Контурное взрывание

Контурное взрывание представляет собой один из методов, обеспечивающих повышение устойчивости обнажений массивов горных пород путем снижения воздействия на них взрыва, а также получение ровных стенок горных выработок заданного профиля.
Метод применяется в горной промышленности, в гидротехническом и дорожном строительстве и везде там, где требуется относительное точное соблюдение выемочных контуров и сохранность сооружений.
Контурное взрывание предусматривает применение двух основных технологий:
- метод предварительного щелеобразования, это технология, не учитывающая наличие обнаженной (открытой) поверхности, при этом главным геометрическим параметром взрывания является расстояние между рядами скважин;
- метод контурной отбойки — технология взрывания системы зарядов с учетом влияния открытой поверхности, а главными параметрами являются расстояние между скважинами и уходка.
Оба этих метода предусматривают использование BB в контурном ряду скважин. В западной литературе приводится также метод контурного взрывания, когда в контурных рядах нет BB, т.е. это по существу выделение охраняемой зоны с помощью часто пробуренных скважин.
Применительно к общепринятым понятиям контурного взрывания его критерием считается минимальное отношение длины сохранившихся следов скважин на плоскости откоса к общей длине оконтуривающих скважин, и составляющее не менее 0,3.
Основными параметрами, формирующими условия контурного взрывания являются расстояние между зарядами, тип применяемого BB и плотность заряжания и конструкция заряда.
В целом, смысл предпринимаемых технологических решений состоит в том, чтобы исключить или снизить разрушающее действие взрыва на охраняемый контур. Это достигается управлением названными выше параметрами с помощью специальных технологических приемов.
Принципиальное отличие методов предварительного щелеобразования и контурной отбойки заключается в том, что при методе контурной отбойки основным параметром является мощность амортизирующего слоя, разрушающегося под действием отраженных волн напряжений при взрыве предконтурных зарядов в сочетании со взрывом контурных зарядов. При методе предварительного щелеобразования амортизирующий слой разрушается исключительно отраженными волнами от взрыва предконтурных зарядов. В этом случае влияние открытой поверхности исключено.
Расчет некоторых параметров контурного взрывания. Данный расчет представлен в книге В.В. Матвейчука и В.П. Чурсилова и применим при методе предварительного щелеобразования, при этом глубина контурных скважин должна быть равна глубине скважин рыхления, а в случае повышенных требований к сохранности откоса - глубже их на 10-12 Dз.
Наиболее ответственным параметром при контурном взрывании является расстояние между скважинами, которое можно определить, учитывая основные параметры как BB, так и характеристики породы:

где к = 0,95-1,2 - коэффициент, учитывающий ориентацию естественной трещиноватости в массиве относительно плоскости оконтуривания;
d - диаметр скважин мм;
V - коэффициент Пуассона;
Pd - детонационное давление в заряде BB Па;
Vз - объем заряда BB в скважине, м3;
Vc - объем самой скважины, м3;
X=1,17-1,25 - показатель адиабаты;
σр - предел прочности при растяжении, Па;
с - безразмерный коэффициент;
m - степень затухания ударной волны в зоне разрушения;
n - степень затухания в зоне образования трещины.
Последние два показателя можно определить из выражений:

Детонационное давление связано со скоростью детонации и плотностью заряжания:

где δ - средняя плотность заряда BB в скважине, кг/м3;
Vd - скорость детонации, м/с;
g=9,81 м/с2.
Безразмерный параметр по существу представляет собой соотношение импедансов, который также определяется детонационными характеристиками и свойствами породы:

где γ - плотность горной породы; Cp - скорость продольной волны в породе.
Пример расчета. Для породы с v=0,26, Gp=10Mпa, и к=1,2, Ср=5650 м/с, γ=3,6*10в3 г/см3 принят диаметр контурных скважин d=75 мм, плотность заряжания V3/Vc=0,8, BB имеет скорость детонации vd=4000 м/с при плотности самого BB δ=1100 кг/м3, с показателем адиабаты х=1,2. Определить расстояние между зарядами.

Расчет параметров контурного взрывания можно выполнить на основании анализа волновых процессов.
Продольная волна движется в породе А плотностью ρ1-2,9 т/м3 со скоростью Cp1=4880 м/с, обеспечивая напряжение σ1=70 МПа. На пути волна встречает под углом 90° породу с плотностью ρ2=2,6 т/м3 и Ср2=3660 м/с. Определить напряжение в отраженной и преломленной волнах.
1. Импедансы пород и их отношение равно:

2. Напряжение в прошедшей волне составит:

3. Напряжение в отраженной волне составит:

Знак «-» означает напряжение растяжения.
Иногда возникает задача определения диаметра контурного заряда (скважины). Поэтапно она решается следующим образом.
1. По условиям обеспечения заданной разрыхляемости и надежной проработки подошвы уступа диаметр заряда вычисляется как:

где H - высота уступа, м; Kp - коэффициент разрыхления; F - группа породы по СНИП.
2. По условию равенства производительности бурового станка и экскаватора по горной массе вычисляется как:

где Eэ - емкость ковша экскаватора.
3. Согласование скорости детонации с физикомеханическими свойствами пород производится по соотношению:

где р - плотность породы; f - коэффициент крепости; А -акустический коэффициент трещиноватости, равный:

4. Длина забойки связана с диаметром скважины и высотой развала Hp:

5. Величина рационального интервала замедления по условию дробления определяется как:

При контурном взрывании расстояние между скважинами (зарядами) зависит также от уровня передачи давления от заряда к породе. Рассмотрим задачу по определению давления. Заряд А плотно прилегает к стенкам скважины диаметром 200 мм при плотности заряжания р0=1000 кг/м3, плотность породы рп=3,5 т/м3. Определить напряжение в породе, если скорость детонации BB uд=4000 м/с, а скорость продольной волны в породе Ср=6000 м/с.
1. Напряжение в прошедшей волне:

В данном случае σ1 соответствует детонационному давлению Рд, тогда имеем:

2. Детонационное давление определяется по известной формуле и при приведенных выше данных детонационное давление окажется равным:

Тогда напряжение в породе составит:


В том случае, если заряд представлен гирляндой, расчет примет иной вид. При диаметре заряда 50 мм и плотности р0=1100 кг/м3, скорости детонации uд=4000 м/с, температуре взрыва Т=2900°С, показателе адиабаты ψ=1,3 и диаметре скважины 75 мм в породе плотностью рп=2600 кг/м3 и скорости звука в ней Ср=6000 м/с, определим давление в прошедшей волне.
1. Давление газов на поверхности заряда P0 принимается условно детонационному:

2. При адиабатическом расширении газов, давление их на стенку скважины равно:

3. Напряжение в породе составит:

где Cp1ρ1 - акустическая жесткость продуктов взрыва; СР2ρ2 -акустическая жесткость породы.
4. Скорость продольной волны в газах составит:

Для адиабатического расширения верно соотношение:

В нашем случае температура взрыва составит Твз=2900+273=3173°К:

5. Плотность газов составит:

6. Напряжение в массиве составит:

---