Материал: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

Т а б л и ц а 87

*Короткие ампулы (длиной 20 см).

**Две ампулы.

начала сдвижения забойки. Чем больше время задержки этой пробки в шпуре, тем большая длительность положительной фазы волны напряжений, а следовательно, и большее количество энергии взрыва заряда ВВ передано в породу.

Таким образом, для пород с большой акустической жесткостью качество забойки определяется длительностью задержки пробки. Для пород с малой акустической жесткостью эта пробка играет меньшую роль, так как определяющим в их разрушении являются не волны напряжений, а давление газов взрыва.

В табл. 87 приведены данные о длительности волны напряже­ ний /„ при различных материалах забойки и времени вылета забойки из шпура *ВЬ]Л.

По данным этой таблицы в крепких породах с высокой акусти­ ческой жесткостью забоечные материалы располагаются следу­ ющим образом: вода в полиэтиленовых ампулах с пыжом из щебня, песок, глина.

Для слабых пород (с малой и средней акустической жесткостью) аналогичный ряд будет иметь следующий вид: щебень, вода в ам­ пулах с пыжом, песок, глина.

§ 101. Влияние глубины разработки и сечения выработки на эффективность взрывных работ

Глубина разработки полезных ископаемых со временем постоянно увеличивается на угольных шахтах в среднем на 14—23 м за год. Большое число шахт во всех бассейнах страны отрабатывают глубо­ кие горизонты на глубинах 700—1000 м.

413

Технико-экономические затраты, связанные с освоением запасов полезных ископаемых, с увеличением глубины возрастают по при­ чинам, обусловленным влиянием различных факторов, основным из которых является горное давление.

От горного давления зависит изменение фпзико-механпческих свойств пород и горнотехнических условий их разрушения. Горное давление начинает существенно сказываться для условий Донбасса, начиная с глубины разработки примерно 700 м. При проведении полевых подготовительных выработок в этих условиях заметно меняются параметры буровзрывных работ, такие, как удельные расходы ВВ, средств взрывания и бурения и т. д.

Горные породы в массиве находятся в состоянии всестороннего объемного сжатия. При проходке выработки в таком массиве нару­ шаются условия равновесия, в результате чего в призабойной об­ ласти возникает поле статических напряжений, вид и величина кото­ рого в каждой точке определяется формой и размерами выработки, а также физико-механическими свойствами пород. Характер раз­ рушения породы при взрыве может быть определен как результат воздействия взрывного импульса на статически напряженную среду. В массиве горных пород различное напряженное состояние харак­ теризуется:

1) областью малых напряжений, в которой породы находятся в состоянии упругих деформаций;

2) областью повышенных напряжений, в которой вследствие их концентрации напряжения могут в 2 раза и более превышать напря­ жения в глубине массива;

3) областью упругих деформаций, напряжения в которой по мере удаления от забоя убывают, асимптотически приближаясь к напря­ жениям в нетронутом массиве.

При прозвучпванпп массива ультразвуком скорость ультразвука

ходит, что свидетельствует о сильной деформации пород в этой области. При расстоянии от забоя 1,4—1,6 м скорость ультразвука оказывается максимальной, что свидетельствует о местоположении на этом расстоянии зоны максимальных сжимающих напряжений. За зоной максимальных сжимающих напряжений величина ско­ рости ультразвука уменьшится, что связано с понижением напря­ жений.

Напряженное состояние пород сказывается и на их физико­ механических свойствах, в частности на прочностных показателях, но при этом важно знать вид поля напряжений. Так, в условиях объемного напряженного состояния прочность в обычных горных породах многократно возрастает, а отношение пределов прочности на сжатие и разрыв уменьшается. Кроме того, в этих условиях изменяется также характер разрушения пород.

Если на поверхности цилиндрического образца напряжение характеризуется величиной о 2, а разрушающее напряжение по

414

осп его — величиной о 17 то связь между этими величинами может быть примерно описана зависимостью

Oj = сгсж -j- ка2,

где к — коэффициент, уменьшающийся с увеличением а 2. Производственные данные также указывают на прямую связь

напряженного состояния взрываемых пород забоя с параметрами буровзрывных работ.

В тех забоях, где производилась оценка статических напряже­ ний, взрывание с учетом изменений, вносимых напряженным состоя­

нием пород, привело к тому, что расход ВВ на 1 м3 породы сокра­ тился на 0,4 кг, СВ — на 0,2 шт. и бурения — на 0,7 м.

Изменение напряженного состояния пород в призабойной части выработки, связанное с изменением глубины разработки, зависит от сечения выработки и физико-механических свойств породы.

Рассмотрим с этих позиций влияние сечения подземной выра­ ботки на удельный расход ВВ, величину подвигания забоя и глу­ бину шпуров. Установлено, что максимальные напряжения имеют место при максимальных давлениях. В сечении горных выработок возникает явление некоторого денапряженного состояния породы, стремящейся сдвинуться в сторону свободной поверхности забоя

415

(отжим). Эти явления в известной мере характеризуются количеством и расположением пзохром (линий равных напряжений, образующихся при нагружении образцов из оптически активных материалов).

Из рис. 221 видно расположение пзохром (изогнутые линии) при различном давлении на горную выработку, и их распределе­ ние в материале образца, имитирующем породы, окружающие вы­ работку (заштрихованная область в центре каждого рисунка) в за­

зон неравномерного трехосного сжатия породы. Менее благоприятно расположение заряда в менее напряженной зоне. Совершенно неблаго­ приятные условия работы заряда наблюдаются при наличии объ­ емного сжатия.

Производственные эксперименты по определению расхода ВВ в зависимости от сечения выработки показали, что при площади поперечного сечения от 20 до 60 м2 расход ВВ остается почти по­ стоянным. С увеличением площади сечения выработок от 4 до 18 м2 удельный расход ВВ уменьшается. Эта особенность учтена при вы­ воде формулы расчета удельного расхода ВВ.

Средние значения удельного расхода ВВ и подвигания вруба представлены на графиках (рис. 223), а данные опытов приведены в табл. 8 8 , из которых следует, что:

расход ВВ на разрушение породы во врубе и по всему забою с увеличением сечения выработок уменьшается.

Проявление горного давления создает в призабойном массиве породы зону неравномерного трехосного сжатия, ослабляя прочность породы; при взрыве напряжения в массиве усиливаются ударными волнами.

416