Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва
Наведені результати експериментальних і теоретичних досліджень щодо обгрунтування раціональних параметрів нового способу відокремлення монолітів від скельного масиву енергією вибуху. Results over of experimental and theoretical researches are brought on the ground of monoliths separation new meth...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54259 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва / К.С. Ищенко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 31-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859674267210219521 |
|---|---|
| author | Ищенко, К.С. Кратковский, И.Л. |
| author_facet | Ищенко, К.С. Кратковский, И.Л. |
| citation_txt | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва / К.С. Ищенко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 31-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Наведені результати експериментальних і теоретичних досліджень щодо обгрунтування
раціональних параметрів нового способу відокремлення монолітів від скельного масиву
енергією вибуху.
Results over of experimental and theoretical researches are brought on the ground of monoliths
separation new method rational parameters from a rock massif by explosion’s energy.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:07:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
31
лат, І.О. Ященко, Б.В. Бокій [та інші] // Геотехническая механика: межвед. сб. научных трудов. – Днепропет-
ровск, 2012. – Вып. 97. - С. 3-17.
19. Програма підвищення безпеки праці на вугледобувних та шахтобудівних підприємствах.. Затверджено
Постановою Кабінету Міністрів України постановою від 29.03.2006р. № 374. Зміни внесені згідно з постанова-
ми КМ від 24.10.2007 № 1263 та № 521 від 18.05 2011..Електронний ресурс. Режим доступу:
http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/374-2006-n/print1329904436.
20. Концепція підвищення рівня охорони праці на вугільних шахтах України / Затверджено Мінпаливе-
нерго України 17 січня 2005р.
УДК [622.236.4:622.215.1].001.6
Кандидаты техн. наук К.С. Ищенко,
И.Л. Кратковский
(ИГТМ НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВОГО СПОСОБА
ОТДЕЛЕНИЯ МОНОЛИТОВ ОТ СКАЛЬНОГО МАССИВА
ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА
Наведені результати експериментальних і теоретичних досліджень щодо обгрунтування
раціональних параметрів нового способу відокремлення монолітів від скельного масиву
енергією вибуху.
RESEARCH OF NEW METHOD MONOLITHS SEPARATION FROM
ROCK MASSIF EFFICIENCY BY ENERGY OF EXPLOSION
Results over of experimental and theoretical researches are brought on the ground of monoliths
separation new method rational parameters from a rock massif by explosion’s energy.
Введение. Интрузивные породы, являясь сырьем для получения облицовоч-
ного и декоративного камня, интенсивно разрабатываются как нерудные строи-
тельные материалы. Цена на отдельные виды декоративного камня на внешнем
рынке составляет 800-1000 долларов США за 1 м
3
. Наблюдается устойчивая
тенденция к росту мировых цен на этот вид сырья [1, 2].
Экспорт декоративного и облицовочного камня, может, таким образом,
стать надежным источником валютных поступлений в бюджет в условиях ры-
ночной экономики. Существенное повышение объема добычи монолитных
блоков из природного камня при их высоком качестве возможно только за счет
внедрения новых технологий отделения их от массива.
Анализ состояния проблемы. Следует отметить, что часто в обработку во-
влекается так называемое «некондиционное» сырье, что ведет к снижению
прочности щебня и к большим потерям качественного блочного камня. На не-
которых карьерах по добыче блочного камня реальный выход качественного
блочного камня, отделяемого от массива, не превышает 4-6 % при прогнозиру-
емом объеме 40-45 %. Это определяет актуальность задачи совершенствования
технологии добычи блочного камня. Добыча интрузивных пород ведется в ос-
новном взрывным способом, причем затраты средств на буровзрывные работы
составляют не менее 30-50 % от себестоимости монолитных блоков. По усло-
виям выполнения и предъявляемым требованиям к достигаемому результату
взрывное отделение монолитов от гранитного массива относится к числу слож-
32
но реализуемых видов контурного взрывания [3].
Цель работы – обоснование экспериментальными и теоретическими иссле-
дованиями рациональных параметров ресурсосберегающего способа отделения
монолита от скального массива с помощью энергии взрыва.
Методика, задачи и результаты исследований. Для установления основ-
ных параметров разрушения горных пород при отделении блоков от массива
необходимо выполнить теоретические исследования и рассчитать основные ве-
личин начальных давлений и деформаций от взрыва скважинного заряда дым-
ного пороха. Кроме того, путем экспериментальных исследований на песчано -
цементных моделях с блочной структурой необходимо установить особенности
характера их разрушения, которые будут учтены при обосновании рациональ-
ных параметров нового способа отделения монолитов от скального массива.
На практике ведения взрывных работ по камнедобыче на карьерах строи-
тельных материалов бытует мнение о том, что взрывание скважинных зарядов
дымного пороха на карьерах блочного камня приводит к деструктивному воз-
действию на разрабатываемую породу, то есть, вызывает ослабление структур-
ных (внутренних) связей между зернами минералов в породе. Отсюда следует
вывод о целесообразности отказа от применения дымного пороха для добычи
блоков-заготовок крепких пород. Чтобы оспорить выдвинутые недооценки эф-
фективности применения дымного пороха, как одного из основных средств для
отделения породы от массива нами выполнены теоретические исследования по
оценке применимости данного метода при воздействии на породу данного
взрывчатого вещества, инициируемого как в режиме обычного горения, так и в
режиме взрывчатого разложения.
Установлено, что при срабатывании дымного пороха в скважине, иницииро-
ванного огнепроводным шнуром (ОШ) в режиме обычного горения, электоро-
зажигательным патроном типа (ЭЗП-Б) скорость горения составляет 400 м/с [4].
Для определения давления продуктов горения дымного пороха, воспользу-
емся эмпирическим выражением [5],
υ
1
b
AU
Р (1)
где U – линейная скорость горения пороха (400 м/с); А, b, υ – константы.
следует отметить, что формула (1) применима для расчета величины давления в интерва-
лах 5∙105-2,5∙108 па. подставляя в формулу (1) значения констант – а = 1,5 102, b = 0,2 102, υ =
0,47 – при линейной скорости горения пороха
400 м/с давление взрыва в скважине составит
МПа57,21
102,0
105,1400 47,0
1
2
2
Р .
Тогда величину объема скважины при максимальном расширении ее стенок
33
продуктами взрыва пороха для различных типов пород можно определить из
выражения [6] при следующих параметрах скважины: начальный радиус сква-
жины – 0,05 м; высота заряда в скважине – 1,0 м при атмосферном давлении
равном 0,1 МПа,
,β 000max VPPVVV (2)
где
зHRV 2
00 π – начальный объем скважины (нз – высота заряда в скважине);
r0 – начальный радиус скважины; р0 – атмосферное давление; β =1/к – коэффи-
циент сжимаемости породы;
EG
EG
K
33
, – модуль объемного сжатия, па;
е – модуль юнга, па; g – модуль сдвига, Па.
Известно, что максимальный объем полости при взрыве заряда пороха при
обычном горении равен
vmax = πr
2
max hз,
где rmax – максимальный радиус полости при взрыве заряда пороха при
обычном горении.
тогда после преобразования формулы (2) получим выражение для расчета
максимального радиуса скважины, расширенной при обычном горении дымно-
го пороха,
2
1
2
0
0
0max
π зHR
PP
RR , (3)
а с учетом выражения (3) время расширения стенок скважины можно пред-
ставить в виде [4],
,
1
ρ
4
1
ρ
/
4
1
2
2
0max0
pC
PP
RRR
t (4)
где Сp – скорость продольной волны сжатия, м/с; ρ – плотность горной
породы, кг/м
3
.
Из полученных соотношений определим относительную деформацию сте-
нок скважины и скорость деформации при обычном режиме горения пороха, а
именно:
– относительная деформация 00max /ε RRR ; (5)
– скорость деформации стенок скважины tε/ε . (6)
Отсюда, согласно данным, приведенным в работе [8], можно определить
предел прочности скальной породы на одноосное сжатие при динамическом
34
нагружении с учетом скорости ее деформации
,εγ0сждинсж
R (7)
где σсж – предел прочности скальной породы на одноосное сжатие при ста-
тическом нагружении; R0 – начальный радиус скважины; γ – тангенс угла
наклона графика зависимости предела прочности породы на одноосное сжатие
при динамическом нагружении от скорости деформации.
Расчетным путем установлено, что при скорости деформации стенок сква-
жины 10,23 с
-1
предел прочности габбро-диабаза составил 338,4 МПа, при этом
предел прочности на растяжение его примерно на 1/10 меньше предела прочно-
сти на сжатие. Тогда предел прочности на растяжение габбро-диабаза при ско-
рости деформации стенок скважины 10,23 с
-1
составит 33,84 МПа. Следова-
тельно, величина давления продуктов взрыва дымного пороха – 21, 57 МПа на
стенки скважины, инициируемого в режиме обычного горения, на 57 % ниже
предела прочности габбро-диабаза на растяжение (33,84 МПа). Отсюда следует,
что взрывание скважинного заряда дымного пороха в режиме обычного горе-
ния, осуществляемого в однородном нижнем полупространстве, представлен-
ными, например, габбро-диабазами, не вызывает его разрушение, то есть, не
приведет к образованию радиальных трещин на стенках скважины.
Таким образом, массив пород, представленный габбро-диабазами, можно
разрушить взрывом скважинного заряда дымного пороха, инициируемого в ре-
жиме обычного горения, только в том случае, если он содержит свободные, не
фиксируемые поверхности в виде раскрытых микротрещин, и макротрещин или
имеет близко расположенные крутопадающие поверхности обнажения породы.
Представляет особый интерес работа скважинного заряда дымного пороха в
режиме инициирования маломощным детонирующим шнуром (ДШ) системы
NONEL со скоростью 2000 м/с [4]. В этом случае начальное пиковое давление
дымного пороха можно определить из выражения
4
ρ 2D
Р ВВ , (8)
где ВВ– плотность пороха (10
3
кг/м
3
); D – скорость взрывчатого разложения
пороха (2000 м/с).
А начальное среднее давление продуктов взрывчатого разложения пороха
определим по формуле
8
ρ 2D
Р ВВ . (9)
Тогда максимальный радиус скважины при взрывчатом разложении пороха
рассчитывают по формуле [7]
35
1
6
max 0 / ,кR R P P (10)
где Рк – критическая величина давления (200 МПа).
Для упрощения расчета величины давления продуктов взрыва дымного по-
роха, изменяющееся в зависимости от скорости его взрывчатого превращения,
построены номограммы (рис. 1).
0
300
600
900
1200
1500
1800
500 1000 1500 2000
Uг, м\с
Р, МПа
1
2
3
А Б
а – скорость горения дымного пороха от 0 до 600 м/с;
б – скорость горения дымного пороха от 600 до 2000 м/с;
1 –давление продуктов горения дымного пороха, рассчитанного по формуле (1);
2 –начальное среднее давление продуктов взрывчатого разложения дымного пороха,
рассчитанное по формуле (9); 3 – начальное пиковое давление продуктов взрывчатого
разложения дымного пороха, рассчитанное по формуле (8)
Рис. 1 – Номограммы для расчета величины давления продуктов взрыва дымного пороха
в зависимости от скорости его горения (взрывчатого разложения)
Анализ расчетов, выполненных по приведенным формулам, позволяет уста-
новить, что максимальный радиус скважины при разрушении габбро-диабазов
при взрыве заряда пороха в режиме взрывчатого превращения составляет
0,0654 м, а время расширения стенок скважины до максимальных значений ее
радиуса имеет величину равную 6,992 10
-4
с или 0,6992 мс. Относительная де-
формация стенок скважины при взрыве пороха в режиме взрывчатого разложе-
ния равна = 0,308.
Скорость деформации стенок скважины для данных условий взрывания
имеет величину ε = 440,5 с
-1
. Отсюда следует, что при скорости деформации
стенок скважины 440,5 с
-1
предел прочности габбро-диабаза на сжатие состав-
ляет 3102,9 МПа. Следовательно, предел прочности габбро-диабаза на растяже-
ние при скорости деформации равной 440,5 с
-1
составит примерно 310, 29 МПа.
Таким образом, основываясь на результатах расчетов по приведенным выше
формулам (7) и (8), установлено, что величина давления продуктов взрыва
36
дымного пороха, инициируемого в режиме взрывчатого разложения, меньше
предела прочности габбро-диабаза на одноосное сжатие в рассматриваемых
условиях нагружения. В связи с этим можно утверждать, что инициирование
скважинного заряда пороха в режиме взрывчатого разложения, осуществляемое
в однородном нижнем полупространстве, представленном монолитным габбро-
диабазом, не оказывает деструктивного воздействия на разрабатываемую поро-
ду. Вполне очевидно, что разрушение породы будет происходить только за счет
развития радиальных трещин.
Если учесть, что при наличии близко расположенной крутопадающей по-
верхности обнажения породы (например, продольного откоса уступа) танген-
циальные растягивающие напряжения по линии расположения скважин имеет
примерно 1,5-2,0 раза большую величину, чем в перпендикулярном направле-
нии [9], что не вызывает сомнений в отделении монолита габбро-диабаза от
массива без появления в нем нарушенной структуры, вызванной действием
взрыва заряда дымного пороха, инициируемого в режиме взрывчатого разложе-
ния.
Полученные результаты расчетов дают основание считать, что высказывае-
мые суждения о деструктивном воздействии взрывных нагрузок на блоки-
заготовки роп-ручейских габбро-диабазов не отвечают действительности вне
зависимости от применяемого способа инициирования скважинных зарядов
дымного пороха.
Для обоснования режимов взрывания и технологических параметров нового
способа взрывного отделения монолита от скального массива [10] в полигон-
ных условиях были проведены эксперименты по раскалыванию песчано -
цементных блоков энергией взрыва. В соответствии с методикой исследований
блочные модели изготавливались прямоугольной формы размером
400 300 200 мм. Песчано-цементная смесь готовилась в пропорции: кварцевый
песок+цемент марки М400 = 1:1 с добавлением 10 % воды. Согласно действу-
ющим ГОСТам были исследованы физико-механических характеристики мате-
риала моделей и после обработки результатов испытаний определены средние
арифметические показатели, имеющие следующие значения: плотность – 1920
кг/м
3
; скорость продленной волны –3150 м/с и прочность на одноосное сжатие
– 20,6 МПа, а также среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации
этих величин, которые не превысили 10%.
В процессе формирования моделей вдоль оси сечения в направлении пред-
полагаемого раскалывания на равномерном расстоянии друг относительно дру-
га (40 мм) формировались взрывные полости – шпуры диаметром 10 мм на глу-
бину 2/3 высоты модели, которая варьировалась в зависимости от физико -
механических характеристик материала модели. При этом оставшаяся часть
массива модели должна оказать достаточное сопротивление расширяющимся
взрывным газам. В подготовленных взрывных полостях формировались комби-
нированные заряды дымного пороха и детонирующего шнура (ДШ). Заряд
дымного пороха заполняли в патрон специальной конструкции, имеющий про-
дольную кольцевую выемку в которую укладывали нить ДШ диаметром 3 мм.
37
Детонирующий шнур изготавливали из полихлорвинилового волновода с внут-
ренним диаметром 2 мм и прессованием вовнутрь его порошкового тэна плот-
ностью 1200 кг/м
3
. Общая масса дымного пороха в зарядах всех серий экспери-
ментов составляла 20,0 г. Для подрыва зарядов пороха и ДШ формировались
боевики с размещением в бумажные гильзы диаметром 2-3 мм чистого тэна
массой 80 мг с инициатором, изготовленного из нихромового мостика с навес-
кой капельки из азида свинца массой 10 мг. Инициирование зарядов осуществ-
лялось с замедлением, начиная с ДШ, а затем заряды дымного пороха. Схема
модели и конструкция заряда приведены на рис. 2, а, б.
а Б
а – схема модели; б – конструкция заряда;
1 – шпур; 2 – заряд дымного пороха; 3 – ДШ; 4 – патрон-боевик; 5 – забойка
Рис.2 – Схема модели и конструкция заряда дымного пороха
Результаты экспериментальных взрывов приведено на рис.3. На нем пред-
ставлен внешний вид модели, расколотой описанным выше вариантом нового
способа отделения монолитов от скального массива.
Рис.3 – Внешний вид песчано-цементного блока, расколотого зарядами дымного пороха
Критерием качества раскалывания была принята шероховатость, характери-
3
1
4
5 2
2
1
5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54259 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:07:52Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ищенко, К.С. Кратковский, И.Л. 2014-01-30T23:11:08Z 2014-01-30T23:11:08Z 2012 Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва / К.С. Ищенко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 104. — С. 31-41. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54259 [622.236.4:622.215.1].001.6 Наведені результати експериментальних і теоретичних досліджень щодо обгрунтування раціональних параметрів нового способу відокремлення монолітів від скельного масиву енергією вибуху. Results over of experimental and theoretical researches are brought on the ground of monoliths separation new method rational parameters from a rock massif by explosion’s energy. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва Research of new method monoliths separation from rock massif efficiency by energy of explosion Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва Ищенко, К.С. Кратковский, И.Л. |
| title | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| title_alt | Research of new method monoliths separation from rock massif efficiency by energy of explosion |
| title_full | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| title_fullStr | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| title_full_unstemmed | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| title_short | Исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| title_sort | исследование эффективности нового способа отделения монолитов от скального массива энергией взрыва |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54259 |
| work_keys_str_mv | AT iŝenkoks issledovanieéffektivnostinovogosposobaotdeleniâmonolitovotskalʹnogomassivaénergieivzryva AT kratkovskiiil issledovanieéffektivnostinovogosposobaotdeleniâmonolitovotskalʹnogomassivaénergieivzryva AT iŝenkoks researchofnewmethodmonolithsseparationfromrockmassifefficiencybyenergyofexplosion AT kratkovskiiil researchofnewmethodmonolithsseparationfromrockmassifefficiencybyenergyofexplosion |