Влияние интервалов замедления на амплитуды волн напряжений при изучении модели взрыва системы скважинных зарядов
Существующая проблема. В настоящее время, на многих карьерах существует проблема выхода некондиционных кусков горной массы после взрыва. Некондиционные куски, чаще всего, возникают в центральной части блока, между скважинами, вследствие плохой проработки этой зоны. Данная проблема возникает из-за того, что амплитуда волн напряжений от взрыва зарядов в этой области намного ниже, чем вблизи скважин.
Идея работы. Проведено моделирование интерференции волн напряжения в программном комплексе Ansys в зависимости от интервала замедления. Построены зависимости напряжений на фронте волны от времени протекания процесса, рассчитана экономическая эффективность применения электронной и неэлектрической (НСИ) систем инициирования.
Детали исследования. При взрыве горных пород метод короткозамедленного взрывания является эффективной мерой для улучшения разрушения горных пород и уменьшения вызываемой взрывом вибрации за счет управления временем инициирования и последовательностью детонаторов.
Существует множество методик по расчету интервалов замедления. Авторами были рассмотрены несколько методик по расчету времени замедления. Расчеты производились на примере карьера «Прудяниский», где разрабатывается гранитогнейсовое месторождение.
Таблица 1 – Состав полученного образца углеводорода
№ | Методика расчета | Значение интервала замедления, мс |
1 | А.Н. Ханукаева | 16,9 мс (при Ср = 4500 м/с) |
14,92 мс (при Ср = 5200 м/с) | ||
16,2 мс (при Ср = 4710 м/с) | ||
2 | У. Лангефорса | 9,9 мс |
3 | Г.И. Покровского | 1,7 мс |
4 | Л.В. Баранова | 0,26 мс |
5 | Н.Д. Евстропова | 0,0017 мс (при Ср = 5200 м/с) |
0,002 мс (при Ср = 4500 м/с) | ||
0,0019 мс (при Ср = 4710 м/с) | ||
6 | А.Ф. Белаенко и Ю.В. Гаека | 11,249 мс |
Моделирование производилось в программном комплексе Ansys Autodyn. Гранитный блок представлен на рис. 1. Размеры гранитного блока в модели составили 3000 мм в ширину, 6000 мм в длину и 8000 мм в высоту. Расстояние между скважинами составляет 3000 мм.
Для воздушной среды был использован идеальный газ с давлением равным 0,1 МПа. Диаметр скважин составляет 105 мм, что так же соответствует типовому проекту.
В центральной точке гранитного блока был установлен датчик, считывающий показания (3000;1500;4000).
Рисунок 1 - Модель гранитного блока со скважинами заряженными ANFO
Проведя серию опытов по моделированию взрыва скважин с замедлениями, указанными в таблице 1, максимальные амплитуды волн были получены с замедлениями 16,2 и 16,9 мс, которые соответствуют скорости звука в среде 4500 м/с и 4710 м/с соответственно. Проведя серию опытов, наибольшая интерференция волн возникала при взрыве второго заряда с замедлением 16,2 мс.
Сравним с ближайшим номинальным значением интервала замедления в стандартном ряде неэлектрических систем инициирования – 17 мс.
Для наглядности совместим две зависимости, чтобы была видна разница амплитуды волны напряжения, возникающих от взрыва зарядов с различными замедлениями.
Рисунок 2 - Зависимости напряжений на фронте волны от времени протекания процесса
Заключение. Результаты математического моделирования показывают, что интервал замедления влияет на амплитуды волн напряжений при взрыве системы скважинных зарядов. Так, напряжение, возникающее при моделировании взрыва двух скважин с замедлением 16,2 мс, составляет 1,273*105 КПа, что на 8% выше, чем при взрыве заряда через 17 мс – 1,18*105 КПа.
Дальнейшие исследования должны быть направлены на создание математических моделей, описывающих взаимодействие волн напряжений от большего количества скважинных зарядов.
Планируется подробнее рассмотреть методики, которые предполагают, что увеличение интервала замедления будет способствовать повышению качества дробления.