|
|
ТЕХНОЛОГИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА ГОРНОРУДНЫХ И НЕРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ. Технология взрывных работ на горнорудных и нерудных предприятиях
Вот как ПРОСТЫЕ люди становятся ОЛИГАРХАМИ! Все дело в…
Раскрыта масштабная схема ЗАРАБОТКА в интернете
ПОДРОБНЕЕ
Диплом о среднем профессиональном образовании не выходя из ...
Планшет при поступлении + мобильный Интернет для обучения
ПОДРОБНЕЕ
mti-college.ru
Ирина Чазова: Не стоит лечить повышенное давление таблетками
Совет для гипертоников! Добавляйте с утра в стакан воды...
ПОДРОБНЕЕ
Характеристики трещиноватости массива определяются на об нажениях массива или путем скважинного каротажа. Ключевым яв ляется показатель, вычисляемый по формулам (1) или (2). Вместе с тем если расстояние между трещинами отдельностей li и ширину их зияния i можно получить усреднением натурных замеров, то бо лее сложной в определении является относительная площадь скаль ных контактов берегов трещин i. По оценкам Л.И. Барона, в истин ный контакт даже «гладких» трещин вступает лишь 1/10 000 часть площади их берегов. На основании этого в формуле (1) рекоменду ется принимать i = 3 · 10–4 как некоторую константу. Однако совер шенно очевидно, что эта величина будет существенно различаться для реальных трещин массива. Следовательно, данный вопрос нуж дается в специальных исследованиях.
В общем случае характерный размер деформируемого массива L можно представить суммарной длиной монолитных блоков L0 и сум марной величиной раскрытия трещин Lт, приходящихся на длину L, L = L 0 + L т. (5) Величину L0 можно принять постоянной, но под действием на грузки величина раскрытия трещин Lт будет непрерывно меняться за счет смятия контактов соприкасающихся поверхностей трещин.
В общем случае этот процесс можно описать функцией [5]:
Lт = L0(1/Ем – 1/Е0)sin, (6) где L0 – среднее расстояние между трещинами (или размер блоков массива);
– угол наклона системы трещин по отношению к линии дей ствия главного напряжения;
Ем и Е0 – модуль упругости трещиноватого массива и слагаю щих его пород.
Модуль упругости горных пород Е0 определяется лабораторными исследованиями образцов. Для оценки поведения породных массивов необходимы натурные испытания. Наиболее распространенными явля ются компрессионные испытания, которые заключаются в нагружении стенок участка скважины возрастающим давлением с одновременным замером деформации пород в поперечном направлении. Такие испыта ния с помощью дилатометров были проведены в массиве порфиритов строящегося Екатеринбургского метрополитена [5]. Деформацию (из менение диаметра скважины) измеряли тремя сенсорными датчиками, ориентированными друг относительно друга под углом 120о и располо женными в центральной части дилатометра. Расчет модулей деформа ции по результатам скважинных испытаний производился по формуле (уравнение Лямэ) E = r(1 + )p/, (7) где r – радиус скважины;
– коэффициент Пуассона пород;
p – изменение давления;
– изменение смещения.
С учетом анализа полученных результатов обоснована методи ка определения модуля упругости трещиноватого массива Ем, бази рующаяся на оценке изменения модуля деформации массива в за висимости от уровня приложенных напряжений [5]. Тогда, при нимая, что при некотором давлении практически все трещины оказываются сомкнутыми, по формуле (6) можно найти их сред нюю ширину зияния в исходном массиве. Например, при L0 = 1 м Ем = 5 ГПа, Е0 = 50 ГПа, = 30о, и, считая, что при = 5 МПа все трещины оказались закрытыми, расчет дает величину раскрытия трещин в исходном массиве Lт = 0,45 мм.
Поскольку при компрессионных испытаниях реального массива смыкание трещин происходит не только за счет сближения их бере гов, но и включает смятие скальных контактов, в расчетах устойчи вости пород по методике К.В. Реппенейта формулы (1)–(4) можно принимать в качестве оценки i
Lт/L0.
Литература 1. Гудман Р. Механика скальных пород / Р. Гудман. – М.: Стройиздат, 1987.
– 232 с.
2. Зерцалов М.Г. Механика скальных грунтов и скальных массивов / М.Г. Зер цалов. – М.: ИД «Юриспруденция», 2003. – 184 с.
3. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород / К.В. Руппенейт. – М.: Недра, 1975. – 223 с.
4. Газиев Э.Г. Механика скальных пород в строительстве / Э.Г. Газиев. – М.:
Стройиздат, 1973. – 177 с.
5. Оценка деформационных характеристик породного массива для прогноза устойчивости горных выработок / О.Г. Латышев и др. // Проектирование, строи тельство и эксплуатация комплексов подземных сооружений, 19–21 мая 2010 г.
– Труды III Междунар. конф. / УГГУ. – Екатеринбург, 2010. – С. 223–228.
УДК 622.026. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЗРЫВАЕМОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Ю.Ю. Пиленков Ряд исследований [1–4], а также личный опыт автора говорят о том, что разрушение массива при взрывной отбойке происходит преимущественно в форме его разделения на естественные отдель ности по существующим поверхностям ослабления (тектониче ским трещинам). Трещины являются теми поверхностями ослабле ния, вдоль которых происходит разрушение породы с наименьши ми энергетическими затратами. В частности, в работе [1] отмеча ется, что «… от 70 до 100 % граничных плоскостей в кусках более 500 мм в поперечнике представлено плоскостями тектонических трещин;
в кусках размером менее 500 мм этот показатель снижает ся до 50–60 %».
С этой точки зрения весьма значимы результаты эксперимен тов Л.И. Барона и Г.П. Личели [3], которые в лабораторных усло виях взрывали пять типов моделей размером 300300300 мм каж дая. Модели первого типа представляли собой сплошные бетонные кубы. Модели остальных типов были сложены из бетонных куби ков с длиной ребра соответственно 100, 60, 43 и 33 мм. Установ лено, что при густой решетке с размером ребер 43 и 33 мм взрыв не меняет кусковатости материала – модели разваливались только по имитирующим трещины плоскостям. При меньших размерах от дельностей (длина ребер 100 и 60 мм) наблюдалось частичное дро бление элементарных блоков. Значительное дробление материал претерпевал только при взрывании монолитной модели. Экспери мент показал, что изменение массы заряда весьма незначительно сказывается на степени дробления модели в целом и слагающих ее блоков.
Таким образом, собственно дроблению взрывом с образованием по верхностей новых трещин подвергается только небольшая часть мас сива вокруг зарядной полости (скважины или шпура) радиусом, рав ным двум-трем диаметрам заряда. Следовательно, резервом для сокра щения удельного расхода ВВ является более детальный учет трещино ватости и обводненности горных пород. В свою очередь, заданного ка чества дробления можно достичь, не повышая удельный расход взрыв чатых веществ, как это обычно делается на практике.
В зависимости от механических свойств скальных массивов В.Н. Мосинец и А.В. Абрамов предложили классификацию [5], в основу которой положен характер процесса разрушения взрываемой среды.
Однако при определении удельного расхода ВВ как ключевой харак теристики взрываемости массива используются только два геологиче ских параметра: прочность образца разрушаемой среды (выражается че рез коэффициент крепости ) и структурное ослабление массива, свя занное со скоростью прохождения продольной волны Сs. Существую щие методики определения удельного расхода ВВ учитывают структур ное ослабление только одним геологическим фактором – интенсивно стью трещиноватости, разделяющей массив на естественные отдельно сти. Обычно при оценке взрываемости массива горные породы с учетом трещиноватости классифицируются на пять категорий – от чрезвычайно трещиноватых (мелкоблочных) до практически монолитных (исключи тельно крупноблочных). В связи с этим подразумевается, что два масси ва горных пород, имея одинаковые кубиковую прочность и модуль тре щиноватости, но различающиеся заполнителем трещин (в частности, в первом случае – кварц или кальцит, а во втором – хлорит, серицит, глин ка трения и тому подобные), характеризуются одинаковой способно стью противостоять нагрузкам, иначе говоря, одинаковой прочностью.
В действительности, на прочность и, следовательно, на раз рушаемость геологической среды оказывают влияние как сцепле ние по швам трещин, определяемое прочностью заполнителя и ге ометрией поверхностей берегов трещин, так и наличие подземных вод, – обычно обводненные породы имеют гораздо меньшую энер гоемкость разрушения, чем сухие.
Наиболее полно прочность и структурную неоднородность скаль ных массивов учитывают многопараметровые классификационные си стемы (Терцаги, З.Т. Бинявски, Н. Бартона и др.), особое место среди которых занимает геомеханическая классификация Д. Лаубшера [6].
Последняя позволяет определить коэффициент структурного ослабле ния массива с учетом поправочных коэффициентов, учитывающих со стояние швов трещин при различной обводненности пород.
Приняв во внимание эти характеристики, при определении взрываемости геологической среды предлагается пользоваться представленной в табл. 1 и дополненной показателем трещиновато сти Пт классификацией В.Н. Мосинца и А.В. Абрамова. Указанный показатель определяется следующим образом:
Пт = Пи + 40(А В С D), где Пи – показатель, учитывающий интенсивность трещиноватости (табл. 2);
Таблица Классификация взрываемости массива горных пород Скорость продоль Класс Характеристика Характеристика Показатель ных волн в масси пород трещиноватости (блочности) пород процесса разрушения трещиноватости Пт ве, км/с Весьма Практически монолитные Среда разрушается хрупко в более 70 5…3, трудновзрываемые (исключительно крупно- направлении от открытой по блочные) верхности к заряду под дей ствием напряжений растяже ния Трудновзрываемые Малотрещиноватые Среда разрушается квази- 70…56 3,5… (весьма крупноблочные) хрупко как в направлении от заряда к открытой поверхно Средней Трещиноватые 55…36 3…2, сти, так и в обратном направ взрываемости (крупноблочные) лении, под действием волн сжатия и растяжения Сильнотрещиноватые Легковзрываемые 35…20 2,5…1, Среда разрушается пластич (среднеблочные) но в направлении от заряда Весьма Чрезвычайно к открытой поверхности под легковзрываемые трещиноватые, действием усилий сжатия на менее 20 менее 1, нарушенные фронте прямой волны (мелкоблочные) Таблица Значения показателя, учитывающего интенсивность трещиноватости при различном числе систем трещин [6] Число Число систем трещин Число Число систем трещин трещин трещин одна две три одна две три на 1 м на 1 м 0,25 40 38 36 3 24 21 0,3 38 36 34 5 21 18 0,5 36 34 31 8 18 15 0,8 34 31 28 10 15 12 1 31 28 26 15 12 10 1,5 28 26 24 20 10 7 2 26 24 21 30 7 5 40 5 2 A, B, C и D – поправочные коэффициенты, учитывающие со стояние швов трещин при различной обводненности пород и отра жающие соответственно: геометрию шва и шероховатость контак тов трещин (рисунок), степень измененности пород в зоне контак та и характеристику заполни теля шва трещины, определяе мые по табл. 3.
Используя эту УЛОВКУ, можно ЗА НЕДЕЛЮ заработать МИЛЛИОН! ...
Раскрыта масштабная схема ЗАРАБОТКА в интернете
ПОДРОБНЕЕ
Омоложение лица на 15 лет
Альтернатива дорогостоящим процедурам, средство для ...
ПОДРОБНЕЕ
Известный диабетолог: "Не нужно пить таблетки - хуже будет"
Если у вас диабет 2 типа, то капайте в чай пару капель...
ПОДРОБНЕЕ
Самый быстрый способ похудеть!
Если принимать после завтрака...
ПОДРОБНЕЕ
Опираясь на эту методику и упоминавшуюся выше рабо ту [5], можно (исходя из преде ла прочности образца на одно осное сжатие и величины по казателя трещиноватости) рас считать энергоемкость разру шения массива для достижения заданной степени дробления.
В качестве примера в табл. представлены расчетные ве личины проектного удельно го расхода аммонита № 6ЖВ, необходимого для получения средних кусков 150 и 200 мм Номограмма для определения кривиз ны трещины (параметр А, табл. 3) и шероховатости контакта (параметр В, табл. 3)[7] Таблица Оценка состояния швов трещин с учетом обводненности пород [6] Обводненный контакт Параметр Описание Сухой приток контакт влажный капеж струями А – геометрия волнистые трещины;
0,97 0,95 0,90 0, трещины (см.
изогнутые трещины;
0,82 0,80 0,75 0, верхнюю часть (рис. 1) плоские трещины 0,75 0,70 0,65 0, В – шероховатость шероховатый 0,95 0,90 0,85 0, контакта волнистые трещины гладкий 0,85 0,80 0,75 0, (см. нижнюю шероховатый 0,80 0,75 0,70 0, часть рис. 1) контакт изогнутые трещины гладкий 0,70 0,65 0,60 0, гладкий 0,65 0,60 0,55 0, плоские трещины зеркальный 0,55 0,50 0,45 0, С – изменение неизмененный 1 0,99 0,97 0, пород в зоне контакта присутствуют признаки измененности 0,75 0,70 0,65 0, D –заполнитель без заполнителя 1 1 1 трещин кварц, кальцит, эпидот или гематит 0,99 0,98 0,98 0, грубый 0,80 0,90 0,85 0, гематит, сланец или песок мелкий 0,70 0,80 0,75 0, крупность заполнителя грубый 0,60 0,70 0,65 0, хлорит, серицит, глинка трения мелкий 0,40 0,50 0,45 0, шов заполнен менее 5мм 0,35 0,45 0,40 0, разбухающими более 5 мм 0,15 0,30 0,20 0, минералами Таблица Проектный удельный расход аммонита № 6ЖВ для получения средних Предел прочности на Показатель трещиноватости Пт одноосное сжатие, более 70 70…51 50…36 35…21 менее МПа Средние куски 150 мм 200…141 2,8 2,6 2,1 1,1 0, 140…91 2,2 2,1 1,9 0,9 0, 90…51 1,8 1,7 1,5 0,7 0, 50…31 1,4 1,4 1,3 0,5 0, менее 30 1,1 0,9 0,9 0,3 0, Средние куски 200 мм 200…141 2,6 2,4 2 0,9 0, 140…91 2,1 2 1,7 0,8 0, 90…51 1,7 1,4 1,3 0,5 0, 50…31 1,3 1,2 1,1 0,4 0, менее 30 0,9 0,8 0,7 0,2 0, при отбойке руды веерами кусков 150 и 200 мм скважин диаметром 75 мм.
Рассмотренная методика определения взрываемости горных по род рекомендована к применению при отработке Нижней Залежи Сибайского месторождения и использована при составлении «Ти пового проекта производства массовых взрывов на Молодежном подземном руднике Учалинского ГОКа».
Литература 1. Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Мосинец В.Н. Подземная разработка месторож дений цветных и редких металлов. – М.: Недра, 1986.
2. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физических свойств. – М.: Не дра, 1968.
3. Барон Л.И., Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной от бойке. – М.: Недра, 1966.
4. Дон Лит Л. Сейсмическое действие взрыва. – М.: Госгортехиздат, 1963.
5. Мосинец В. Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных гор ных пород – М.: Недра, 1982.
6. Laubscher D. H. Geomechanistics classication system for rating of rock mass in mine design // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 1990, V. 90, No. 10, p. 257–273.
7. Barton, N.R., Bandis, S.C. Effects of block size on the the shear behaviour of jointed rock // 23rd U.S. symp. on rock mechanics, Berkeley, 1982, Р. 739–760.
УДК 622.023. ОЦЕНКА НЕОДНОРОДНОСТИ ТРЕЩИННОЙ СТРУКТУРЫ В ПРОЦЕССАХ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД* О.Г. Латышев, И.С. Осипов, А.Н. Еремизин, А.А. Матвеев Трещинная структура пород играет исключительно важную роль в решении многих задач горного производства. Она определяет проч ность и устойчивость горных пород, тип и прочные размеры крепи под земных сооружений, эффективность фильтрации различных флюидов и др. Характер и степень трещиноватости горных пород определяют энергетические показатели процесса их разрушения.
В.Н. Мосинец [1] предложил оценивать разрушающие напряже ния при взрыве трещиноватой среды следующим выражением:
p – C kA, (1) где р – прочность однородной бездефектной породы;
С – эмпирический коэффициент (константа материала);
k – коэффициент неоднородности, зависящий от распределения микротрещин в горной породе;
А – удельная работа по деформации единицы объема породы.
При динамическом (взрывном) разрушении пластическое те чение пород заметной роли не играет. Тогда можно принять А = р2/2Е, где Е – модуль упругости пород, и уравнение (1) преоб разуется в выражение [2] k [] p 1 C (2).
2E Коэффициент k предлагается оценивать косвенно – по отно шению работы по деформации трещиноватой породы А1 к работе по деформации идеально однородной породы А0: k = (A1/A0 – 1)/3.
Однако экспериментальное определение работы деформирования возможно лишь в статическом режиме нагружения, что не соответ ствует физике разрушения пород взрывом. Поэтому более адекват ной представляется непосредственная оценка показателя k как меры неоднородности трещинной структуры горных пород. Такой мерой * Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно педагогические кадры инновационной России» на 2009–2012 гг.
по своей сути может служить корреляционная размерность [3], ко торая основывается на оценке расстояния между парами точек дис кретного множества N с координатами r1, r2, …, rN [4]. Оценкой слу жит корреляционный интеграл C(), численно равный относитель ному числу пар точек, расстояние между которыми не превышает заданную величину.
C lim N i, j 1;
i j / ri rj /, N (3) где – функция Хевисайда, принимающая значения (х) = 0 при x 0 и (х) = 1 при x 0.
Для фрактального множества lim0C() d2, (4) где d2 – положительный показатель степени, который называется корреляционной размерностью, log C (5) d 2 lim 0.
log Для оценки степени неоднородности распределения трещин по поверхности образцов горных пород проведена серия эксперимен тальных исследований гранитов Мансуровского месторождения (Республика Башкортостан). В качестве меры неоднородности при нята корреляционная размерность, определение которой и служило конечной целью исследования.
Выделение тре щин на поверхности образцов (рис. 1) осу ществлялось адапти рованным примени тельно к горным по родам методом лю минесцентной де фектоскопии [5].
Рис. 1. Поверхность гра нита с системой трещин Мансуровского место рождения Y, мкм X, мкм Рис. 2. Макет поверхности образца гранита с вершинами первых 100 трещин ( – вершины трещин;
– референтные точки) По полученным координатам всех вершин трещин на поверхно сти образцов были определены значения корреляционной размер ности.
Разработанный алгоритм определения данного показателя заключается в следующем. На плоскости выбирается несколь ко референтных точек Nref(i), вокруг каждой проводится окруж ность радиусом i1 и подсчитывается число точек, попавших внутрь этой окружности п1. В качестве точек принимаются ко ординаты вершин трещин (рис. 2). Затем проводится окруж ность радиусом i2 i1 и определяется п2. Повторяя эту проце дуру, получаем ряд парных значений для каждой референтной точки Nref(i): j – nj.
По полученным парам значений строим график функции logC(j) = f(logj) и способом наименьших квадратов определяем угловой коэффициент прямой, значение которого соответствует корреляционной размерности d2 (рис. 3).
Экспериментальное изучение корреляционной размерности в сопоставлении с деформационными характеристиками горных по род показывает [6], что коэффициент неоднородности в уравнении (2) можно представить в виде k = 1/3(d2 – 1). (6) Рис. 3. График числа точек в окружностях с центром в референтных точках (•) Это позволяет оценивать разрушающие напряжения при взры вании трещиноватых горных пород. Решающая роль трещинова тости в развитии активируемых взрывом нарушений отмечается Г.П. Берсеневым [7]. Это, в свою очередь, определяет качество дро бления горных пород взрывом.
Таким образом, разработанные процедуры позволяют экспери ментально определять неоднородность трещинной структуры гор ных пород и оценивать разрушающие напряжения при взрыве тре щиноватой среды. Полученные результаты могут служить основой для проектирования рациональных параметров буровзрывных ра бот при разработке скальных пород.
Литература 1. Мосинец В.Н. Энергетические и корреляционные связи процесса разруше ния пород взрывом / В.Н. Мосинец. – Фрунзе: Изд-во АН КиргССР, 1963. – 233 с.
2. Латышев О.Г. Разрушение горных пород / О.Г. Латышев. – М.: Теплотех ник, 2007. – 672 с.
3. Латышев О.Г. Основные направления и перспективы развития исследова ний горных пород и массивов с фрактальных позиций / О.Г. Латышев, И.С. Осипов // Изв. вузов. Горный журнал. – 2010. –№ 7. – С. 115–123.
4. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы: пер. с нем. / Б. Мандель брот. – М.: Изд-во: ИКИ, 2002. – 656 с.
5. Латышев О.Г. Методика изучения фрактальных характеристик трещинова тых горных пород / О.Г. Латышев, В.В. Сынбулатов, И.С. Осипов // Добыча, об работка и применение природного камня: сб. науч. тр. / МГТУ. – Магнитогорск, 2008. – С. 217–227.
6. Прогноз деформационных характеристик трещиноватых горных пород и массивов / О.Г. Латышев и др. // Изв. вузов. Горный журнал. – 2011. –№ 7. – С. 92–97.
7. Оценка активируемых взрывом нарушений как критерия прогноза качества дробления горных пород / О.Г. Латышев и др. // Изв. вузов. Горный журнал. – 2010.
 |
|
|
Скачать 374.11 Kb.