Фабрика камня

поставка, обработка, реставрация, укладка камня

 (495) 772-6248
О компании
Наши услуги
Стоимость работ
Популярно о камне


Популярно о камне




Оценка воздействия взрыва на гранитный массив при добыче блоков

Хорошо известно, что при взрывной отбойке гранита на блочный камень его качество в большой степени определяется наличием транс- и интеркристаллитных трещин и микротрещин, т.е. поврежденностью минералов, слагающих горной породы. качество товарной продукции, особенно облицовочного материала, и долговечность его эксплуатации в сложных климатических условиях зависит от степени поврежденности добытых камнеблоков. Однако до недавнего времени не было надежной методики выявления мельчайших дефектов на уровне размера зерна, а оптическая микроскопия не обеспечивала возможности требуемой численной оценки техногенной микротрещиноватости.

Возможность выявления индуцированных взрывом микроповреждений в слагающих горную породу минералов с помощью люминесцентной микроскопии с использованием капиллярного эффекта специально подобранного раствора низкомолекулярного люминофора с хорошим квантовым выходом и характеристическим излучением в коротковолновой части спектра под воздействием ультрафиолетового (УФ) облучения была продемонстрирована на примере гранита. Используемый в этом случае достаточно легкий растворитель обладал низкой энергией поверхностного натяжения и имел вполне определенное время испарения [1].

Вырезанные из блоков на строго фиксированных расстояниях, фрагменты в виде параллелепипедов с размерами сторон, равными, примерно, 18x25x25 мм, помещались на дно кюветы с 0,03% раствором люминофора так, чтобы образец был погружен на несколько мм по высоте (рис.1).

Вследствие наличия целой иерархии дефектов микроскопического масштаба за счет капиллярных явлений за определенное время раствор люминофора поднимается на поверхность, обеспечивая декорирование, визуализацию этих каналов. Кювета с образцами помещалась на предметный столик люминесцентного микроскопа ЛМ-3, который помогает изучать объекты в свете их люминесценции, возбуждаемой сине-фиолетовыми и УФ-лучами источника света ртутной лампы ДРШ-250-3.

Микрофотографии одного и того же фрагмента гранитного камня, добытого при взрывной отбойке, показывают, что при обычном освещении белым светом с помощью оптического микроскопа не удается однозначно отличить потенциальные микротрещины от деталей рельефа образца после его шлифования. В ходе исследования можно в ряде мест выявить декорированные проникшим раствором люминофора (пенетрантом желто-зеленого цвета) дефекты сплошности (микротрещины), не проявляющиеся при том же оптическом увеличении в условиях традиционного освещения белым светом. Сопоставление подобных картин, полученных на фрагментах на разном удалении от центра взрыва, позволяет получить распределение поврежденности, а, следовательно, и размер зоны поврежденности, наведенной конкретным видом буровзрывных работ, в функции относительного расстояния.

В качестве примера использования разработанной методики на рис.2 приведен график распределения интегрального объема "микроповреждений" вдоль длины образца в виде стержня при ударном нагружении импульсами давления микросекундной длительности, создаваемыми с помощью магнитно-импульсной установки. Максимальная поврежденность на уровне 2,3% в соответствии с формированием растягивающих напряжений в длинном стержне при отражении падающей волны от свободной поверхности приходится как раз на место максимальных растягивающих напряжений.

На приведенной здесь же микрофотографии представлен вид боковой поверхности при ультрафиолетовом освещении обеих частей разорванного гранитного образца в месте откольного разрушения. Как можно видеть, микротрещины в светлых минералах кварца и полевого шпата явственно декорируются; минимальны по абсолютной величине и достаточно велики в месте вхождения ударной волны в тело образца микроповреждения в районе свободной поверхности.

На рис.3 (кривая 1) приведен пример распределения поврежденности в блоке гранита после камуфлетного взрыва сосредоточенного заряда тэна плотностью -1,6 г/см3 массой 0,5 г. Можно видеть, что даже на расстоянии 40+60Я0з (Я0з - "радиус заряда") поврежденность 1 существенно отлична от нуля. При этом, как было выяснено в [1,2], вследствие условия совместного деформирования гранита как единого целого повреждаются преимущественно высокомодульные компоненты - зерна кварца и полевого шпата. На первый взгляд эта поврежденность может казаться незначительной, по крайней мере, по сравнению с поврежденностью в ближней зоне -10-20 R03. Если раскрытие микротрещин принять равным 0,1+1 мкм, то в таком образце в зависимости от расстояния до центра взрыва окажется от нескольких единиц до 100 и более пустых "пластин", равных по площади поперечнику выбранного фрагмента.

Уровень поврежденности на расстоянии г > 60 Я0з является "исходным" для наших образцов, который был приобретен на предшествующей стадии отбойки гранита методом скважинных зарядов. Данные этих измерений позволяют оценить радиус зоны разрушения в граните при взрыве сосредоточенного заряда тэна плотностью -1,6 г/см3 на уровне г < 30 Я0з. А зону 30-60 Я0з можно классифицировать как зону предразрушения. Последняя оказывается в несколько раз больше, чем общеизвестная, традиционная наведенная взрывом зона трещинообразования при скважинном способе отбойки.

Это обстоятельство должно учитываться при применении конкретной технологии буровзрывных работ с учетом влияния типа ВВ, плотности заряжания и конструкции заряда. При переходе на заряд малой плотности -0,5 г/см3 формируется особый профиль волны с меньшей амплитудой и, главное, с меньшей крутизной нарастания фронта и более равномерным характером нагружения во времени.

Как можно видеть (кривая 2 рис.4) из этих данных, радиус зоны микроповреждений в этом случае уменьшился в несколько раз. С помощью этого метода можно определить очень важную для практики характеристику - радиус зоны микроповреждений, т.е. радиус зоны предразрушения при конкретной технологии буровзрывных работ.

Сравнение подобных картин, полученных на фрагментах на разном удалении от центра взрыва, позволяет получить распределение поврежденности, а следовательно, и размер зоны поврежденности (наведенной конкретным видом буровзрывных работ) в функции относительного расстояния. Под поврежденностью понимается интегральный объем, занятый микронесплошностями (микротрещинами), который определяется массой пенетранта, заполняющего объем микропустот. Взвешивание исследуемых фрагментов производится на электронных весах с точностью 0,1 мг в исходном состоянии и после заполнения проникшим пенетрантом.

В качестве примера использования разработанной методики на рис. 2 приведен график распределения интегрального объема "микроповреждений" вдоль длины образца в виде стержня при ударном нагружении импульсами давления микросекундной длительности, создаваемыми с помощью магнитно-импульсной установки. Хорошо известен эффект откольного разрушения при нагружении ударом и взрывом, обусловленный интерференцией падающей и отраженной волны в зоне, где суммарная амплитуда превосходит предел динамической прочности породы на разрыв. Можно видеть, что максимальная поврежденность на уровне 2,3 % в соответствии с формированием растягивающих напряжений в длинном стержне при отражении падающей волны от свободной поверхности приходится как раз на место максимальных растягивающих напряжений (в зоне, которая примыкает к поверхностям отрыва)

Рассмотренные выше результаты дают основание считать, что примененный способ анализа поврежденности может исполнять роль эффективного инструмента при определении потенциально опасной зоны вредного действия массовых взрывов на массив блочного камня, оценки выхода отсева при отбойке гранита на щебень.

Определение зоны влияния массовых взрывов на трещиноватость массива

Практикам хорошо известна проблема обеспечения сохранности монолитных гранитных массивов, разрабатываемых на блочный камень, когда карьеры, добывающие камнеблоки и щебень, имеют смежные участки. Вопрос влияния массовых взрывов при отбойке гранита на щебень имеет большое практическое значение не только с точки зрения уменьшения выхода моноблоков и снижения качества товарной продукции, но и с позиции снижения производительности щебеночного карьера из-за ограничения объема массовых взрывов и величины заряда, приходящегося на ступень замедления. Разрабатывая метод расчетного определения потенциально опасной зоны [3], экспериментально было показано, что при отбойке гранита на щебень потенциально опасная зона вредного воздействия массовых взрывов на монолитный массив блочного камня должна определяться по фактору действия сейсмовзрывных волн (СВВ). При этом учитываются реальные горно-геологические условия отрабатываемых месторождений, физико-механические свойства разрабатываемых гранитов, обводненность массивов и применяемые на текущий момент технологии производства буровзрывных работ (БВР), которые и определяют интенсивность СВВ. Особое внимание при ведении БВР должно уделяться диаметру скважинных зарядов рыхления, общей массе зарядов массового взрыва и величине, приходящейся на ступень замедления, а также схемам взрывания и интервалам замедления. Очевидно, что вредным воздействием взрывов на монолитный массив можно считать воздействие, при котором в объеме монолитного массива, разрабатываемого на блочный камень, могут возникать техногенные дефекты, оказывающие влияние на снижение выхода камнеблоков и качество товарной продукции. При известном численном критериальном значении массовой скорости I/ (VK - критическое значение скорости смещения) и установленных закономерностях изменения скорости СВВ в функции массы заряда G и условий взрывания, характеризуемых длиной взрываемого блока - L; высотой уступа - Н; функцией принятой схемы взрывания - f(nAt), зависящей от числа ступеней замедления n и интервала замедления - At, а также угла расположения взрываемого объекта ар относительно охраняемого массива, можно определить величину безопасного расстояния охраняемого объекта от места взрыва из зависимости вида: либо ввиду отсутствия точных проектных данных по параметрам БВР при отбойке гранита на щебень оценку массовой скорости можно производить по приближенной зависимости [3] вида: где GCT - масса заряда, приходящаяся на ступень замедления, кг; г - кратчайшее расстояние от места взрыва до охраняемого массива, м. Если иметь в виду, что на большинстве карьеров взрывные работы осуществляются преимущественно скважинными зарядами диаметром 214-243 мм, а суммарная масса зарядов находится в пределах 40 т, то с учетом используемых на карьерах типовых схем взрывания, масса заряда ВВ, приходящаяся на ступень замедления, колеблется в пределах от 1000 до 3000 кг. В этом случае с учетом установленного нами критериального значения массовой скорости V = 15 см/с из выражения (3) можно оценить предельно допускаемое расстояние до охраняемого объекта, на котором действие СВВ не оказывает вредного воздействия на монолитный массив. Это расстояние может быть значительно снижено, если отбойку гранитного массива осуществлять скважинами малого диаметра - 90-105 мм. В этом случае, согласно опыту работы карьеров "Петровский" и "Гаврилово", масса заряда, приходящаяся на ступень замедления, снижается до 600 кг, а потенциально опасная зона сокращается пропорционально снижению массы заряда, приходящейся на ступень замедления. Ориентировочная оценка показывает, что в общем случае безопасное расстояние по фактору СВВ при отбойке гранитов скважинами большого диаметра находится в пределах 70+100 м, а для зарядов малого диаметра - 50+70 м.

На основе изложенной выше методики авторами было произведено экспериментальное определение трещиноватости проб гранита, отобранных в заданном районе месторождения "Возрождение" из строго фиксированных участков по отношению к месту производства массовых взрывов.

Образец № 1 из трахитоидного гранита с линейным расположением высокомодульных включений зерен полевого шпата, отобранный в западном борту щебеночного карьера из района тектонического разрыва, имеет поврежденность на уровне (AV/V) = 1+1,6%. Это достаточно высокий уровень поврежденности (см. рис.4), что может быть обусловлено как действием СВВ при производстве массовых взрывов, так и процессами генезиса в результате тектонических подвижек.

Отобранный ближе к месту производства массовых взрывов, образец № 2 гранита-выборгита овоидной формы, не контактирующий с зоной тектонического разрыва, имеет наведенную техногенную трещиноватость еще большей величины, на уровне (AV/V)= 1,6+1,8% .

Образцы № 3, 4, 5 - граниты трахитоидные из блочного карьера юго-восточного борта участка № 8, находящегося на большом удалении от борта щебеночного карьера, характеризуются существенно меньшей поврежденностью. Так, образец № 3, отобранный из вертикальной щели, контактирующей с монолитом, имеет поврежденность на уровне 0,66%. Особое место занимает образец № 4, отобранный из зоны строительства дороги при разделке валунного негабарита и имеет наведенную микротрещиноватость 0,4+0,53%.

Образец № 5, отобранный из высокого (4-метрового) борта блочного карьера, где влияние массовых взрывов незначительно и вероятность техногенных нарушений мала и определяется способом осуществления вскрышки, имеет еще меньшую наведенную микротрещиноватость на уровне 0,21+0,26%. Наименьшую поврежденность имеет образец № 6, представляющий пассировочный окол от товарного блока, находящегося от места производства массовых взрывов на расстоянии более 500 м, имеет нарушенность на уровне 0,13+0,15%, близком к уровню естественной структуры, поскольку это место менее всего подвержено техногенным воздействиям.

Анализ техногенной нарушенности проб позволяет выделить тенденцию снижения интенсивности микродефектов с удалением от места массовых взрывов. Для более надежной оценки влияния массовых взрывов на блочный массив необходимо производить механический отбор проб путем выбуривания кернов или выпилкой проб алмазным инструментом со строго фиксированного расстояния от места производства массовых взрывов. При этом диапазон относительных расстояний должен отвечать строго определенным значениям массовой скорости, которая должна меняться в широком диапазоне от 5 до 50 см/с с интервалом Д!/=5 см/с.

Исследования приведенных выше экспериментальных результатов позволяют сделать вывод, что разработанная методика определения поврежденности гетерогенных горных пород может быть полезной при отработке технологии взрывной отбойки гранита при добыче камнеблоков и для оценки зоны потенциально опасного действия массовых взрывов на сохранность гранитных массивов, а также для выявления степени нарушенности фракционного состава щебня при взрывном и механическом дроблении. Она может также служить эффективным инструментом при отработке технологии щадящего взрывания при дезинтеграции кристалловмещающей породы в случае добычи драгоценных и полудрагоценных минералов, оптического и пьезоэлектрического кристаллосырья.



© Шлифовка камня, 2007-2008. Все права защищены.