Оценка сейсмовзрывного воздействия на приконтурный массив по амплитудно-частотным характеристикам взрыва

П.И. Афанасьев, А.А. Белов
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №3 / 2025 стр.138-145

Резюме: Буровзрывные работы на предприятиях, ведущих разработку полезных ископаемых открытым способом, являются основным методом подготовки горных пород к извлечению. Несмотря на то что данный метод широко распространен в горной отрасли, он оказывает негативное воздействие на массив горных пород и окружающую среду. Одним из таких негативных воздействий является распространение сейсмовзрывной волны в приконтурном массиве. В федеральных нормах и правилах отсутствует учет сейсмовзрывного воздействия на приконтурный массив горных пород. В статье приведены результаты исследований по расчету амплитудно-частотных характеристик сейсмовзрывной волны с последующим построением зависимости несущей частоты сейсмовзрывной волны от приведенного расстояния. Рассчитаны основные частоты, на которых возникает частотный резонанс: 17–18 и 30–31 Гц. Установлено, что частотные резонансы возникают не только в ближней зоне взрыва, но и в дальней зоне, тем самым снижая прочность приконтурного массива. Таким образом, рассчитывая амплитудно-частотные характеристики сейсмовзрывной волны, можно выявить места возникновения частотного резонанса. Результаты исследований могут быть полезны для проектных, научных и производственных организаций минерально-сырьевого комплекса, которые занимаются расчетами буровзрывных работ.

Ключевые слова: сейсмовзрывное воздействие, частотный резонанс, взрывные работы, открытая разработка месторождений, приведенное расстояние, несущая частота

Благодарности: Исследования проведены в рамках мероприятия №1 Комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 11 мая 2022 г. №1144-р.

Для цитирования: Афанасьев П.И., Белов А.А. Оценка сейсмовзрывного воздействия на приконтурный массив по амплитудно-частотным характеристикам взрыва. Горная промышленность. 2025;(3):138–145. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-138-145

Информация о статье

Поступила в редакцию: 03.03.2025

Поступила после рецензирования: 15.04.2025

Принята к публикации: 15.04.2025

Информация об авторах

Афанасьев Павел Игоревич – кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II; г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-5271-6121; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Белов Андрей Алексеевич – аспирант, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II; г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Вклад авторов

П.И. Афанасьев – формулировка идеи и целей исследования, проверка результатов исследования, редактирование.

А.А. Белов – анализ методик оценки скоростей колебаний грунта и методов исследований сейсмовзрывных волн. Author’s Contribution

Список литературы

1. Ковалевский В.Н., Мысин А.В., Сушкова В.И. Теоретические аспекты технологии взрывной отбойки блочного камня. Горные науки и технологии. 2024;9(2):97–104. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-12-187 Kovalevsky V.N., Mysin A.V., Sushkova V.I. Theoretical aspects of block stone blasting method. Mining Science and Technology (Russia). 2024;9(2):97–104. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-12-187

2. Логинов Е. В., Кара С. В., Масальский С. С., Петров К. Д. Обоснование параметров системы открытой разработки при использовании комплекса экскаватор–автосамосвал в условиях Крайнего Севера. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(6):17–30. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_6_0_17 Loginov E.V., Kara S.V., Masalskiy S.S., Petrov K.D. Justification of parameters of open pit mining using truck-and-shovel systems in the Extreme North. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(6):17–30. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_6_0_17

3. Холодилов А.Н., Истомин Р.С., Кириленко В.И. Совершенствование метода изготовления эквивалентных материалов для моделирования нелинейных геомеханических процессов при подземной разработке полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(10):108–122. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2024/10/Kholodilov-108-122.pdf (дата обращения: 07.02.2025). Kholodilov A.N., Istomin R.S., Kirilenko V.I. Improvement technique for manufacturing equivalent materials for modeling nonlinear geomechanical processes in underground mineral mining. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(10):108–122. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2024/10/Kholodilov-108-122.pdf (accessed: 07.02.2025).

4. Господариков А.П., Ревин И.Е., Морозов К.В. Композитная модель анализа данных сейсмического мониторинга при ведении горных работ на примере Кукисвумчоррского месторождения АО «Апатит». Записки Горного института. 2023;262:571–580. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.9 Gospodarikov A.P., Revin I.E., Morozov K.V. Composite model of seismic monitoring data analysis during mining operations on the example of the Kukisvumchorrskoye deposit of AO Apatit. Journal of Mining Institute. 2023;262:571–580. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.9

5. Садовский М.А. Избранные труды: Геофизика и физика взрыва. М.: Наука; 2004. 440 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/21916 (дата обращения: 07.02.2025).

6. Медведев С.В. Сейсмика горных взрывов. М.: Недра; 1964. 188 с.

7. Романенко С.В., Ларионова Е.В., Малдыбаев У.А., Айдаралиев Б.Р., Ордобаев Б.С. Методика управления риском проявления оползневых процессов с учетом фактора сейсмической активности на территории Киргизской Республики. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;(10):155–163. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/10/2865 Romanenko S.V., Larionova E.V., Muldybaev U.A., Aydaraliev B.R2, Ordobaev B.S. Risk management technique of landslides activation with account of seismic activity factor in Kyrgyzstan. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2020;331(10):155–163. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2020/10/2865

8. Новиньков А.Г., Протасов С.И., Самусев П.А. ОПЫТ Управления сейсмобезопасностью массовых взрывов. Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2019;(3):45–53. https://doi.org/10.25558/VOSTNII.2019.13.3.003 Novinkov A.G., Protasov S.I., Samusev P.A. Experience in managing earthquake safety of mass explosions. Bulletin of Scientific Centre VostNII for Industrial and Environmental Safety. 2019;(3):45–53. (In Russ.) https://doi.org/10.25558/VOSTNII.2019.13.3.003

9. Афанасьев П.И., Медина С.Я., Савон В.Ю., Картайя П.М., Гарсия де ла Круз М.И. Анализ устойчивости откосов горной дороги месторождения Camarioca Este компании Comandante Ernesto Che Guevara. Безопасность труда в промышленности. 2024;(4):78–84. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2024-4-78-84 Afanasiev P.I., Medina S.Ya., Savon V.Yu., Cartaya P.M., Garcia de la Cruz M.I. The analysis of slope stability of the mining road of the Camarioca Este Deposit of the Comandante Ernesto Che Guevara Company. Occupational Safety in Industry. 2024;(4):78–84. (In Russ.) https://doi.org/10.24000/0409-2961-2024-4-78-84

10. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.: Недра; 1976. 271 c.

11. Ковальский Е.Р., Конгар-Сюрюн Ч.Б., Сиренко Ю.Г., Миронов Н.А. Моделирование реологических процессов деформирования несущих элементов камерной системы разработки для условий верхнекамского месторождения калийных солей. Устойчивое развитие горных территорий. 2024;16(3):1017–1030. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-3-1017-1030 Kovalkiy E.R., Kongar-Syuryun Ch.B., Sirenko Yu.G., Mironov N.A. Modeling of rheological deformation processes for room and pillar mining at the Verkhnekamsk potash salt deposit. Sustainable Development of Mountain Territories. 2024;16(3):1017–1030. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-3-1017-1030

12. Ковальчук И.О., Кондрашов А.В., Добрынин А.А. Определение скорости продольной сейсмической волны с целью уточнения нарушенности массива вблизи взрываемого блока. Труды РАНИМИ. 2024;(2):35–39. https://doi.org/10.24412/2519-2418-2024-240-101-105 Kovalchuk I.O., Kondrashov A.V., Dobrynin A.A. Rock mass disturbance clarification close to blast block through p-wave measuring. Transactions of RANIMI. 2024;(2):35–39. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2519-2418-2024-240-101-105

13. Гендлер С.Г., Степанцова А.Ю., Попов М.М. Обоснование безопасной эксплуатации закрытого угольного склада по газовому фактору. Записки Горного института. 2024:1–11. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16519 (дата обращения: 12.11.2024). Gendler S.G., Stepantsova A.Y., Popov M.M. Justification on the safe exploitation of closed coal warehouse by gas factor. Journal of Mining Institute. 2024:1–11. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16519 (accessed: 12.11.2024).

14. Лопеш Г.С., Резенде А.Ф., Гажарду Арранью К.С., Вераш Э.С., Мендонса де Аморим Л.Ф., Виллалобуш М. Кальдерон Моделирование начальной волны для защиты естественных пещер при ведении горных работ. Взрывное дело. 2020;(127-84):147–170. Lopes G.S., Rezende A.F., GajardoArraño C.C., Veras E.S., Mendonça de Amorim L.F., Calderon M.V. Seed wave modeling to natural caves protection in mining operations. Explosion Technology. 2020;(127-84):147–170.

15. Маринин М. А., Поспехов Г. Б., Сушкова В. И., Поморцева А. А., Мосейкин В. В. Опыт полевых опытно-фильтрационных работ в штабеле кучного выщелачивания песчано-глинистых руд. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(8):51–62. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2024/8/Marinin-51-62.pdf (дата обращения:

12.11.2024). Marinin M. A., Pospehov G. B., Sushkova V. I., Pomortseva A. A., Moseykin V. V. Experience of trial percolation in heap leaching pile of sandy-clayey rocks. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(8):51–62. (In Russ.) Available at: https://giabonline.ru/files/Data/2024/8/Marinin-51-62.pdf (accessed: 12.11.2024).

16. Надёжка Л.И., Сафронич И.Н. О затухании сейсмической энергии промышленных взрывов и определение длительности событий. В кн.: Маловичко А.А. (ред.) Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: тезисы 27-й Междунар. сейсмологической школы, г. Ташкент, 11–15 сент. 2023 г. Обнинск: Единая геофизическая служба РАН; 2023. С. 84.

17. Мороз Н.Е., Гендлер С.Г., Вьюников А.А. Газодинамические явления при проходке выработок во вмещающих породах кимберлитовой трубки «Интернациональная». Горная промышленность. 2023;(S1):96–102. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-96-102 Moroz N.E., Gendler S.G., Vyunikov A.A. Gas-dynamic phenomena in tunnel driving thought the host rocks of the ‘International’ kimberlite pipe. Russian Mining Industry. 2023;(1 Suppl.):96–102. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-96-102

18. Жариков С.Н., Кутуев В.А. Разработка экспресс-метода определения параметров контурного взрывания на основе изучения взаимодействия соседних зарядов при ведении взрывных работ на карьерах. В кн.: Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений: сб. докл. 12-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Екатеринбург, 6–7 апр. 2023 г. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет; 2023. С. 80–86.

19. Prashanth R., Nimaje D.S. Estimation of peak particle velocity using soft computing technique approaches: a review. Noise & Vibration Worldwide. 2018;49(9-10):302–310. https://doi.org/10.1177/0957456518799536

20. Ляпин Р.Л., Косинова И.И. Техногенная сейсмичность при массовых взрывах при горнодобывающей деятельности. В кн.: Косинова И.И., Павловский А.И., Попов В.И. (ред.) Закономерности трансформации экологических функций геосфер крупных горнопромышленных регионов: материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Воронеж, 17–19 нояб. 2020 г. Воронеж: Истоки; 2020. С. 173–176.

21. Цирель С.В., Павлович А.А., Мельников Н.Я. Обоснование параметров бортов карьеров при крутопадающем залегании слоев. Горный журнал. 2023;(5):49–54. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.05.07 Tsirel S.V., Pavlovich A.A., Melnikov N.Ya. Substantiation of pitwall parameters in rock mass with steeply dipping bedding. Gornyi Zhurnal. 2023;(5):49–54. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2023.05.07

22. Dotto M.S., Pourrahimian Y. The influence of explosive and rock mass properties on blast damage in a single-hole blasting. Mining. 2024;4(1):168–188. https://doi.org/10.3390/mining4010011

23. Wang Z., Wang H., Wang J., Tian N. Finite element analyses of constitutive models performance in the simulation of blastinduced rock cracks. Computers and Geotechnics. 2021;135:104172. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2021.104172

24. Цейтлин Я.И., Громов В.А. Расчет радиуса зоны действия взрывного шума. В кн.: Монтажные и специальные строительные работы. Серия «Общестроительные работы» Экспресс-информ. М.; 1984. Вып. 11. С. 22—26.

25. Цейтлин Я.И., Смолий Н.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. М.: Недра; 1981. 192 с.

26. Кутузов Б.Н. Безопасность взрывных работ в горном деле и промышленности. М.: Горная книга; Изд-во Московского гос. горного ун-та; 2009. 670 с.

27. 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

28. Aldas G.G.U. Explosive charge mass and peak particle velocity (PPV)-frequency relation in mining blast. Journal of Geophysics and Engineering. 2010;7(3):223–231. https://doi.org/10.1088/1742-2132/7/3/001

29. Aksoy C.O., Uyar G.G., Ozcelik Y. Comparison of Hoek-Brown and Mohr-Coulomb failure criterion for deep open coal mine slope stability. Structural Engineering and Mechanics. 2016;60(5):809–828. https://doi.org/10.12989/SEM.2016.60.5.809

30. Хасанов Н.М., Хасанов М.Н., Гуломов Ж.Б. Влияние сейсмических воздействий взрывов на устойчивость гидротехнических сооружений. В кн.: Плотников А.Н. (ред.) Строительство и застройка: жизненный цикл – 2020: материалы 5-й Междунар. (11-й Всерос.) конф., г. Чебоксары, 25–26 нояб. 2020 г. Чебоксары: Издательский дом «Среда; 2020. С. 230–237.

31. Васильева М.А., Голик В.И., Зеленцова А.А. Методы интенсификации трубопроводного транспортирования гидросмесей при закладке выработанного пространства. Записки Горного института. 2024:1–13. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16502 (дата обращения: 15.01.2025). Vasilyeva M.A., Golik V.I., Zelentsova A.A. Methods of intensification of pipeline transportation of hydraulic mixtures when backfilling mined-out spaces. Journal of Mining Institute. 2024:1–13. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16502 (accessed: 15.01.2025).

32. Акопян В.Ф., Языев Б.М., Чепурненко А.С. Расчет устойчивости грунтовых откосов при помощи методов нелинейной оптимизации. Геология и геофизика Юга России. 2023;113(1):150–161. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.69.79.011 Akopyan V.F., Yazyev B.M., Chepurnenko A.S. Calculation of soil slope stability using nonlinear optimization methods. Geology and Geophysics of Russian South. 2023;113(1):150–161. (In Russ.) https://doi.org/10.46698/VNC.2023.69.79.011