Разрушение пород при короткозамедленном взрывании

Короткозамедленным называется последовательное взрывание серий или отдельных зарядов с интервалами в тысячные доли се­кунды. Иногда это взрывание называют миллисекундным.

Короткозамедленное взрывание впервые применено в 1934— 1935 гг. инж. К.В.Берлиным с целью получения конусообразного навала породы при проходке ствола. С 50-х годов короткозамед­ленное взрывание начинает широко применяться на зарубежных карьерах для снижения сейсмического действия взрыва и затем для улучшения дробления. На карьерах СССР этот метод начал внедряться с 1951 г.

Основными факторами, определяющими эффективность короткозамедленного взрывания, являются интервал замедления и по­следовательность разрушения участков массива. Эти параметры изменяются в зависимости от свойств пород, схемы расположения зарядов, задачи взрыва (дробление, перемещение породы и т. д.). При короткозамедленном взрывании происходит взаимодействие взрывов зарядов смежных серий.

Достигаемая при короткозамедленном взрывании эффектив­ность разрушения определяется следующими факторами: интер-

ференцией волн напряжений от соседних зарядов; образованием дополнительных открытых поверхностей; соударением разлетаю­щихся кусков при взрыве соседних зарядов.

При малых интервалах имеет место интерференция волн напря­жения, при средних — образование дополнительных открытых поверхностей, при больших — соударение разлетающихся масс (кусков) разрушенного массива. Таким образом, все перечислен­ные факторы следует рассматривать как составные элементы еди­ного процесса взаимодействия зарядов при короткозамедленном взрывании. Ниже рассмотрены основные виды взаимодействия взрывов зарядов при короткозамедленном взрывании и их роль в увеличении эффективности разрушения. Интерференция волн напряжений в режиме сложения происходит в том случае, когда направления смещения частиц от предыдущего и последующего взрывов совпадают. При этом увеличиваются суммарные смещения, напряжения и интенсивность разрушения массива.

Волна напряжений 1 от заряда Q₁ распространяется до откры­той поверхности и, отражаясь от нее, образует отраженную волну растяжения 2, которая распространяется в глубь массива, как от мнимого заряда Q₁

(рис. 9.11). Мнимым называют заряд, равный действительному и расположенный над открытой поверх­ностью массива на высоте, равной глубине заложения действи­тельного заряда. Взрыв второго заряда Q₂

должен быть произве­ден в момент, когда волна растяжения от первого заряда прохо­дит через место расположения заряда Q₂

облегчает его действие и увеличивает эффект разрушения взрывом, производимый в мас­сиве.

При скорости распространения волн напряжений в массиве 4—5 км/с, глубине заложения и расстояниях между зарядами 6—8 м время прохождения волн составляет 2—3 мс. Для дости­жения таких интервалов замедления можно использовать петли ДШ, учитывая, что отрезок ДШ длиной 6,5 м детонирует за время 1 мс. При этом можно реализовать многократное взрывное нагружение массива от соседних зарядов до его видимого разрушения.

Длительность упругих колебаний в массиве породы после взрыва в зоне разрушения не превышает 4—6 мс, в то время как применяемые на практике интервалы замедлений, обеспечиваю­щие улучшение дробления породы, составляют 20—70 мс. При трещиноватых породах с удалением от заряда амплитуда волн резко снижается, и их роль в дроблении оказывается несущественной.

Использование интерференции волн напряжений для увели­чения интенсивности дробления пород требует очень точного подбора интервала (до 0,1 мс), а поскольку скорость волн напряже­ний, интенсивность трещиноватости и расстояния между зарядами меняются от скважины к скважине, то использовать этот эффект в реальных условиях ведения взрывных работ весьма затруднительно.

Интерференция волн напряжений может также происходить и в режиме их взаимного погашения. Тогда от действия этих волн разрушений не будет. Это происходит на расстоянии, существенно большем размеров зон дробления.

Образование дополнительных открытых поверхностей обеспе­чивает получение в массиве отраженных волн растяжений, увели­чивающих эффект разрушения, ослабляет массив и облегчает его окончательное разрушение давлением газов. В сторону открытых поверхностей происходит сдвижение породы при ее разрушении.

С увеличением числа открытых поверхностей с одной до трех у взрываемого заряда объем разрушения увеличивается примерно пропорционально их числу, так как взрыв с точки зрения разру­шения происходит в более благоприятных условиях (рис. 9.12).

Дробление породы сопровождается увеличением ее первона­чального объема при смещении в сторону открытых поверхностей. При недостаточной ширине щели разрушение затруднено, так как не успевшая сдвинуться на достаточную величину после первого взрыва порода оказывает дополнительное сопротивление следую­щему взрыву. Поэтому ширина пространства между нарушенной и ненарушенной частями массива должна быть пропорциональна ЛНС и коэффициенту разрыхления данной породы.

Необходимая ширина пространства для получения открытой поверхности по данным опытов должна быть в пределах (1/10 :1/30) W. Схема разрушения массива при образовании допол­нительных открытых поверхностей показана на рис. 9.13. Расчет­ный интервал замедления в этом случае должен быть в пределах 25—75 мс. С увеличением коэффициента крепости пород интервал замедления уменьшается.

Соударение перемещающихся от взрыва зарядов кусков по­роды происходит вследствие того, что разные участки массива

при взрыве имеют разные скорости и направления движения. При столкновении кусков происходит их дополнительное дробление. Опыты показывают, что дробление породы улучшается, если направления разлета кусков породы пересекаются под углом не менее 90°. В случае порядного взрывания соударение кусков также происходит вследствие того, что передний фронт взорван­ной породы последующего взрыва, двигающийся со скоростью 20—60 м/с, догоняет задний фронт породы от предыдущего взрыва, перемещаемый со скоростью 3—6 м/с.

Расчетами установлено, что при разности скоростей разлета более 15 м/с происходит дробление соударяющихся кусков. При взрыве с высокими удельными расходами ВВ разность скоростей может быть значительно выше, особенно при врубовых и встреч­ных схемах короткозамедленного взрывания.

При короткозамедленном взрывании процесс разрушения мас­сива зарядами первой очереди аналогичен разрушению взрывом одиночного заряда. В результате действия взрыва призма выброса оказывается раздробленной, а под действием остаточного давле­ния газообразных продуктов взрыва происходит ее сдвижение. В этот период массив находится в напряженном состоянии. При взрыве зарядов второй и следующих очередей с малыми интерва­лами замедлений в массиве возникает сложная картина интер­ференции волн напряжений, прямых и отраженных от взрыва последующих зарядов. Время нахождения участка массива в на­пряженном состоянии увеличивается, происходит уменьшение сейсмического эффекта действия взрыва на окружающие сооруже­ния в результате одновременного взрыва меньшего числа зарядов, уменьшаются заколы за линию шпуров или скважин.

Разновидностью короткозамедленного взрывания является взрывание с внутрискважинными миллисекундными замедле­ниями отдельных частей зарядов в скважинах. Таким приемом удается увеличить число очередей взрываемых зарядов и удли­нить время воздействия взрыва на массив, вследствие чего достигаются лучшие результаты взрыва по дроблению и сейсмике.