Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

К ВОПРОСУ О ДРОБЛЕНИИ МАССИВА ВЗРЫВОМ КОЛОНКОВОГО ЗАРЯДА

Андриевский А.П. 1 Зуев А.Е. 2
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН)
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН)
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.
длина заряда
колонковый заряд
радиус зоны смятия
1. Андриевский А.П. «Новые теория и технологии взрывных работ на горнорудных предприятиях» LAP LAMBERT Academic Publishing is a trademark of: AV Akademikerverlag GmbH & Co. KG, Germany, ISBN: 978-3-659-36033-6, 2013 – 270 с.
2. Миндели Э.О. «Разрушение горных пород». – М.: «Недра» 1974. – 600 с.
3. Мосинец В.Н. Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. – М., Недра, 1982. – 248 с.
4. Мосинец В.Н., Пашков А.Д. Разрушение горных пород. – М:. Недра 1975. – 216 с.
5. Покровский Г.И. Взрыв. – М. Недра, 1980. – 190 с.

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.


Библиографическая ссылка

Андриевский А.П., Зуев А.Е. К ВОПРОСУ О ДРОБЛЕНИИ МАССИВА ВЗРЫВОМ КОЛОНКОВОГО ЗАРЯДА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22650 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074