые подчиняются закону Гука. Е.Г. Баранов отмечает, что в зоне смятия «за счет сжимаемости среды в слое, прилегающем к заряду ВВ, возникает некоторый «запас для растягивания» этого слоя, который позволяет стенкам скважины расширяться некоторое время без разрыва сплошности». Толщина этого слоя при прочих равных условиях зависит от физико-механическах свойств пород (в более прочных породах она меньше, чем в легкосжимаемых) и от ВВ (скачка давления ударной волны и продолжительности воздействия продуктов взрыва на стенки зарядной камеры). А.Н. Ханукаев считает, что радиус зоны пластических деформаций не превышает трех радиусов заряда, а к ней примыкает зона расходящихся радиальных трещин длиной до пяти радиусов заряда. Однако, радиус указанной зоны и длина радиальных трещин зависит также от ряда других факторов (свойств ВВ, диаметра заряда и т.д.).[178-180] Она изменяется в широких пределах, что подтверждается исследованиями многих авторов.
Как видно из вышесказанного, физические процессы, происходящие при разрушении пород взрывом, изучены достаточно глубоко, хотя до сих пор в этом вопросе не существует единого мнения, что, конечно, затрудняет оптимизировать параметры взрывной отбойки с научной точки зрения. Поэтому в вопросах совершенствования параметров буро-взрывных работ исследователи тяготеют больше к экспериментальным работам. В этом плане интерес представляют работы, направленные на изыскание оптимальных коэффициентов сближения для конкретных горно-геологических условий. В указанных работах коэффициенты сближения варьируют в широких пределах и зависят от схем взрывания, сетки скважин, взрываемости пород и т.д. Применение оптимальных коэффициентов сближения, как правило, приводит к снижению выхода негабаритных фракций и увеличению выхода горной массы с 1 п. м скважины. Этим же целям служат и работы по определению оптимального удельного расхода ВВ, линии наименьшего сопротивления, конструкции заряда и режимов инициирования показателей взрывного разрушения и энергонасыщенности массива, также применения скважин уменьшенного диаметра.
Много работ посвящено изысканию рациональных способов отбойки крепких руд при системах разработки с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды. В статье [141], например, рассматриваются вопросы улучшения качества взрывного дробления трещиноватого массива при помощи схемы размещения вееров скважин во встречно-параллельном направлении. Бурение встречных вееров скважин из двух выработок в двух параллельных плоскостях обеспечило более рациональное распределение энергии взрыва в отбиваемом массиве. Рекомендации по повышению эффективности буровзрывных работ при отбойке руды зарядами веерных скважин, обеспечивающих повышение качества дробления, снижение удельного расхода ВВ и сейсмического эффекта взрыва при разработке руд системой подэтажных ортов приводится и в работе [94].
Авторы работы [174] излагают методику определения основных параметров систем разработки с массовым обрушением руды скважинными зарядами. Здесь же приводятся формулы, позволяющие с достаточной для практических целей точностью определить основные параметры, конструктивные и технологические показатели подземной разработки мощных рудных месторождений с массовым обрушением.
С точки зрения совершенствования параметров буро-взрывных работ интерес представляет работа, в которой предлагаются математические зависимости, позволяющие дифференцированно выбирать параметры БВР, что приводит к повышению выхода руды сім скважины и увеличению производительности труда на выпуске, а также к уменьшению выхода негабарита и снижению удельного расхода ВВ на вторичное дробление.
Анализируются параметры скважинной отбойки и в работе [86], где отмечается, что добыча руды осуществляется из подэтажных штреков глубокими скважинами с применением массовых взрывов. Отмечая значительный сейсмический эффект взрывов и, как результат, разубоживание руды боковыми породами, рекомендуется ограничить вес заряда в последней группе взрываемых скважин.
Разработка математической модели по оценке влияния горного давления на разрушение пород при взрыве одного сосредоточенного заряда
С целью теоретической оценки влияния горного давления на увеличение степени разрушения горных пород автором предложена математическая модель действия одиночного заряда. В основу разработанной модели положено упрощающее положение о том, что трещиноватый массив породы в зоне регулируемого дробления под действием значительного горного давления (при глубине Н 200-ЗООм) можно рассматривать как монолитный.
Для определения влияния горного давления на развиваемые при взрыве напряжения в массиве горных пород предположим, что горное давление на глубине Н в первом приближении можно считать гидростатическим и равным pgH. Примем далее, что размер возмущенной взрывом области имеет величину L. Размер полости, в которой происходит взрыв, имеет размер R. Для того чтобы считать величину горного давления практически постоянной в области L , положим — «1 и положим также — «1.
Рассматриваемая далее задача будет близка к описанной в работе [92].
Сущность ее сводится к отысканию полей напряжений и деформаций в среде со сферической полостью размером R , внутри которой действует давление Рь обусловленное продуктами взрыва (давлением расширяющихся газов и соответствует давлению, при котором начинается развитие трещин и вывод структурных блоков и отдельностей из зацепления), давление снаружи полости равно Р2 -pgH горному давлению на глубине Н. Рисунок 2.6 показывает расчетную схему задачи.
Общее условие равновесия сплошной среды имеет вид graddiv \J-±- Lrot rotU = _pg(l+v)( v), (2.20) где U - смещение, м; p - плотность, кг/м ; g=9,8Wc - ускорение силы тяжести; v - коэффициент Пуассона; Е - модуль Юнга, МПа.
Вводим сферические координаты с началом в центре сферы. Смещение U направлено везде по радиусу и является функцией только от г, поэтому rot U = 0 и уравнение (2.20) приобретает вид
Выражение (2.28) учитывает вклад горного давления Р2 в напряжения, развиваемые в массиве горных пород при взрыве взрывчатых веществ на глубине Н, его можно представить в виде
Сравнивая выражения (2.29) и (2.30), мы видим, что горное давление приводит к уменьшению напряжений в среде от действия взрыва. Таким образом, наличие горного давления в рассматриваемых условиях приводит к уменьшению коэффициента полезного действия взрыва, создавая дополнительные трудности для разрушения и вывода отдельностей (кусков породы) из зацепления при взрыве на глубоких горизонтах.
Очевидно, что отношение (J r" напряжений, возникающих при взрыве в среде, находящейся на глубине Н, к напряжениям а$г, возникающим при взрыве без учета горного давления, обратно пропорционально соотношению удельных расходов ВВ при взрывах в выше указанных условиях: где q0 - удельный расход ВВ для горных пород без учета горного давления; qH - удельный расход ВВ для горных пород, находящихся на глубине Н; Кн - коэффициент, характеризующий влияние горного давления на степень разрушения пород.
Используя соотношения (2.29) и (2.30) при L »R , получим Ґ П
Учитывая, что размеры зоны дробления (Rflp.) для большинства промышленных ВВ имеют размеры 20-г25 диаметров заряда, получим, приравнивая г Rflp где Р! — давление на контуре скважины находится в пределах 2000-3000 МПа в зависимости от применяемого типа ВВ [24]; Р2 = уН - вертикальная составляющая природного поля напряжений, МПа (у -удельный вес пород, кН/м ; Н - глубина разработки, м.
Отсюда видно, что увеличение глубины разработки, т.е. горного давления, отрицательно сказываются на эффективности дробления горных пород. Таким образом, выражение (2.29), оценивающее необходимый рост разрушающих радиальных напряжений в массиве, можно рассматривать как некую «компенсацию» растущей с увеличением горного давления трудности разрушения массива и выход отдельностей из зацепления. [54,55]
Определение величины скорости сейсмоколебаний при производстве массовых взрывов
По изложенной методике в условиях Майкаинского рудника были проведены экспериментальные исследования по определению скорости сейсмоколебаний частиц пород при отбойке руды скважинными зарядами. Скорость сейсмоколебаний была зафиксирована в 120 точках подземных камер гор.
Расчет скорости сейсмоколебаний сведен в таблицы приложений 3. В приведенных таблицах механическая амплитуда колебаний рассчитывалась по формуле [101]
Как показывает анализ экспериментальных [107] и теоретических [114] исследований составляющих скоростей колебаний по осям X, Y, Z в скальных породах в области расстояний
В этом случае преобладающей по интенсивности является продольная волна, основная энергия сейсмических колебаний (до 100%) связана с горизонтальной составляющей скорости колебаний Vx этой волны.
Таким образом, в наиболее опасной области сейсмических колебаний при Д 30$2, представляющей для производственных наблюдений наибольший интерес, максимум сейсмической энергии связан с горизонтальными составляющими колебаний в продольной волне, тогда как вертикальные и поперечные колебания быстро затухают. Это дает основание в скальных породах оценивать сейсмическое воздействие взрыва на горные выработки, подземные сооружения по допустимой скорости колебаний одной горизонтальной составляющей продольной волны, несущей в указанной области около 100% сейсмической энергии. Поэтому в экспериментальных исследованиях, проведенных на подземном руднике при комбинированной разработке на близких расстояниях, замерялась одна горизонтальная составляющая, а на более далеких расстояниях как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости сейсмоколебаний. Общий вес одновременно взрываемого ВВ во время замеров колебался в пределах 300-3000 кг, В одном замедлении вес достигал 1000 кг.
По данным исследований был построен график зависимости скорости сейсмоколебаний частиц пород от приведенного веса заряда, который имеет вид [29,30,153] где К - коэффициент, зависящий от акустической жесткости среды, от свойств пород, трещиноватости, конкретных горно-геологических условий и энергетических характеристик ВВ; п - показатель, зависящий от характера преобладающих сейсмических волн, от свойств пород и от расстояния от взрыва.
На основании обработки полученных данных методами математической статистики [32,39,142] установлены номинальные величины этих коэффициентов для конкретных горно-геологических условий Майкаинского и Горевского подземных рудников. Для последнего рудника эта зависимость, полученная корреляционным анализом путем обработки экспериментальных данных, имеет вид (рис. 4.5.)
Для этой зависимости был проведен корреляционный анализ, с коэффициентом корреляции 0,9, что указывает на тесную связь между скоростью колебаний и приведенным весом заряда.
Анализируя полученную зависимость, можно сделать следующий вывод, что коэффициент К следует определять исходя из импульса-отношения акустических жесткостей породы и энергетических характеристик ВВ и коэффициента структурного ослабления, кг, т.е. [126]
Показатель степени затухания п в приближении зависит от упругих свойств породы, одной из которых является коэффициент Пуассона, тогда
Для условий разработки Горевского месторождения и физико-механических свойств руды и применяемого ВВ аммонита 6 ЖВ: v = 0,21; рп= 2,8 кг/м3; Ср = 3000 м/с; рвв = 1Д кг/м3; Свв = 30000 м/с; Кт = 0,3.
На рис. 4.5. приведены зависимости скорости колебаний от приведенного веса заряда для условий комбинированной разработки Горевского месторождения, построенные по экспериментальной формуле (4.23) и аналитической формуле (4.26). Сравнивая результаты расчетов, можно сказать, что эти зависимости хорошо согласуются. Погрешность составляет 5,8%.
В результате проведенных экспериментальных исследований по замерам скорости сейсмоколебаний частиц пород оказалось возможным построить зависимости изменения скорости отдельно от расстояния до центра взрыва и от количества одновременно взрываемого ВВ, т.е. зависимости в виде
По данным таблицы 4.2 построены зависимости скорости сейсмоколе-баний частиц пород на фронте сейсмических волн от расстояния до центра взрыва, которые показаны на рисунке 4.6.
Анализируя выведенные зависимости можно сделать два существенно важных вывода:
І.При значительном удалении от центра взрыва (г 60-65м) скорость сейсмической волны уменьшается незначительно, т.е. в породах с высокой акустической жесткостью сейсмические колебания проникают на значительные расстояния в глубину горного массива и существуют довольно долго, однако по интенсивности они на таких расстояниях невелики. Породы в этой зоне подвержены упругим деформациям.
2. При незначительных расстояниях от центра взрыва (г 10-15м) скорость сейсмических колебаний практически не зависит от расстояния и на данном удалении бесконечно возрастает. Это говорит о том, что в этой зоне породы подвержены не упругим деформациям, а упруго-пластическим и пластическим.
Эти выводы подтверждаются теоретическими исследованиями. Например, известны три зоны действия взрыва [114]:
I зона активного разрушения горных пород взрывом при скорости развития трещин близкой к скорости волн Релея и с удельной плотностью энергии равной
II зона управляемого разрушения горных пород взрывом, где удельная плотность энергии значительно меньше ее предельной величины.
III зона неуправляемого разрушения горных пород взрывом. Разрушение здесь происходит лишь по наиболее развитым дефектам и имеет в целом вероятностный характер.
Охрана горных выработок при системе разработки с подэтажными штреками
Метод расчета оптимальных параметров взрывных работ при системе разработки с подэтажными штреками сводится к определению параметров, обеспечивающих устойчивость горных выработок при массовой отбойке руды скважинными зарядами.
Расчет ведется в следующей последовательности:
I. Исходными зависимостями при определении оптимальных параметров буровзрывных работ являются зависимости скорости колебаний от приведенного веса заряда при короткозамедленном и мгновенном взрывании. Эти зависимости, установленные для условий Майкаинского рудника путем экспериментальных исследований, имеют вид
2. По допустимой деформации горных пород є0 определяют класс сооружений. Например, для Майкаинского подземного рудника очистные блоки, восстающие, скреперные орты и т.д. относятся к IV классу, рудные штреки 1 и 2 к III классу. Северо-восточный штрек к II классу, а стволы шахты, камеры водоотлива, ЦПП, руддворы к 1 классу (табл.5.2).
При затруднении определения класса выработок по допустимым деформациям горных пород, класс выработок следует определять по сроку службы выработки
3. Из условий упругого поведения горных пород определяют допустимые и предельно допустимые скорости колебаний. Допустимая скорость рассчитывается по формуле
Критическая скорость колебаний Unp определяется как удвоенная величина допустимой скорости
При проведении многократных взрывов определяют уточненную критическую (предельно допустимую) скорость с учетом коэффициента надежности
4. Определяются расстояния от центра взрыва до охраняемого объекта. Расстояние определяются инструментальными измерениями или по планам горных работ (таблица 5.4).
5. Рассчитываются допустимые веса зарядов при определенных Unp и ипр.
Предельно допустимый заряд при мгновенном взрывании определяют по формуле Рис. 5.8.
При короткозамедленном взрывании для однократных взрывов (при количестве замедлений п3 = 3)
При многократном взрывании (п3 = 3)
Веса ВВ в одном замедлении определяются
Расчет сведен в таблицу 5.4.
6. Оптимальные интервалы замедлений и количество ступеней замедлений определяются из условия при n-At 0,15 с,
Задавая n, определяют At. Для условий рудника при n = 6-6 At должно быть не менее 25-35 мс.
7. Общий вес ВВ определяют по формулам:
Расчет для различных классов выработок сведен в таблицу 5.4.
С помощью данной методики можно решать и обратную задачу: зная вес ВВ, можно определить критическую скорость сейсмоколебаний выработок, отстоящих от центра взрыва на определенном расстоянии и предельно допустимую деформацию So горных пород вокруг этих выработок.
