Влияние ориентации скважинных зарядов на разрушение напряженного массива

01.12.2020

Разрушение напряженной среды взрывом зависит от условий расположения скважинных зарядов по отношению к направлению действия сжимающих сил. Этот фактор оказывает большое влияние па интенсивность и направленность зоны трещинообразования при взрывном разрушении горных пород.

Влияние ориентации скважинных зарядов BB на разрушение твердой среды, подверженной статическому давлению, исследовали на образцах горных пород, плоских и объемных моделях из различных эквивалентных им материалов, находящихся в условиях одноосного и двухосного сжатия. Для взрывания удлиненные заряды флегматизированного тэна ориентировали под углом 0, 60, 90°. Сжимающие напряжения достигали 50% от разрушающих. Процесс трещинообразования регистрировали скоростной киносъемкой.

После инициирования заряда за время 0,7 мс на поверхности цементно-песчаного блока по вертикальной оси шпура, параллельной нагрузке. (1500 кгс), образуются трещины. К моменту времени 0,9 мс эти трещины начинают развиваться по обе стороны от оси шпура (рис. 16). К периоду времени 3,6 мс в области наклонной скважины трещины стремятся, к вертикальному направлению Трещинообразование под углом 90, 60° продолжается до 6 мс, создавая равномерное дробление области премыкающей к воронке выброса.

Выхода трещин на поверхность модели по горизонтальной оси (перпендикулярной нагрузке) шпура не наблюдается. Ко времени 1,2 мс образуются лишь незначительные горизонтальные трещины по нижнему контуру воронки выброса.

Особенностью разрушения среды вокруг горизонтального шпура является образование глубокой зональной трещины в плоскости модели вдоль оси горизонтального шпура.

По оси горизонтального (перпендикулярного нагрузке) шпура мелкие трещины на поверхности модели развиваются в последнюю очередь. Это запаздывание при мгновенном взрывании всех зарядов объясняется тем, что у горизонтального шпура развиваются преимущественно закольные трещины в плоскости модели, которые выходят на поверхность под углом а за время —
Влияние ориентации скважинных зарядов на разрушение напряженного массива

тогда как у вертикального шпура трещины развиваются равномерно во все стороны и достигают поверхности модели по л. н. с. за время

где vтр — скорость распространения трещин, м/с.

В напряженной модели по мере увеличения угла наклона шпура от 0 до 90° происходит изменение в образовании и раскрытии трещин. Разрушения ориентированными шпуровыми зарядами объемных моделей, находящихся в условиях одноосного и двухосного сжатия, и ненапряженной модели различаются показателями дробления, трещинообразования и воронки выброса. Зоны разрушения мелкозернистого песчаника с f=8-10 определяли на образцах размером 100x100x100 мм, который подвергался неравномерному сжатию с преобладанием вертикального усилия под прессом в винтовом устройстве. Заряд тэна массой 100 мг располагался в шпуре диаметром 4 мм, глубиной 05 мм при л. н. с., равной 20 мм. Статическая нагрузка составляла 30, 50,' 75% предела прочности песчаника на сжатие. При параллельном расположении зарядов с направлением преобладающего статического давления образуется нормальная воронка выброса. С увеличением нагрузки объем воронки возрастает. Нормальное расположение зарядов к действующему усилию при аналогичных условиях приводит к увеличению воронки выброса. При увеличении нагрузки более 70% разрушающих усилий происходит откол по всей плоскости образца на толщину, совпадающую с величиной л. н. с. Изменение средних объемов воронки выброса приведено в табл. 8.

Выявленные особенности разрушения напряженных сред в зависимости от ориентации зарядов к направлению преобладающего давления обусловлены влиянием тангенциальных напряжений на контуре шпура, вызванных статической нагрузкой.

Рассмотрим, сечения, перпендикулярные оси шпура в нагруженной модели при условии линейной и плоской деформации, имитируя их изотропной плоскостью с круглым отверстием (рис. 17). В пластинах около отверстия существуют области с напряжениями сжатия и растяжения. Максимальные тангенциальные напряжения на контуре шпура показаны точками: 1 — растяжениe; 2 — сжатие. При расположении шпура перпендикулярно к направлению приложения нагрузки (см. рис. 17,1) действуют тангенциальные напряжения, способствуя при взрыве росту трещин преимущественно в этом направлении (о01=P; о02=-3P). При двухосном сжатии: v=0,25, о01=0,25P, о02=-2,75P (см. рис. 17,2) трещины развиваются под углом более равномерно, но с меньшей интенсивностью, что указывает на наличие напряжений сдвига.

В случае а0=-2Р (рис. 17,3), направление которого совпадает с преобладающим давлением, граничную область, в которой сказывается влияние отверстия, можно рассматривать в виде кругового контура, поскольку при значительной одноосной нагрузке в рассматриваемом сечении возникает двухосное напряженное состояние. Этому способствует трение на контакте торцов модели с прессом. Область сжатия, возникающую вокруг скважины, можно рассматривать как результат действия наружного давления на условном контуре.

В силу осевой симметрии очевидно, что все точки, равноудаленные от оси отверстия, находятся в одинаковых условиях. Тангенциальные о0 и радиальные or напряжения при параллельном расположении отверстия изменяются по гиперболическому закону. В области скважины действуют и осевые напряжения оz. Величины указанных напряжений в функции от переменного радиуса r определяются по формулам

На контуре отверстия в случае изотропной среды при r=r1 и o0=-2P однородность их распределения (см. рис. 17, в) создает условия для равномерного развития трещин по всей окружности, хотя и в меньшей степени, чем в ненагруженной модели, так как при взрывании сжатой среды затрудняется трещинообразование.

Распределение тангенциальных и радиальных напряжений вокруг скважины при перпендикулярной ориентации к направлению действующего давления показано на рис. 18 Преобладающими напряжениями являются сжимающие. Наибольшее значение, с точки зрения трещинообразования, имеют напряжения на самом контуре скважины.

Волна напряжений, возникшая в среде при взрыве заряда накладываясь на исходное статическое поле нaпряжений у контура шпура, изменяет их интенсивность.

Таким образом, на эффективность трещинообразования в напряженном массиве при взрывании удлиненных зарядов существенно влияет исходное статическое поле напряжений вокруг скважины, характер которого обусловлен направлениями скважины и действующего давления. Эксперименты в условиях шахты им. Скочинского на горизонте 1200 м методом разгрузки позволили установить, что породы находятся в неравнокомпонентном напряженном состоянии: горизонтальная составляющая превышает вертикальную в три-четыре раза.

Поэтому при глубинном торпедировании выбросоопасных пород скважины необходимо располагать параллельно преобладающему давлению. Это позволит создать зону максимального трещинообразования вокруг заряда и обеспечить снижение напряженности массива, а следовательно, вероятность проявления выбросов породы при расположении параллельных скважин в подошве или кровле выработки.

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