Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. задачи исследования 9
1.1. Современное представление о механизме разрушения горных пород взрывом заряда ВВ 9
1.2. Распространение волн напряжений и зоны разрушения горных пород во времени и в зависимости от условий взрывания 25
1.3. Выводы 36
1.4. Задачи исследования 37
2. Теоретические исследования влияния энергетических свойств в и параметры буровзрывных работ на распределение волн напряжений в массиве горных пород 39
2.1. Обоснование и выбор начальных условий параметров зарядов ВВ для разработки модели распространения волн напряжений в массиве горных пород 39
2.2. Разработка модели распространения волн напряжений в массиве горных пород при взрыве заряда с различной энергоемкостью 54
2.3. Методика расчета параметров волн напряжений в зависимости от условий взрывания скважинных зарядов с учетом их взаимодействия 59
2.4. Выводы 66
3. Результаты расчета волнового поля напряжений в массиве горных пород в зависимости от параметров буровзрывных работ 67
3.1. Влияние интервала замедления между зарядами на характер изменения параметров волн напряжений 68
3.2. Параметры волн напряжений для зарядов различной конструкции 83
3.3. Зависимость параметров волн напряжений от диаметра заряда 86
3.4. Волновое поле напряжений при различных параметрах БВР 92
3.5. Выводы 107
4. Исследование влияния зарядов с заданными энергетическими свойствами на качество взрывоподготовки горной массы при уступной отбойке гранитов в условиях карьеров ленинградской области 108
4.1. Горно-геологические условия месторождения и физико-механические свойства слагающих его пород 108
4.2. Существующая технология и параметры буровзрывных работ на гранитных карьерах Ленинградской области 112
4.3. Методика проведения производственных экспериментальных взрывов и результаты оценки качества взрывоподготовки 119
4.4. Экономическая оценка эффективности работы горного оборудования по результатам полученного распределения грансостава горной массы 132
Выводы 134
Заключение 135
Список литературы 137
- Распространение волн напряжений и зоны разрушения горных пород во времени и в зависимости от условий взрывания
- Разработка модели распространения волн напряжений в массиве горных пород при взрыве заряда с различной энергоемкостью
- Методика расчета параметров волн напряжений в зависимости от условий взрывания скважинных зарядов с учетом их взаимодействия
- Параметры волн напряжений для зарядов различной конструкции
Введение к работе
Актуальность работы: Повышение эффективности добычи полезных ископаемых и стройматериалов во многом зависит от правильно выбранной технологии взрывных работ. Взрывные работы являются основным способом подготовки горной массы к выемке.
Многообразие условий и форм организации ведения взрывных работ на карьерах служат причиной того, что несмотря на имеющие достижения в разработке высокоэффективных способов дробления горных пород взрывом, до сих пор не обеспечивается требуемое качество дробления горной массы. Это объясняется тем, что при расчете параметров буровзрывных работ (БВР), конструкций зарядов взрывчатых веществ (ВВ), систем инициирования зарядов не учитывается взаимосвязь энергетических параметров взрывчатых веществ с волновым полем напряжений в разрушаемом массиве горных пород с конкретными физико-механическими свойствами. Поэтому повышение эффективности взрывных работ на основе применения зарядов ВВ с заданными энергетическими характеристиками с учетом параметров поля напряжений в породном массиве, обеспечивающими оптимальную степень дробления горной массы, является актуальной научной и практической задачей.
Значительный вклад в исследование процессов разрушения горных пород, формирования и распространения волн напряжений в массиве горных пород при взрыве зарядов ВВ внесли: Адушкин В.В., Родионов Н.Ф., Шемякин Е.И., Ханукаев А.Н., Кутузов Б.Н., Крюков Г.М., Боровиков В.А., Жариков И.Ф., Шувалов Ю.В., Парамонов ГЛ., Менжулин М.Г. и др.
Тем не менее, несмотря на большой объем выполненных экспериментальных работ и достигнутые успехи в теоретических исследованиях, до настоящего времени нет окончательного научнообоснованного подхода к определению рациональных параметров БВР, учитывающих развитие волновых процессов в массиве горных пород, параметров волны напряжений при взрыве системы скважинных зарядов.
Цель диссертационной работы: Повышение эффективности работы горного оборудования за счет получения заданного распределения грансостава горной массы при взрывной отбойке гранита на щебень.
Идея работы: Заданный гранулометрический состав отбиваемой горной массы обеспечивается управлением параметрами волны напряжений за счет применения комбинированных зарядов с изменяющимися энергетическими свойствами по длине скважины.
Задачами исследования для достижения поставленной цели являются следующие задачи:
анализ и оценка влияния параметров БВР на формирование параметров волн напряжений в массиве горных пород при производстве массовых взрывов на карьерах;
разработка методики расчета параметров волн напряжений и зон разрушения горных пород во времени в зависимости от условий взрывания в массиве скважинных зарядов с учетом их взаимодействия;
установление закономерностей влияния энергетических свойств ВВ на формирование параметров волны напряжений;
разработка конструкции заряда и технологии ведения взрывных работ, обеспечивающих повышение доли энергии ВВ, затрачиваемой на дробление горных пород;
обоснование рациональных параметров БВР, обеспечивающих снижение выхода негабарита и повышения качества дробления горной массы при производстве массовых взрывов на карьерах;
экономическая оценка эффективности предлагаемой технологии ведения взрывных работ на гранитных карьерах Ленинградской области.
Защищаемые научные положения;
Применение зарядов с линейно-заданными энергетическими свойствами для отбойки гранитных массивов обеспечивает по сравнению со сплошными зарядами увеличение на 20-25 % амплитуды волн напряжений в донной части зарядов на расстояниях 15-70 радиусов и ее уменьшение на 5-Ю % в верхней части зарядов на расстояниях 30-60 радиусов.
Повышение эффективности отбойки горных пород достигается изменением амплитуды волн напряжений путем применения зарядов с заданными энергетическими свойствами, выбором интервала замедления и диаметра зарядов.
Научная новизна:
определена зависимость нагружения массива системой зарядов от физико-механический свойств горных пород.
установлены закономерности изменения амплитудно-временных характеристик волны напряжений в горной породе от энергетических свойств и конструкции заряда ВВ.
Практическая значимость работы:
разработан метод расчета параметров волны напряжений при взрыве системы зарядов, позволяющей установить их взаимодействие с учетом объемной концентрации энергии и протяженности заряда;
установлены количественные зависимости параметров волн напряжений от конструкции заряда, объемной энергии взрыва и схемы инициирования;
заряды с заданными энергетическими свойствами, обеспечивающие более интенсивную проработку подошвы, оптимальную степень дробления горной массы и минимальные потери минерального сырья, использованы на карьерах строительных материалов;
определены количественные зависимости качества дробления горной массы для различных конструкций зарядов ВВ, что позволило увеличить производительность погрузочно-транспортного оборудования карьера.
Методы исследований: Обзор и анализ научных исследований отечественных и зарубежных ученых в области взрывных работ, комплексное использование теоретических и экспериментальных методов в лабораторных и производственных условиях, применение физического и математического моделирования на ЭВМ волнового нагружения массива горных пород взрывом зарядов ВВ, сравнительный анализ результатов исследований с натурными данными.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
обеспечивается большим объёмом проанализированной и обобщённой информации отечественных и зарубежных исследований, использованием современных представлений физики и механики в области разрушения горных пород при динамических нагрузках, достаточной сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных и производственных экспериментов, практическим использованием разработанных конструкций зарядов при производстве массовых взрывов на карьерах ЗАО "Каменногорский комбинат нерудных материалов".
Личный вклад автора заключается в сборе и анализе исходных данных из ранее проводимых исследований другими авторами; постановке цели и задач исследований; в организации и непосредственно участии в теоретических и экспериментальных исследованиях, в обработке полученных данных на ЭВМ на основе численных расчетов, в обобщении и анализе полученных результатов, а также в разработке практических рекомендаций.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на
карьерах ЗАО "Каменногорский комбинат нерудных материалов" при проведении
массовых взрывов. Научные и практические результаты диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам: "Технология и безопасность взрывных работ", "Теория детонации ВВ", "Промышленные взрывчатые вещества".
Апробация работы: основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2004 - 2007 гг. (СПГГИ (ТУ), г. Санкт-Петербург), научной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» 2006 г. (ИГД СО РАН, г. Новосибирск), научной конференции «Безопасность-2005» (ИГТУ, г. Иркутск) и на научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2004 - 2005 гг. (МГТУ, г. Москва). В целом работа докладывалась на заседаниях на заседаниях кафедры Безопасности производств и разрушения горных пород и НТС СПГГИ (ТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающего 130 наименований, и изложенна на 148 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 10 таблиц.
Автор приносит искреннюю благодарность научному руководителю профессору Парамонову Геннадию Петровичу, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; доценту Артемову Вадиму Александровичу, под руководством которого были проведены промышленные эксперименты и осуществлена интерпретация полученных результатов, а также другим сотрудникам кафедры БП и РГП за содействие в сборе материалов и практические советы при написании диссертации.
Распространение волн напряжений и зоны разрушения горных пород во времени и в зависимости от условий взрывания
В работе [16] достаточно четко дается определение волнам напряжений: «волны напряжений представляют собой распространяющиеся в пространстве
возмущения с плавным нарастанием механических параметров среды до некоторых максимальных величин и их последующим непрерывным изменением». Максимальные амплитуды в волнах напряжений могут достигать таких размеров, что их влияние приведет к необратимым процессам в массиве горных пород. Скорость распространения волн напряжений равна или превышает скорость распространения продольных звуковых волн. На больших расстояниях (около 150 радиусов заряда ВВ и более) волны напряжений в массиве приобретают характер сейсмических волн, при распространении которых необратимых процессов уже не происходит [16,21].
Параметры волн напряжения существенно зависят от специфических свойств окружающей среды, типа взрыва и условия взрывания скважинного заряда. Условия взрывания зависят, прежде всего, от плотности заряжания, места расположения инициатора, числа точек инициирования. Длительность положительной фазы волны напряжения во многом определяется временем развития полости до максимума, т.к. продукты детонации расширяются и непрерывно передают в окружающую среду запасенную в них при взрыве энергию, подпитывая зафронтовую часть волны напряжения [16, 22, 6,40].
Рассмотрим взрыв сферически-симметричного заряда в изотропной однородной бесконечной горной породе. Разумеется, подобным образом взрыв развивается лишь в исключительных случаях, например в лабораторных экспериментах. В натуре этому препятствуют неоднородности реальных горных пород, геологические образования и конечные глубины заложения заряда. Тем не менее, задача о сферически-симметричном взрывном движении хоть и является модельной, но лежит в основе анализа более сложных реальных движений [16]. В соответствии с моделью В.Н. Родионова процесс взрыва состоит из четырех этапов [102]:
Первый этап — гидродинамический, на котором горная порода моделируется жидкостью до тех пор, пока давление на границе продукты детонации — грунт не уменьшится до величины порядка прочности частиц породы. Принимается, что жидкость является идеально уплотняющейся на фронте волны и несжимаемой за фронтом волны. На первом этапе часть потенциальной энергии продуктов детонации переходит в кинетическую энергию горной породы.
На втором этапе горная порода считается твердой средой, на поведение которой существенное влияние оказывают и касательные напряжения, происходит дробление и уплотнение горной породы под действием ударной волны. Разрушается горная порода на втором этапе сжимающими напряжениями, т.е. происходит ее раздавливание. При рассмотрении случая разрушения горной породы под действием сдвигового напряжения на фронте ударной волны среда уплотняется на некоторую постоянную величину, фронт ударной волны является одновременно границей, на которой среда переходит из упругого состояния в пластическое или разрушается хрупко на сдвиг. Второй этап развития взрыва в горной породе продолжается до момента, когда фронт ударной волны отделяется от фронта разрушения и его скорость равна скорости упругой волны. В этой зоне (при уровне напряжений выше 0,1 ГПа) происходят наибольшие диссипативные (необратимые) потери энергии взрыва, сопровождаемые повышением температуры частиц. Поглощаемая энергия составляет в этой зоне до 70 % от энергии взрыва.
Третий этап характеризуется динамическим безволновым расширением полости. Он начинается с того момента, когда напряжение на фронте волны оказывается недостаточными для разрушения среды и фронт разрушения начинает отставать от фронта волны, которая убегает вперед. Разрушенная, гранулированная горная порода между фронтом разрушения и полостью движется с внутренним сухим трением. Перераспределение энергии вследствие волновых процессов не учитывается. Расширение полости прекратится тогда, когда статическое напряженное состояние, обусловленное прочностными свойствами среды, сможет удержать давление продуктов взрыва. Перед фронтом разрушения среда считается упругой.
На четвертом этапе происходит только распространение упругих волн, излучающихся внешней границей зоны разрушения. Он начинается с момента остановки фронта разрушения, когда движение сохраняется только в упругой неразрушенной среде. Такова в общих чертах картина разрушения скального массива при медленном расширении полости. Отметим, что при камуфлетном взрыве заряда в скальных горных породах, как показывает опыт, наблюдается аналогичная картина разрушения.
После завершения процесса развития взрыва в среде можно наблюдать следующую картину (Рисунок 7): сферическая полость окружена раздробленной и перемятой горной породой, трещины здесь направлены хаотично. Эта зона затем переходит в зону трещиноватости с преимущественно радиальным направлением трещин. Далее простирается упругая зона, где нарушений целостности массива (если первоначально он был однородным) не видно. Граница упругой зоны обычно выражена слабо и поэтому часто нельзя обнаружить зоны радиальных трещин. Наиболее отчетливо обычно обнаруживается зона дробления. Большое влияние на параметры волн напряжений при взрыве оказывают естественные трещины в горных породах. При оценке разрушающего действия взрыва в случае трещиноватых пород следует также иметь в виду изменение их прочностных свойств по сравнению с монолитным массивом. Таким образом, волны напряжений и установление закономерностей их распространения имеют большое практическое значение при взрывном разрушении горных пород.
Разработка модели распространения волн напряжений в массиве горных пород при взрыве заряда с различной энергоемкостью
В последние годы горнодобывающая промышленность получила значительное развитие благодаря широкому применению достижений как фундаментальных, так и ряда прикладных наук. Особое значение имеет моделирование, основанное на теории подобия и размерности, так как позволяет при минимальных затратах и в кратчайшие сроки получить искомый результат [13, 5]. В настоящее время в научных исследованиях помимо «мысленных экспериментов применяют в основном три вида моделирования: физическое, математическое и функциональное. Наиболее широкое распространение имеют первые два вида моделирования [13, 66, 74]. В общем случае физические процессы описываются в терминах операций (наблюдений, экспериментов), связывающих физические объекты. Сложность подлинных физических ситуаций требует упрощенного описания, например, физических моделей. Использование последних и приводит к понятию физического моделирования. Физическое моделирование, теоретической основой которого является теория подобия и размерностей, используется при изучении различных природных явлений, в том числе и связанных с процессом разрушения горных пород взрывом. Суть физического моделирования заключается в процессе, приеме или методе исследования с физическими (техническими) моделями и в экстраполяции полученных результатов этого исследования на натурное (изучаемое) явление с целью получения необходимых сведений о характере эффектов и различных величинах интересующего явления в натуре. В простейшем случае физическая модель воспроизводит изучаемое явление с сохранением геометрического подобия и физической природы, отличаясь от натуры лишь размерами и скоростью протекания процесса [15]. Так как математика имеет дело с определение и использованием символических моделей, то соответствующая математическая модель охватывает класс неопределенных (абстрактных, символических) математических объектов, отношения между которыми и описываются на основе математического моделирования. В этом случае исследование производят на моделях - аналогах, имеющих возможно и иное физическое содержание, но с аналогичными, например, дифференциальными уравнениями (или системой дифференциальных уравнений), описывающими процесс в модели и натуре.
В отличие от физического моделирования рассматриваемого явления (объекта), интересующего исследователя, непосредственно в натуре, при математическом моделировании формируется разрешающая система дифференциальных уравнений, описывающих этот физический процесс. Отсюда следует, что математическое моделирование возможно лишь для таких явления (процессов), которые имеют математическое описание, и сводится к эксперименту с некоторой физической системой, которая построена таким образом, что ее математическое описание одинаково с исследуемым явлением (процессом). В основу применяемого математического моделирования сделаем следующие допущения: 1. За основную характеристику взрыва принимается общее количество выделившейся энергии. 2. Передача энергии взрыва окружающей твердой среде осуществляется практически мгновенно, а движение среды, вызванное взрывом, происходит с некоторыми конечными скоростями, т.е. процесс механического действия взрыва условно разделяется на две последовательные фазы: передача энергии взрыва окружающей среде и движение самой среды. 3. В момент передачи энергии взрыва окружающей среде реальные деформации отсутствуют, разрушений нет. Последнее возможно, если в качестве физической модели среды, т.е. выбирается модель идеальной несжимаемой жидкости. 4. В процессе движения самой среды могут возникать некоторые конечные деформации, которые по достижении критических значений приводят к разрушению среды. Эти допущения позволяют существенно упростить поставленную задачу и получить некоторые важные практические результаты по действию взрыва на твердую среду на основе несложных численных расчетов. В качестве принимаемой математической модели принимаются дифференциальные уравнения движения и неразрывности для идеально-упругой среды (до разрушения) с принимаемыми допущениями после взрыва. Полученная система разрешающих уравнений реализована в стандартной программе Matlab. Результат решения - волновое поле напряжений при взрыве серии скважинных зарядов, пробуренных в скальной горной породе (гранит). Горные породы состоят из минералов различных типов, форм и размеров, соединенных между собой цементирующими средами. Размеры кристаллов и минеральных зерен колеблются в широких пределах - от микрометров до нескольких сантиметров. В естественном состоянии горные породы, как правило, имеют пористость трещиноватую или межкристаллическую, причем поровое пространство может быть полностью или частично заполнено насыщающей жидкостью или газом с определенными термодинамическими параметрами.
Таким образом, горные породы и породные массивы являются сложными многофазными системами, причем агрегатное состояние отдельных фаз может изменяться как под влиянием естественных условий, так и в результате инженерной деятельности. [32] Механические свойства, характеризующие поведение горных пород в различных механических силовых полях, подразделяются на три группы [32]: 1. прочностные, характеризующие связь между напряжениями и необратимыми разрушающими деформациями, предел прочности на сжатие, растяжение, изгиб или скалывание; 2, упругие, характеризующие связь между напряжениями и обратимыми деформациями, модуль упругости (модуль Юнга), коэффициент Пуассона; 3. акустические, характеризующие условия передачи породами упругих колебаний - скорость распространения упругих продольных волн, акустическая жесткость.
Методика расчета параметров волн напряжений в зависимости от условий взрывания скважинных зарядов с учетом их взаимодействия
Методика расчета параметров волн напряжений в случае разрушения горных пород взрывом серией зарядов осевой симметрии с учетом их взаимодействия в данной работе основана на методе количественной оценки параметров волн напряжений, возникающих при взрыве одиночного заряда осевой симметрии [12], предложенном В.А. Боровиковым и И.Ф. Ванягиным.
На первом этапе при расчете поля напряжений при взрыве удлиненного заряда с помощью данного метода предлагается проводить по следующей схеме. Заряд представляется в виде непрерывного ряда элементарных сосредоточенных зарядов, инициируемых последовательно через равные промежутки времени At. Величина At определяется из условия равенства времени детонации сплошного заряда суммарному времени детонации единичных зарядов. Поле напряжений в заданной точке области определяется суммированием полей напряжений, создаваемых каждым элементарным зарядом. Форма элементарного заряда принимается сферической, так как в настоящее время как в теоретическом, так и в экспериментальном плане поле напряжений, вызванное взрывом зарядов сферической симметрии, является наиболее изученным [12]. Волна напряжений, создаваемая каждым элементарным зарядом, принималась условно в виде короткой единичной волны, затухающей с увеличением расстояния от места взрыва за счет геометрии расхождения [12].
Количество элементарных зарядов п зависит от общей длины заряда L и длины элементарного заряда AL. Последняя выбирается из условия охвата детонацией участка заряда за время пробега детонационной волны от оси заряда к стене шпура и времени протекания химической реакции частиц ВВ во фронте детонационной волны, т.е. она определяется величиной диаметра удлиненного заряда и типом выбранного ВВ. В этом случае длина элементарного заряда AL может быть представлена в виде [12]: где т. - продолжительность химической реакции ВВ; D - скорость детонации ВВ; R03 - фактический радиус заряда ВВ.
При взрыве цилиндрического заряда фронт распространения поля напряжений принимает цилиндрическую форму, количественные параметры волн напряжений по окружности одинаковы, изменяются лишь их направления (Рисунок 15). Поэтому расчет параметров волн напряжений на первом этапе для каждого заряда можно производить в предположении, что заданная точка наблюдения А имеет координаты (г, у, z), т.е. координата х принимается равной г (Рисунок 15).
На втором этапе для расчета параметров волн напряжений в случае разрушения горных пород взрывом серией зарядов осевой симметрии с учетом их взаимодействия необходимо учитывать направление фронта распространения волн напряжений от каждого заряда (Рисунок 16). Суммирование (принцип суперпозиции принят в запас) элементарных волн напряжений производится по времени tK с некоторым временным шагом h. Отсчет начинается с момента времени прихода в заданную точку А элементарной волны от і-го заряда j-ой скважины t „pij, пришедшей первой, и заканчивается временем tKmiJ, соответствующим времени действия элементарной волны, пришедшей в заданную точку А последней [1], т.е. где t npi] - время прихода і-ой элементарной волны j-ой скважины, пришедшей первой в заданную точку А. h - временной шаг, выбираемый исходя из необходимой точности построения эпюры волны. Эпюры радиальной и тангенциальной составляющих волны напряжений в диапазоне г 12, образованной взрывом сферического заряда, удовлетворительно описывается формулами (1.8). В формулы (1.8) входят следующие величины:
Параметры волн напряжений для зарядов различной конструкции
Поиск рациональных конструкций зарядов при дроблении горных пород взрывом определяется необходимостью повышения коэффициента полезного действия (КПД) взрыва, качеством проработки уступа, а также получением необходимой кусковатости взорванной горной массы. В настоящее время увеличение доли полезного использования взрыва достигается за счет применения различных конструкций зарядов и типов ВВ, позволяющих дифференцированно подойти к распределению объемной концентрации энергии скважинного заряда [54, 55, 56, 59, 67]. За основу принимается идея изменения механизма передачи энергии окружающей твердой среде при взрыве, реализуемая на принципе применения комбинированных зарядов с заданными энергетическими свойствами. Необходимость регулирования объемной концентрации энергии обусловлена, прежде всего, неравномерностью сопротивления массива действию взрыва за счет его геометрических параметров и физических свойств горных пород. На некоторых карьерах достаточно широко применяются сплошные скважинные заряды, требующие для достижения заданной степени дробления повышенного удельного расхода ВВ. Несмотря на то, что сплошные скважинные заряды являются традиционными и наиболее исследованными, они наименее эффективны с точки зрения механики дробления. Двухмерное движение твердой среды, окружающей сплошной скважинный заряд, при инициировании его в одной точке характеризуется большими градиентами давления и, как следствие, значительным переизмельчением породы, что и обусловливает интенсивную диссипацию энергии, особенно в ближней к заряду зоне [68 - 71, 106]. Следовательно, определение и выбор рациональной конструкции заряда с учетом сопротивляемости массива действию взрыва для дробления горных пород имеет большое значение.
Для решения поставленной задачи по разработанной методике были произведены теоретические исследования расчеты параметров волн напряжений, в результате которых получены следующие зависимости: 1. Зависимости средних значений максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния по оси Ох от 1 до 6 м при взрыве комбинированных и сплошных зарядов в точке наблюдения с координатами у = 3,5 м; z = 0 м (Рисунок 21). 2. Зависимости максимальных амплитуд радиальной составляющей волны напряжения от расстояния по оси Oz от 1 до 6 м при взрыве комбинированных и сплошных зарядов в точке наблюдения с координатами х = 3,5 м; z = 0 м (Рисунок 22). При этом параметры рассматриваемых зарядов представлены в Таблице 4. Сравнение зависимостей амплитуд волны напряжений при взрыве исследуемых конструкций зарядов показало, что только зарядами с переменной плотностью возможно дифференцированно распределять энергию по высоте, при этом для одинаковых условиях взрывания значения максимальной амплитуды волны напряжения при использовании зарядов с заданными энергетическими свойствами в донной части заряда на 10-25 % выше, а в верхней части - на 5-Ю % ниже максимальных значений амплитуды волны напряжений при использовании сплошных зарядов в средней зоне взрыва. В настоящее время все больше горных предприятий переходят на использование зарядов малого диаметра.
Эффект достигается за счет того, что наибольшее количество горной массы оказывается в сфере дробящего действия взрыва, а также уменьшается длина забойки и, таким образом, сокращается объем породы, не пронизанной действием взрыва. Благодаря этому, достигается равномерность распределения энергии взрыва в массиве и, как следствие, большее ее значение расходуется на дробление горной массы [89,92,99,104]. Одной из практических задач является сохранение тенденции положительного эффекта при переходе на малые диаметры при изменении конструкции заряда. По результатам теоретических расчетов были построены зависимости «напряжение -расстояние» для диаметров заряда - 0,250 м и 0,165 м (Рисунок 23, а). Точки наблюдения расположены на уровне верхней, средней и нижней частей зарядов ВВ, а на эпюрах представлены средние значения максимальных амплитуд на разных уровнях: х = 3,5, у = от 1 до 6, z = 0,6,12 м. Анализ полученных данных показывает, что при изменении диаметра заряда с 250 мм до 165 мм среднее значения максимальных амплитуд как ах, так и ау составляющих сохраняют тенденцию положительного эффекта и разница между комбинированными и сплошными зарядами составляет 15-20 % (Рисунок 23, а). На Рисунке 23, б - д изображены зависимости «напряжение - диаметр» для ах и ау составляющих при Z = 0MHZ=12M соответственно. Зависимости получены в точке наблюдения с координатами х = 1, 3,5 и 6 м; у = 3,5 м. Анализ представленных зависимостей (Рисунок 23, б - д) показал, что в горном массиве на уровне донной части зарядов наблюдается увеличение амплитуды волны напряжений и уменьшение в верхней части зарядов для обоих компонент тензора напряжений.
