Способ обрушения неустойчивых горных массивов

 

Способ обрушения неустойчивых горных массивов относится к дорожному строительству в горной местности и может быть использовано в горнодобывающей и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения заключается в том, что заряд с тяжелой металлической облицовкой в форме шарового сегмента устанавливается на расстоянии от обрушаемого массива облицовкой в сторону этого массива и производится подрыв.

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к строительству дорог в горной местности и может быть использовано в горно-рудной и других отраслях промышленности для обрушения неустойчивых горных массивов, для дробления негабарита.

При строительстве дорог в горной местности производится взрывная обработка горного склона с образованием уступа, состоящего из горизонтального участка основания дороги, и вертикального или имеющего небольшой положительный угол наклона к вертикальной оси стенки уступа. При этом часто на стенке уступа образуются участки горного массива, нависающие над дорогой под отрицательным углом. Эти участки состоят из отдельных крупных камней объемом от нескольких десятков до нескольких сотен кубометров. Эти массивы покрыты сетью крупных и мелких трещин и связаны с основным горным массивом или небольшим монолитным участком, куда трещина не распространилась, это так называемые нависи, или не имеют монолитной связи, а зажаты в расщелине "заколы". Эти массивы неустойчивы, в любой момент могут обрушиться и поэтому крайне опасны. По строительным нормам они должны быть обрушены. Большие нависающие массивы (сотни кубометров) обрушаются методом шпуровых зарядов. Для этого группа альпинистов-взрывников поднимается по склону на этот массив, бурит шпуры ручным перфоратором, заряжает в шпуры патроны аммонита, спускается вниз и производит подрыв. Работа эта очень опасная и продолжительная.

Небольшие неустойчивые массивы (до нескольких десятков кубометров) обрушают способом накладных зарядов.

Для этого группа альпинистов-подрывников поднимается по горному склону к неустойчивому массиву, устанавливает на поверхности неустойчивых камней заряды ЗКН или ЗКП, спускается вниз и производит подрыв, обрушая эти камни.

Способ имеет следующие недостатки: необходима группа специально обученных альпинистов; процесс подъема-спуска занимает много времени; работа альпинистов очень опасна, т.к. они находятся на неустойчивом массиве, который может в любой момент обрушиться; заряды ЗКН и ЗКП эффективны только при взрыве непосредственно на поверхности массива.

Задачей изобретения является упрощение и повышение безопасности процесса обрушения неустойчивых горных массивов за счет дистанционной установки заряда.

Указанная задача решается путем установки заряда типа ударного ядра на расстоянии от 1d до 1000d от поверхности обрушаемого массива метаемой оболочкой в сторону этого массива и подрыва зарядов.

В военном деле известны способы дистанционного воздействия на танки противника путем использования зарядов типа ударного ядра (Французская противотанковая мина нового типа. Зарубежное военное обозрение, 1971, N 2, Патенты США N 3 162.121, 3 695.141, N 3 913.488, Патент ФРГ N 1 195641, а также заряды для сейсморазведки (авт.св. N 1631479).

Заряд ударное ядро представляет собой цилиндрический заряд ВВ с одной из торцевых сторон которого имеется медная профилированная облицовка в форме шарового сегмента. При взрыве заряда облицовка благодаря профилированию (разнотолщинности) компонуется в компактное тело (ударное ядро), которое летит со скоростью 2-3 км/с в сторону цели и при ударе о броню пробивает отверстие диаметром до 80 мм при толщине брони до 100 мм.

Заряд для обрушения неустойчивых массивов имеет более простую конструкцию. В данном случае необходимо не проникновение в преграду, а ее сотрясение и сдвиг, для этого необходимо увеличить площадь метаемой оболочки с преградой.

Эффективность сотрясения массива определяется величиной импульса I, передаваемого облицовкой массиву I , где m масса облицовки; V скорость облицовки; Δt время торможения облицовки в массиве.

Величина скорости полета облицовки зависит от конструктивных параметров заряда и расстояния от места установки заряда до массива.

Скорость облицовки возрастает с увеличением соотношения массы заряда ВВ М к массе облицовки m и стремится к пределу V ->> 3 при соотношении ≥4. При < 1 скорость резко падает и эффективность сотрясения снижается. Поэтому должно соблюдаться условие 1 < 4.

Скорость растет с увеличением площади контакта облицовки с зарядом ВВ, т.е. с увеличением кривизны поверхности облицовки. Минимальная скорость наблюдается при плоской облицовке, а максимальная при облицовке в форме полусферы, т.е. радиус кривизны облицовки R должен находиться в пределах: ≅ R < ∞ где d диаметр заряда.

Однако кроме скорости на импульс сильное влияние оказывает время торможения облицовки Δt, которое зависит также от площади контакта облицовки с массивом. С увеличением площади пропорционально растет сопротивление движению и уменьшается Δt. Площадь контакта облицовки с массивом максимальная при метании плоской облицовки (R _→ ∞), а с появлением кривизны облицовки происходит ее обжатие тем большее, чем больше ее кривизна, и соответственно уменьшается площадь контакта облицовки с массивом. С уменьшением площади контакта увеличивается глубина проникновения облицовки в преграду и соответственно растет величина Δt.

Наибольший эффект наблюдается при установке зарядов на расстоянии 1d от поверхности обрушаемого массива, где облицовка имеет максимальную скорость. С увеличением расстояния до массива скорость, а следовательно, и эффективность удара падает, причем тем больше, чем меньше кривизна облицовки. Т.е. плоская метаемая облицовка, имеющая начальную скорость полета 2500 м/с на расстоянии 1000d от начала полета, снижает скорость до 1600 м/с. Поэтому на расстоянии более 1000 d данные заряды применять малоэффективно, к тому же уменьшается вероятность точного попадания облицовки в цель.

Способ опробован в условиях строительства дороги в горной районе Таджикистана на участке Куляб-Хорог. При этом использовались заряды из состава ТГ-40, диаметром 170 мм, с равнотолщинными облицовками в форме шарового сегмента с радиусом кривизны 170-200 мм, толщиной 5-7 мм. В качестве материала облицовки использованы медь М1 и сталь о8КП. Масса облицовки 2 кг, масса заряда ВВ 5 кг. Заряды устанавливались на расстоянии от 10 до 70 м от обрушаемого массива облицовкой в сторону массива и производился подрыв от ЭД-8. Установлено, что для обрушения небольшого массива (несколько кубометров) достаточно взрыва 1-2-х зарядов, а для массива в несколько десятков кубометров 10-ти зарядов в зависимости от объема и трещиноватости массива.

Способ показал высокую надежность и эффективность процесса обрушения неустойчивых массивов, а также абсолютную безопасность для персонала.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРУШЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ МАССИВОВ, заключающийся в установке зарядов с вогнутой металлической облицовкой так, чтобы облицовка была направлена в сторону обрушаемого массива, и их подрыве, отличающийся тем, что заряды устанавливают на расстоянии 1d 1000 d от обрушаемого массива, причем параметры зарядов выбирают из соотношений
1 < M/m ≅ 4 и R ≥ d/2,
где M масса ВВ заряда, кг;
m масса облицовки, кг;
d диаметр заряда, м;
R радиус кривизны облицовки, м.