В работе для определения зон ослабления массива горных пород при взрывании серии скважинных зарядов разработан комплексный метод, основанный на исследовании состояния массива горных пород при помощи кернового и сейсмоакустического методов, а также метода водопоглощаемости массива.
Ключевые слова: эксперимент, взрывные работы, процесс ослабления, горные породы, способ разрушения, самоходная буровая установка, керновые пробы, геологические скважины, радиус ослабления, торец заряда, комплексный метод исследования, экспресс-метод определения зон ослабления массива
In work the complex method based on research of a condition of the massif of rocks by means of core and seismoacoustic methods, and also a method of water absorption capacity of the massif is developed for definition of zones of weakening of the massif of rocks at detonation of a series of borehole charges.
Key words:experiment, blasting, the process of weakening, rocks, method of destruction, self-propelled drilling rig, core samples, geological wells, the radius of attenuation, end of charge, a comprehensive method of study, a rapid method of determining the zones of weakening of the array
Создаваемое взрыванием серии скважинных зарядов многоцикличное воздействие взрыва на массив горных пород не ограничивается только их дроблением на отдельности, но приводит также к изменению физико-механических свойств в законтурном массиве, в частности ослабляет массив горных пород.
Для определения зон ослабления массива горных пород при взрывании серии скважинных зарядов разработан комплексный метод, основанный на исследовании состояния массива горных пород при помощи кернового и сейсмоакустического методов, а также метода водопоглощаемости массива.
Для расчета зоны ослабления массива при взрывных работах, использовался керновый метод [1], основанный на определении прочности горных пород в кернах, выбуренных в нарушенном и ненарушенном массиве.
Для оценки ослабления прочности массива горных пород на различных расстояниях в зависимости от количества взрываемых скважинных зарядов ВВ до и после взрыва, брались керновые пробы из семи скважин, буримых через каждые 3 м от свободной поверхности вглубь массива глубиной по 20 м.
Выбуривание кернов осуществлялось самоходными буровыми установками типа УРБ-2А (на базе автомашин ЗИЛ-131) диаметром 93 мм с промывкой забоя водой и глинистым раствором [2]. Применялась буровая коронка с армированными пластинками или штырями твердого сплава ВК-15.
Отбирались керновые пробы, пригодные для приготовления образцов, с отметок 0,0; –5,0; –10,0; –15,0 и –20,0 м (рис. 1), изготавливались образцы по методикам, изложенным в работах [3, 4], определялись прочностные свойства горных пород. По разности прочности образцов до и после взрыва, судят о величине ослабления горного массива на различном расстоянии от свободной поверхности.
Рис. 1. Схема определения зон ослабления массива: 1 — геологические скважины; 2 — сеймоприемник; 3 — взорванные скважинные заряды ВВ
Скорость распространения упругой волны в массиве определяется, прежде всего, упругими свойствами слагающих массив пород и интенсивностью трещиноватости массива [5–7]. Вблизи от поверхности, т. е. от места взрыва заряда, где массив подвергается наиболее интенсивному разрушению с образованием большого количества новых трещин и раскрытием существующих, скорость волны будет наименьшей. По мере удаления от места взрыва в глубину массива интенсивность разрушений уменьшается, в результате чего, скорость волны увеличивается, приближаясь к скорости волны в ненарушенном взрывном массиве [7].
Для определения зоны ослабления, был выбран сейсмоакустический метод [1], основанный на последовательном прозвучивании горного массива по глубине, начиная от вновь образованной, в результате взрыва поверхности откоса уступа.
Для определения скорости упругих волн, использовались те же скважины глубиной по 20 м, пробуренные через 3 м. Общая база исследования составляла 21–22 м.
Сейсмоприемники типа СВ-30 закреплялись в устье скважины на расстоянии 1–3 м. Для осуществления плотного контакта сейсмоприемника с исследуемым массивом, использовались металлические клинья совкового типа. Для возбуждения импульса использовались электродетонаторы марки ТЭД-200 [8]. Заряды ВВ взрывались последовательно, начиная от дна скважины на отметке 20 м. Шаг передвижки источника возмущения составлял 5 м. В экспериментах для сохранения постоянства условий возбуждения, взрывание зарядов ВВ при проведении работ осуществлялось в скважинах, заполненных водой. Взрывание зарядов ВВ производилось взрывными машинками СВМ-2. Регистрация моментов взрыва производилась способом «боевая линия» [8].
Рис. 2. Схема зон ослабления горного массива под действием взрыва, определенных комплексным методом: 1 — взорванные скважинные заряды ВВ; 2 — исследуемая зона ослабления; 3 — эквиповерхность, ограничивающая ненарушенную зону массива, ослабленную взрывом скважинного заряда ВВ; 4 — ненарушенная зона; , , , — соответственно радиус ослабления массива поверхности уступа, из верхней, средней и нижней части торца заряда ВВ по направлению оси — радиус, исходящий из нижней части заряда ВВ по направлению оси
Рис. 3. График для определения радиусов зоны ослабления массива горных пород: а — по керновому методу; б — по сейсмоакустическому методу; в — по методу водопоглощаемости массива
Поступающие от сейсмоприемников сигналы, записывались сейсмостанцией. Скорость распространения упругих волн в горном массиве определялась по первому вступлению продольной волны, полученной при различной глубине профиля наблюдения. Чтобы надежно определить скорость прохождения упругих волн в массиве, в инженерной геофизике применяют способы и приемы интерпретации, используемые в сейсморазведке [5]. Разработан экспресс-метод определения зон ослабления массива с использованием метода водопоглощаемости массива. Для этого используются скважины под керновое бурение диаметром 93 мм и глубиной 20 м. В скважины, расположенные на различных расстояниях от взрыва, заливали воду и по скорости опускания воды до и после взрывных нагрузок, устанавливали зоны ослабления массива. Обработка результатов измерений проводилась по методикам, изложенным в работах [9, 10], по программе, разработанной авторами работ [11] с применением современной компьютерной техники.
Применение комплексного метода исследований массива горных пород при действии взрыва вглубь массива, позволило определить границы зоны его ослабления (рис. 2). Было установлено пять характерных точек этой границы: А, Б, С, Д, Е и радиусы ослабления по направляющей этих точек 
. Графики для определения радиусов зон ослабления массива горных пород приведены на рис. 3, а, б, в.
На рис. 3, а представлен график для определения радиуса зоны ослабления горного массива по керновому методу. По оси абсцисс отложены значения исследуемой зоны-расстояния от верхней бровки уступа вглубь массива, по оси ординат — значения статической прочности исследуемых горных пород и руд. Определив прочностные свойства и средние значения прочности пород, а также их среднеквадратичные отклонения, и проведя линии усредненной прочности, можно судить о прочностных свойствах горных пород. Линия прочности горных пород после взрыва, пересечет линию усредненной прочности до взрывных нагрузок в точке, которая характеризует радиус зоны ослабления.
На рис. 3, б, в приведены графики для определения радиуса зон ослабления массива по сейсмоакустическому методу и методу водопоглощаемости.
Таким образом, разработан комплексный метод исследования ослабления массива горных пород, позволяющий установить как размеры зоны ослабления, так и степень ослабления горных пород в любой точке массива.
Литература:
- Норов Ю. Д. Исследование зон ослабления горного массива при взрыве скважинных зарядов вв. — Науч.сообщ. / Ин-т горного дела им.А. А. Скочинского, 1985, вып. 235. Научные основы управления состоянием горного массива. — С.96–104.
- Куличихин Н. И., Воздвиженский Б. И. Разведочное бурение. М., 1966, с.67–242.
- Миндели Э. О., Мохначев М. П. Методика определения прочностных и деформационных свойств горных пород при статических, многократных и динамических пульсирующих нагрузках. –М.: ИГД им.А. А. Скочинского, 1970. — с.17.
- ГОСТ 22450–70. Угли бурые, каменные и антрацит: методы определения прочности на растяжения и одноосное сжатие. М.: Изд-во стандартов, 1977. — с.17.
- Гурвич И. И. Сейсмическая разведка. Изд.2-е, перераб. и доп. — М.: Недра, 1970. — с.552.
- Савич А. И. Оценка степени неоднородности пород в массиве сейсмоакустическими методами. — В кн.: Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. — М.: Изд-во МГУ, 1968, с.321–330.
- Методика сейсмического определения трещиноватости массивов горных пород на карьерах с целью оценки их взрываемости /Ржевский В. В., Кутузов Б. Н., Якобашвили О. П. и др.-М.: МГИ, 1978.
- Геофизические методы исследования скважин. — М.: Недра, 1983, с.535–537.
- Вентцель Е. С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969, с.139–141.
- Математическая статистика. Под ред. А. М. Длина. — Высшая школа, 1975. — с.398.
- Методическое руководство по применению программ отработки данных на ЭЦВМ. — М.: ИГД им.А. А. Скочинского, 1985. — С. 85.
