Горное дело

Долударева Я.С. к.т.н., Беззубченкова М.В., студент

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,

г. Кременчуг, Украина

Влияние формы и конструкции шпурового заряда на эффективность направленного раскола

Взрывное воздействие приводит не только к разделению породы на отдельности, но и уменьшению прочностных характеристик образующихся кусков. При добыче штучного камня увеличение плотности микротрещин и снижение прочностных свойств породы за пределами зоны раскола приводит к негативным последствиям, уменьшающим выход товарной продукции. Поэтому актуальным является вопрос создания направленных магистральных трещин с минимальным изменением прочностных свойств породы. Для решения этой проблемы необходимо использовать разрушение, при котором регулировать направление воздействия газодинамических потоков продуктов детонации (ПД), уменьшив при этом амплитуду волны напряжений и количество ПД, попадающих за пределы зоны раскола.

Для исследований влияния формы и конструкции шпурового заряда на получение направленной трещины в моделях из горных пород в лабораторных условиях был проведен ряд экспериментов. В первой серии экспериментов исследовали эффективность использования цилиндрических зарядов ВВ круглого поперечного сечения для раскола пластины из горных пород. Исследования проводили на пластинах из лабрадорита размерами 130 х 130 х 40 мм. В центре каждой пластины сверлили сквозное отверстие диаметром 5 мм и глубиной 40 мм (шпур). В первой серии экспериментов в шпурах размещали цилиндрические заряды тэна массой 250 мг, в которые добавляли по 62 мг тонкоизмельченной поваренной соли. После взрыва в шпуре заряда ВВ круглого поперечного сечения в пластине не наблюдалось видимых разрушений, т. е. для раскола пластины выбранная масса заряда для данной его конструкции была недостаточной.

Во второй серии экспериментов исследовали эффективность шпуровых цилиндрических зарядов эллиптического поперечного сечения. Для этого в шпур диаметром 5 мм помещали заряд ВВ эллиптической формы такого же состава и массы, как в первой серии экспериментов. После взрывного нагружения в пластине в направлении большой полуоси эллипса поперечного сечения заряда образовалась направленная трещина (рис. 1). Вокруг шпура в модели после взрыва образовались множество мелких трещин, разупрочняющих материал.

Для проведения третьей серии экспериментов в пластине из лабрадорита сверлили отверстие диаметром 10 мм. При этом применяли шпуровой заряд ВВ круглого поперечного сечения в резиновой оболочке (рис. 2), в которой в заданном направлении раскола выполнены разрезы. Массу и состав заряда брали такую же, как и в выше описанных исследованиях. После взрывного воздействия на модели образовались две магистральные трещины, которые не развились до края пластины, в связи с тем, что для полного раскола пластины масса заряда ВВ при такой конструкции недостаточна.

а) б)	а) б)
Рис. 1 – Шпуровой заряд эллиптического поперечного сечения: а) схема размещения заряда в шпуре; б) характер разрушения пластины	Рис. 2 – Шпуровой заряд круглого поперечного сечения с резиновой оболочкой а) схема размещения заряда в шпуре; б) характер разрушения пластины

В четвертой серии экспериментов использовали специальную конструкцию заряда эллиптического поперечного сечения, помещенного в демпфирующие оболочки (резиновую и поролоновую), а к гильзе заряда ВВ приклеены алюминиевые направляющие (рис. 3). Масса ВВ в заряде, как и в предыдущих экспериментах, составляла 250 мг тэна с добавкой 62 мг тонкоизмельченной поваренной соли. После взрыва ВВ пластина раскололась на две части (рис. 4), а вокруг шпура отсутствуют мелкие трещины, поскольку резиновая и поролоновая оболочки существенно снижают амплитуду ударной волны в направлении, перпендикулярном магистральной трещине, и объем газообразных продуктов детонации, попадающих в микротрещины породы за пределами линии раскола. При этом наблюдается минимальное воздействие на структуру природного камня, что способствует сохранению его прочностных характеристик. В то же время данная конструкция заряда позволяет усилить механическое воздействие газодинамической струи продуктов детонации в заданном направлении (при одной и той же массе заряда получена направленная трещина, разделяющая пластину на две части).

Рис. 3 – Специальная конструкция заряда для получения направленного раскола: 1 – направляющая газодинамического потока; 2 – заряд ВВ; 3 – контур шпура (скважины); 4 – поролоновая оболочка; 5 – резиновая оболочка; 6 – пластина из лабрадорита.

Рис. 4 – Раскол пластины при использовании специальной конструкции заряда

Результаты опытно-промышленной проверки влияния формы и конструкции заряда ВВ показали, что применение разработанной конструкции заряда позволяет увеличить расстояние между шпурами от 35 см до 60 см, т.е. в 1,7 раза. При этом уменьшение количества лишних трещин позволяет получать блоки нужной формы и размеров.