210 Взрывные работы
в) воронка уменьшенного выброса |
(рис. 74, в), ко |
гда г < W и |
|
п = — <1. |
(81) |
Г |
|
При этом заряд называется зарядом уменьшенного выброса. Заряды уменьшенного выброса применяют в тех случаях, когда требуется только дробление породы без значительного отброса, что характерно для условий отбойки при добывании полезных ис копаемых. Значение показателя выброса в этих случаях обычно колеблется в пределах 0,75—1.
В тех случаях, когда при уменьшенном показателе выброса радиус воронки рыхления равен л. н. с., заряд получает название заряда нормального дробления (рыхления).
Заряды усиленного выброса применяют при необходимости
получения готовой выемки сразу же после взрыва и выброса раз рушенной породы (полностью или частично) за пределы контура выемки. При этом значение показателя выброса обычно прини мают в пределах 1,5—3. Заряды усиленного выброса обычно при
меняют для образования траншей, каналов, железнодорожных
выемок и др.
§ 3. Расчет сосредоточенных зарядов
Расчет зарядов является наиболее сложным вопросом взрыв ного дела. Первоначальный, почти исключительно военный опыт применения ВВ (в основном черного пороха) для образования
воронок и траншей в мягких грунтах привел к выводу, что глав ным сопротивлением, которое преодолевает взрыв, является со противление силы тяжести. Так как сила тяжести пропорциональ
на объему образуемой взрывом воронки, то еще в XVII веке был сделан вывод о том, что величину заряда можно определить объ емной формулой, имеющей общий вид:
Q - qV, |
(82), |
|
где Q — величина заряда, кг-, |
необходимый для выброса 1 я3 |
|
q — удельный расход ВВ, |
||
породы, кг/ж3; |
|
|
V — объем воронки выброса, я3. |
|
|
Такое направление (расчет |
веса заряда |
пропорционально- |
объему разрушаемой породы) в дальнейшем твердо укоренилось, во взрывном деле.
В XVIII и XIX веках многие исследователи работали в на правлении уточнения формулы (82). При этом основное внима ние было уделено уточнению формы воронки выброса. Некото рое авторы, представляли, воронку выброса в виде усеченного ко
Теория действия и основы расчета зарядов |
211 |
|
нуса (Лебрен, 1812 |
г.), некоторые — в виде параболоида |
(Май- |
ненке), другие — в |
виде обычного неусеченного конуса (Гаузер, |
|
1871 г-).
Одновременно исследователи обратили внимание на то обсто ятельство, что величина заряда не одинакова для воронок нор мального, уменьшенного и усиленного выбросов. Было установ
лено, что необходимая величина заряда изменяется в зависимо сти от желаемого значения показателя выброса п, т. е. является функцией показателя выброса. Эту функцию обозначают симво лом' f(n). Определением значения f(n) занимались многие иссле дователи (Белидор — 1729 г., Дамбрен— 1873 г., и др.), но сре ди них наиболее правильное решение вопроса дали русские уче ные М. М. Фролов и М. М. Боресков (1868—1871 гг.). Формула М. М. Борескова успешно применяется в настоящее время для расчета зарядов усиленного выброса у нас и за границей.
Необходимо отметить, что перечисленные выше исследовате ли были военными специалистами и в своих работах не учитыва ли особенностей взрывных работ в промышленности, в частности в горном производстве.
Первым, кто дал научный анализ практики взрывных работ в промышленности, был выдающийся русский ученый проф- М. М. Протодьяконов, который, в частности, предложил форму лы для расчета шпуровых зарядов.
В печати было опубликовано довольно много работ совет ских исследователей по вопросам расчета зарядов. Среди них
наиболее |
интересными |
являются работы проф. О. Е. |
Вла |
сова [13] |
и проф. Г. И. Покровского [42], дающие новые принци |
||
пы расчета зарядов с |
учетом физико-химических явлений |
при |
|
взрыве. Достоинством этих работ является стремление к отказу от эмпиризма, укоренившегося во взрывном деле. Однако при выводе формул авторы вынуждены принимать ряд допущений, не
имеющих экспериментальных подтверждений и сильно снижаю щих точность и практическую ценность предлагаемых расчетных методов. Это вынуждает пока придерживаться старых методов
расчета зарядов. Ознакомление с ними удобнее начать с наибо лее простого заряда нормального выброса.
1. Расчет заряда нормального выброса
Как отмечено выше, в основу расчета зарядов положена объ емная формула (82). Объем разрушаемой породы при взрыве за ряда нормального выброса согласно Гаузеру равен объему кону са нормального выброса (см. стр. 209). Высота его равна длине л. н. с,— W, а радиус основания — г.’Объем конуса
V =* — гсгЧЕ ^'г2№.
з
212 |
Взрывные работы |
|
|
Поскольку для воронки нормального выброса г — W, можно |
|
записать |
|
|
|
V = Ws. |
(83) |
Обозначив удельный расход ВВ для заряда нормального вы броса через <7Н, можно написать формулу для определения вели чины заряда нормального выброса QH в следующем виде:
Qh--=9h^3- |
(84) |
Союзвзрывпром на основании многолетней практики разра |
|
ботал нормативы средних значений удельного расхода |
ВВ для |
зарядов нормального выброса горных пород различной крепости при использовании в качестве ВВ аммонита № 6 (табл. 31).
Таблица 31
Значение удельного расхода ВВ для зарядов нормального выброса по данным Союзвзрывпрома (ВВ — аммонит № 6)
Категория |
Коэффициент |
Значения |
Категория |
Коэффициент |
Значения |
порол по |
крепости по |
«н, |
пород по |
крепости по |
«н, |
шкале ЕНВ и род по шкале |
шкале ЕНВ и род по шкале |
||||
Р 1944 |
проф. Прото |
кг/м3 |
Р 1944 |
проф. Прото- |
кг/м3 |
|
дьяконов |
|
|
дьяконова |
|
I—II |
0,3-0,4 |
0.95 |
XI |
8 |
1.7 |
III—IV |
0,5-0 8 |
1,1 |
XII |
10 |
1,6 |
V—VI |
1—2 |
1,25 |
XIII |
12 |
1,9 |
VII-VHI |
3-4 |
1,4 |
XIV |
14 |
2,0 |
IX |
5 |
1,5 |
XV |
16 |
2,1 |
X |
6 |
1,6 |
VI |
20 |
2,2 |
2. Расчет заряда усиленного выброса
Если при одной и той же величине л. н. с., в одной и той же среде вместо нормальной воронки выброса нужно получить во ронку усиленного выброса (п > I), го, как отмечалось выше, не обходимо увеличить величину заряда. Степень этого увеличения является функцией показателя выброса и обозначается че
рез f(n).
Расчетную формулу для определения величины заряда с уче том функции показателя выброса f(n) можно представить в виде:
Q = f(«)QH = f(«)7H^3. |
(85) |
Для заряда нормального выброса /(«) = 1.
Теория действия и основы расчета зарядов |
213 |
|
Расчет заряда усиленного выброса при заданной л. н. с. прак |
||
тически сводится к определению значения |
функции |
показателя |
выброса f(n) (величина <?н берется из таблицы). |
изменение |
|
Внешне функция показателя выброса |
учитывает |
|
геометрических размеров воронки выброса в зависимости от ве личины заряда, но ее физический смысл заключается в учете степени полезного использования энергии взрыва.
При определении значения f(n) исходят из положения рус
ского ученого М. М. Фролова, который в 1868 г. установил, что
имеют место неравенства: |
|
|
при гг<1 |
1> f (n)Z>п3', |
(86) |
прип>1 |
l<f(rt)<n3. |
(87) |
Исходя из указанных неравенств и учитывая, |
что при п — 1 |
|
f(n) = 1, М. М. Фролов предложил следующую формулу общего
вида: |
|
(88) |
f (п) — АВп3, |
|
|
где А и В — числовые коэффициенты, |
равные в |
сумме единице. |
В 1871 г. генерал-лейтенант М. М. |
Боресков |
на основании |
многочисленных опытов уточнил формулу М. М. Фролова и пред
ложил определять f(n) по формуле
f(n) = 0,4-1- 0,6 п3. |
(89) |
Эта формула, как отмечалось, применяется и в |
настоящее |
время при расчете сосредоточенных зарядов усиленного выброса.
В целом формула для определения величины |
заряда усиленного |
выброса Q по Борескову имеет вид: |
|
Q = (0,4 + 0,6 п3) qH W3, |
(90) |
где п — показатель выброса;
—удельный расход ВВ для заряда нормального выброса,
кг!м3.
W — линия наименьшего сопротивления, м.
3. Расчет заряда нормального дробления (рыхления)
Заряд нормального дробления является частным случаем за ряда уменьшенного выброса. Как указывалось выше (см. рис. 73), воронку выброса окружает конус рыхления. Практический опыт привел к выводу, что взрывание с целью дробления (т. е. в
условиях горных работ) может быть наиболее экономичным при условии прямоугольного (нормального) конуса рыхления, при
котором п= W.
Рассчитывать величину зарядов нормального дробления мож но по общей формуле (85), приняв для таких зарядов, по данным
214 |
Взрывные работы |
|
опыта Союзвзрывпрома, /(п) = 0,33, тогда |
|
|
|
Q = 0,33^3. |
(91) |
На подземных горных работах определение значений f(n) и <7Н часто бывает затруднительным ввиду большого разнообразия условий. Поэтому на практике часто пользуются эмпирической
формулой, имеющей вид: |
(92; |
Q - qW°, |
|
где q — удельный расход ВВ для данных |
конкретных условий, |
определяемый опытным путем, кг^С. |
|
4. Совокупное действие зарядов
Изложенные выше принципы расчета зарядов относятся к взрывам одиночных зарядов. В практике взрывных работ обыч но требуется получить после взрыва или непрерывную выемку, или отбить породу сплошным слоем по заданной плоскости. Это достигается совместным взрывом нескольких зарядов, располо женных в определенной близости один от другого.
Если взрывать два сосредоточенных заряда нормального вы броса, отстоящих один от другого на расстоянии а, превышаю щем удвоенную л. н. с. (2 IF), то при взрыве образуются две от
дельные воронки, не связанные между собой. Если же сблизить эти заряды (а = W), то, действуя совместно, они образуют одну сплошную выемку. Дальнейшее сближение зарядов, как показы вает опыт, приведет уже к увеличению ширины выемки, т. е. к увеличению показателя выброса п при одновременном увеличе нии видимой глубины воронки. Следовательно, заряды нормаль ного выброса только вследствие сближения их при одновремен ном взрывании могут стать зарядами усиленного выброса.
Отношение расстояния между зарядами а к линии наимень шего сопротивления W называется коэффициентом сбли жения (или показателем сближения) зарядов и обозначается буквой т:
Для определения оптимального значения коэффициента сбли жения зарядов Г. П. Демидюк [16] предложил формулу следую щего вида:
т = |
(94) |
В практике расчета массовых взрывов на выброс пользуются эмпирической формулой Союзвзрывпрома
от = 0,5(1+и). |
(95) |