Сейсмический эффект взрыва

Сейсмический эффект взрыва

Взрывная волна, распространяясь в окружающем массиве, постепенно распадается на две сейсмические волны — продольную и поперечную. Движение частиц в продольной волне происходит параллельно направлению распространения. Эта волна имеет наибольшую скорость и амплитуду смещения частиц и обладает наибольшей энергией. Вслед за продольной волной в среде следует волна поперечных колебаний. Энергия ее значительно меньше, чем в волне продольных колебаний, и для подземных выработок волны поперечных колебаний не представляют серьезной опасности. Таким образом, наибольшую опасность для подземных выработок представляют продольные колебания.

При встрече со стенкой выработки продольная волна отражается от нее и в виде волны растяжения следует в обратном направлении. Количество энергии в отраженной волне зависит от угла, под которым продольная волна отражается от стенки выработки. При проходе волны под прямым углом она почти полностью превращается в волну растяжения. В результате интерференции (наложения) волн у стенок выработки создаются повышенные напряжения растяжения. Поскольку горные породы значительно слабее сопротивляются растяжению, чем сжатию, то при определенных значениях энергии прямой продольной волны сложение напряжений может вызвать разрушение и скалывание породы. Такое значение энергии продольной волны называется критическим, а расстояние до центра взрыва — радиусом сейсмически опасной зоны.

Снижения сейсмического эффекта можно достичь, применяя замедленное или короткозамедленное взрывание зарядов. Если общий заряд разбить на несколько последовательно взрываемых зарядов, то суммарный сейсмический эффект будет зависеть от того, в какой фазе или на каком участке будет происходить интерференция (наложение) отдельных волн, т. е. с каким замедлением будут взорваны отдельные заряды. Можно подобрать замедление, при котором будет получаться наивыгоднейшая интерференция. Если в результате применения короткозамедленного взрывания интерференция волны последующего взрыва произойдет с хвостом предыдущей волны, то суммарный эффект взрыва окажется значительно меньше, чем от двойного взрыва. Поэтому при короткозамедленном взрывании желательно сохранять одинаковые веса зарядов в каждой ступени взрыва. Наилучший эффект получается при увеличении числа ступеней замедления и уменьшении веса одновременно взрываемых зарядов.

Для снижения сейсмического эффекта лабораторией геофизических исследований в горном деле ИГД им. А. А. Скочинского предложено оставлять стенки выработок и междукамерные целики не с вертикальными, а с наклонными (под некоторым углом к вертикали) стенками. В этом случае продольные волны от взрывов встретятся со свободной поверхностью стенок выработки под некоторым углом, меньшим 90°. При этом в результате отражения продольной волны в стенках выработки создаются минимальные растягивающие напряжения, а возможность образования отколов резко уменьшается и стенки выработок имеют большую устойчивость.

Снижения сейсмического эффекта можно достичь применением определенной последовательности взрывания зарядов. Замечено, что при прохождении волн через трещиноватые породы энергия их быстро рассеивается. Поэтому, если последовательно взрывать заряды в направлении от стенки выработки, волны последующих взрывов будут проходить к ним через трещиноватую зону, образованную предыдущими взрывами (образование трещин происходит в гораздо меньший отрезок времени, чем интервалы замедлений взрывов). Вследствие небольших расстояний между зарядами такие трещиноватые зоны являются своего рода фильтрами для сейсмических волн.