Безопасность работ. технология и безопасность взрывных работ конференц (1). Материалы научнотехнических семинаров, 2012 г. Технология
 Скачать 3.08 Mb.
|
|
x направим вдоль первоначального положения пластины в противоположную от движения фронта сторону, ось y – в сторону смещения пластины. Считаем, что продукты взрыва (ПВ) являются политропным газом, детонация соответствует условию Чепмена–Жуге (Ч–Ж), а пластина состоит из набора абсолютно жестких несвязанных между собой элементов нулевой толщины. Все величины будем брать в безразмерном виде. За единицу соответствующей величины принимаем ее значение на поверхности Ч–Ж [1]: 2 0 , 1 H D P k 0 1 , где P H , H , u H , c H – давление, плотность, массовая скорость ПВ и скорость звука 0 – плотность ВВ; k – показатель политропы ПВ. При этом для линейных величин в качестве единицы измерения выбираем тол- Рис. 1. Метание пластины скользящей детонационной волной – скорость детонации ВВ; P D – давление на фронте детонации P – эпюра давлений; ПВ – продукты взрыва Н – толщина заряда ВВ 61 щину заряда ВВ, а для скорости метания пластины – скорость детонации ВВ. Процесс метания рассматриваем на достаточно большом удалении от краев пластины, исключающем их влияние на траекторию y(x) движения отдельного элемента пластины (кривая разгона. Общая функция для кривой разгона имеет вид y = f (r, k, x), где r – отношение единичных масс ВВ и пластины (коэффициент нагрузки. Тогда угол поворота пластины в точке (x; y) будет равен = arctg f x . Введем обозначение F(r, k, x) = f x /tg * , где * – предельный угол поворота пластины. Тогда f x = F(r, k, x) = tg * . Следовательно, можно записать = arctg [F(r, k, x) tg * ], (где величина F изменяется в диапазоне Уравнение (1) удовлетворяет следующим условиям 0 0 max 0 0 0 lim lim 1; lim 0 lim 0; lim lim lim 1; lim lim 0 lim * x x x x * r r r * r r r , F , F , F , F E Здесь max – максимальный угол разлета ПВ в окружающую среду (вакуум, E(k, x) – некоторая функция, характеризующая состояние ПВ вдоль пластины бесконечной массы. Физический смысл этой величины раскрывается ниже. Продифференцировав уравнение (1) пои учитывая, что dx = ds cos (где s– путь, пройденный элементом пластины от фронта детонационной волны до заданной точки, получим * 3 =tg cos . d dF ds dx С другой стороны [2], где R c – локальный радиус кривизны траектории y(x), P– давление ПВ в точке (x, y). Тогда 3 tg cos , 1 r dF P k dx откуда 3 * cos ( 1 tg Проинтегрировав это уравнение с использованием (1) и сделав несложные преобразования, получим 62 * 0 1 1 ( , ) cos . sin x k k P r x dx F r r Затем, устремив r к нулю и учитывая условия (2), придем к выражению где I 0 – максимальный импульс, переданный потоком ПВ пластине бесконечной массы, те. в данном случае абсолютно жесткой стенке 0 0 ( ) sin lim ( 1) r P x I dx k r (Из вышеизложенного следует, что функцию E(k, x) можно определить как относительный импульс потока ПВ, равный частному отделения величины импульса потока ПВ у поверхности абсолютно жесткой стенки, приобретенный ПВ за время, на величину максимального импульса. По сути величину максимального импульса I 0 можно принять в качестве универсальной характеристики метательной способности ВВ. Определим этот импульс. Начнем с того, что в соответствии с ранее принятыми условиями метания максимальная скорость полета пластины направлена по биссектрисе угла π – β * . Тогда будет справедливым уравнение (Формула (4) многократно проверялась на практике и является общепринятой, например, при расчетах режимов в условиях сварки взрывом [3, 4, 5]. Следовательно, из (4) можно определить предельный угол, если известна максимальная скорость. Для нахождения левой части данного уравнения воспользуемся формулой Гар- ни [6], которая также хорошо себя зарекомендовала на практике [3]. max 2 6 , 5 4 G E V r r r (где Е – величина, имеющая смысл энергии ВВ на единицу массы и отнесенная к квадрату скорости детонации Если ПВ представляем как некоторый политропный газ с постоянным показателем политропы, то, аналогично [6], E G определяем зависимостью E G = 1/2(k 2 – 1). Во всех вышеприведенных соотношениях, где фигурирует показатель, он по своему значению равен показателю на поверхности Ч–Ж, поскольку изначально при выводе формул в безразмерном виде все величины относились к соответствующим значениям параметров ПВ на этой поверхности. В последнем выражении, применяемом в формуле (5), k также совпадает со значением показателя политропы на поверхности Ч–Ж, так как в модели Гарни скорость пластины мгновенно достигает своего максимума, те. база разгона у пластины равна нулю. Согласно [1], для большинства ВВ значение показателя по- литропы на поверхности Ч–Ж равно примерно трем. Однако для многих конденсированных ВВ, используемых в прикладных задачах по обработке материалов энергией взрыва, например для сварки взрывом, этот показатель может иметь другое значение [3, Если каким-нибудь экспериментальным способом определить V max , то из (5) можно вычислить k. Однако для определения из эксперимента максимальной скорости метания необходимо знать максимальную базу разгона пластины в каждом конкретном случае. Это не всегда удается сделать, особенно при использовании низкоско- ростных конденсированных ВВ и повышенных коэффициентах нагрузок. В таких случаях база разгона достаточно велика и при проведении эксперимента измеренная скорость может оказаться существенно заниженной из-за торможения пластины о воздух. Кроме того, как отмечено в работе [7], экспериментально определить значение показателя политропы на поверхности Ч–Ж для сильно разбавленных конденсированных ВВ очень нелегко. По-видимому, в нашем случае более удобным способом является метод, по которому сравниваются экспериментальный и расчетный профили метания пластины, например с помощью методики. Определяя по этой методике кривую разгона y (x) и сравнивая ее с расчетом, например по [9, 10], можно подобрать такое эффективное значение для k, при котором рассчитанная для заданного коэффициента нагрузки форма пластины совпадала бы наилучшим образом с экспериментом. Здесь следует пояснить, что в реальных процессах при расширении ПВ k меняет свое значение с тенденцией к уменьшению вплоть до значения показателя политропы окружающей среды (например, в воздухе – до 1,4). Поэтому в рамках рассматриваемой модели вместо значения показателя политропы на поверхности Ч–Ж целесообразней использовать, по аналогии с 64 [3, 7], некоторое эффективное значение этого показателя. Тогда можно условно полагать, что k не меняется в продуктах разложения ВВ. Отметим, что показатель политропы, вычисляемый по формуле Гарни (5), незначительно превышает k, определяемый по [9, 10], для одинаковых значений V max . Так, если в [9, 10] k = 3; 2,5 и 1,8, тов и 2,0, соответственно. Как показано выше, показатель политропы в формуле (5) соответствует значению на поверхности Ч–Ж (ч. Тогда переход между эффективным значением показателя политропы (эф) и ч можно с достаточной для практики точностью представить выражением ч = 0,92 эф + 0,35. Теперь выведем расчетную формулу для максимального импульса. Пусть r = 0. Тогда выражение для максимального импульса) можно записать в виде 0 0 sin 1 lim 1 lim r r V I k k r r . (После подстановки (5) в (7) и преобразований получим ч 0 ч 1 3 4 или с учетом (6) эф 0 эф 0,92 1,35 3 4 0,92 0,65 k I k (Из ( 8) видно, что с уменьшением значения эф метательная способность ВВ возрастает. В условиях скользящей детонации это означает, в первую очередь, увеличение угла поворота метаемой пластины. Для получения размерной величины для максимального импульса, необходимо значение I 0 умножить на скорость детонации и массу ВВ. Поскольку скорость метания пластины увеличивается с ростом скорости детонации и массы ВВ, то абсолютное значение максимального импульса характеризует абсолютную метательную способность конкретного ВВ. Следует отметить, что эффективное значение k в общем случае зависит не только от начальной плотности ВВ, но также от скорости детонации заряда и его толщины [7, 11, 12, 13]. Тем не менее, с достаточной для практики точностью можно функционально связывать эф только со скоростью детонации в силу ее зависимости в общем случае от начальной плотности ВВ и толщины заряда [1]. Путем сравнения профилей движущейся части метаемых пластин, полученных экспериментальным (по методике [3, 8] с изменениями и дополнениями [11]) и расчетным (по [9, 10]) способами, определены эффективные значения показателя политропы k различных смесевых ВВ, используемых при обработке материалов энергией взрыва (сварка, прессование. Построены графические зависимости этого показателя от скорости детонации заряда BB рис. 2 и таблица) [13]. Анализ графиков позволил сконструировать универсальную зависимость эф = эф 2 эф arctg , D d D d k n где значение для D подставляют в км/с; a, b, c, d, n – численные коэффициенты, зависящие от типа ВВ (см. таблицу). Рис. 2. Графические зависимости эффективного значения показателя поли- тропы от скорости детонации D. АСК – аммиачная селитра водоустойчивая кристаллическая АСМ – аммиачная селитра водоустойчивая измельченная ДТ – дизельное топливо К – технический керосин Гл – технический глицерин ИМ – индустриальное масло ТМ – трансформаторное масло. Все смеси приведены в объемных долях – аммонит АТ 2 – 6ЖВ/кварц. песок (П) (до 60 % песка 3 – 6ЖВ/NaCl=1,25/1; 4 – АСК и смеси с 6ЖВ; 5 – АСМ; 6 – аммонит А-2Г; 7 – > (АСМ+ДТ)/П = (3+5%)/1; – ^ (АСМ+К)/П= = (3+5%)/1; 8 – (АСМ+Гл)/П = (3+5%)/1; 9 – АСМ+5% ИМ – # АСМ+5% Гл 10 – АСМ+5% ТМ; 11 –АСМ+5% ДТ; 12 – АСМ+5% К 2 3 k 2,5 2,0 1,5 D, км/с Таблица графика на рис. Тип ВВ a b c d n 1 АТ-1 2,25 5,36 1,59 0 0 2 6ЖВ/П 2,25 35 1,56 0 0 3 6ЖВ/NaCl = 1,25/1 2,25 5,36 1,53 0 0 4 АСК и смеси с 6ЖВ 2,25 2,98 1,53 0 0 5 АСМ 2,25 10 1,53 0 0 6 А-2Г и смеси с 6ЖВ до 20 % 2,56 2,56 1,27 0 0 7 (АСМ+ДТ(К))/П = (3+5%)/1 7,84 –4 0,69 0,98 1,44 8 (АСМ+Гл)/П = (3+5 %)/1 5,4 –3,66 0,55 0,19 1,74 9 АСМ+5 %Гл(ИМ) 5,4 –3,66 0,55 0 1,53 10 АСМ+5 %ТМ 7,84 –4,25 0,71 0 1,45 11 АСМ+5 %ДТ 7,84 –4 0,69 0 1,44 12 АСМ+5%К 9,0 –4,25 0,60 Суммируя все перечисленное, можно считать эффективное значение показателя политропы относительной характеристикой метательной способности ВВ в целом. Литература. Физика взрыва в 2 т 1 / С.Г. Андреев и др под ред. Орленко Л.П. – е изд, испр. – М ФИЗМАТЛИТ, 2004 – 832 с. Определение кинематических и динамических параметров несимметричных соударений металлических пластин / М.П. Бондарь и др. // Совещания по обработке металлов взрывом, 2: труды – Новосибирск, 1982, С. 11–20. 3. Кузьмин Г.Е. Экспериментально-аналитические методы в задачах динамического нагружения материалов / Г.Е. Кузьмин, В.В. Пай, ИВ. Яковлев. – Новосибирск Изд-во СО РАН, 2002. – 312 с. Кудинов В.М. Сварка металлов в металлургии / В.Д. Кудинов, А.Я. Короте- ев. – М Металлургия, 1978. – 168 с. 5. Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом. И.Д. Захаренко. – Минск Наву- ка i тэхнiка, 1990. – 205 с. Gurney R.W. The initial velocities of fragment bombs, shells and granads / R.W. Gurney // BRL Report. – 1943. – № 405. – P. 96–101. 67 7. Параметры детонационной волны низкоскоростных эмульсионных ВВ / В.В. Сильвестров и др. // Сварка взрывом и свойства сварных соединений. – Волгоград ВолгГТУ, 2010. – № 5(65). – С. 50–55. 8. Кузьмин Г.Е. О метании плоских пластин слоями конденсированных ВВ / Г.Е. Кузьмин, В.И. Мали, В.В. Пай // Физика горения и взрыва. 1973. – Т. 9. – № 4. – С. 558–562. 9. Кузьмин Г.Е. О метании пластин в условиях сварки взрывом / Г.Е. Кузь- мин // Механика взрывных процессов. Динамика сплошной среды перс англ сб. ст. – М Мир, 1977. – С. 137–142. – (Сер. Механика. Новое в зарубежной науке Вып. 29). 10. Бесшапошников Ю.П. Динамика движения пластины, метаемой скользящей детонационной волной / Ю.П. Бесшапошников // Физика горения и взрыва. – 1999. – Т. 35. – № 1. – С. 122–126. 11. Метание пластин слоями смесевых ВВ / Ю.П. Бесшапошников и др. // Физика горения и взрыва. – 1988. – Т. 24. – № 4. – С. 129–132. 12. Комплексное исследование основных характеристик смесей аммонита 6ЖВ с кварцевым песком применительно к сварке взрывом / Ю.П. Бесшапошников и др. // Физика горения и взрыва. – 1992. – Т. 28. – № 2. – С. 107–108. 13. Бесшапошников Ю.П. Метательная способность некоторых смесевых ВВ / Ю.П. Бесшапошников, В.Е. Кожевников, В.И. Чернухин // Слоистые композиционные материалы – 2001: междунар. конф. (тезисы докладов, Волгоград, 24–28 сент. 2001 г. / РПК «Политехник». – Волгоград, 2001. – С. 322–324. ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ УДК ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В ЛОКАЛЬНЫХ МАССИВАХ НА КАРЬЕРАХ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ БВР А.А. Котяшев, АС. Маторин, А.П. Русских, Б.В. Пахряев Взрывное разрушение локальных массивов в горнодобывающей промышленности на ближайшую перспективу остается наиболее экономичным способом подготовки горной массы к выемке и дальнейшей переработке. Одной из главных задач взрывной подготовки горной массы является отделение породы от массива с одновременным ее дроблением на отдельности определенной крупности и компактное распределение их по подошве уступа. Основным способом отделения породы от массива является метод скважинной отбойки. Обеспечение рациональных параметров БВР является актуальной задачей, поскольку этот технологический процесс в значительной степени определяет себестоимость добычи минерального сырья. В сфере разрушения горных пород буровзрывным способом проводится достаточно большой объем исследований. Однако, несмотря на многовековое использование взрывного разрушения различных сред, до настоящего времени теоретические расчеты и практические результаты довольно часто не совпадают, что свидетельствует о необходимости проведения дальнейших исследований в данном направлении. Решение указанной задачи базируется на профессиональном знании физических свойств и характеристик взрывчатых вещества также структуры и свойств горных породи процессов, происходящих в массиве при его взрывном разрушении. Основной целью исследований является оперативное получение информации о физических свойствах, структуре и состоянии горных породи массива. До настоящего времени нет детально отработанного механизма оперативного получения необходимой исходной информации о структурном состоянии и свойствах горного массива как для проектировщиков технологических взрывов на карьерах, таки для производственных подразделений. Разработка методов управления состоянием массивов и создание эффективных способов разрушения горных пород базируются на знании механических процессов. Возникновение и развитие их в горных породах и массивах обусловлено физико-механическими свойствами пород, которые проявляются в поле механических сил, приводящих к деформированию и разрушению последних [1, Физические свойства горных пород характеризуют плотность пород, тепловые и электромагнитные показатели. Плотностью называется масса единицы объема породы в ее естественном состоянии. Плотность горной породы не превышает плотности составляющих ее минералов и изменяется от 0,6 (туфы) до 3,5 г/см 3 (железистые роговики. С увеличением плотности возрастает прочность породы и её сопротивляемость действию взрыва, а затраты энергии на дробление и перемещение породы увеличиваются Наиболее распространенной оценкой механических свойств пород является показатель сопротивления горных пород одноосному сжатию, который определяется как частное отделения максимальной разрушающей силы, полученной при одноосном раздавливании на прессе образца породы правильной геометрической формы, на начальную площадь поперечного сечения образца. Для получения сведений о свойствах горных пород используется ряд методов, а именно изучение и оценка свойств горных пород при испытании образцов, изготовленных из керна или кускового материала отбор проб при бурении скважин и их испытание в лабораторных условиях оценка свойств горных пород по визуальному изучению трещиноватости локальных массивов оценка свойств пород по энергетическим показателям бурения скважин и ряд других. Если опираться на данные, полученные перечисленными выше методами, массив представляется бесконечно сложным объектом. Его, чаще всего, заменяют квазиоднородной моделью, к которой невозможно привязать конкретные конструкции зарядов и проследить за трансформацией энергии продуктов детонации [2, Создать информационную базу для разработки и использования новых технологий воздействия на породный массив позволяют геофизические методы исследования. Их широко применяют при геологических изысканиях в комплексе с геолого-тектоническими, геохимическими и другими методами, особенно для изучения глубинных частей земли. Сейсмические методышироко используют для изучения внутреннего строения Земли в целом и ее структуры на разной глубине. Сейсмическая разведка – это геофизический метод исследования строения земли и геологической среды, основанный на изучении распространения упругих волн, возбужденных искусственно с помощью тех или иных источников ударов, взрывов. Поскольку горные породы различаются по упругим свойствам, то обладают разными скоростями распространения в них упругих волн. Это приводит к тому, что на границах слоев, где скорости меняются, образуются отраженные, преломленные, дифрагированные и другие волны, регистрируя которые наземной поверхности, можно получить информацию о скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом строении. Методика сейсморазведки основана на изучении кинематики волн или времени пробега различных волн от пункта их возбуждения до сейсмоприемников, улавливающих скорость смещения почвы или интенсивность волн. В специальных приборах и установках (сейсмостанциях) электрические колебания, созданные в сейсмоприемниках очень слабыми колебаниями почвы, усиливаются и автоматически регистрируются на сейсмограммах. В результате их интерпретации определяется глубина залегания сейсмогеологических границ, их падение, простирание, скорость волна используя геологические данные, можно установить геологическую природу выявленных границ Наибольшее применение в сейсморазведке нашли объемные волны продольные (Р-волны) и поперечные (волны. Скорости Р всегда больше, чем v S . Скорость продольных и поперечных волн выражается через коэффициенты упругости следующими формулами Р = 1 ; 1 1 2 E v S = , 2 1 E (1); (где ρ – плотность пород Е – модуль Юнга δ – коэффициент Пуассона. В среднем для большинства пород v P /v S = Основными упругими параметрами горных пород принято считать скорости продольных и поперечных волн и их поглощения (Р, b S ), которые определяются упругими модулями (Е, δ, μ с , К с ) и плотностью (σ), где с – модуль сдвига Е + 1) и К с – модуль всестороннего сжатия Е – Скорость распространения волн определяется составом, строением и состоянием горных пород, которые, в свою очередь, зависят от глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещиноватости, разрушенности, выветренности, водонасыщенности, гранулометрического и минерального состава твердых частиц и других факторов. С увеличением раздробленности, трещиноватости, рыхлости и пористости скорость продольных волн уменьшается Для возбуждения упругих волн наземной поверхности используются различные источники, простейшими являются удары кувалдой или падающим грузом поземной поверхности ив отдельных случаях, подрыв заряда ВВ. Основное назначение сейсморазведочной аппаратуры – измерить время прихода упругих волн определенного типа. Для этого необходимо знать момент возбуждения колебаний, воспринять смещения почвы под воздействием упругих волн и выделить полезные волны на фоне волн-помех, автоматически зафиксировать их и оценить амплитуды. Совокупность сейсмоприемника, усилителя и регистрирующего устройства носит название сейсмического канала или канала записи. В комплекте аппаратуры с магнитной регистрацией имеется также канал воспроизведения, который служит для преобразования записи в видимую форму. Канал воспроизведения включает считывающее устройство, усилитель и регистрирующее устройство. В современных сейсмостанциях применяется в основном цифровая регистрация. Это позволяет автоматизировать процесс обработки и интерпретации сейсмической информации. Под методикой наземной (полевой) сейсморазведки следует понимать выбор вида метода, типа источника возбуждения колебаний, аппаратуры, системы наблюдений (расположения источников возбуждения и приемников, способов организации и проведения полевых работ, обеспечивающих наилучшее решение поставленных задач. Основным в сейсморазведке является метод отраженных волн (МОВ), реже используется метод преломленных волн (МПВ), его предыдущее название – корреляционный (КМПВ). Характеристика методов МОВ и МПВ [7] приведена в табл. Отраженные волны возникают практически на всех литологи- ческих границах, на которых скачок акустических жесткостей (σV) превышает 10 % (при возрастании или убывании скорости с глубиной. Для образования головных преломленных волн необходимо возрастание скорости с глубиной. Отраженные волны интенсивны вблизи пункта возбуждения, а головные преломленные волны наблюдаются вдалеке от пункта возбуждения и распространяются вдоль преломляющей границы. Это предопределяет систему наблюдений в МОВ сейсмоприемники располагают вблизи пункта возбуждения, а в МПВ вдалеке от него, на расстояниях, превышающих проектируемую глубину разведки. В результате обработки сейсмических данных получают время (t) прихода тех или иных волн на разных расстояниях от ПВ (х. По ним далее строятся годографы волн (по горизонтали откладывают Таблица Сравнительные показатели методов отраженных и преломленных волн Признак Метод отраженных волн (МОВ) Метод преломленных волн (МПВ) Условия образования волн v n+1 v n+1 Уравнение годографа для двухслойной среды знак «+» по падению, а «–» по восстанию пласта 1 1 4 4 sin t x H H v 1 1 sin 2 cos t x i H i v Вид графика линейного годографа Гипербола Прямая линия Система наблюдений Сейсмическое профилирование и зондирование Сейсмическое профилирование и зондирование Область прослеживания волн Вблизи пункта взрыва Вдалеке от пункта взрыва Частотный спектр Повышение частоты Понижение частоты Результаты интерпретации Н, φ,v эф Н, φ, г менее точно v эф ) Методы определения скоростей распространения упругих волн Определение эф в покрывающей толще способом постоянной разности Определение г в подстилающем слое по разностному годографу и др. Методы построения разведываемой границы Построение отражающей границы способами, засечек, эллипсов Построение преломляющей границы способом t 0 и другими ся х, по вертикали вверх t); профилограммы (по горизонтали х, по вертикали вниз записи всех полезных волн временные разрезы (по горизонтали х, по вертикали вниз t 0 ). Обработка заканчивается интерпретацией выявленных однократных волн, то есть дается характеристика изменения сейсмического разреза по горизонтали и вертикали. Особенно наглядны временные разрезы, на которых видны все структурные особенности. Целью разных методов цифровой обработки является увеличение отношения сигнал/помеха, чтобы надежно отфильтровать кратные и другие волны-помехи, прокоррелировать оси синфазности полезных однократно отраженных или преломленных волн, определить время их прихода по всем трассами изменение амплитуд сигналов по ним. При обработке МОВ строятся временные разрезы, которые преобразуются в глубинные. Определяется геометрия разреза (глубина залегания, углы наклона и распределение пластовых, средних, граничных скоростей по профилю и глубине. При решении технических задач изучения состояния породного массива для производства буровзрывных работ можно выделить две стадии [6]. На первой необходимо оценить общее состояние подготавливаемого к взрыву массива на необходимую глубину. Если состояние массива изменяется в плане, то необходимо выделить участки различной степени нарушенности, то есть необходимо блок районировать. На второйтребуется более детальное исследование массива и, прежде всего, необходимо провести оценку изменения свойств горных пород по вертикали. Первоначально целесообразно использовать одного из названных выше методов сейсмометрии. Система наблюдений в данном случае определяется глубинностью исследования и сложностью волновых полей. Глубина измерений обычно изменяется от 3–5 дом. Во всех скважинах, подготовленных к взрыванию, в верхней части от 5 дом располагается забойка, поэтому исследование верхней части можно упустить. При разработке месторождений происходит разгрузка пород от горного давления. Возникают напряжения, адекватные исходным, те. вызванным действием веса вышележащих пород. Преимущества продольных волн, которые обусловили их широкое применение на практике, состоят в следующем. Прежде всего относительная простота их возбуждения и регистрации. Продольные волны возбуждаются в виде основного типа колебаний либо как помехи практически всеми излучателями волн. Продольные волны распространяются как по скелету породы, таки по заполнителю пор. Например, при выявлении локальных неоднородностей в массиве пород это свойство снижает аномальный эффектно определяет большую тесноту корреляционных связей с такими показателями физико- механических свойств, как влажность, показатель консистенции. На основе сейсмических параметров желательно определить три важнейших для расчета технологических показателя сопротивление пород одноосному сжатию, объемную плотность и пористость. При решении технических задач изучения состояния горных пород в массиве можно выделить определенные стадии. Так, например, при производстве взрывных работ – две стадии. Напер- вой стадии необходимо оценить общее состояние подготавливаемого к взрыву локального массива, как правило, на всю высоту уступа. В случае, если состояние массива изменяется в плане, необходимо выделить участки различной степени нарушенности, то есть блок районировать. На второй стадии требуется более детальное исследование массива и, прежде всего, необходима оценка изменений свойств пород по вертикали. Постоянное отслеживание или мониторинг свойств горных пород в массиве посредством записи сейсмических волн позволяет их взаимоувязать в уравнении регрессии, а затем использовать для экспресс-прогнозирования [8]. Баженовское месторождение хризотил-асбеста отличается разнообразием типов руд по фракционному составу волокон. Строение асбестовых залежей – зональное с чередованием зон асбесто- носности от периферии к центру в следующей последовательности просечки, мелкий прожил, мелкая и крупная сетка и отороченные жилы. Вмещающие породы представлены преимущественно габбро, диоритами, перидотитами, серпентинитами, антигоритовыми и лизардитовыми серпентинитами, а также серпентинитами смешанного состава и тальк-карбонатными породами. Для получения информации о состоянии локальных массивов, подготовленных к обуриванию, был использован метод отраженных волн и применялась система площадного сейсмопро- филирования (рис. 1). Сейсмостанция Синус М конструктивно выполнена в виде единого функционально законченного блока, размещенного в герметичном металлическом корпусе. Нормальное положение сейсмостанции – вертикальное, хотя изменение этого положения не влияет на ее работу. Краткая техническая характеристика сейсмостанции «Синус-12М»: Число сейсмических каналов. ................................................................... Полоса регистрируемых частот (Гц) ............................................................. 5 – Число разрядов АЦП ...................................................................................... Ступени поканального усиления (Б) ............................................................. 0, Динамический диапазон регистрируемых сигналов с учетом поканального усиления (дБ, не менее) ......................................... Ступени ФНЧ с подавлением 12 дБ/окт (Гц) ............................................... 250, 1000, Наличие режекторного фильтра на частоту 50 Гц с подавлением в полосе ±1 Гц (дБ) .............................................................. Максимальный входной сигнал (В) ............................................................... Период дискретизации (мкс) .......................................................................... 1000, 250, Число выборок на канал ................................................................................. 256, 512, Формат сохранения данных в компьютере ................................................... Диапазон рабочих температур (С) ............................................................... Напряжение питания (В) ................................................................................ Максимальный ток потребления (А) ............................................................. Габаритные размеры (мм) .............................................................................. 260×160×190 Рис. 1. Схема экспериментального определения сейсмических параметров (I, II) – профили (1–12) – пикеты 1 – пикет последующей косы A, B, D, F, H – точки возбуждения сейсмоколебаний; Сточка приема сейсмических колебаний, (я коса G – точка приема сейсмических колебаний, (я коса) Рис. 2. Образец записанной сейсмограммы В комплекте с сейсмостанцией использовалась сейсмокоса 55 м / КСЛ-25/12 и сейсмодатчики вертикальной составляющей скорости смещения GS-20. На рис. 2 и 3 приведены образцы записанной и обработанной сейсмограммы по одному из локальных блоков. Серпентиниты месторождения подразделяются на антигорито- вые, лизардитовые, хризотиловые и смешанного состава в зависимости оттого, какие серпентиновые минералы преобладают в их составе. К серпентинитам смешанного состава относятся серпентиниты, состоящие из смеси трех главных серпентиновых минералов антигорита, лизардита и хризотила. Преобладают на месторождении серпентиниты хризотил-лизардитового и лизардит- хризотилового составов. Они слагают все основные зоны асбест- носности месторождения. По ранее выполненным исследованиям [8, 9, 10, 11], объемная масса серпентинитов изменяется от 2,47 до 3,0 т/м 3 при среднеарифметическом значении 2,67 т/м 3 . Коэффициент динамической крепости изменяется от 3,8 до 19–21,5 для плотных антигорито- вых и серпентинитов смешанного состава при среднем 9,3. Предел прочности при сжатии изменяется в широких пределах – от 32,4 до 188 МПа. Среднее значение сопротивления одноосному сжатию равно 94,5 МПа. Рис. 3. Скоростной разрез по продольному профилю № 1 5400 5200 5000 4800 4600 4400 4200 4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 мм мм мм мм мм мм 48м 0м –5м -10м -15м V p (м/с) Несмотря на значительную изменчивость физико-механических свойств серпентинитов в зависимости от минерального состава, структурно-текстурных особенностей и выветрелости, они имеют достаточно высокие прочностные и деформационные свойства и относятся к группе скальных пород. Прочностные свойства перидотитов во многом определяются степенью их серпентинизации. С увеличением серпентиновых минералов снижаются значения плотности, прочностных и деформационных показателей. Объемная масса перидотитов изменяется в широких пределах от 2,64 до 3,05 т/м 3 при средней 2,82 т/м 3 . Коэффициент динамической крепости изменяется от 7 до 25 единиц при среднем значении 13,7. Предел прочности при одноосном сжатии варьирует в пределах от 94,5 до 235,5 МПа при средней величине 138,8. Динамический модуль упругости изменяется от 446,8 до 1113 МПа 2 при среднем – Породы габбрового состава слагают западную часть месторождения и представлены преимущественно меланократовыми среднезернистыми разностями с массивной текстурой. Несмотря на преобладание среднезернистого габбро над крупно- и мелкозернистым, в массиве наблюдаются участки срезкой сменой одной структуры другой, а также встречаются участки с перемежаемостью всех трех разновидностей структур. Породы габбрового состава имеют высокие значения удельной и объемной массы. В первом случае у изменяется от 2,92 до 3,24 т/м 3 при среднем значении 3,09, а во втором – объемная плотность варьирует от 2,86 до 3,13 т/м 3 при средней величине 3,02. Общая пористость изменяется от 0,32 допри среднем значении 1,93. Коэффициент динамической крепости 7,9–28,6 для мелкозернистых габбро при среднем значении 15,2. Предел прочности на сжатие превышает обычно 100 МПа при средней величине 144,7. Динамический модуль упругости 1037 МПа 2 , а динамический коэффициент Пуассона 0,23. Вариация показателей свойств зависит от свойств породообразующих минералов и структурно-текстурных особенностей. Диориты представлены мелкозернистыми разностями с массивной текстурой. Петрографический состав диоритов довольно изменчивый. Содержание плагиоклаза меняется от 40 до 80 %, содержание роговой обманки – от 5 до 40 %. Объемная масса (плотность) диоритов варьирует в пределах от 2,74 до 2,94 т/м 3 при средней величине 2,83. Удельная масса изменяется от 2,78 до 3,01 т/м 3 при среднем значении 2,89 т/м 3 . Коэффициент динамической крепости диоритов от 12,5 до 30 ед, чаще колеблется в интервале от 13 допри среднем значении 17,3. Предел прочности при одноосном сжатии варьирует от 71,8 до 209,5 МПа при средней величине 135 МПа. Диориты являются очень прочными горными породами, о чем свидетельствуют значения физико-механических свойств, ив первую очередь это относится к мелкозернистой структуре и кварцевым диоритам [9, На Центральном и Южном карьерах ОАО «Ураласбест» было проведено изучение прочностных свойств горных пород в локальных массивах на рудных и породных блоках, подготовленных к проведению буровых работ Блок № 1 представлен перидотитом с отороченными жилами асбеста, расположен на восточном борту карьера Южный (гор. 32/17 м, экскаватор № 339, крепость по шкале ММ. Протодьяконо- ва составляет 14 ед, категория взрываемости – V. – Блок № 2 представлен перидотитом из зоны отороченных жил асбеста, расположен на западном борту карьера Южный (гор. 77/62 м), крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет 10–11 едка- тегория взрываемости – V. – Блок № 3 представлен серпентинитами с продольным волокном асбеста и серпентинитами из зоны мелкой сетки, расположен на западном борту карьера Южный (гор м, экскаватор № 313, крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет 5–6 ед, категория взрываемости – III. – Блок № 4 представлен серпентинитами из зоны мелкой сетки, расположен на западном борту карьера Южный (гор. 47/32 м, экскаватор, крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет ед, категория взрываемости – III. – Блок № 5 представлен серпентинитами с ядрами перидоти- та из зоны крупной сетки, расположен на восточном борту карьера Центральный (гор. –28), экскаватор № 307, крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет 10–11 ед, категория взрываемости IV. – Блок № 6 представлен серпентинитами с продольным волокном асбеста, расположен на западном борту карьера Центральный гор. –73/–88), крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет 5–6 ед, категория взрываемости III. – Блок № 7 представлен серпентинитами с ядрами перидоти- таи крупной сеткой асбеста, расположен на западном борту карьера Южный (гор. –28 м, экскаватор № 276, крепость по шкале ММ. Протодьяконова составляет 14 ед, категория взрываемости – V. – Блок № 8 представлен серпентинитами с включениями диорита, расположен на восточном борту карьера Центральный (гор. 92 м Рис. 4. Изменение объемной плотности пород по высоте уступа. Карьер Южный, гор. –28 м, серпентинит с ядрами перидотита и крупной сеткой асбеста (Ну = 15 м) Высо та уступам Объемная плотность пород, т/м 3 H у Логарифмическая (у) Линейная (H у ) Рис. 5. Изменение сопротивления одноосному сжатию по высоте уступа. Карьер Южный, гор. –28 м, серпентинит с ядрами перидотита и крупной сеткой асбеста Ну = 15 м) Логарифмическая (у) Сопротивление одноосному сжатию, МПа H у 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Высота уступам Уравнение регрессии Коэффици- ент корреляции Коэффициент детерминации Пределы изменения характеристик Н у = –35,4 ln(ρ 0 )+41,33 0,96 0,92 2,0 ≤ о ≤ 3,1 т/м 3 Н у = о + 45,19 0,97 0,95 2,0 ≤ о ≤ 3,1 т/м 3 Н у = ж) + 119,9 0,96 0,92 60,5 ≤ σ сж ≤ 115,1 МПа Н у = – 0,3σ сж + 34,03 0,97 0,94 60,5 ≤ σ сж ≤ 115,1 МПа Таблица Уравнения регрессии, связывающие прочностные характеристики горных пород (о и σ |