Физическая сущность процесса разрушения горных пород взрывом заряда взрывчатого вещества

Для разрушения (дробления и перемещения) массива горных пород с целью добычи минерального сырья, проведения подзем­ных выработок, сооружения выемок, полок для сооружения дорог в условиях горного рельефа, строительства гидротехнических и мелиоративных объектов применяются взрывы зарядов ВВ, которые принято классифицировать по нескольким признакам:

по положению — наружный (накладной) заряд, помещаемый на взрываемом объекте;

внутренний заряд — помещаемый внутри взрываемого объекта (в шпуре, скважине или камере).

Наружные заряды применяют в основном для дробления крупных негабарит­ных кусков породы, для обрушения козырьков на уступах, при штамповке металлов. Внутренние заряды применяют для отбойки минерального сырья на карьерах и рудниках с целью его дробления и после­дующей переработки, для проведения подземных горных выработок, сооружения выемок, полок и мелиоративных ка­налов;

по форме — сосредоточенный и удлиненный. К удлиненным относятся заряды, у которых высота (длина) больше их диаметра в три и более раз. При взрывных работах на карьерах применяют преимущественно удлиненные заряды;

по конструкции — сплошной — не разделенный промежутками; рассредоточенный, отдельные части которого разделены промежут­ками (участками) воздуха, мелкой породы, воды и т. п.;

по характеру действия — заряд камуфлета, при взрыве кото­рого разрушение (измельчение и трещинообразование) происходит только вокруг места расположения заряда без проявления види­мых разрушений на открытой поверхности массива (рисунок 7.1 а); заряд откольный, при взрыве которого происходят откол породы у открытой поверхности и разрушение вокруг заряда (рисунок 7.1 б); заряд рыхления, вызывающий дробление породы в пределах от места расположения заряда до открытой поверхности массива без ее выброса из зоны (воронки) разрушения (рисунок 7.1 в); заряд выброса, вызывающий дробление и выброс породы за пределы воронки взрыва (рисунок 7.1 г).

Рисунок 7.1 - Проявления действия взрыва различных зарядов

Изменение проявлений действия взрыва заряда (радиус раз­рушения на поверхности) может быть достигнуто как путем изменения глубины заложения заряда постоянной ве­личины, так и путем увеличения массы заряда при постоянной глубине заложения.

При взрыве сосредоточенного заряда в массиве с одной откры­той поверхностью образуется конусообразное разрушение, кото­рое принято называть воронкой разрушения, или воронкой взрыва.

Форма образуемой воронки зависит от свойств взрываемой среды. При расчетах одиночных сосредоточенных зарядов форму воронки взрыва принимают в виде опрокинутого конуса вращения с вершиной в центре заряда.

Различаются следующие элементы воронки взрыва, рисунок 7.2.

1. Глубина заложения заряда или линия наименьшего сопротивдения (ЛНС) — кратчайшее расстояние от центра заряда до ближайшей открытой поверхности W.

а - п = 1; б - п < 1; в - п > 1

Рисунок 7.2 - Элементы воронки взрыва

Линией наименьшего сопротивления для удлиненных зарядов при их многорядном расположении является среднее расстояние между рядами или отдельными зарядами;

2. Угол полураствора воронки взрыва α.

3. Радиус воронки взрыва r.

4. Показатель действия взрыва n, который связан с ЛНС и радиусом воронки взрыва

. (7.1)

В зависимости от величины показателя действия взрыва разли­чают три разновидности зарядов выброса: нормальный при п = 1, уменьшенный при n < 1 и усиленный при n > 1. Заряды уменьшенного и нормального выброса применяются для дробления скальных массивов на карье­рах, а также обрушения крутых откосов в гористой местности при дорожном строительстве (взрывы на сброс). Заряды усилен­ного выброса при п = 2 — 3 применяются для сооружения кана­лов, каменно-набросных плотин в ирригационном и гидротехниче­ском строительстве.

По характеру действия на массив принято различать бризантное (дробящее) и фугасное (общее) действие.

К бризантным формам работы взрыва относится измельчение породы на контакте и в непосредственной близости от заряда. Эта работа пропорциональна плотности ВВ и квадрату скорости детонации.

К фугасным формам работы взрыва относятся разрушение породы на расстоянии от заряда, а также ее перемещение. Величина фугасной формы работы взрыва пропорциональна общей энергии взрыва и оценивается показателем работоспособности.

Непосредственно в районе заложения заряда при взрыве под действием ударных волн и газов взрыва образуется зона сжатия или измельчения. В пределах этой зоны происходят раздавливание и сильное измельчение породы с образованием в месте распо­ложения заряда полости определенных размеров. Порода в зоне измельчения превращается в мелкораздробленную массу с изме­ненной структурой.

За пределами зоны измельчения происходят дробление породы, разделение ее трещинами без изменения ее структуры. Эта зона называется зоной разрыхления, или трещинообразования.

В более удаленных от заряда участках массива происходит только сотрясение породы без разрушения. Эту часть среды называют зоной сотрясения.

При взрывных работах в горном деле практическое значение имеет совокупность зон сжатия и разрыхления, называемая общим термином зона разрушения. Радиус этой зоны называется радиусом разрушения, или радиусом действия взрыва заряда.