Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2006, № 1

В.Г. Бартанов 

РАЦИОНАЛЬНЫЕ 

ПАРАМЕТРЫ 
БВР ПРИ ПОДЗЕМНОЙ 
ВЗРЫВНОЙ ПРОХОДКЕ 

ВЫРАБОТОК 

в московском 

РЕГИОНЕ 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2006 

УДК 622.235 

ББК 33.133 

в 18 

Бартанов В.Г. 

В 18 
Рациональные параметры БВР при подземной взрыв
ной проходке выработок в Московском регионе: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня.- 2006 г.- N!! 1.- 25 с.- М.: Издательство Московского государстве~-mого горного университета, 2006. 
ISSN 0236-1493 

Приведены рекомендации ло лроцессам, возникающим лри взрывной nроходке nодземных выработок. Даны соотношения для расчета лараметров врубовых, отбойных и окоmуривающих зарядов ПВВ с учетом 

физико-технических свойств nород и термодинамических лараметров 

этих зарядов. Рассмо-qх:ны лроцессы формирования и воздействия взрывных сейсмических волн на выработку лри nроходке соседней выработки. 

Даны оценки лроuессов расnространения уnругих волн ло обделкам выработок метрололитенов, а также амnлитуды сейсмической взрывной 

волны на дневной nоверхности лри взрывной nроходке лодземной выработки. 

Для студентов, аспирантов и инженерно-технических работников 

nредnриятий. 

ISSN 0236-1493 

УДК 622.235 

ББК 33.133 

©В.Г. Вартанов,2006 
© Издательство МГГУ. 2006 
© Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2006 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования процессов взрывного дробления горных пород при 

проходке подземных выработок, формирования и распространения взрывных сейсмических волн в этом случае [1 4] позволили уточнить соотношения, приводимые для расчета рациональных параметров БВР, оптимизирующих процесс взрывIюго дробления пород, и для оценки параметров взрывных сейсмических волн, формирующихся в массиве горных пород при 

взрывной проходке выработок. 

Приводимые ниже теоретические оценки и анализ результатов опытно-промышленных исследований был выполнен в 
2004- 2005 rr. при научных консультациях д-ра техн. наук, 

проф. Г.М. Крюкова, за которые автор выражает ему глубокую 

признательность. 

1. РАЦИОНАЛЪНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БВР, 
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ МИНИМАЛЬНЫЙ РАСХОД 

ПВВ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЫРАБОТОК И 

ИНТЕНСИВНУЮ СТЕПЕНЬ ДРОБЛЕНИЯ ПОРОД 

1.1 Размещение зарядов ПВВ во врубе 

По термодинамическим параметрам ПВВ и свойствам породы рассчитывается параметр 

где J.-Vз- размер зоны дробления клиновидных секторов; Ьtрадиус зоны разрушения клиновидных секторов трещинами 

сдвига, м; dзр- диаметр зарядной полости, м; 'tсдв- предел 

прочности образцов пород на сдвиг, Па; D- скорость детонации ПВВ в зарядной полости, м/с; L'l- плотность заряжания 1 IВВ, кг/м
3
: у- показатель политропы, равный 3,0. 

Врубовые шпуры располагаются на забое на расстояниях 

аврб = (0,9 +l)J.-Vз, при ЭТОМ будет обеспечиваться ,fJ.OCTaTOЧHO ИН
ТеНСИВНОе дробление породы во врубе. 

Если приоритетным является надежное формирование 

достаточно ровных поверхностей у врубовой полости, то все 

заряды во врубе должны быть взорваны одновременно с разницей во времени их инициирования не более, чем 't2 , где 't2 
время формирования критического напряжения на расстоянии 0,5 W3 от взрываемого шпурового заряда. 

Если же, приоритетным критерием является повышенная 

степень дробления пород во врубе то инициирование соседних 

зарядов должно быть разнесено во времени более, чем на 

't2 + 'tz' где 'tz = ( r- ао )/ cl время прихода взрывной сейсмической волны в точки, находящиеся на расстоянии r от оси за
4 

ряда, м; а0 = 0,5dзр- радиус зарЯДНОЙ ПОЛОСТИ, М; С
1 СКО
роСТЬ распространения продольных волн в породе. 

Например, если необходимо сформировать повышеююе дробление породы в прямом врубе с четырьмя зарядами ПВВ. расположеtшыми на забое в углах квадрата со сторонами а.Р 6 = Wз , то 

в этом случае должно быть осуществлено одновременное инициирование 2-х зарядов ПВВ, расположенных по диагонали в 

противоположных углах квадрата, а затем, более, чем через 100 

мкс инициируется вторая пара зарядов ПВВ, расположенных в 

других противоположных углах квадрата. 

1.2 Размещение отбойных (вспомогательных) 

зарядов ПВВ на забое 

Рассчитывается параметр 

Jt; = 2Ь0 = d D 
д 

зр 
( )' + 1) О' рас 

где Jt;- внешний радиус зоны радиального трещинаобразования- регулирумого дробления породы, м; Ь0 - радиус зоны радиального трещинаобразования-регулируемого дробления с образованием клиновидных секторов, м; crr•c пре
дел прочности образцов пород на одноосное растяжение, Па; 

Расстояние аотб между отбойными шпурами, и расстояние ьот-вр между отбойными и врубовыми шпурами принимается равным аотб = Ьот-вр = О, 9ft; . В этом случае б у дет полностью перекрыта область между зарядами зонами разрушения 

каждым из этих зарядов. Чтобы исключить негативное взаимное влияние одновременно взрываемых удлиненных зарядов 

ПВВ на процесс разрушения ими породы инициирование отбойных зарядов должно быть осуществлено группами. Инициирование первой группы зарядов ПВВ должно быть осуществлено при t,., > 70 мс после инициирования врубовых зарядов. Каждая последующая соседняя группа отбойных зарядов 

5 

инициируется с замедлением по сравнению с предыдущей не 

менее чем на 1 О м 
с для исключения наложения сейсмических 

волн формирующихся при взрыве каждой группы отбойных 

зарядов. В каждой rруппс заряды ПВВ инициируются через 

один, так что расстояние между одновременно инициируемыми зарядами будет равно a,v = 1,8 ~ и взаимное наложение по
лей в этом случае происходить не будет. 

1.3. Оконтуривающие заряды ПВВ 

Эти заряды должны располагаться на расстоянии Ь = ~ от 

отбойных. Расстояние акт между оконтуривающими зарядами 

должно быть равно О, 7 + 0,8 ~ . Инициирование зарядов в каждой rруппе должно быть строго одновременным (с разбросом менее 't2 ). 

Предлагаемые параметры БВР, обеспечивают эффективное дробление горных пород взрывом зарядов ПВВ. при минимальном расходе последнего. 

2. СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА 
ФОРМИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН 

ПРИ ВЗРЫВНОЙ ПРОХОДКЕ ПОДЗЕМНЫХ 

ВЫРАБОТОК И ОЦЕНКИ СНИЖЕНИЯ 

АМПЛИТУДЫ ЭТИХ ВОЛН 

С УДАЛЕНИЕМ ОТ ОЧАГ 
А ВЗРЫВА 

Основными, определяющими упругими волнами, формирующихся в обделке тоннелей метрополитенов при воздействии на нее взрывных сейсмических волн, являются волны сдвига, распространяющиеся по чугунной части обделки. 

В излагаемом ниже анализе результатов регистрации сейсмограмм будут использованы ряд соотношений, установленных ранее [3, 4], для скорости смещения частиц в сейсмических волнах, распространяющихся в массиве горных пород 

при взрывах в них зарядов ПВВ и для сопоставления этих волн 

с аналогами при гипотетических взрывах, соответствующих 

6 

эквивалентных зарядов I1ВВ. При этом, скорость смещения 

частиц грунта V0 
в начальный момент формирования сейсми
ческой волны при гипотетическом взрыве эквивалентного со
средоточенного заряда рассчитывалась по формулам: 
1. Радиус полости а0 этого заряда равен 

(1) 

где д- плотность заряжания шпуров, д =1000 кг/м
3
; М, •• 
масса эквивалентного заряда равная массе группы одновременно 

взорванных зарядов ПВВ, кг. 
2. Давление Р0 в зарядной полости эквивалентного заряда рассчитывалось по формуле 

(2) 

где <;. -коэффициент имеющий значения- 0,5 + 0,55, и принятый в расчетах равным 0,5; Q -теплота взрыва, для аммонита 

бЖВ равная 4330 кДж/кг; у показатель полиrропы, равный 3,0. 

Для принятой плотности заряжания шпуров аммонитом 6 

ЖВ, давление ПД в полости эквивалентного сосредоточенного 

заряда в момент его взрыва, принято равным Р0 = 4,33·109 Па. 

3. Скорость V0 частиц породы на поверхности зарядной полости эквивалентного заряда в начальный момент времени равна 

(3) 

где Znp =рпр С
1
; Zпд =д W- акустическая жесткость породы и 

ПД; С
1 - скорость распрос1ранения продольных волн в породе, 

равная 4,4·103 

м/с; РпР- плотность породы (известняк средней 

прочности) РпР =2,4·1 03 кг/м

3
; 
4. Скорость W распрос1ранения ударных волн по ПД в зарядной полости рассчитывалась по соотношен100 

7 

W=yD/(y+l), м/с; 

где D -скорость детонации ВВ, равная D = 4,2 км/с; 

так что W =3,15·103 
м/с/ 

(4) 

5. Максимальная скорость частиц nороды во взрывной сейсмической волне равна 

Р, 
а 
V =k 
0 
~см/с 

р 
2 
' 
Znp +Znд r 
(5) 

где r- расстояние от рассматриваемой точки nороды до эпицентра гиnотетического взрыва эквивалентного заряда, м. 

Дпя nроверки достоверности nредлагаемой модели, оnисываемой соотношениями (l) + (5) nроцессы формирования и заrухания в массиве горных nород взрывных сейсмических волн, были nроведены 19.06.2002 и 20.06.2002 rг. оnытно-nромышленные 

взрывы в условиях Московского Мечюnолитена. Взрывная nроходка осуществлялась в строящемся тоннеле rшт на участке от 

ст. м. «Киевском» до ст. м. «Парк Победы)) и расположенного на 

расстоянии 4,5 м от действующего тоннеля ПТОПС. На бетонной 

nлатформе последнего надежно регистриравались сейсмоrраммы 

упругих волн, формирующихся в обделке ПТОПС, в результате 

воздействия на нее взрывных сейсмических волн, генерированных в породе при взрывной nроходке rшт. 

Учитывая, приведеиные выше соотношения и анализ регистрации уnругих волн в nлатформе ПТОПС значения коэффициента k2 
для этих волн оnределялись по результатам опыт
ных данных по формуле 

k _ VP., r(Zпp + Zпд) 
2' 

ао Ро 

(б) 

Данные расшифровки сейсмоrрамм и результаты расчетов 

коэффициента k2 nредставлены в таблицах 1 и 2. 

Анализ оnытных данных, приведеиных в этих таблицах, 

показал, что в рассматриваемых опытах имеют место различ
8 

ные процессы формирования и распространения взрывных 

сейсмических волн от ППТ в сторону ПТОПС: 

1. Взрывные сейсмические волны не встречают преград 

(зон дробления пород взрывом) на своем пути в сторону ПТОПС. 

И в этом случае рассчитанные значения среднеr·о радиуса (см. 

столбец 2 в табл. l и 2) соответствуют действительной длине 

пути этих волн к обделке ПТОПС. 

2. Взрывы зарядов ПВВ в некоторых ступенях замедлений 

происходят после образования между ними и rпопс зон разрушения, дробления пород (экранирующих зон). Поэтому распространение соответствующих взрывных сейсмических волн 

в сторону ПТОПС происходит не по прямой линии от этих зарядов к последнему (смотри значения r, столбец 2 в табл. 1 и 
2), а по линии огибающей указанные зоны дробления породы, 

и имеют гораздо большую длину, чем r. Поэтому, имеет место заметное уменьшение амплитуды этих волн по сравнению 

с рассчитанной в предположении, что эти волны двигались бы 

по прямой линии от зарядов к ПТОПС. 

3. Кроме того, могут иметь место наложение в противофазе сейсмических волн взрываемых в одной группе. И в этом 

случае амплитуды сейсмических волн будут существенно 

меньше, чем они были бы, если бы не было этого наложения. 

Поэтому на рис. l опытные значения коэффициента k2 , представленные в столбце 11 табл. 1, и соответствующие взрывам 
19.06.2002 комплектов зарядов аммонита б ЖВ, в отдельных 

ступенях замедления, были обозначены следующими символами: ~ при прямом проходе взрывных сейсмических волн к 

ПТОПС и •- если в действительности амплитуда, указанных 

сейсмических волн, будет меньше расчетной, по указанным 

выше обстоятельствам экранирования сейсмических волн 

зоной дробления пород или их наложением в противофазе. 

Аналогичные оценки, анализ и построения были выrюлнены и для значений коэффициента k 2 , рассчитанных по сейс
ограммам упругих во.1н в платформе ПТОПС при взрыве 
20.06.2002 г. комплектов зарядов аммонита б ЖВ. Эти результаты представлены на рис. 1 и в таблице 2. 

9 

...... 
о 

Результаты измерений н обработки экспериментальных данных при опытно-промышленном 

взрыве зарядов ПВВ 19.06.2002 г. 

N~ 
r, м 
Номер заряда 
У 
словОбщая 
ао 
Cкopocrn 
Комnонеtпы скоCкopocrn, 

rpynные 
масса 
nолу•1енросrей части 
nолучен
ы 
обознач 
зарядов, 
ные тt:Dплатформы 
ные в зкс
ения 
К/" 
рсmNески, 
пернменrе 

V м/с 
Vp:~o loJмtc 

Vy 
v, 
v. 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
1 
7,2 
1 
(7,Sм), 2(7,Sм), 3(6,9м), 4(6,9м) 
п 
1,6 
0,0726 
3,182 
0,33 
0,5 
0,72 
9,366 

2 
7,6 7(8,1 м), 8(7,4м) 
~ 
0,8 
0,0576 
2,393 
0,24 0,5 
0,25 
6,083 

7,6 5(7 ,2м), 6(7 ,7м) 
~ 
0,6 
0,0523 
2,174 
0,22 O,SS 0,12 
6,044 

3 
6,75 
9(6,Sм), 10(6,4м), 11(6,4м) 
о 
1,1 
0,0640 
2,996 
0,28 0,76 0,20 
8,342 

6,75 
12(7,1м) 
• 
0,3 
0,0415 
1,943 
0,27 0,28 0,08 
3,971 

4 
8,45 1 5(9,0м), 16(8,9м) 
[J 
0,6 
0,0523 
1,955 
0,2 
0,4 0,23 
5,029 

8,45 
13(7,6м), 14(8,1 м) 
~ 
0,1! 
0,0576 
2,152 
0,2 
0,4 0,40 
6,000 

5 
7,6 
17(8,6м), 18(8,0м), 19(7,3м~ Щ:б,Sм) 
~l 
1.2 
0,0659 
2,739 
0,34 O,SS 0,50 
8,174 

6 
5,7 
21(5,9м), 22(5,6м), 23(5,6м) 
о 
1,1 
0,0640 
3,441! 
O,SS 
0,7 
0,25 
9,246 

7 
6,5 
24(6,0м), 25(6,4м), 26(6,9м) 
о 
0,9 
0,0599 
2,910 
0,5 
0,55 0,25 
7,842 

8 
8,5 
27(7,5м), 28(1!,1 м), 29(8,Sм) 
• 
0,9 
0,0599 
2,225 
0,2 
0,1 
0,27 
3,505 

1!,5 
30(8,9м) 
• 
0,3 
0,0415 
1,543 
0,14 0,11 0,10 
2,042 

9 
9,8 
31(9,8м), 32(9,7м), 33(9,Sм) 
• 
0,9 
0,0599 
1,930 
0,15 0,24 0,23 
3,647 

10 
8,6 34(9, 1 м), 35(8,6м), 36(8,0м) 
• 
0,6 
0,0523 
1,921 
о~ J,27 0.20 
0,004 

Таблица 1 

k2·10J 
tкн.ц, 
r/1 

м 
с 

12 
13 
14 
2,942 
о 
4,00 

2,542 
35 
12,67 

2,779 
56 
12,67 

2,784 
60 
5,63 

2,043 
71 
22,50 

2,571 
117 14,08 

2,787 135 14,08 

2,983 154 
6,33 

2,606 179 
4,75 

2,694 228 
5,42 

1,575 250 
7,08 

1,323 277 28,33 

1,889 329 
8,17 

2,035 420 
7,17