Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

BY THE ISSUE OF SPLITTING MASS EXPLOSION COLUMN CHARGE

Andrievskiy A.P. 1 Zuev A.E. 2
1 1Federal State Budget Institution of Science “Institute of Chemistry and Chemical Technology”, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch (ICCT SB RAS)
2 Federal State Budget Institution of Science “Institute of Chemistry and Chemical Technology”, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch (ICCT SB RAS)
В статье предлагается новый подход к процессу дробления монолитного горного массива взрывом удлиненного заряда с учетом различных горно-геологических и горнотехнических условий. Модель учитывает динамическое действие взрыва на окружающий массив, его прочностные характеристики, качество применяемого взрывчатого вещества, продолжительность действия взрывной нагрузки и скорость распространения волн нагружения в массиве. В основе определения модели разрушения учитываются следующие факты: переход массива из «спокойного» состояния в «нагруженное» происходит во времени; напряжения, возникающие в массиве идентичны напряжениям, возникающим в толстостенных цилиндрах. Данный подход позволяет научно обосновать возникновение трещин в разрушаемом массиве и оценить крупность фракций формирующихся при его разрушении взрывом удлиненного заряда.
The paper proposes a new approach to the process of splitting a monolithic rock mass explosion elongated charge based on various geological and mining conditions. The model accounts for the dynamic operation of the explosion on the surrounding array, its strength characteristics, the quality of the explosive used, the duration of the explosive load and loading speed of wave propagation in the array. The basis of determining the fracture model takes into account the following facts: the transition of the array of the "quiet" state to the "loaded" takes place in time; stresses that occur in the array are identical stresses in thick-walled cylinders. This approach allows the scientific foundation for the appearance of cracks in the array destroys the particle size fractions and evaluate emerging when an explosion destroyed the elongated charge.
the length of the charge
core charge radius of the crumple zones

Процессу дробления массива взрывом посвящено значительное количество научных работ, однако единого мнения по данному вопросу нет.

Мосинец [3,4] предлагает рассматривать процесс дробления за счет возникновения отраженных волн и возникающих в связи с эти напряжений разрыва. Однако, установлено, что распространение трещин в процессе разрушения идет от заряда, а не наоборот.

Миндели [2] считает, что процесс разрушения горного массива взрыва связан с прохождением в нем ударных волн. Однако, установлено, что ударная волна распространяется, как правило, на ограниченном расстоянии и проходит в пределах образующейся при взрыве зоны смятия. Другим заблуждением при рассмотрении процесса дробления является представление, что нагружение массива происходит мгновенно. Однако, установлено, что на процесс разрушения оказывает влияние время действия взрывной нагрузки и скорость распространения продольных волн в массиве [1]. Тогда с учетом времени действия взрывной нагрузки (которая зависит от скорости детонации применяемого ВВ, длины заряда и места его инициирования), а также скорости распространения продольных волн за которой массив из «спокойного» состояния переходит в напряженное можно представить следующим образом:

Рис. 1. Схема перехода массива в напряженное состояние

А динамическая модель разрушения массива вдоль заряда в виде (рис.2):

Рис. 2. Модель разрушения массива вдоль заряда

Исходя из вышеизложенного, можно представить следующие модели разрушения массива:

1. за счет изгибающего момента в массиве в виде «балки» с двумя защемленными концами (длиной l рис. 3)

2. за счет среза вдоль заряда на участках (длиной l рис. 3)

Согласно первой модели «разрушение балки с двумя защемленными концами» (с определенными допущения можно принять балку в виде трапеции).

Рис.3. Схема балки с двумя защемленными концами

получим: (1)

момент сопротивления для трапеции:

(2)

(3)

т.е. (4)

после подстановки (преобразований?)

(5)

а с учетом сопротивления с боков (работа на срез) модель можно представить следующим образом:

(6)

где - равномерно распределенная нагрузка;

- длина защемленной балки, м;

- расчетный радиус зоны трещин, м;

- расчетный радиус зоны смятия, м;

- предел прочности пород на разрыв, Мпа ();

- предел прочности пород на сжатие ;

- коэффициент крепости пород по шкале Протодьяконова, д.е.;

- предел прочности пород на срез, Мпа ().

Из геометрических соображений:

; ;

где - угол раствора образующейся при взрыве воронки.

После преобразования формулы получим размер фракции вдоль заряда:

(7)

где ;

;

Вторая модель разрушения за счет сдвиговых сил запишется следующим образом:

; (8)

где - площадь боковая ();

- площадь торцевая ();

или после подстановки и преобразований получим:

(9)

где - давление на контакте зона смятия - массив (; с учетом ударного действия нагрузки , ).

Что касается дробления массива поперек заряда, то необходимо рассматривать модель (монография), согласно которой в массиве возникают напряжения:

; (10)

; (11)

Тогда согласно энергетической теории прочности получим (при ):

; (12)

после подстановки и с учетом получим:

(13)

где - давление продуктов детонации, Мпа;

- радиус заряда, м;

- радиус взрывной воронки, м.

Ранее было установлено, что радиус взрывной воронки необходимо рассчитывать по предельному напряжению на срез. Однако разрушение массива внутри воронки может происходить за счет возникающих напряжений на разрыв.

С учетом размеров образующейся зоны смятия (за которой происходит дробление) получим:

(14)

где (15)

- давление на контакте зона смятия - массив, МПа:

Согласно данным Г.И. Покровского [5] в массиве возникает такое число трещин, которое равно отношению максимального радиального напряжения к временному сопротивлению породы на разрыв.

Тогда, исходя из вышеизложенного, с учетом влияния зоны смятия и закономерностью 14 получим:

; (16)

а количество трещин:

(17)

Учитывая, что для большинства пород окончательно получим (на контакте зона смятия – массив:

(18)

Дальнейшие изменения количества трещин в массиве можно определить из выражения 19:

(19)

где n изменяется от 1 до (N-1);

- расстояние, на котором идет изменение количества трещин в глубине массива, расположенного поперек заряда, м;

Таким образом, предполагаются модели по прогнозированию дробления массива при взрывном его нагружении цилиндрическим зарядом для различных горно-геологических и горнотехнических условий производства взрывных работ.

Рецензенты:

Косолапов А.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ОГР, Сибирский Федеральный Университет Институт горного дела, геологии и геотехнологий, г. Красноярск;

Анушенков А.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ПРМ, Сибирский Федеральный Университет Институт горного дела, геологии и геотехнологий, г. Красноярск.