Наукові основи руйнування гірських порід вибухом з урахуванням фізичних процесів в порожнині вибуху і масиві

Час розкриття тріщини можна оцінити, двічі проінтегрував рівняння руху частини масиву, що відбивається . Воно визначається при заданому способі вибуху. При цьому тиск ПВ в порожнині вибуху повинен бути не менше максимального тиску р_н протягом часу t₁+t₂+ t₃.

Таким чином, при контурному вибуху (як і при видобутку штучного каменя) поле напружень повинне бути квазістатичним, максимальні напруження в породі повинні бути обмежені, а час дії оптимальних напружень повинне бути не менше визначеного.

Одержано адіабату ПВ із звичайним показником адіабати (г = (i + 2)/i, де i - число ступенів вільності молекули (для молекул ПВ i = 6,51) і рівняння Пуассона:

, (23)

де V_м - молярний об'єм ПВ, - стала рівняння Вандер-Ваальса для ПВ.

Аналогічним чином одержано рівняння Пуассона в змінних T і V_м:

. (24)

В рівняннях (23) і (24) показник адіабати не залежить від об'єму, і можна одержати з формул

, (25)

де k - індекс компоненти газу в ПВ.

Встановлено, що заряди для контурного вибуху повинні детонувати з великою швидкістю, наприклад, від ДШ. Між бризантною ВР і породою повинен бути шар повітря або інертного матеріалу. В якості інертного матеріалу можна використовувати ВР, які детонують в неідеальному режимі - режимі недостиснутої детонаційної хвилі. Інтенсивність хвильових процесів в порожнині вибуху повинна бути мінімальна.

Розв'язку шостої задачі присвячений сьомий розділ, в якому розглянуто питання можливості підвищення знеміцнюючої дії вибуху та якості дроблення гірських порід.

Аналіз вибухів, проведених за допомогою комбінованих зарядів, показує, що вихід дрібних фракцій в порівнянні з контрольними ділянками збільшується в середньому на 25%, а в крупних знижено на 27%. Вихід фракцій середньої крупності відрізняється незначно. Встановлено, що середній діаметр куска в розвалі гірської маси, яку відбито за допомогою каскадного вибуху свердловинних зарядів, знижено на 17,5%, а вихід негабариту - на 20%. На ділянках свердловин з каскадним вибухом були відсутні заколи в глибінь масиву, розвал гірської маси був більш компактним. Значно покращилось опрацьовування підошви уступу.

Більш рівномірне розміщення ВР в масиві та його багатократне навантаження за рахунок вживання комбінованих зарядів і сітки свердловин з урахуванням анізотропії порід дозволило на кар'єрах Західдорвибухпрома зменшити діаметр середнього шматка відповідно на 14,8 і 17,1%, а вихід негабаритних фракцій - на 25,5 і 34%. Це дозволило суттєво знизити вартість виробництва гірської маси.

Розроблені конструкції шпурового заряду для відбою в'язких гірських порід. При застосуванні шпурового заряду для відбою в'язких гірських порід тиск p1, що встановлюється після ініціації зарядів в шпурі з урахуванням рівняння Пуассона, дорівнює:

, (26)

де l, d₁ - довжина і радіус шпура; l₂ - довжина забійки; l₃, d₃ - довжина і діаметр патрона; постійна, яка враховує власний об'єм молекул продуктів вибуху в 1 м³; n - показник ізоентропи для продуктів вибуху.

Амплітуда хвилі напружень .

Розширення ПВ в осьовому напрямі відбувається за час

, (27)

де - швидкість продуктів вибуху після радіального розширення.

Якщо нехтувати зменшенням тиску на забійку і силою тертя, то

, (28)

де густина речовини проміжку.

Час дроблення породи

, (29)

де C_Р - швидкість хвилі напружень в породі; а - відстань між шпурами.

Розтягуючі напруження в породі на прямій, що з'єднує шпури,

, (30)

де p_н - початковий тиск ВР в шпурі; d_m - діаметр шпуров.

Показано, що в цьому випадку максимальний тиск в порожнині вибуху суттєво менше тиску у разі використання суцільного заряду.

При цьому в породі не виникає ударна хвиля. Кожний патрон після детонації породжує в породі хвилі, близькі до сферичних, оскільки тріщини в хвилі стиснення ростуть в площинах, перпендикулярних хвильовим поверхням, то ефективність дроблення розосередженими зарядами істотно вище, ніж суцільними. Крім того, малий тиск в порожнині вибуху розосереджених зарядів збільшує час вильоту забійки, що збільшує час навантаження породи і дозволяє керувати процесом її руйнування. Схему розташування ВР при дробленні гіпсу на щебінь наведено на рис. 6.

Рис. 6. Схема розташування ВР при дробленні гіпсу на щебінь

Запропоновано спосіб підвищення ефективності знеміцнення гірських порід із застосуванням додаткових свердловинних зарядів зменшеного діаметра. Ефективність запропонованого способу підтверджено експериментальною перевіркою на гранітному кар'єрі Західдорвибухпрома. Цей спосіб збільшує вихід дрібних фракцій на 15% і знижує вихід негабарита на 33%. Діаметр середнього шматка зменшується на 18% в порівнянні з вибуховим відбоєм звичайними суцільними зарядами. При експериментальних вибухах спостерігалося хороше опрацьовування підошви уступу і незначне порушення тильної його частини.

Експериментальні дослідження ефективності зарядів з низькощільним прошарком дозволили встановити, що їх вживання суттєво підвищує ефективність вибуху, яка виражена в об'ємі викиду ґрунту на 1 кг ВР. Формування в свердловині вказаного шару з малощільного матеріалу не зв'язано з рядом технологічних труднощів, що спостерігаються при формуванні свердловинних зарядів з повітряними проміжками.

Дослідження ефективності вживання зарядів з інертними проміжками показали, що середня питома витрата ВР при вживанні суцільних шпурових зарядів склала 0,68 кг/м³, а зарядів з інертними проміжками - 0,5 кг/м³. При цьому якість дроблення гірської маси при вибусі зарядами ВР з інертними проміжками аніскільки не поступається якості дроблення при вживанні суцільних зарядів. Середній розмір шматка при вживанні суцільних зарядів складає 18,2 мм, а зарядів з інертними проміжками - 17,4 мм, тому вживання останніх дозволило одержати значний ефект від економії ВР і є вельми перспективним.

ВИСНОВОК

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дано рішення актуальної наукової проблеми, яка полягає в підвищенні знеміцнюючої дії вибуху і якості дроблення гірських порід, а також в розкритті механізму їх вибухового руйнування шляхом встановлення нових закономірностей протікання фізичних і газодинамічних процесів в зарядній порожнині свердловинного заряду і в масиві гірських порід навколо цієї свердловини при вибусі вибухових речовин, що має важливе народногосподарське значення.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

1. Вперше при розгляді поширення циліндричних ударних хвиль в ґрунті одержано співвідношення, які дозволяють, в першому наближенні, оцінити практично всі величини, що характеризують процес розповсюдження циліндричної ударної хвилі в ґрунті, а саме: швидкість ударної хвилі, масову швидкість породи за фронтом ударної хвилі, енергію ударної хвилі.

2. На підставі вивчення фізичних процесів, що відбуваються в гірських породах при поширенні циліндричних ударних хвиль, вперше встановлено, що половина енергії продуктів вибуху йде на утворення ударної хвилі. Визначена енергія продуктів вибуху, яка затрачується на генерацію циліндричної ударної хвилі. Проведена оцінка тиску, необхідного для поширення ударної хвилі.

3. Вперше виконана оцінка параметрів ударних хвиль в породі при вибусі свердловинних зарядів ВР, яка дозволила встановити, що, вибираючи відповідні розміри частинок і термодинамічні параметри речовини, що додається у ВР, можна не тільки змінювати максимальний тиск в порожнині вибуху, але і керувати ним вздовж твірної свердловини. Домішки інертної речовини у ВР можуть перешкоджати виникненню УХ в породах, зменшуючи енергетичні втрати при вибусі ВР.

4. Вперше отримано рівняння для розрахунку температури продуктів ви-буху при їх стиску у відбитих від частинок ударних хвилях, застосовуючи яке сумісно з одержаними рівняннями адіабати та стану можна при відомих термо-динамічних параметрах речовини домішки і залежності, що характеризує зміну тиску в порожнині вибуху від часу, визначити масову частку і фракційний склад домішки.

5. Вперше встановлено, що заміна порошку алюмінію на пудру в геліксі 650 дозволяє збільшити тиск у порожнині вибуху на 15-20% за рахунок того, що в цьому разі при окисненні алюмінію виділяється більше енергії. Показано, що хоча тривалість хвильових процесів, що протікають при вибусі гелексу 650, приблизно така ж, як і при вибусі амоніту, але оскільки густина гелексу 650 на 35-45 % більше, то і тиск продуктів вибуху в кумулятивному струмені на 35-45 % вище, ніж тиск продуктів вибуху при вживанні амоніту, тому вживання гелекса 650 призводить до більш ефективного дроблення негабариту.

6. Встановлено, що збільшити ширину зони хімічних реакцій, зменшити максимальний тиск в порожнині вибуху і частково стабілізувати тиск ПВ на рівні максимального можна, використовуючи два типи вибухових речовин або вводячи домішки у ВР, які повинні відбирати енергію у ПВ до поверхні Чепмена-Жуге і віддавати або виділяти енергію за нею. Окрім цього, частину теплової енергії ПВ вони перетворять в пружну. В якості домішка використовують речовини, які за поверхнею Чемпена-Жуге вступають в екзотермічні реакції. Вельми перспективними є горючі речовини, що не детонують в порожнині вибуху.

7. Встановлена залежність процесу руйнування гірського масиву вибухом від параметрів свердловинного заряду. Вводячи у ВР домішки, критичні параметри і маса яких вибираються, виходячи з міцності і тріщинуватості породи, можна зменшити зону подрібнення і збільшити тим самим «поршневу» дію вибуху. В цьому випадку коефіцієнт корисної дії вибуху істотно зросте. Розглянутий механізм руйнування гірських порід в ударній хвилі дозволив отримати співвідношення, що дозволяють задавати параметри ударної хвилі таким чином, щоб одержати необхідні розміри частинок, на які необхідно зруйнувати породу.

8. Вперше встановлено, що оболонка, яка покриває кумулятивний заряд ВР, на декілька десятків мкс (t ~ 4050 мкс) «замикає» продукти вибуху біля кумулятивної виїмки. Окрім цього, якщо заряд без оболонки, то після 40 мкс тиск в продуктах вибуху зменшується до величини p ~ 10⁷510⁷ Па. Таким чином, оболонка збільшує бризантну дію.

9. Вперше запропоновано критерій вибору ВР і конструкції заряду для створення оптимального імпульсу навантаження породного масиву різної блоковості і міцності. Найбільш універсальним способом керування величиною і формою імпульсу вибуху, який дозволяє перерозподіляти енергію вибуху за висотою колонки заряду, є розосередження суцільних і комбінованих зарядів. Вельми перспективною є розробка технології масових вибухів із застосуванням зарядів з повітряними, водними і іншими інертними проміжками. Вживання заряду з радіальним зазором дозволяє зменшити зону переподрібнення, а, отже, підвищити к.к.д. вибуху.

10. Вперше встановлено, що заряди для контурного вибуху повинні детонувати з великою швидкістю, наприклад, від ДШ. Між бризантною ВР і породою винен бути шар повітря або інертного матеріалу. В якості інертного матеріалу можна використовувати ВР, яка детонує в неідеальному режимі - режимі недостиснутої детонаційної хвилі. Інтенсивність хвильових процесів в порожнині вибуху повинна бути мінімальна.

11. Запропоновано шпурові заряди, які дозволяють здійснювати контурний вибух, що формує потрібну поверхню виробки, та підвищувати її стійкість. При цьому заряди для контурного вибуху повинні детонувати з великою швидкістю, а між бризантною ВР і породою повинен бути присутній шар повітря або іншого інертного матеріалу, в якості якого для міцних порід слід використовувати ВР, що детонує в неідеальному режимі - режимі недостиснутої хвилі.

12. Розроблено і затверджено методику оцінки раціональних параметрів буропідривних робіт для масивів гірських порід різної міцності. Методика рекомендована для вживання на рудних і нерудних кар'єрах України.

Економічний ефект від впровадження частини розробок склав 190,2 тис. грн. у рік.

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНО У 44 НАУКОВИХ ПРАЦЯХ, ОСНОВНИМИ З ЯКИХ Є НАСТУПНІ

1. Курінний В.П. Фізичні аспекти руйнування гірських порід вибухом / Курінний В.П. - Дніпропетровськ: НГУ, 2009. - 158 с.

2. Куринной В.П. Критерии управляемого разупрочнения горных пород в поле напряжений / И.П.Гаркуша, В.П.Куринной // Сб. научных трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск. - 1998. - Т. 4, № 3. - С. 75-78.

3. Куринной В.П. Расчет параметров зарядов для отбойки мелкоблочных массивов горных пород / И.П. Гаркуша, В.Д. Петренко, В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 1998. - Вып. 8. - C. 59-62.

4. Куринной В.П. Выбор зарядов для наиболее оптимального разрушения средне- и крупноблочных пород / И.П. Гаркуша, В.П. Куринной // Науковий вісник НГУ. - 1998. - № 1. - С. 67-68.

5. Куринной В.П. Исследование процессов, протекающих при взрыве накладного кумулятивного заряда из насыпного взрывчатого вещества / И.П. Гаркуша, В.Н. Никифорова, В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 1998. - Вып. 9. - С. 168-172.

6. Куринной В.П. Обоснование параметров шпурового заряда взрывчатого вещества для контурного взрывания / И.П. Гаркуша, В.П. Куринной, В.Д. Кожушный // Науковий вісник НГУ. - 1999. - № 3. - С. 88-89.

7. Куринной В.П. Об оптимизации давления в полости взрыва сплошного скважинного заряда бризантного взрывчатого вещества / В.М. Комир, И.П. Гаркуша, В.А. Никифорова, В.П. Куринной // Проблемы создания новых машин и технологий. Сб. научн. трудов Кременчугского госуд. политехн. ин-та. - 1999. - Вып. 1. - С. 452-454.

8. Куринной В.П. Обоснование конструкции шпурового заряда для отбойки вязких горных пород / И.П. Гаркуша, В.Д. Кожушный, В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2001. - Вып. 25. - С. 118-122.

9. Куринной В.П. Об управлении давлением в полости взрыва с помощью добавок во взрывчатое вещество / В.П. Куринной // Науковий вісник НГУ. -2003. - № 4. - С. 18-21.

10. Куринной В.П. Современные представления о механизме разрушения разупрочнения горных пород при взрыве / И.П. Гаркуша, В.А. Никифорова, В.П. Куринной // Сб. научн. трудов НГУ. - Днепропетровск: НГУ, 2003. - Т.1, №17. - С. 364-371.

11. Куринной В.П. Особенности механизма взрывного разрушения блочного массива горных пород / И.П. Гаркуша, В.П. Куринной // Сб. научн. трудов НГУ. - Днепропетровск: НГУ, 2003. - Т.1, №17. - С. 371-374.

12. Куринной В.П. Способы повышения разупрочняющего действия взрыва / И.П. Гаркуша, В.А. Никифорова, В.П. Куринной // Сб. научн. трудов НГУ. - Днепропетровск: НГУ, 2003. - №18. - С. 105-110.

13. Куринной В.П. Исследование давления в полости взрыва скважинного заряда ВВ / В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2003. - Вып. 40. - С. 203-210.

14. Куринной В.П. Цилиндрические ударные волны в грунте / И.П. Гаркуша, В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2004. - Вып. 51. - С. 280-285.

15. Куринной В.П. К вопросу правомерности моделирования процессов, протекающих в среде при промышленных взрывах цилиндрических зарядов / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2005. - Вып. 61. - С. 220-224.

16. Куринной В.П. Некоторые аспекты разрушения горных пород в динамическом поле напряжений / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - №3. - С. 85-88.

17. Куринной В.П. Влияние волновых процессов в зарядной полости на разрушение горных пород / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2007. - Вып. 73. - С. 132-135.

18. Куринной В.П. Исследование процессов, протекающих при взрыве кумулятивных и накладных зарядов взрывчатых веществ, применяемых для разрушения негабаритов / В.П. Куринной // Сучасні ресурсозберігаючі технології гірничого виробництва. - Кременчук: МОНУ, КДПУ, 2009. - № 1. - С. 71-74.

19. Куринной В.П. К вопросу изучения детонации взрывчатых веществ с добавками / В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2010. - Вып. 86. - С. 255-257.

20. Куринной В.П. Теоретические исследования особенностей разрушения негабаритов накладными зарядами / В.П. Куринной // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2010. - Вып. 87. - С. 236-240.

21. Куринной В.П. Исследование процессов разупрочнения горных пород при взрыве зарядов с инертными промежутками / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша, Л.В. Прохорец // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2010. - Вып. 89. - С. 109-113.

22. Курінний В.П. Дослідження закономірностей протікання фізичних процесів в зарядній порожнині в породному масиві при вибусі вибухових речовин / В.П. Курінний // Науковий вісник НГУ. - Дніпропетровськ, 2010. - №7-8. - С. 50-55.

23. Куринной В.П. Исследование процесса разрушения горных пород в зависимости от параметров ударных волн / В.П. Куринной // Вісті Донецького гірничого інституту. - 2010. - № 2. - С. 168-172.

24. Куринной В.П. Обоснование выбора параметров зарядов взрывчатых веществ для разрушения горных пород с различной структурой / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2010. - Вып. 91. - С. 151-158.

25. Куринной В.П. Исследование влияния воздействия взрыва на начальную стадию трещинообразования в горных породах / В.П. Куринной // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Сер. гірничо-геологічна. - Донецьк: ДонНТУ, 2011. - Вип. 13(178). - С. 147-150.

26. Куринной В.П. Разрушение негабаритов кумулятивными и накладными зарядами взрывчатых веществ / И.П. Гаркуша, В.П. Куринной // Труды Междунар. научн.-прак. конференции «Форум горняков». Сб. научн. трудов НГАУ. - 1998. - Т.4, №3. - С. 78-81.

27. Куринной В.П. О механизме разрушения горных пород в ударной волне / И.П. Гаркуша, В.Д. Петренко, В.А. Никифорова, В.П. Куринной // «Высокоэнергетическая обработка материалов». Материалы междунар. семинара. - 1999. - №8. - С. 156-160.

28. Курінний В.П. Теоретичні дослідження газодинамічних процесів у зарядній порожнині при детонації зарядів ВР різних конструкцій / В.П. Курінний // «Динаміка наукових досліджень». Матеріали II міжнародної науково-практичної конференції. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2003. - Т.33. - С. 12-14.

29. Куринной В.П. Исследование процессов истечения продуктов взрыва в трещине массива / В.П. Куринной // "Науковий потенціал світу - 2004". Матеріали I міжнародної науково-практичної конференції. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2004. - Т.62. - С. 10-12.

30. Куринной В.П. К вопросу об управлении трещиноватостью породного массива путем изменения параметров поля напряжений / Т.А. Паламарчук, В.П. Куринной // «Деформация и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XVI международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. - Симферополь: Таврический нац. ун-т, 2006. - С. 214-217.

31. Куринной В.П. К вопросу изучения физических процессов в горных породах при распространении цилиндрических ударных волн / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша, В.Н. Мандрикевич // «Деформация и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XVII международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. - Симферополь: Таврический нац. ун-т, 2007. - С. 174-177.

32. Куринной В.П. Расчет оптимальных размеров частиц добавки во взрывчатое вещество гелекс 650 для его применения в накладных зарядах / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // «Деформация и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XVIII международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. - Симферополь: Таврический нац. ун-т, 2008. - С. 184-187.

33. Куринной В.П. Оценка давления для возбуждения ударной волны в металлах / В.П. Куринной // «Высокоэнергетическая обработка материалов». Материалы междунар. семинара. - Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2009. - С. 86-90.

34. Куринной В.П. Обоснование эффективности дробления вязких пород с помощью использования шпуровых зарядов оптимальной конструкции / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // «Деформация и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XIX международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. - Симферополь: Таврический нац. ун-т, 2009. - С. 121-124.

35. Куринной В.П. Повышение эффективности взрывчатых веществ при разрушении горных пород / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // Труды Междунар. научн.-прак. конференции «Форум горняков». - Дніпропетровськ, НГУ. - 2009 - С. 157-164.

36. Куринной В.П. Определение давления, необходимого для возбуждения ударных волн в горных породах / В.П. Куринной, И.П. Гаркуша // «Деформация и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XX международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. - Симферополь: Таврический нац. ун-т, 2010. - С. 196-199.

37. Куринной В.П. Теоретические аспекты взрывного разрушения грунта цилиндрическими зарядами взрывчатых веществ / В.П. Куринной // Труды Междунар. научн.-прак. конференции «Форум горняков». - Дніпропетровськ, НГУ. - 2010 - С. 49-55.

Куринной В.П. Научные основы разрушения горных пород взрывом с учетом физических процессов в полости взрыва и массиве. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности: 05.15.09 - «Геотехническая и горная механика». - ГВУЗ «Национальный горный университет», Днепропетровск, 2011.

Диссертация посвящена установлению закономерностей и механизма разрушения взрывом горных пород с неоднородной структурой на основе возможного управления термо- и газодинамическими процессами в зарядной полости и окружающем заряд породном массиве.

Изучение процессов, происходящих в зарядной полости ВВ и окружающей ее бреде, позволило установить закономерности их протекания и их взаимосвязь, а на основе оценки параметров ударных волн разработать рекомендации для целенаправленного управления давлением в полости взрыва вдоль образующей скважины.

Полученное уравнение для расчета температуры продуктов взрыва при их сжатии в отраженных от частиц ударных волнах совместно с уравнениями адиабаты и состояния позволяет при известных термодинамических параметрах вещества добавки и зависимости, характеризующей изменение давления в полости взрыва от времени, определить массовую долю и фракционный состав добавки.

Установлено, что замена порошка алюминия на пудру в гелексе 650 позволяет увеличить давление в полости взрыва на 15-20% за счет того, что в этом случае при окислении алюминия выделяется больше энергии. Показано, что, хотя длительность волновых процессов, протекающих при взрыве гелекса 650, приблизительно такая же, как и при взрыве аммонита, но поскольку плотность гелекса 650 на 35-45 % больше, то и давление продуктов взрыва в кумулятивной струе на 35-45 % выше, чем давление продуктов взрыва при применении аммонита, поэтому применение гелекса 650 приводит к более эффективному дроблению негабарита.

При исследовании механизма детонации эмульсионных взрывчатых веществ с добавками микросфер установлено, что полые шары служат достаточно хорошими сенсибилизаторами эмульсионных взрывчатых веществ. При количестве введенных добавок, не превышающем 5 % (k 0,05), потери энергии продуктов детонации на добавках незначительны.

Установлено, что увеличить ширину зоны химических реакций, уменьшить максимальное давление в полости взрыва и частично стабилизировать давление ПВ на уровне максимального можно, используя два типа взрывчатых веществ или вводя добавки в ВВ, которые должны отбирать энергию у ПВ до поверхности Чепмена-Жуге и отдавать или выделять энергию за ней. Кроме этого, часть тепловой энергии ПВ они преобразуют в упругую. В качестве добавок используют вещества, которые за поверхностью Чемпена-Жуге вступают в экзотермические реакции. Весьма перспективными являются горючие вещества, не детонирующие в полости взрыва.

Установлена зависимость процесса разрушения горного массива взрывом от параметров скважинного заряда. Вводя в ВВ добавки, критические параметры и масса которых выбираются, исходя из прочности и трещиноватости породы, можно уменьшить зону измельчения и увеличить тем самым «поршневое» действие взрыва. В этом случае коэффициент полезного действия взрыва существенно возрастет.

Предложен механизм разрушения горных пород в ударной волне и получены соотношения, позволяющие задавать параметры ударной волны таким образом, чтобы получить необходимые размеры частиц, на которые необходимо разрушить породу. Выполнена оценка затрат на чистое разрушении породы в поле напряжений скважинного заряда в зависимости от расстояния до скважины.

Впервые установлено, что при взрыве на выброс давление в полости взрыва должно первые 5-10 мс не убывать, а возрастать пропорционально , где r_c, r - начальный и текущий радиусы скважины, соответственно; n - показатель адиабаты продуктов взрыва.

На основе установленных закономерностей разработана методика расчета параметров скважинных зарядов и оценки рациональных параметров буровзрывных работ для неоднородных массивов горных пород различной прочности и крепости.

Для обеспечения устойчивости выработки при ее проходке предложена конструкция шпуровых зарядов и выполнен расчет их параметров. Предложенные шпуровые заряды позволяют осуществлять контурное взрывание, формирующее нужную поверхность выработки. При этом заряды для контурного взрывания должны детонировать с большой скоростью, а между бризантным ВВ и породой должен присутствовать слой воздуха или другого инертного материала, в качестве которого для крепких пород следует использовать ВВ, детонирующее в неидеальном режиме - режиме недосжатой волны.

Экономический эффект от внедрения части разработок составил 190,2 тыс. грн. в год.

Ключевые слова: термо-, газодинамические процессы, полость взрыва, горные породы, породный массив, детонация, ударная волна, волны напряжений, разрушение, дробление, конструкция зарядов.

ANNOTATION

Kurinnoy V.P. Scientific bases of the rock's fracture by blasting taking into account physical processes in the explosive cavity and massif. - Manuscript.

The thesis for Technical Sciences Doctor's degree on speciality: 05.15.09 - "Geotechnical and rock mechanics". - SHEE «The National Mining University», Dniepropetrovsk, 2011.

The thesis is devoted to establishment of the objective laws and mechanism of blasted breaking of rocks with heterogeneous structure on the basis of the possible control the thermal and gas-dynamic processes in the blast cavity and surrounding rock massive.

Investigation of processes have taken place in charge cavity and surrounding medium made it possible to establish its passing objective laws and its interconnect and on the basis of the estimation the shock wave's parameters to develop the recommendations for purposeful control of the pressure in blast cavity along the hole's generatrix.

On the basis of the established correlations the method of calculation blasthole's parameters and estimation of rational parameters of drilling and blasting for rock missives with different strength and hardness is worked out.

For providing the stability of working during its driving the construction of blastholes is proposed and the calculation its parameters is fulfilled. The offered blastholes allow to carry out the outline blasting to form necessary working surface.

An economic effect from introduction of developments made a 190,2 thousand of UAH in year.

Keywords: thermal and gas-dynamic processes, blast cavity, rocks, detonation shock wave, stress waves, blasting breakage construction of charge.

Размещено на Allbest.ru