New theory for the rock mass destruction by blasting

Abstract

Purpose. To develop a new theory for the rocks destruction by blasting using a description of the formation processes of zones with various mass state around the charging cavity. Methods. The new theory for the rock mass destruction by blasting has been developed based on the use of the well-known elasticity theory laws and the main provisions of the quasi-static-wave hypothesis about the mechanism of a solid medium destruction under the blasting action. The models of zones of crumpling, intensive fragmentation and fracturing that arise around the charging cavity in the rock mass during its blasting destruction, depending on the physical and mechanical properties of the rock mass, the energy characteristics of explosives and the rock pressure impact, have been developed using the technique of mathematical modeling. Findings. Based on the mathematical modeling results of the blasting action in a solid medium, the mathematical models have been developed of the zones of crumpling, intensive fragmentation and fracturing, which are formed around the charging cavity in a monolithic or fractured rock mass. Originality. The rock mass destruction by blasting is realized according to the stepwise patterns of forming the zones of crumpling, intensive fragmentation and fracturing, which takes into account the physical and mechanical properties of the medium, the energy characteristics of explosives and the rock pressure impact. Practical implications. When using the calculation results in the mathematical modeling the radii of the zones of crumpling, intensive fragmentation and fracturing in the rock mass around the charging cavity, it is possible to determine the rational distance between the blasthole charges in the blasting chart, as well as to calculate the line of least resistance for designing huge blasts.

Мета. Розробити нову теорію руйнування порід вибухом шляхом опису процесів формування зон різного стану масиву навколо зарядної порожнини. Методика. Нова теорія руйнування масиву порід вибухом розроблялася на основі використання загальновідомих законів теорії пружності та основних положень квазістатично-хвильової гіпотези механізму руйнування твердого середовища під дією вибуху. Моделі зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, які виникають навколо зарядної порожнини у масиві гірських порід при його вибуховому руйнуванні, що залежать від фізико-механічних властивостей масиву, енергетичних характеристик вибухівки та дії гірського тиску, розроблені за допомогою методу математичного моделювання. Результати. За результатами математичного моделювання дії вибуху у твердому середовищі було розроблено математичні моделі утворення зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, які формуються навколо зарядної порожнини у монолітному або тріщинуватому масиві гірських порід. Наукова новизна. Вибухове руйнування масиву гірських порід реалізується за степеневими закономірностями утворення зони зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, в які комплексно враховано фізико-механічні властивості середовища, енергетичні характеристики вибухівки та дію гірського тиску. Практична значимість. Використання результатів розрахунку при математичному моделювання радіусів зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення у масиві порід навколо зарядної порожнини, дозволяє визначити раціональну відстань між шпуровими зарядами у паспортах буропідривних робіт, а також розраховувати лінію найменшого опору для проектування масових вибухів.

Цель. Разработать новую теорию разрушения пород взрывом путем описания процессов формирования зон различного состояния массива вокруг зарядной полости. Методика. Новая теория разрушения массива пород взрывом разрабатывалась на основе использования общеизвестных законов теории упругости и основных положений квазистатическо-волновой гипотезы механизма разрушения твердой среды под действием взрыва. Модели зон смятия, интенсивного дробления и трещинообразования, которые возникают вокруг зарядной полости в массиве горных пород при его взрывном разрушении, зависят от физико-механических свойств массива, энергетических характеристик взрывчатого вещества и действия горного давления, разработаны с помощью метода математического моделирования. Результаты. По результатам математического моделирования действия взрыва в твердой среде были разработаны математические модели образования зон смятия, интенсивного дробления и трещинообразования, которые формируются вокруг зарядной полости в монолитном или трещиноватом массиве горных пород. Научная новизна. Взрывное разрушение массива горных пород реализуется степенными закономерностями образования зоны смятия, интенсивного дробления и трещинообразования, в которых комплексно учтены физико-механические свойства среды, энергетические характеристики взрывчатого вещества и действие горного давления. Практическая значимость. Использование результатов расчета при математическом моделировании радиусов зон смятия, интенсивного дробления и трещинообразования в массиве пород вокруг зарядной полости, позволяют определить рациональное расстояние между зарядами в паспортах буровзрывных работ, а также рассчитать линию наименьшего сопротивления для проектирования массовых взрывов.