ВЛИЯНИЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА СОСТОЯНИЕ

ВЛИЯНИЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА СОСТОЯНИЕ
ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАКАРСТОВАННОГО
МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Пасечник А.М., аспирант
Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев
В последнее десятилетие горнодобывающая промышленность Украины получила дополнительный виток
развития в связи с выходом предприятий на новые мировые рынки сбыта продукции. Поэтому увеличилась
интенсивность работы предприятий и, как следствие, рост положительных показателей, таких как
производительность и объем выпуска продукции и отрицательных - экологические нарушения окружающей
среды. На карьерах из-за увеличения интенсивности горных работ возросла динамика воздействия взрывов на
массив и сооружения находящихся в близлежащей зоне.
Одной из проблем, при добыче полезных ископаемых открытым способом является сохранность
сооружений и зданий, которые находятся в зоне проведения массовых взрывов на карьерах. Проблема
усложняется наличием карстовых полостей на пути распространения сейсмовзрывных волн в направлении
объекта и влияет на энергетические характеристики процесса. При систематическом воздействии
сейсмовзрывных волн на такие массивы, может нарушаться устойчивость потолочин полостей. Это ведет к
проседанию дневной поверхности, кроме этого, в густонаселенных районах могут наблюдаться случаи провала
земляного слоя, а иногда и вместе с домами и строениями, расположенными над карстами.
Наиболее часто охраняемыми объектами являются попадающие в пределы опасных зон взрывов
промышленные и гражданские здания, производственные и дорожно-транспортные сооружения, погрузочное и
транспортное оборудование, основания и борта котлованов сооружений, откосы карьеров, подземные горные
выработки и др. В механике горных пород одним из основных объектов исследования являются горные
выработки, туннели, карстовые полости и другие тектонические неоднородности. Возможность разрушения
массива возле них с учетом его последствий, а также разработка конструктивно-технологических мероприятий,
обеспечивающих безаварийное функционирование тектонических неоднородностей, определяют актуальность
проблемы. При этом разрушение горного массива с полостью может произойти в первой ситуации в результате
достижения возле нее напряженно-деформированным состоянием пределов прочности. Считается, что такое
разрушение является потерей устойчивости полости. Такие исследования для различных моделей грунтов и
горных пород рассмотрены в известных научных работах по концентрации напряжений около отверстий. Во
второй ситуации возле полостей (карстов) за счет напряженно-деформированного состояния горных пород
наступает локальная потеря устойчивости состояния равновесия, что приводит к разрушению массива.
Для обеспечения безопасности охраняемых объектов при проектировании взрывных работ используют
различные физические, информационные и расчетно-аналитические элементы. Физическими элементами
являются производственный взрыв с вызываемыми им опасными воздействиями, охраняемый объект и
расстояние между объектом и взрывом. Информационные элементы системы, непосредственно относящиеся к
физическим - это условия проведения взрыва и требования к его результатам, свойства взрываемой среды,
требования к сохранности объекта при взрыве к имеющимся в классификациях охраняемых объектов.
Необходимым элементом также являются существующие методики расчета размеров опасных зон. По
результатам сопоставления указанных факторов делают вывод об опасности определенных воздействий взрыва
для объекта.
На распространение сейсмических волн в горном массиве существенное влияние оказывают имеющиеся в
них преграды, которые могут иметь параметры, изменяющиеся в широких пределах. Чаще всего встречаются
пустоты разных размеров и форм, заполненных воздухом и водой. Заполнение полостей другими веществами
может привести к существенной перестройке параметров и состояния массива пород, нарушениям
устойчивости подстилающих грунтов. Подтверждением актуальности проблем устойчивости закарстованных
массивов пород может служить сложная экологическая ситуация вблизи г. Калуш (Ивано-Франковской обл.).
Необходимость в решении этих вопросов обусловлена, в основном, изменчивостью грунтовых условий на
пути распространения сейсмических волн, сезонностью проведения взрывных работ, приближением фронта
горных работ к охраняемым объектам, параметров технологии взрывных работ и т.д. Поэтому снижение
негативных последствий при производстве массовых взрывов, особенно при разработке сложно-структурных
месторождений в густонаселенных районах с сохранением окружающей среды и объектов жизнедеятельности
населения, является важной задачей.
Влажность грунта, покрывающего скальное основание, является одной из основных характеристик,
влияющих на скорость распространения сейсмических волн при взрывах в различное время года. Влажность
для имеет наименьшие значения летом – 15…20%; осенью, зимой – 21…25% и весной - наибольшие 26…30%.
С увеличением влажности возрастают и изменяются по линейной зависимости значения скорости
распространения волн в горном массиве [1].
Разрушения горного массива с полостью может произойти в первой ситуации в результате достижения возле
нее напряженно-деформированным состоянием пределов прочности. Во второй ситуации возле полостей за
счет напряженно-деформированного состояния горных пород наступает локальная потеря устойчивости
состояния равновесия, что приводит к разрушению массива. В ряде случаев, при наличии над полостью
промышленных и гражданских объектов различного назначения, могут наблюдаться такие явления, связанные
за счет обрушения земной поверхности с провалом этих объектов в полость [2].
Решение задач горной сейсмики и анализ динамического поведения различных полостей и горных
выработок при действии промышленных взрывов также актуальными являются вопросы математического
моделирования явлений отражения и преломления нестационарных волн на поверхностях раздела пород с
различными механическими свойствами. Установление таких закономерностей позволяет описывать
напряженное состояние в массиве и в последствии дает возможность уменьшать негативные воздействия от
динамических воздействий. Высокие значения градиентов полей напряжений и деформаций на фронтах этих
волн затрудняют применение для их описания традиционных аналитических и численных методов, что
обуславливает необходимость построения их профилей в классе разрывных функций. При таком подходе
является эффективным применение лучевых методов, позволяющих путем использования этого метода
получить достаточно точное решение в прифронтовых зонах волны [3]. В этих случаях уравнение пути,
пройденного волной, описывает поверхность фронта волны, нулевой член определяет величину разрыва
определяющих функций, а остальные члены ряда описывают изменение давления за фронтом. Такая методика
может быть использована для исследования отражения волн от карстовых полостей и горных выработок в
горных породах, инициированных взрывами или горными ударами [4].
Воздействия от взрывов представляют опасность для зданий, сооружений, находящегося в них
оборудования и других ценных вещей. В результате установления, анализа и сопоставления различных
факторов делают вывод об опасности определенных воздействий взрыва для объекта расположенного над
карстовой полостью. Для получения более точных результатов учитывают различные факторы влияющие на
состояние горного массива такие как расположение и наклон месторождения, параметры анизотропии и
слоистости массива, обводненность и др. Исследования закономерностей поведения полостей от статических
нагрузок (расположенных над ними объектов) и динамических нагрузок (от взрывов) дают возможность
регулировать состояние массива пород и предотвращать его нарушения.
По результатам выполненных исследований для условий Песковского месторождения гипса (г. Николаев,
Львовская обл.), которые разрабатываются Щирецким карьером (ОАО «Николаевцемент»), разработаны и
переданы предприятию для внедрения рекомендации по сейсмобезопасной массе зарядов взрывчатых веществ
(кг) в зависимости от расстояния с учетом сезонности работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пасечник А.М. Условия устойчивости карстовых полостей в горном массиве при статических нагрузках/А.М. Пасечник //Сучасні
ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. – 2008. - Вип. №2/2008(2). – С. 102-110.
2. Воробьев В.Д. Исследование сейсмического действия массовых взрывов в различное время года при разработке Песковского
месторождения гипса/В.Д. Воробьев, А.И. Крючков, А.М. Пасечник, Р.М. Сидор//Вісник НТУУ «КПІ». Серія «Гірництво»: Зб.наук.праць. –
2008. Вип. 17. - С. 25-34.
3. Воробьева Л.Д. Закономерности взаимодействия сейсмовзрывных волн с закарстованным массивом горных пород/ Л.Д. Воробьева, Н.Н.
Ткач, А.М. Пасечник, Н.И. Жукова// Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. – 2009. - Вип. №1/2009(3). – С. 6370.
4. Воробьев В.Д. Разработка алгоритма динамического взаимодействия сейсмовзрывных волн с карстовой полостью /В.Д. Воробьев, А.И.
Крючков, А.М. Пасечник, Н.И. Жукова//Зб.наук.праць Національного гірничого університету.. – 2009. - №33, Том 1– С.87-95.