Изменение параметров воронки выброса при взрывании зарядов в напряженной среде

01.12.2020

При разрушении напряженного массива важное практическое значение имеет отжим, возникающий в плоскости забоя выработок под влиянием денапряженного состояния породы, стремящейся сдвинуться в сторону открытой поверхности под воздействием горного давления. В призабойной зоне по оси выработки породы на некотором расстоянии от открытой поверхности подвержены растягивающим напряжениям, которые с углублением в массив сменяются сжимающими. Наличие этой зоны изменяет условия работы взрыва помещенного в ней заряда ВВ. Отжим приобретает особое значение, когда напряжения со стороны массива соизмеримы по величине с временным сопротивлением разрушающих пород. Поэтому необходимо учитывать неравномерное напряженное состояние в забое выработки при выборе параметров и схем взрывания шпуровых зарядов, определяющих необходимое действие взрыва.

Неравенство условий работы взрывов шпуровых зарядов в призабойной зоне обусловливается величиной и формой области отжима, зависящей от физико-механических свойств горных пород, горнотехнических и геологических фактором. В области отжима облегчаются условия отрыва горной породы взрывом за счет статических деформаций растяжения. Здесь преобладают разрывающие усилия. В условиях большого зажима при взрыве образуется воронка выброса с относительно малым углом раствора 2а за счет разрушений горного массива преобладающими усилиями среза (a — угол полураствора воровки выброса, градус).

Параметры воронки выброса в напряженной среде в области отжима определяли на образцах песчаника размером 100х100х100 мм. Изменения средних объемов воронки выброса и угла ее раствора при взрывании зарядов тэна и различных л. н. с. в однооснонапряженных образцах песчаника мелкозернистого приведены в табл. 7.

Взрывание заряда в области отжима при л. н. с., равной 20 мм, и статическом давлении Р = 450 кгс/см2 привело к образованию воронки объемом V = 145 cм2 с углом раствора воронки 118°. При взрыве заряда в тех же условиях, но при увеличении давления до 650 кгс/см2 образовалась воронка с V=19,2 см3 и а=124°. В этом случае нагрузка способствовала образованию области отжима в виде сегмента с большей высотой hc2 (рис. 14, а), чем при нагрузке 450 кгс/см2 — hc1 (рис. 14, б). В этом случае заряд BB располагается в увеличенной области отжима. Она возрастает при увеличении нагрузки, и взрываемый заряд работает в облегченных условиях. С увеличением л. н. с. с 20 до 30 мм при размещении заряда в зоне сжимающих напряжений угол раствора воронки у ее вершины уменьшается, а образующие его у основания в зоне отжима в некоторой степени расширяются, увеличивая угол раствора воронки у ее основания. Это расширение обусловливает прирост объема воронки выброса, тем самым уменьшая разность объемов воронок для л.п.с., равной 30 и 20 мм.

Сопротивление горных пород срезающим усилиям больше, чем разрывающим, поэтому для достижения одинаковых результатов взрыва при равном значении л. и. с. энергия заряда BB в условиях всестороннего сжатия должна быть больше. Это условие в первую очередь должно соблюдаться для врубовых шпуров, когда заряд расположен перпендикулярно открытой поверхности. Отбойные шпуры работают в условиях двух открытых поверхностей, причем основная работа заряда происходит при расположении .его параллельно открытой поверхности врубовой полости, когда напряженное состояние породы оказывает меньшее влияние.

С увеличением нагрузки угол раствора воронки взрываемого заряда до определенной степени возрастает, что в конечном счете при больших размерах области отжима может привести к отколу породы по линии расположения зарядов, совпадающей с направлением действия преобладающего давления. Во избежание этого следует правильно определить рациональный удельный расход BB, л. н. с. и коэффициент сближения зарядов с учетом напряженного состояния горного массива.

При взрыве заряда энергия BB расходуется на преодоление сил сцепления массива, по боковым поверхностям воронки выброса, а также сопротивления породы перемещению и выбросу разрушенной породы во всем объеме воронки разрушения. Для разрушения напряженной среды необходимо установить затраты энергии на преодоление этих сопротивлений, а также, характер изменения этих сопротивлений с изменением напряженности массива.

Усилия, необходимые для отрыва горной породы по боковой поверхности воронки выброса, определены на образце в форме куба, находящегося в условиях действия одноосного сжатия и усилий трения. Для куба со стороной d, сжатого между жесткими плитами, приложенными по верхней и нижней граням под заданной нагрузкой без скольжения:

Боковые грани его свободны от напряжений. На верхнюю и нижнюю грани действуют также касательные напряжения тyz и тxz.

Для определения напряженного состояния куба можно использовать предложенный в работе вариационный метод Кастилиано, удовлетворяющий в области тела уравнениям упругого равновесия.

Компоненты напряженного состояния куба, отвечающие дифференциальным уравнениям равновесия и граничным условиям при отсутствии объемных сил, имеют вид:

где oх, оу, oz, тyz, тxz, тxy — соответственно нормальные и касательные напряжения, кгс/см2; E — модуль упругости, кгс/см2; V — коэффициент Пуассона; A, В, С — произвольные постоянные.

Функции Pm(х), Pn(y) вместе со своими производными обращаются в нуль в конце соответствующего интервала d.

Применив вариационный метод Кастилиано, эти параметры легко определить из условия минимума энергии. Если на поверхности тела заданы перемещения, то вариационное уравнение Кастилиано в данном случае принимает вид


Раскрыв уравнение (5), получим систему линейных уравнений, из которой и определяются произвольные постоянные:
Изменение параметров воронки выброса при взрывании зарядов в напряженной среде

Экспериментально установлено, что при взрыве цилиндрического заряда в условиях заданного напряженного состояния образуется зона разрушения в виде конуса с высотой W, основанием которого служит эллипс с полуосями R1R2 (рис. 15), а высота проходит через центр основания. Поэтому действие заряда BB на горную породу в объеме воронки можно рассматривать как сосредоточенную силу ЕF, приложенную к центру полости заряда. Напряженное состояние элементарного объема, через который проходит боковая поверхность воронки выброса, т. е. в точке, в районе которой выделен этот объем, характеризуется следующими зависимостями:

где а, т — соответственно нормальное и касательное напряжения, кгс/см2; а — угол между направлением действия силы и боковой поверхностью воронки взрыва, т. е. угол ее полураствора, градусы (см. рис. 15).

При бесконечно малых значениях элементарных объемов

где Sв — боковая поверхность воронки выброса, которую, если начало координат взять в вершине конуса и плоскость ху провести параллельно основанию, можно определить по формуле

Перейдя к обобщенным полярным координатам и выполнив несложные преобразования, получим

где Е(k) — полный эллиптический интеграл II рода, который легко вычислить по формуле Симпсона или формуле парабол;

Усилие, необходимое для отрыва горной породы от массива по боковой поверхности воронки выброса,

Приравняв усилие Fs усилию действия определенной весовой единицы активной части заряда BB, передаваемому в направлении контура воронки, представляется возможным определить необходимую массу заряда.

Правильный выбор удельного расхода BB для разрушения напряженного горного массива в объеме воронки выброса с учетом зон отжима и зажима способствует уменьшению отбойки пород законтурного пространства выработки.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна