7.3 Оценка сейсмического действия взрывных работ на горные выработки

Оценка сейсмического действия взрывных работ на горные выработки произведена путем сопоставления расчетных и критических скоростей колебаний массива горных пород. Условие сохранения устойчивости на удалении r от взрыва записывается следующим образом:

(7.1)

где V_доп – допустимая скорость колебаний, см/сек; V(r) – расчетная скорость сейсмических колебаний на удалении r от взрыва, см/сек.

Допустимая скорость колебаний, то есть такая скорость, при которой полностью гарантирована сохранность защищаемых объектов, а возможные локальные их деформации не превысят прогнозируемые, принята в зависимости от назначения и срока службы выработки согласно рекомендациям [48]. Кроме срока службы на устойчивость выработок к внешним, в том числе и сейсмическим, воздействиям большое влияние оказывает неоднородность массива, обусловленная трещиноватостью горных пород. Допустимые скорости колебаний выработок в зависимости от устойчивости породного массива приведены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 – Допустимые скорости колебаний выработок в зависимости от устойчивости породного массива

Класс	Характеристика выработок	Допустимая скорость колебаний (см/сек) при устойчивости пород
		неустойчивые	слабо-устойчивые	средней устойчивости	устойчивые
I	Особо ответственные выработки со сроком эксплуатации более 10 лет (стволы шахт, наклонные съезды, камеры околоствольных дворов)	5	7	9	11
II	Ответственные выработки со сроком службы 5…10 лет: квершлаги и полевые штреки, закрепленные: бетоном и набрызгбетоном анкерной крепью металлической рамной крепью или анкерной крепью в сочетании с сеткой и набрызгбетоном	10 11 12	14 15 16	16 18 21	22 24 26
III	Кратковременно эксплуатируемые выработки (срок службы – 1…5 лет): доставочные орты незакрепленные	–	–	16	22
	доставочные орты закрепленные: бетоном и набрызгбетоном анкерной крепью металлической рамной крепью или анкерной крепью в сочетании с сеткой и набрызгбетоном	15 16 17	20 21 22	25 26 28	31 33 35

Продолжение табл. 7.3

Класс	Характеристика выработок	Допустимая скорость колебаний (см/сек) при устойчивости пород
		неустойчивые	слабо-устойчивые	средней устойчивости	устойчивые
IV	Неответственные выработки со сроком службы не более 1 года: нарезные выработки незакрепленные	–	–	16	22
	нарезные выработки закрепленные: бетоном и набрызгбетоном анкерной крепью металлической рамной крепью или анкерной крепью в сочетании с сеткой и набрызгбетоном	17 18 19	20 21 22	25 26 28	31 33 35

Расчетная скорость колебаний среды определяется зависимостью [48]:

(7.2)

где К_и – коэффициент интенсивности сейсмических колебаний; Q_э – масса эквивалентного сосредоточенного заряда ВВ, кг; r – удаление от взрыва, м; – показатель затухания.

Коэффициент интенсивности сейсмических колебаний можно рассчитать по формуле [49]:

(7.3)

где С_р и С_s – скорости распространения соответственно продольных и поперечных волн в массиве, м/сек; γ – плотность среды, т/м³.

Скорости распространения поперечной (С_s) и продольной (С_р) волн между собой связаны зависимостью [50]:

(7.4)

где ν – коэффициент Пуассона, составляющий обычно в массиве горных пород порядка 0,3…0,32 [51].

Исследования механических характеристик образцов руд и пород Сибайского месторождения показали, что колчеданные руды отличаются достаточно высокими прочностными характеристиками. Весьма близкими свойствами обладают и образцы вмещающих пород: дацитов, порфиритов и тому подобных. Породы околорудной зоны (метасоматиты, сланцы различного состава, хлоритизированные и серицитизированные породы) характеризуются значительно меньшей сопротивляемостью нагрузкам. Расчет коэффициентов сейсмичности приведен в таблице 7.4.

Таблица 7.4 – Расчетные характеристики массива горных пород

Массив	Характеристика	Акустический показатель трещиноватости	Скорость распространения продольных волн, км/сек
			образец	массив
1	2	3	4	5
Руда	крупноблочные, малотрещиноватые (интенсивность – 1…1,5 м^–1)	0,25…0,4	4,8…5	2,4…3,1
Вмещающие породы	среднеблочные, сильнотрещиноватые (интенсивность – 6…10 м^–1)	0,1…0,25	5…5,3	1,6…2,6
Околорудная зона	мелкоблочные, чрезвычайно трещиноватые (интенсивность – более 10 м^–1)	0,05…0,1	5,1…5,2	1,1…1,6

Продолжение табл. 7.4

Массив	Коэффициент Пуассона	Модуль упругости, ГПа	Модуль объемного сжатия, ГПа	Акустическая жесткость, 10^6 кг·м/м^3·сек	Коэффициент сейсмичности
1	6	7	8	9	10
Руда	0,15…0,16	60…70	30...34	9,5…14,2	8...10
Вмещающие породы	0,22…0,27	60…65	41…44	6,2…9,4	15…17
Околорудная зона	0,27…0,32	35…40	27…29	4,3…7,1	15…20

Таким образом, для дальнейших расчетов приняты следующие величины коэффициента сейсмичности:

– для устойчивых пород – 8;

– для пород средней устойчивости – 10;

– для слабоустойчивых пород – 15;

– для неустойчивых пород – 20.

Масса сосредоточенного заряда эквивалентного массе веерного заряда определяется как [51, 52]:

(7.5)

где ψ – коэффициент, учитывающий рассредоточение заряда в веере; Q – суммарная масса скважинных зарядов в веере, кг.

Коэффициент ψ рассредоточения зарядов зависит от положения объекта относительно плоскости веера и составляет:

для бокового действия взрыва – (7.6)

для торцевого действия взрыва – (7.7)

для фронтального действия взрыва – (7.8)

где Н и В – соответственно высота и ширина отбиваемого слоя руды, м.

Рассчитанные по приведенной выше методике величины обеспечивающего сейсмическую безопасность выработок расстояния от эпицентра взрыва (м) в зависимости от массы одновременно взрываемых на одну ступень замедления зарядов ВВ сведены в таблицу 7.5.