Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время отмечается тенденция к увеличению добычи блоков скальных горных пород буровзрывным способом. Накоплено большое количество данных по формированию, поэтапному слиянию и укрупнению трещин. Однако влияние наведенной трещиноватости на прочность горной породы в области предразрушающих нагрузок изучено недостаточно. Мало внимания уделено исследованию вопроса формирования микротрещиноватости при взрывных нагрузках, влиянию этих трещин на параметры волны напряжений и обусловленные ей затраты энергии.
Важным вопросом является оценка физико-механических свойств отбитых блоков, в частности наведенной трещиноватости и снижения их прочности. Анализ работ, посвященных оценке качества отбиваемых блоков, показывает, что необходима разработка новых экспериментальных и аналитических методов в этом направлении.
Одним из наиболее эффективных методов оценки последствий взрывной отбойки на качество отбиваемых блоков является прогноз напряженного состояния и наведенной трещиноватости, а также обусловленной ей потерей прочности при взрыве зарядов низкобризантного ВВ с воздушным промежутком.
Представляет научный и практический интерес оценка параметров волн напряжений в области интенсивного формирования трещин при буровзрывном способе отбойки блоков скальных горных пород как причина возникновения наведенной трещиноватости и её последующего влияния на физико-механические свойства блока.
Цель диссертационной работы: разработать аналитические методы определения качества отбиваемых буровзрывным способом блоков скальных пород на основании исследования наведенной трещиноватости с учётом формирования динамических нагрузок при взрыве зарядов различных конструкций.
Основная идея работы:
Прогнозирование качества отбиваемых буровзрывным способом блоков скальных горных пород с помощью зарядов низкобризантных ВВ с воздушным промежутком должно осуществляться на основе учёта наведенной в пришпуровои зоне трещиноватости.
В соответствии с поставленной целью основными задачами
являлись;
-
Исследование кинетики формирования наведенной трещиноватости при статических и динамических нагрузках.
-
Определение затрат энергии на трещинообразование и остаточное деформирование.
-
Разработка аналитического метода расчета напряженного состояния при взрыве зарядов на различных расстояниях с учётом детонационных и энергетических характеристик ВВ и энергетических потерь на остаточные деформации и трещинообразование.
-
Разработка предложений по прогнозу наведенной трещиноватости и изменения прочности.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы теории идеальной упругости, кинетической теории прочности, физики и механики формирования трещин и динамических нагрузок, физического и математического моделирования, лабораторных и экспериментальных исследований.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Изменение прочности скальных горных пород после воздействия статических и динамических нагрузок является функцией наведённой концентрации трещин.
-
Аналитическая модель расчёта параметров волн напряжений на различных расстояниях от заряда основана на оценке их значений на стенке взрывной камеры (шпура), использовании решений для идеально упругой среды и введении поправок на
потери энергии за счёт остаточной деформации и трсщинообразования. 3. Расчёт параметров волн напряжении в сочетании с использованием уравнении кинетики трещинообразовапия позволяет прогнозировать наведенную трещнноватостъ и ослабление прочности в пришпуровои зоне при буровзрывной отбойке блоков скальных горных пород.
Научная новизна работы.
Разработан инженерный метод расчета параметров волн напряжений в зоне трещинообразования, основанный на определении напряжения в породе на стенке взрывной камеры и учёте диссипативных потерь.
Получена аналитическая зависимость снижения прочности скальной горной породы после воздействия нагрузок, которая основана на учёте изменения концентрации трещин.
Практическая ценность работы заключается
в прогнозировании статической прочности и концентрации наведенных трещин на различных расстояниях от заряда на основе полученных зависимостей;
в обеспечении повышения качества продукции при буровзрывной отбойке блоков скальных горных пород за счёт снижения наведенной трещиноватости;
в обосновании уменьшения диссипативных потерь энергии при взрывном разрушении горных пород за счёт снижения наведенной трещиноватости.
Личный вклад автора диссертационной работы
заключается в получении аналитической зависимостей для оценки напряженного состояния на стенке взрывной камеры и пришпуровои зоне, постановке и проведении экспериментальных исследований, оценке энергетических затрат на наведенную трещиноватость, исследовании влияния наведенной трещиноватости на прочностные характеристики, в выполнении расчётов параметров
волн напряжений в горной породе с учётом диссипации энергии при взрыве одного и двух смежных зарядов, в выполнении расчётов концентрации наведенной трещиноватости.
Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается: использованием современных представлений физики и механики в области трещинообразования и кинетики накопления трещиноватости при динамических нагрузках; сходимостью теоретических и эмпирических зависимостей определения параметров волн напряжений в области разрушения; использованием современных методов лабораторных и промышленных экспериментов.
Апробация работы:
Основные положения работы докладывались на: первой, второй и третьей конференциях молодых учёных СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург,апрель 1996, 1997 и 1998 гг.; ежегодном семинаре в МГГУ «Неделя горняка - 98» февраль 1998 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные работы.
Объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 101 наименования, в том числе 2 зарубежных.
Диссертационная работа выполнена в СПГГИ (ТУ) в течение 1995-1998 годов и входит в комплекс исследований, проводимых на кафедре «Разрушение горных пород».
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Менжулину М.Г. за большую помощь в выполнении работы, доцентам Парамонову Г.П., - Здитовецкому А.В., Виноградову Ю.И., Хоминскому В.А. и другим сотрудникам кафедры РГП за помощь в работе над диссертацией.