Определение напряженного состояния массива горных пород взрывным и виброакустическим методом
В.Н. Тюпин1, К.Б. Пономаренко1, 2
1 Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород, Российская Федерация
2 ОАО «ВИОГЕМ», г. Белгород, Российская Федерация
Russian Mining Industry №6 / 2024 p. 34-40
Резюме: С целью обеспечения безопасности в «Участковом откаточном штреке» на горизонте –250 м шахты им. Губкина АО «КМАруда» выполнены: оценка склонности массива пород к горным ударам виброакустическим методом, а также определение напряженного состояния массива горных пород взрывным методом. В результате проведения экспериментальных исследований виброакустическим методом установлено снижение напряженного состояния массива с 17,5– 92,5 МПа (у контура выработки) до 10–30 МПа на расстоянии 1,8 м от борта выработки. Взрывным методом при проходке «Участкового откаточного штрека» установлено, что НС горного массива в районе забоев врубовых и вспомогательных шпуров составляет 21,9–33,5 МПа, в районе забоев отбойных и оконтуривающих шпуров 55,7–65,1 МПа. Взрывной и виброакустический методы определения напряженного состояния массива схожи по физике процесса. При воздействии продуктов детонации или бурового инструмента совместно со статическим горным давлением происходит разрушение определенного объема массива горных пород. Чем больше статическое горное давление, тем больше объем разрушения при одинаковых динамических нагрузках. Учитывая увеличение напряженного состояния от центра к контуру в плоскости забоя выработки, по теоретической формуле проведена численная оценка напряженного состояния на контуре выработки после взрыва врубовых, вспомогательных и отбойных шпуров. Расчеты по формуле и экспериментальные данные совпадают, что указывает на создание остаточных напряжений в массиве за счет последовательного взрывания комплектов шпуровых зарядов взрывчатых веществ.
Ключевые слова: горный массив, натурные измерения, физико-механические свойства горных пород, напряженное состояние массива, взрывной метод, виброакустический метод, взрывные остаточные напряжения
Благодарности: Авторы выражают благодарность Ю.В. Малюкину и коллективу службы геологии шахты им. Губкина комбината «КМАруда» за сопровождение и помощь при проведении экспериментальных работ. Также хотелось бы выразить искреннюю благодарность коллективу ООО «ИНГЕО»: Ю.С. Погорелову, Ю.В. Талецкому и Б.Я. Адигамову за многолетнее плодотворное сотрудничество, предоставление оборудования и помощь в обсуждении результатов исследования.
Для цитирования: Тюпин В.Н., Пономаренко К.Б. Определение напряженного состояния массива горных пород взрывным и виброакустическим методом. Горная промышленность. 2024;(6):34–40. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-34-40
Информация о статье
Поступила в редакцию: 23.10.2024
Поступила после рецензирования: 21.11.2024
Принята к публикации: 02.12.2024
Информация об авторах
Тюпин Владимир Николаевич – доктор технических наук, профессор, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-3709-0957, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Пономаренко Константин Борисович – младший научный сотрудник, ОАО «ВИОГЕМ», лаборатория горного давления и сдвижения горных пород, г. Белгород, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0003-1745-9670, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Измерение напряжений в массиве крепких горных пород. М.: Недра; 1970. 120 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/20897 (дата обращения: 28.10.2024).
2. Шкуратник В.Л., Николенко П.В. Методы определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. М.: Изд-во МГГУ; 2012. 112 с.
3. Сергеев С.В., Синица И.В. Геомеханическое сопровождение подземной отработки железных руд на комбинате «КМАруда». Горный журнал. 2019;(8):30–33. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.08.05 Sergeev S.V., Sinitsa I.V. Geomechanical supervision of underground mining at Kombinat KMAruda. Gornyi Zhurnal. 2019;(8):30–33. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2019.08.05
4. Сергеев С.В., Синица И.В., Карякин В.Ф. Оценка склонности массива пород на КМА к горным ударам. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2015;(9):132–137. Sergeev S.V., Sinitsa I.V., Karyakin V.F. Assessment of rock mass addiction to KMA to rock bursts. Nauchnye Vedomosti Belgorodskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Estestvennye Nauki. 2015;(9):132–137. (In Russ.)
5. Макаров А.Б. Практическая геомеханика. Пособие для горных инженеров. М.: Горная книга; 2006. 391 c. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/36123 (дата обращения: 28.10.2024).
6. Романов В.В. Инженерная сейсморазведка. М.: EAGE Геомодель; 2015. 278 с.
7. Вознесенский А.С., Демчишин Ю.В. Закономерности акустической эмиссии при деформировании горных пород. Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999;(6):136–137. Voznesenskii A.S., Demchishin Yu.V. Regularities of acoustic emission during deformation of rocks. Mining Informational and Analytical Bulletin. 1999;(6):136–137. (In Russ.)
8. Рубан А.Д., Бауков Ю.Н., Шкуратник В.Л. Горная геофизика. Электрометрические методы геоконтроля. Ч. 3. Высокочастотные электромагнитные методы. М.: МГГУ; 2002. 148 с.
9. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М.: Недра; 1981. 288 с.
10. Тюпин В.Н., Рубашкина Т.И. Взрывные методы определения напряженного состояния массивов горных пород. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2018;(4):44–45. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20180406 Tyupin V.N., Rubashkina T.I. Blasting methods of stress state determination in rock mass. Journal of Mining Science. 2018;54(4):569–574. https://doi.org/10.1134/S1062739118044026
11. Тюпин В.Н., Пономаренко К.Б. Разработка метода определения напряженного состояния горного массива при взрывной проходке выработок. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(8):27–37. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_8_0_27 Tyupin V.N., Ponomarenko K.B. Method to determine rock mass stresses in mining with blasting. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(8):27–37. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_8_0_27
12. Тюпин В.Н., Пономаренко К.Б. Оценка достоверности взрывного метода определения напряженного состояния горного массива. Взрывное дело. 2022;(137-94):138–152. Tyupin V.N., Ponomarenko K.B. Assessment of the reliability of the explosive method for determining the stress state of a mountain range. Explosion Technology. 2022;(137-94):138–152. (In Russ.)
13. Shadabfar M., Gokdemir C., Zhou M., Kordestani H., Muho E.V. Estimation of damage induced by single-hole rock blasting: A review on analytical, numerical, and experimental solutions. Energies. 2021;14(1):29. https://doi.org/10.3390/en14010029
14. Xu J., Xue H., Rui G. Theoretical analysis of rock blasting damage in construction of tunnels closely under-passing sewage box culverts. Applied Sciences. 2022;12(19):9875. https://doi.org/10.3390/app12199875
15. Mousavi S.A., Ahangari K., Goshtasbi K. Impact of the layering of blast-induced damage factors in the hoek–brown failure criterion on the bench damage monitoring of mines. Rudarsko-geološko-naftni zbornik (Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin). 2023;38(1):93–104. https://doi.org/10.17794/rgn.2023.1.9
16. Miao S., Konicek P., Pan P., Mitri H. Numerical modelling of destress blasting – A state-of-the-art review. Journal of Sustainable Mining. 2022;21(4):278–297. https://doi.org/10.46873/2300-3960.1366
17. Wang X., Zhao W.-B., Zhou H.-Y., Liu D.-S. Analysis of the tunneling blast safety criterion based on longitudinal shocks. Shock and Vibration. 2023;2023:2393030. https://doi.org/10.1155/2023/2393030
18. Zhou H., Gao Q., Fan Y., Lu W., Wang Y., Yang Y., Leng Z. Analysis of causes of vibration differences induced by different kinds of blastholes based on the interpretation of blasting parameters: A case study in dam foundation excavation. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2023;56(10):7237–7254. https://doi.org/10.1007/s00603-023-03457-2
19. Cai B., Hao J., Peng Yu. Influence of blasting at tunnel face on an existing adjacent tunnel with oblique cross angle and small clear spacing. Journal of Engineering Science and Technology Review. 2022;15(2):177–183. https://doi.org/10.25103/jestr.152.20
20. Wang H., Zhao Y., Shan R., Tong X., Liu D. Analysis of blasting vibration effect of railway tunnel and determination of reasonable burial depth. Geofluids. 2022;2022:7151294. https://doi.org/10.1155/2022/7151294
21. Тюпин В.Н., Пономаренко К.Б. Способ определения напряженного состояния массива горных пород. Патент 2768768, Российская Федерация, заявл. 02.06.2021; опубл. 24.03.2022.
22. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра; 1994. 208 с. Режим доступа https://www.geokniga.org/books/8924 (дата обращения: 28.10.2024).
23. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Управление горным давлением на железных рудниках. М.: Недра; 1974. 184 с.
24. Резниченко Ю.В. и др. Сейсмоакустические методы изучения напряженного состояния горных пород на образцах и в массиве. Труды Геофизического института академии наук СССР. 1956;(34). Reznichenko Yu.V. et al. Seismoacoustic methods of studying the stress state of rocks using samples and within the rock mass. Trudy Geofizicheskogo Instituta Akademii Nauk SSSR. 1956;(34). (In Russ.)
25. Ривкин И.Д., Запольский П.А., Богданов П.А. Звукометрический метод наблюдения проявлений горного давления на шахтах Криворожского бассейна. М.: Металлургиздат; 1956. 188 c.
26. Мусин А.И., Бакаев М.Т., Овсянников П.Н. Применение микросейсмического метода для исследования массива горных пород. М.: Госгортехиздат; 1962. 64 с.
27. Тюпин В.Н. Механизм формирования зоны остаточных напряжений при взрывании в трещиноватом гранитном массиве рудников ПАО «ППГХО». Горный журнал. 2020;(10):60–64. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.10.04 Tyupin V.N. Initiation of residual stress zone during blasting in jointed granite rock mass in operation of Priargunsky Industrial Mining and Chemical Union. Gornyi Zhurnal. 2020;(10):60–64. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2020.10.04
28. Тюпин В.Н. Изменение напряженно-деформированного состояния призабойного массива горных пород после взрывания проходческих шпуров. Горный журнал. 2023;(12):10–14. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.12.02 Tyupin V.N. Change in the stress–strain behavior of rock mass after heading-aimed blasting. Gornyi Zhurnal. 2023;(12):10–14. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.12.02
