АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЕЛИЧИНУ СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Аннотация

Актуальность. Проблемы безопасности сейсмического воздействия взрывов на различных горнодобывающих предприятиях возникают, когда в относительной бли- зости от карьера располагаются различные здания и объекты гражданского назначе- ния. Изменения горно-геологических условий и расширение фронта горных работ обуславливают актуальность задач как по управлению сейсмическим действием взрывов, так и по выполнению корректного прогноза амплитуды сейсмических ко- лебаний. Обзор проблемы. Общепринятыми нормативными критериями сейсмической опасности взрывов являются величины сейсмически безопасного расстояния и пре- дельно допустимой скорости колебания грунта в основании охраняемых зданий и сооружений. Способ расчета сейсмически безопасных расстояний регламентирован последней редакции «ФНП в области промышленной безопасности "Правила безо- пасности при взрывных работах"» [9] и базируется на формальном выборе инте- гральных коэффициентов. Опыт натурных измерений на различных горнодобываю- щих объектах показал, что данный способ пригоден лишь для первичной грубой оценки. Полученные на основании натурных измерений безопасные расстояния мо- гут значительно (иногда в разы) отличаться от величин, рассчитанных по норматив- ным требованиям [4]. Таким образом, единственным надежным способом оценки сейсмического воз- действия является проведение прямых натурных инструментальных измерений. Ре- зультаты таких измерений позволяют получить зависимость амплитуды сейсмических колебаний от расстояния и далее выполнять прогноз сейсмического эффекта. Точность прогноза при этом будет зависеть от степени влияния многообразия влияющих на сей- смический эффект факторов. И хотя основные факторы, влияющие на интенсивность сейсмического эффекта, выделены и частично раскрыты многочисленными исследователями в этой области [2,6,7], представляет интерес проанализировать влияния отдельных факторов на мате- риалах выполненных научно-исследовательских работ по данной тематике на различ- ных горнодобывающих объектах. Такая обобщающая работа будет полезна для реше- ния задач по управлению сейсмическим действием взрыва, а также для выполнения корректного прогноза амплитуды колебаний. Цель работы заключается в анализе геологических и горнотехнических факторов, влияющие на сейсмический эффект и особенности его распространения по исследуе- мой территории. Задачи работы состоят в анализе доступной литературы и в обобще- нии результатов работ по изучению сейсмического воздействия взрывов, выполненных коллективом лаборатории ПТС. Обобщение накопленных данных позволил выделить и выполнить анализ влияния следующих факторов: - расстояние от источника до точки измерения; - максимальный заряд, приходящийся на одну ступень замедления; - затухание сейсмических волн на пути их распространения от места взрыва к ох- раняемому объекту; 184 ----------------------- Page 185----------------------- - условия и способы взрывания (тип ВВ, форма заряда, качество забойки, кор- ректность работы системы инициирования, интервал замедления, количество ступеней замедления, нагрузка на заряд и др.); - латеральная изменчивость грунтовых условий на охраняемой территории; - направление инициирования зарядов взрываемого блока; - геология участка места взрыва; - рельеф местности. Основными факторами, определяющими интенсивность сейсмического воз- действия взрывных работ, являются расстояние от источника до точки измерения и максимальный заряд, приходящийся на одну ступень замедления. Эти факторы учтены при расчете сейсмически безопасного расстояния согласно [9]. Получен- ные на основании инструментальных измерений данные о амплитуде сейсмических колебаний на разных расстояниях позволяют получить зависимости, характери- зующие убывание амплитуды сейсмической волны с расстоянием от источника, следующего вида: V=aRпр-b, (1) где V - скорость смещения грунта; RПР - приведенное расстояние, которое можно рас- сматривать через суммарную QΣ либо максимальную Qmax массу заряда и количество ступеней замедления N в соответствие с формулами R (Q ) = R·N 1/4·Q -1/3, (2) ПР Σ Σ R (Q ) = R·Q -1/3 . (3) ПР max max Как показал опыт натурных измерений на большом количестве объектов (10 горнодобывающих предприятий), для каждого объекта необходимо анали- зировать RПР как от суммарной, так и от максимальной массы на ступень замед- ления для выбора наиболее корректной зависимости (1). Коэффициент a - эм- пирический коэффициент, описывающий интегральное влияние грунтов и усло- вий взрывания и обычно его называют коэффициентом пропорциональности (или коэффициентом сейсмичности). Коэффициент b описывает скорость убы- вания амплитуды с расстоянием, то есть отвечает за факторзатухания сейсмиче- ских волн на пути их распространения от места взрыва к охраняемому объек- ту. Определение сейсмически безопасных расстояний по [9], предполагает про- хождение сейсмических волн от места взрыва до защищаемого сооружения по сравнительно однородному и не нарушенному массиву горных пород. Однако каждый конкретный массив горных пород имеет своё напряженно- деформированное состояние, имеет границы раздела, разбит нарушениями раз- личного масштаба, направления и заполнения полостей. В подобной ситуации сейсмические волны при распространении могут образовывать довольно слож- ную интерференционную картину, что приводит к значительным колебаниям их амплитуды с расстоянием. Несмотря на это, до сих пор в некоторых работах [1,8] используются фиксированные значения того или иного коэффициента. Ре- зультаты инструментальных наблюдений выявили не только важность точного определения коэффициентов и b, но и сложный характер пространственной ва- риации закона затухания сейсмических волн. Влияние группы факторов, объединяющей геологию участка места взрыва, а также условия и способы взрывания, можно описать следующим образом. Эффектив- ность взрыва на дробление напрямую зависит от соответствия параметров БВР геоло- 185 ----------------------- Page 186----------------------- гическим и горнотехническим задачам. Поэтому, чем больше энергии использовано в зоне дробления, тем меньше уровень сейсмического воздействия. Степень трещинова- тости, обводненности, физико-механические свойства взрываемого массива (плотность, твердость и др.) также находят отражение в степени влияния на сейсмический эффект. Анализируя данную группу факторов, отметим, что возможности управления сейсми- ческим эффектом существенно ограничены горнотехническими и экономическими по- казателями взрыва. С другой стороны, такие ключевые параметры короткозамедленного взры- вания как интервал замедления и количество ступеней замедления определяют усиление/ослабление сейсмических колебаний, обусловленные синфазным на- ложением волн от отдельных взрывов. Характер влияния этих факторов опреде- ляется частотным составом колебаний, а также особенностями резонансных (спектральных) характеристик грунтов на исследуемом участке. Допустимость использования этих факторов для задачи управления сейсмическим эффектом зависит от корректности работы системы инициирования (СИ). Анализ мно- жества сейсмических записей взрывов выявил отклонения фактических времен инициирования от паспортных (проектных) для таких современных СИ как ИС- КРА, Коршун и ЭДИЛИН. Неравномерное распределение уровня сейсмического воздействия на ис- следуемой территории может быть обусловлено рельефом местности. Наличие относительно сложных инженерно-геологических условий, характеризующихся большим разнообразием мезоформ, в определённой мере оказывает влияние не только на амплитуду, но и на спектральный состав приходящих сейсмических волн. Это может приводить к сложному и не прогнозируемому перераспределе- нию частот сейсмических колебаний. Опыт измерения сейсмического эффекта на разных горнодобывающих предприятиях показывает, что нередки случаи, ко- гда на одних и тех же удалениях от взрыва отмечается различное отношение амплитуд объемных и поверхностных волн [5]. В этом случае представляется целесообразным анализировать сейсмическое воздействие для разных типов волн по отдельности. Разная интенсивность сейсмического воздействия от взрывов на разных грунтах объясняется различием их физических свойств, несмотря на то, что со- гласно классификации ФНП грунты могут быть отнесены к одной категории. Уси- ление амплитуды колебаний в среде обратно пропорциональна ее сейсмической жесткости, которая является произведением скорости поперечной волны в грунте на плотность грунта. Вместе с этим изменение интенсивности сейсмических коле- баний на земной поверхности зависит от глубины залегания грунтовых вод и мощ- ности водонасыщенной толщи. Изменение интенсивности сейсмического воздей- ствия за счет грунтовых условий также связано с эффектами резонансов, которые могут спровоцировать значительное усиление сейсмического эффекта. Опыт изме- рений сейсмического эффекта БВР на различных горнодобывающих объектах по- казал [3], что использование спектральных характеристик грунтов вместо инте- гральных коэффициентов позволяет более детально подходить к изучению распре- деления уровня сейсмического воздействия по изучаемой территории для решения задачи корректного прогноза. Выводы При оценке сейсмического воздействия взрывов на основании инструмен- тальных измерений необходимо учитывать возможное влияние многообразия пе- 186 ----------------------- Page 187----------------------- речисленных факторов. Выделение и анализ факторов, оказывающих наибольшее влияние на сейсмический эффект на конкретном объекте, дает возможность управ- лять сейсмическим действием взрыва и улучшить точность прогноза амплитуды сейсмических колебаний. При этом, без существенной потери эффективности дробле- ния управление сейсмическим действием взрыва возможно за счет: - изменения массы заряда; - регулирования интервалов замедления; - изменения количества ступеней замедления; - обеспечения корректности работы СИ. Выполнение корректного прогноза амплитуды сейсмической волны невозможно без учета влияния следующих факторов: - скорость затухания сейсмических волн на пути их распространения от места взрыва к охраняемому объекту; - латеральная изменчивость грунтовых условий на охраняемой территории.