Влияние взрывных работ на газопровод высокого давления, расположенный в границах горного отвода
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
50 "Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal". No. 3. 2020 ISSN 0536-1028
УДК 622.235.535.2:621.643.02 DOI: 10.21440/0536-1028-2020-3-50-60
Влияние взрывных работ на газопровод высокого давления,
расположенный в границах горного отвода
Кутуев В. А.1*, Жариков С. Н.1
1 Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия
*e-mail: slavik1988@mail.ru
Реферат
Введение. В статье представлены результаты исследования допустимой динамической
нагрузки на площадку прокладки газопровода высокого давления II категории, размещенного в
границах горного отвода, в связи с производством взрывных работ на карьере ОАО
«Сухоложскцемент».
Цель работы. Работа направлена на повышение уровня безопасной эксплуатации газопровода и
установление ограничений по сейсмическому воздействию горных (взрывных) работ в
направлении места прокладки газопровода.
Методология. Применена методика ИГД УрО РАН для определения допустимых расстояний от
технологического взрыва в карьере до охраняемого объекта (газопровода) в зависимости
от массы взрывчатого вещества (ВВ) в ступени замедления, коэффициента грунтовых условий и
допустимой скорости сейсмических колебаний.
Результаты. Установлено, что с учетом глубины взрыва в карьере и соответствующих
геологических условий, путем изменения массы в ступени замедления можно полностью
исключить негативное влияние взрыва на площадку укладки газопровода. Предложена расчетная
схема для определения безопасных расстояний до газопровода высокого давления в зависимости
от угла борта и глубины проведения взрывных работ в карьере.
Выводы. Выполнен динамический расчетный анализ силового воздействия взрывных работ на
грунты и газопровод высокого давления. Рекомендовано установить ограничения по массе ВВ на
уровне минимальных опасных значений, а для предстоящих взрывов проектировать схему
инициирования зарядов с массой ВВ в ступени замедления менее одной тонны.
Ключевые слова: сейсмическое действие взрыва; сейсмоустойчивость; взрывные работы;
разрушение горных пород; физико-механические свойства горных пород; газопровод высокого
давления; безопасные расстояния.
Введение. Проблематика исследования заключается в том, что газопровод вы-
сокого давления II категории (от 0,3 до 0,6 МПа) размещен вблизи горного отвода
ОАО «Сухоложскцемент». Требуется обеспечить сейсмическую безопасность
эксплуатации газопровода и определить допустимые расстояния производства
взрывных и горных работ в целом, а также допустимую сейсмоустойчивость пло-
щадки размещения.
В рамках исследования необходимо было решить две поставленные задачи:
– определить допустимые скорости сейсмических колебаний и перемещений
грунта в зоне прокладки газопровода высокого давления II категории диаметром
225 мм, при которых сохраняется безопасная эксплуатация;
– определить безопасное расстояние (зону, величину откоса) от газопровода,
на котором запрещена сейсмическая активность выше 6 и 7 баллов ввиду геоло-
гических особенностей.
В административном отношении трасса газопровода проходит от южной гра-
ницы г. Сухой Лог, вдоль автомобильной дороги Сухой Лог–Камышлов,
до пос. Курьи.ISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 3, 2020 51 В геоморфологическом отношении газопровод находится на слегка увалистой платообразной равнине восточного склона Среднего Урала в 0,5–3,6 км от р. Пышмы. Склоны долины реки осложнены эрозионно-карстовыми логами. Естественный рельеф трассы относительно ровный с уклоном к северо-востоку в сторону р. Пышмы. Абсолютные отметки поверхности изменяются в пределах 145–166 м. Перепад существующих высотных отметок земли на данном участке составляет 21 м. Участок трубопровода расположен в зоне развития каменноугольных извест- няков мелкозернистых, массивных, серых, буро-серых, редко темных брекчие- видных известняков. По данным бурения и анализа результатов лабораторных проб в геолого-лито- логическом разрезе площадки проектируемого строительства выделено пять ин- женерно-геологических элементов (ИГЭ). Далее приводится описание разреза по выделенным ИГЭ (сверху–вниз): ИГЭ–1. Насыпной грунт (tQ) представлен щебнем отсыпки автодорог, суглин- ком и супесью со щебнем с примесью строительного мусора и почвенно-расти- тельного грунта. Мощность насыпного грунта по скважинам составляет 1,0–1,5 м. Использовать в основании фундаментов сооружений не рекомендуется. ИГЭ–2. Суглинок делювиальный твердый (dQ) – коричневого, темно-коричне- вого цвета, с редкой галькой кварца, местами с белыми карбонатными стяжения- ми. Вскрытая мощность слоя 1,4–4,8 м. По степени морозоопасности делювиальные грунты оцениваются как слабо- пучинистые. Тип грунтовых условий по просадочности – I. ИГЭ–3. Супесь аллювиальная твердая (аQ) – ярко-охристого цвета, песчани- стая, с гравием кварца до 23,0 %, местами гравелистая. Вскрытая мощность слоя 0,3–2,3 м. По степени морозоопасности аллювиальные грунты оцениваются как практически непучинистые. По предварительной оценке, грунты слоя просадоч- ные. Тип грунтовых условий по просадочности – I. По предварительной оценке, супесь аллювиальная относится к ненабухающим грунтам. ИГЭ–4. Cуглинок континентальный твердый (К2cm) – серого, коричнево-се- рого, желто-серого цвета, с желтыми пятнами, легкий и тяжелый, пылеватый, преимущественно твердый, в единичных случаях полутвердый. Местами с ржа- выми охристыми пятнами и редким щебнем. Мощность слоя 0,5–5,5 м. По степе- ни морозоопасности делювиальные грунты оцениваются как слабопучинистые. По предварительной оценке, грунты слоя непросадочные, ненабухающие. ИГЭ–5. Скальный грунт прочный (Рz) – известняк серого, буро-серого цвета, мелкозернистый, массивный, местами брекчиевидный, сильнотрещиноватый, очень плотный. Хорошо вскипает от действия HCl. По трещинам налет гидроо- кислов железа, с участками ожелезнения по массе, местами с многочисленными разноориентированными тонкими (0,5–0,7 мм) прожилками кальцита. Керн в виде крупного щебня, обуренных фрагментов и столбиков до 10 см. Выход керна 40–60 %. Город Сухой Лог и прилегающие территории относятся к району с сейсмической интенсивностью 6 баллов по шкале MSК-64. Грунты относятся к I и II категориям по сейсмическим свойствам. Методика исследований скорости сейсмических колебаний. Динамика воз- действия от взрывных работ проявляется в сейсмических колебаниях грунта. До- пустимое сейсмическое воздействие при массовых взрывах определяется в двух направлениях. Во-первых, воздействие сейсмических колебаний от взрывных работ не должно привести к потере устойчивости массива в границах площадки объекта. Во-вторых, колебания грунта под сооружением (газопроводом высокого
52 "Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal". No. 3. 2020 ISSN 0536-1028
давления) не должны привести к его разрушению. Для выполнения комплекса
расчета сейсмоустойчивости грунтов на площадках объектов и определения до-
пустимых значений скорости колебаний для газопровода высокого давления в
границах горного отвода карьера ОАО «Сухоложкцемент», использованы разра-
ботки ИГД УрО РАН (Методика измерений скорости сейсмических колебаний и
давления на фронте ударной воздушной волны с использованием цифрового сейс-
морегистратора Minimate Plus, устройства регистрации и анализа УРАН
Горно-геологическая документация (табл. 1)
Условие устойчивости выработки [σст] + [σдин] ≤ σдоп
Установление допустимой величины напряжений σдоп
Определение допустимой скорости Дополнительные исследования
устойчивости выработки
колебаний массива v Аудит процессов БВР
Уточнение исходных данных
Определение допустимой массы ВВ
v
на ступень замедления
Сопоставление расчета с
Фактическая скорость колебаний
фактическими данными замеров
больше допустимой расчетной
сейсмического эффекта взрыва
[σст] – статическое напряжение в массиве;
Фактическая скорость колебаний [σдин] – динамическое напряжение в массиве;
меньше допустимой расчетной σдоп – допустимая величина напряжений;
vvд – допустимая скорость смещения массива;
γ – плотность пород;
С – скорость звука в породе;
Q – масса ВВ на ступень замедления;
Параметры БВР удовлетворительные R – расстояние до объекта;
K – коэффициент грунтовых условий.
Рис. 1. Схема к анализу сейсмического действия взрыва
Fig. 1. Scheme to blast seismic action analysis
и автономного измерителя-регистратора АИР / ИГД УрО РАН № 88-16359-
118-01.00076-2011.
3 «Известия вузов.Екатеринбург,
Горный журнал», 2011. 15 с.; Методика обеспеченияISSN
№ 3, 2020 сейсмобе-
0536-1028
зопасной технологии ведения взрывных работ. Свердловск, ИГД МЧМ
Екатеринбург, 2011. 15 с.; Методика обеспечения сейсмобезопасной технологии СССР,
1984. 12 с.)
ведения [1, 2]. работ. Свердловск, ИГД МЧМ СССР, 1984. 12 с.) [1, 2].
взрывных
Допустимое
Допустимоезначение
значениескорости сейсмических
скорости колебаний
сейсмических находится
колебаний в соответ- в
находится
соответствии
ствии с допустимым
с допустимым динамическим
динамическим напряжением
напряжением в массиве.в Допустимая
массиве. Допустимая
величи-
величина
на напряжений
напряжений характеризует
характеризует сейсмоустойчивость
сейсмоустойчивость выработки:
выработки:
σ ст σ дин σ доп , (1) (1)
где[σ[σстст] ]––статическое
где статическоенапряжение
напряжениев вмассиве,
массиве,окружающем
окружающемвыработку,
выработку,МПа;
МПа;
[σ[σдин
дин] ] – динамическое
динамическое напряжение
напряжениев массиве
в массиве (около
(около выработки),
выработки), МПа;МПа;
σдоп –
доп – допустимая
σдопустимая величина
величина напряжений,
напряжений, МПа.МПа.
Все последующие расчеты подразумевают, что условие выражения (1)
соблюдается и исследуемый массив горных пород устойчив. В приближении за
допустимую величину напряжений σдоп можно принимать статический предел
прочности пород на растяжение в массиве σр, увеличенный на 10–30 % [1].
Следует отметить, что σ , определенный в образце, существенно отличается отсоответствии с допустимым динамическим напряжением в массиве. Допустимая
соответствии с допустимым
величина напряжений динамическим
характеризует напряжением в массиве.
сейсмоустойчивость Допустимая
выработки:
величина напряжений характеризует сейсмоустойчивость выработки:
σ стσстσдинσдин σ доп
σ доп , (1)
, (1)
ISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 3, 2020 53
где [σст] – статическое напряжение в массиве, окружающем выработку, МПа;
где [σ[σст]] –– статическое
динамическое напряжение
напряжение в массиве,
в массиве окружающем
(около выражения выработку,
выработки), МПа;
Все –последующие
] дин динамическое
[σдиндопустимая расчеты подразумевают,
напряжение в массиве что условие
(около выработки), (1)МПа;
МПа; соблю-
σ
σдоп –
доп –
дается и величина
исследуемый напряжений,
массив горных МПа. устойчив. В приближении за допу-
пород
допустимаяВсе величина напряжений,
последующие расчеты МПа.
подразумевают, что условие предел выражения (1)
стимую
Все величину
последующие напряжений
расчеты σдоп можно принимать
подразумевают, что статический
условие выражения проч-(1) за
соблюдается
ности пород на и исследуемый
растяжение вмассив массив горных пород
σр, увеличенный
массивегорных устойчив. В приближении
на 10–30приближении
% [1]. Следует
соблюдается
допустимую и исследуемый
величину напряжений пород устойчив.
σдоп можно приниматьВ статический за
предел
прочности пород на растяжение в массиве σр, увеличенный на 10–30 %в [1].
отметить,
допустимую что σ , определенный
величину
р напряжений в образце,
σ существенно отличается
доп можно принимать статический от значения
предел
прочности
массиве
Следует ввидупород на растяжение
макронарушений.
отметить, Вв массиве
что σр, определенныймассивеσврσробразце,
, увеличенный
меньше, чем на 10–30
в образце,
существенно % [1].
в 5–10
отличается и от
Следует
более раз отметить,
[1], так что
как σ р, определенный
породы, как правило, в образце,
перемешаны существенно
значения в массиве ввиду макронарушений. В массиве σр меньше, чем в образце, между отличается
собой, также от
на
значения
5–10вимассиве
эту ввеличину более ввиду
существенно
раз [1],макронарушений.
влияет
так В массиве
трещиноватость
как породы, как σр перемешаны
меньше,
и материал
правило, чем между
заполненияв образце,
пус-
собой,
втот.
5–10 и более
Определение раз [1],
прочноститак как породы,
массива на как правило,
растяжение
также на эту величину существенно влияет трещиноватость и материал перемешаны
осуществляется между
с собой,
помощью
также на эту структурного
коэффициента
заполнения величину существенно
ослабления. влияет
пустот. Определение Однако
прочности трещиноватость
данный коэффициент
массива наи материал
ввиду
растяжение
заполнения
осуществляется пустот. Определение
с впомощью прочности
коэффициента массива
структурного на растяжение
ослабления. Однако
масштабного
осуществляется эффекта
с помощью настоящее время
коэффициента можно определить
структурного только эксперимен-
ослабления. Однако
данный
тально, при коэффициент
этом на разных ввиду масштабного
участках массива эффекта
в одной в настоящее
породе он можетвремя суще-можно
данный коэффициент
определить только ввиду масштабногопри
экспериментально, эффекта
этом в настоящее
на время можно
разныхреального
участках массива в
ственно
определить отличаться. С учетом
толькоонэкспериментально, того, что способы
приотличаться.определения
этом на разных участках состоя-
массива в
нияодной
одной массива породе
породе покаон
можетвсущественно
находятся
может развитии иотличаться.
существенно требуют дополнительных
С
С учетом
учетом того,
того, что способы
исследований,
что способы
дляопределения
приближенных
определения
реального
реального расчетов состояния
прочность
состояния
массива
массива
пока скальных
в массиве находятсяпород в развитии
можно и требуют
при-
дополнительных исследований, для пока находятся в расчетов
приближенных развитии ипрочность
требуют в
нять 0,1σ
дополнительных
массиве от значения
р скальных в образце.
исследований,
пород можнодля приближенных
принять 0,1σр от значения расчетов прочность в
в образце.
массиве
В [1] скальных
В приведена
[1] приведена пород
формула можно принять
для расчета
формула 0,1σ р от значения
для допустимой
расчета скорости
допустимой в образце.
смещения
скоростимассивасмещения
В
(м/с). [1]
Анализ приведена
формулы, формула
ее для
преобразование расчетаи допустимой
сравнение
массива (м/с). Анализ формулы, ее преобразование и сравнение с фактическими с скорости
фактическими смещения
данными
массива
измерений
данными (м/с). Анализчто
показали,
измерений формулы,
значения
показали, еечто
преобразование
получаются
значениянемного и сравнение
получаются заниженнымис фактическими
немного и состав-
заниженными
данными
ляют измерений
среднем до 79показали,
% от что значения
измеренных получаются
и составляют в среднем до 79 % от измеренных величин. При переводе ввиду
в величин. При немного
переводе заниженными
значений значений
иокруглений
составляют
ввиду округлений в среднем
также до 79образуется
образуется
также % от измеренных
погрешность, величин.
уменьшающая
погрешность, При переводе
значение
уменьшающая значений
на 4значение
%. В це-на 4
ввиду округлений также образуется около погрешность, уменьшающая значение на 4
лом%. В целомоколо
получается получается
75 % от средней 75 % от средней
фактической величины.фактической величины.
Соответственно,
%. Соответственно,
В целом получается выражение около 75 %
используется от средней фактической
в следующем виде: величины.
выражение используется
Соответственно, выражение в следующем
используется виде:в следующем виде:
σ
σ доп 2604,1,
д доп (2) (2)
д γ2604,1,
C (2)
γC
3
где где
где σдопσ–доп – допустимая
–допустимая
σскорость допустимая величинанапряжений,
величина
величина
напряжений,МПа;
напряжений, МПа;
МПа;γ γ––плотность
плотность пород,
пород, 3т/м3; С –
γ – плотность пород, т/м ; С –
доп
– скорость
Сскорость звука
звука в породе,
в породе, м/с.
м/с.
звука
Скорость в породе, м/с.
сейсмических колебаний (см/с) в зависимости отВВмассы ВВ в
Скорость
Скорость сейсмических
сейсмических колебаний
колебаний (см/с) в зависимости
(см/с) от массы
в зависимости от быть
массы в ступе-
ВВ в
ступени
ни и расстояния и расстояния от
от взрыва взрыва до охраняемого
до охраняемого объекта объекта
может может
бытьбыть определена
определена со-
ступени
согласнои расстояния
[1] от взрыва
по следующему до охраняемого
выражению (приобъекта может
расстоянии менее определена
1500 м):
гласно
согласно [1][1]
попоследующему
следующему выражению
выражению (при расстоянии
(при расстояниименее 1500
менее м):
1500 м):
Q
KQ 3 , (3)
K , R (3) (3)
R3
где Q – масса одновременно взрываемых зарядов (масса ВВ в ступени
где замедления),
Q – масса одновременно взрываемых
кг; R – расстояние до объекта, зарядов
м;(масса (масса ВВ взависящий
K – коэффициент, ступени от
где Q – массакг;
замедления), одновременно
– взрываемых
расстояние до зарядов
объекта, м; – ВВ в ступени
коэффициент, замедле-
зависящий
грунтовых
ния),
R
условий:додля
кг; R – условий:
расстояние скальных,
объекта, м; K
K
– полускальных
коэффициент, 200–300;отдля
грунтов Kот=грунтовых
зависящий
грунтовых
песчаноглинистых для скальных, полускальных
= 300–450; длягрунтов
рыхлых, грунтов K = 200–300; для
условий: для скальных,
песчаноглинистых K =
Kполускальных
300–450; для рыхлых, K обводненных
= 200–300;идля
обводненных
и песчано-глини-
насыпных грунтов
насыпных грунтов
стыхKK= 450–600.
= 300–450; для рыхлых, обводненных и насыпных грунтов K = 450–600.
K = 450–600.
Таким образом, определив допустимую скорость колебаний участка борта (2)
Таким образом, определив допустимую скорость колебаний
колебаний участка борта
борта (2)
участкаопределить
(2) в
и подставив полученное значение в выражение (3), можно
и подставив
подставив полученное
полученное значение в
значение выражение
в выражение(3), можно
(3), определить
можно
зависимости от расстояния допустимую массу ВВ на ступень замедления. в зависи-
определить в В
зависимости от расстояния
мости от расстояния допустимуюмассу
допустимую массу ВВВВ на ступень
ступеньзамедления.
замедления.В
В настоящее время средства взрывания могут обеспечить независимую работу
каждого заряда ВВ в скважине, поэтому с применением таких расчетов можно
оптимизировать параметры буровзрывных работ и добиться значительного
снижения эффекта сейсмического воздействия взрыва на охраняемый массив и
объект.
Представленный способ решения задачи позволяет произвести предваритель-
ные расчеты, оценить возможное воздействие взрывных работ на охраняемый54
Таблица 1. Исходные данные и расчетные значения сейсмоустойчивости грунтов
Table 1. Input data and rated values of soil seismic resistance
Прочность Прочность Принятая Допустимая
Прочность Скорость Скорость Принятый Прочность
на растя- Коэффи- Модуль на растя- допустимая скорость
Плотность, на сжатие в продольных поперечных коэффициент на сжатие в
Порода 3 жение в циент упругости, жение в величина сейсмических
т/м образце, волн в грун- волн в грун- структурного массиве,
образце, Пуассона ГПа массиве, напряже- колебаний
МПа те, м/с те, м/с ослабления МПа
МПа МПа ний, МПа грунта, м/с
Насыпной грунт 1,72 0,18 0,02 0,25 0,001 1300 751 1,00 0,18 0,02 0,03 0,03
(щебень с примесями)
1,86 0,22 0,03 0,25 0,001 1350 779 1,00 0,22 0,03 0,03 0,04
2,00 0,25 0,03 0,25 0,001 1400 808 1,00 0,25 0,03 0,04 0,04
Суглинок континен- 1,82 1,50 0,15 0,35 0,025 1700 817 0,80 1,20 0,12 0,16 0,13
тальный твердый
(сильнопучинистый) 1,89 2,00 0,20 0,35 0,025 1930 927 0,80 1,60 0,16 0,21 0,15
1,96 2,50 0,25 0,35 0,025 2160 1038 0,80 2,00 0,20 0,26 0,16
Суглинок делювиаль- 1,72 1,00 0,10 0,33 0,017 1500 756 0,70 0,70 0,07 0,09 0,09
ный твердый
1,81 1,50 0,15 0,33 0,017 1700 856 0,70 1,05 0,11 0,14 0,12
1,89 2,00 0,20 0,33 0,017 1900 957 0,70 1,40 0,14 0,18 0,13
Супесь аллювиальная 1,84 2,50 0,31 0,29 0,028 1450 789 0,50 1,25 0,16 0,20 0,20
твердая (ненабухаю-
щий грунт) 1,92 2,65 0,33 0,29 0,028 1575 857 0,50 1,33 0,17 0,22 0,19
"Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal". No. 3. 2020
2,00 2,80 0,35 0,29 0,028 1700 925 0,50 1,40 0,18 0,23 0,17
Скальный грунт 2,42 64,30 6,43 0,26 34,00 3430 1953 0,10 6,43 0,64 0,84 0,26
прочный (известняк)
2,56 79,95 8,00 0,26 38,00 4590 2614 0,10 8,00 0,80 1,04 0,23
2,70 95,60 9,56 0,26 42,00 5750 3275 0,10 9,56 0,96 1,24 0,21
ISSN 0536-1028ISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 3, 2020 55
объект (газопровод высокого давления) и принять соответствующие технические
решения по ведению горных работ.
На практике [3] методика исследований включает натурные измерения вели-
чин сейсмических волн при проведении взрывных работ на карьерах и рудниках,
статистическую обработку экспериментальных данных, контроль влияния взрыв-
ных работ на охраняемые объекты и расчеты допустимых величин зарядов ВВ в
различных условиях.
1-Г
2-Г
1-К
2-К
Рис. 2. Точки 1-К и 2-К на границе карьера ОАО «Сухоложскцемент», а также
1-Г и 2-Г на охраняемом объекте
Fig. 2. Points 1-К and 2-К at the border of SLK Cement open pit and 1-G и 2-G at
the secure facility
После замеров полученные величины (векторное значение максимальной ре-
зультирующей скорости колебаний грунта) сравнивают с расчетными допусти-
мыми значениями скорости сейсмических колебаний. В целом, такой подход мо-
жет быть осуществлен согласно схеме рис. 1.
Таким образом, сравнение расчетных и экспериментальных данных позволяет
вести наблюдения за сейсмоустойчивостью горного массива при ведении взрыв-
ных работ вблизи охраняемого комплекса. В данной работе специальные экспе-
риментальные исследования не были предусмотрены. Применена лишь расчет-
ная часть схемы исследований.
Расчет сейсмоустойчивости грунтов при технологических взрывах. Необ-
ходимые исходные данные для расчета сейсмоустойчивости в имеющихся гео-
логических материалах представлены не в полном объеме. Поэтому часть данных
для расчета принята из справочной литературы [4–10].
Исходные данные и расчетные значения сейсмоустойчивости грунтов пред-
ставлены в табл. 1.
На основании исходных данных выполнен расчет и произведено сравнение
допустимой скорости колебаний, которая для сейсмической активностиобъект.
Представленный способ решения задачи позволяет произвести
предварительные расчеты, оценить возможное воздействие взрывных работ на
охраняемый объект (газопровод высокого давления) и принять соответствующие
технические решения по ведению горных работ.
56 На практике
"Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii.
[3] методика Gornyi zhurnal".
исследований натурныеISSN
No. 3. 2020
включает 0536-1028
измерения
величин сейсмических волн при проведении взрывных работ на карьерах и
6–7 балловстатистическую
рудниках, составляет vд = 0,06 м/с согласно
обработку [10], с расчетной.
экспериментальных Расчетные
данных, допу-
контроль
влияния взрывных
стимые скорости работ насейсмоустойчивости
по условию охраняемые объекты и расчеты
(отмечено в табл. 1допустимых
серым цве-
величин зарядов ВВ вочертанием
том, с полужирным различных текста)
условиях. превышают указанное значение в боль-
После случаев,
шинстве замеровчто полученные
свидетельствуетвеличины (векторноезапасе
о значительном значение максимальной
сейсмоустойчивости
результирующей скорости колебаний грунта) сравнивают с расчетными
суглинка и скального
допустимыми значениями грунта. Насыпной
скорости же грунт может
сейсмических потерятьВсейсмоустойчи-
колебаний. целом, такой
вость при
подход можетколебаниях 0,03 м/с. Ссогласно
быть осуществлен учетом схемы
схеме прокладки
рис. 1. газопровода в указан-
ных грунтах
Таким для дальнейших
образом, сравнение расчетов опаснойимассы
расчетных ВВ в ступени замедления,
экспериментальных данных
позволяет
провоцирующей вести сейсмическую
наблюдения заактивность сейсмоустойчивостью
выше 7 балловгорного массивазначе-
у газопровода, при
ведении взрывных
ние допустимой работ принято
скорости вблизи vохраняемого
= 0,06 м/с. комплекса. В данной работе
специальные экспериментальные дисследования не были предусмотрены.
Применена лишь расчетная часть схемы исследований.
Расчет сейсмоустойчивости
Таблица 2. Расчетные значениягрунтовопасной массы при ВВтехнологических
на ступень замедления взрывах.
Необходимые исходные
Table данные
2. Rated values для расчета
of hazardous mass of сейсмоустойчивости в имеющихся
explosive at the timing stage
геологических материалах представлены не в полном объеме. Поэтому часть
данных для расчета принята изКратчайшее справочнойДопустимая
расстояние
литературы Средний
скорость
[4–10]. Опасная масса ВВ
Исходные данные и расчетные
Номер точки
от границы значения
колебаний сейсмоустойчивости
коэффици- на ступеньгрунтов
замед-
Объект
представлены в табл. 1. ент грунто- ления для откос-
карьера до незастроен-
вых условий ных и грунтовых
На основании исходных данных
объекта карьера
охраняемоговыполнен расчет и произведено
ного грунта
K сравнение
сооружений Q, кг
допустимой скорости колебаний, которая для
объекта L, м д, м/с сейсмической активности 6–7
баллов
Газопроводсоставляет
1-Г д = 0,06 м/с
1-К 930 согласно [10], с 300 расчетной. 321Расчетные
742,80
допустимые
высокого скорости по условию сейсмоустойчивости 450 (отмечено в табл. 1
142 996,80
давления
серым цветом, с полужирным очертанием текста) 600 превышают 80указанное
II категории 435,70
значение
диаметромв большинстве случаев, что свидетельствует
0,06 о значительном запасе
сейсмоустойчивости 2-Г 2-К 625
суглинка и скального грунта. Насыпной же грунт 300 97 656,25
может
225 мм
потерять сейсмоустойчивость при колебаниях 0,03 м/с. С учетом402,78 450 43 схемы
прокладки газопровода в указанных грунтах для дальнейших 600 расчетов опасной
24 414,06
массы ВВ в ступени замедления, провоцирующей сейсмическую активность
выше 7 баллов у газопровода, значение допустимой скорости принято
д =Кратчайшее
0,06 м/с. расстояние от карьера до газопровода характеризуется следую-
Кратчайшее
щими точками. На расстояние от карьера
границе карьера до газопровода характеризуется
ОАО «Сухоложскцемент» выбраны точки
следующими точками. На границе карьера
1-К и 2-К, на охраняемом объекте 1-Г и 2-Г (рис. 2). ОАО «Сухоложскцемент» выбраны
точки 1-К и 2-К, на охраняемом объекте 1-Г и 2-Г
Согласно выбранным точкам и допустимой скорости колебаний грунта (рис. 2).
Согласно выбранным точкам и допустимой скорости колебаний грунта
vд==0,06
0,06м/с
м/с при
прикоэффициентах
коэффициентах грунтовых
грунтовых условий: 300 (скальные,
условий: 300 полускаль-
(скальные,
д
ные грунты); 450 (песчаноглинистые); 600 (рыхлые,
полускальные грунты); 450 (песчаноглинистые); 600 (рыхлые, обводненные обводненные и насыпные и
грунты) произведены
насыпные расчеты, представленные
грунты) произведены расчеты, представленные в табл. 2. в табл. 2.
Определение
Определение безопасныхбезопасных расстоянийрасстояний для для газопровода
газопровода высокого высокого
давле-
давления. Для определения
ния. Для определения допустимых
допустимых расстояний
расстояний до охраняемого
до охраняемого объектаобъектапутем
путем преобразования
преобразования формулы формулы (3) выразили
(3) выразили L0, м, ивыражение
L0, м, и получили получили следующего
выражение
следующего вида:
вида:
Q K2
L0 3
2
. (4) (4)
д
По полученной формуле был произведен многовариантный расчет допусти-
мых расстояний от взрыва до охраняемого объекта для пяти инженерно-геологи-
ческих элементов в зависимости от массы ВВ в ступени, коэффициента грунто-
вых условий и допустимой скорости сейсмических колебаний. С учетом глубины
взрыва в карьере и соответствующих геологических условий, путем изменения
массы в ступени замедления можно полностью исключить негативное влияние
взрыва на район укладки газопровода.По полученной формуле был произведен многовариантный расчет
допустимых расстояний от взрыва до охраняемого объекта для пяти инженерно-
геологических элементов в зависимости от массы ВВ в ступени, коэффициента
грунтовых условий и допустимой скорости сейсмических колебаний. С учетом
глубины
ISSN взрыва в карьере и соответствующих
0536-1028 геологических
«Известия вузов. Горный журнал», №условий,
3, 2020 путем
57
изменения массы в ступени замедления можно полностью исключить
негативное влияниебезопасных
Для определения взрыва на район укладки
расстояний догазопровода.
газопровода высокого давления в
Для определения безопасных расстояний до газопровода высокого давления в
зависимости
зависимостиотот углаугла
бортаборта
карьера ОАО «Сухоложскцемент»
карьера ОАО «Сухоложскцемент»и глубиныи проведе-
глубины
ния взрывныхвзрывных
проведения работ в карьере
работ впредлагается следующее
карьере предлагается выражение
следующее выражение
L0 H взр ( x ) / sin α H взр ( x ) 2 ,
2
LH ( x ) (5) (5)
где LH (x) – безопасное расстояние до охраняемого объекта при глубине Hвзр (x), м;
где (x) – безопасное
L0 –LHдопустимое расстояние
расстояние от дограницы
охраняемого карьера объекта до при глубине Hвысокого
газопровода взр (x), м;
0 – допустимое
Lдавления, м; Hвзррасстояние
(x) – глубина от проведения
границы карьера взрывныхдо газопровода
работ в карьере,высокого м; αдавле-
– угол
ния,
борта Hвзр (x) – глубина проведения взрывных работ в карьере, м; α – угол борта
м; карьера.
карьера.
В качестве примера рассмотрен вариант со следующими параметрами: масса
ВВ Q = 260 кг; допустимое расстояние L0 = 86 м (согласно выражению (4));
«Известия
5 глубина вузов. Горный
проведения журнал»,работ
взрывных № 3, 2020в карьере Hвзр (x) = 50 м; угол ISSN борта0536-1028
карьера
α По
= 40°.полученной
Подставив формуле L
исходные0 былданные произведен
в формулу многовариантный
(5), получим значение расчет
допустимых
безопасногорасстояний от взрыва до охраняемого
расстояния до объекта
охраняемого для пяти инженерно- объекта:
геологических элементов в зависимости Нвзр1
от массы ВВ в ступени, коэффициента
LH 86 условий
грунтовых 50 / sinи (40°) 50 скорости
допустимой
2 2
145, 6 м.сейсмических колебаний. С учетом
глубины взрыва в карьере и
На рис. 3 представлена схема для определениясоответствующих геологических
Нвзр2 безопасного условий,
расстояния путемдо
изменения
газопровода массы
высокого
Газопровод в давления.
ступени замедления можно полностью исключить
негативное влияние взрыва на сведениям,
район укладки Нвзр3
Согласно высокого
имеющимся
давления LН1 в газопровода.
карьере взрываются блоки по
Для определения
100 скважин. Общая безопасных
масса зарядов расстояний
в таких до газопровода
блоках высокого
может достигать давления в
Карьер 26–30 т. При
зависимости от угла борта карьера ОАО
большом количестве скважин возможно случайное совпадение одновременного
L Н2 «Сухоложскцемент» и глубины
проведения
срабатывания взрывных
разныхработ в карьере
ступеней предлагается
замедления
LН3 [11, следующее
12], что выражение
фактически может
увеличить общую массу в ступени и вызвать увеличенные колебания. Поэтому
рекомендуется для предстоящих взрывов 2проектировать схему инициирования
зарядов с массой L0 замедления
LH (вx ) ступени H взр ( x ) / sin α менее ) , При замедлении
2
H взр1( xт. (5) в каждой
скважине Рис. 3. Схема заряда
с массой для определения
Q = безопасного
260 кг при расстояния
расстоянии
взрывных работ в карьере до охраняемого объекта
от местаL проведения
более 230 м от места
взрыва до газопровода
где LH (x) – безопасное
Fig 3. Scheme for потеря
расстояние
the determinationсейсмоустойчивости
до of охраняемого объекта
secure distance from грунта маловероятна.
приsite
the blasting глубине
at the Hвзр (x),При
м;
этом следует отметить, что
open pit существенное
to the secure
L0 – допустимое расстояние от границы карьера до газопровода высокого facility количество скважин ввиду
погрешностей
давления, м; Hвзрсрабатывания средств инициирования может привести к тому, что
(x) – глубина проведения взрывных работ в карьере, м; α – угол
в ступени
борта карьера. замедления сработает больше зарядов, чем предполагается схемой
В качестве примера рассмотрен вариант со следующими параметрами: масса
инициирования.
ВВВДля
Qкачестве
= 260
решения
примера
кг; допустимое рассмотрен вариант
задачи порасстояние определению L0со следующими
= безопасных
86 м (согласно параметрами:
выражению
расстояний
масса
от (4));
места
ВВ Q
глубина =
проведения260 кг;
проведения допустимое
взрывныхвзрывных расстояние
работ в работ L =
карьерев0 докарьере86 м (согласно
газопровода выражению
= 50 м;давления
Hвзр (x)высокого (4));
угол
глубина
предложенапроведения
расчетная взрывныхсхема, работ
в основе в карьерекоторой = 50 м;выражения
Hвзр (x)лежат угол борта(4) карьера
и(5),
(5),
αборта
= 40°. карьера
позволяющиеПодставив α = исходные
определять
40°. Подставив
безопасные данные исходные
в формулу
расстояния
данные в формулу
(5), получим
до газопровода значение
в любой точке
получим
по глубинезначение
безопасного карьера.расстояниябезопасного расстояния до до охраняемого объекта:
охраняемого объекта:
Выводы. Выполнен динамический расчетный анализ силового воздействия
Lот
H 86 50
взрывных / sin (40°)
работ на грунты 50и газопровод
2 2
145, 6 м. высокого давления. Расчет выполнен
в На
На рис. 3 представлена
вариантах, представлена
рекомендуется схема
схема дляопределения
установить
для определения
ограничения безопасного
по массе
безопасного расстояния
ВВ на до
расстояния уровнедо
га-
газопровода
минимальных высокого
опасных
зопровода высокого давления. давления.
значений.
Согласно
Опасная масса имеющимся ВВ, взорваннаясведениям,в карьере в карьере взрываютсядляблоки
одновременно, откосных по
Согласно
скважин. имеющимся
сооружений
100 Общая
карьера масса и сведениям,
зарядов в таких
газопровода в карьере
блоках
высокого взрываются
может
давления, блоки
достигать по 100т.сква-
26–30
в зависимости Приот
жин.
большом Общая
принятого масса зарядов
количестве
коэффициента скважин вгрунтовых
таких блоках
возможно может достигать
случайное
условий, совпадение
допустимой 26–30 т. При большом
одновременного
скорости колебаний
количестве
срабатывания
незастроенного скважин
разных
грунта возможно
ступеней
(0,06 м/с) случайное
замедления
и кратчайшего совпадение 12],одновременного
[11,расстояния что от фактически срабаты-
границ карьера можетдо
увеличить
охраняемого
вания разныхобщую объекта
ступеней массу (L в= ступени и вызвать
625 м), составляет:
замедления [11, 12], чтоувеличенные
97,0 т при Kможет
фактически колебания. 43,0 Поэтому
= 300;увеличить т приоб- K=
рекомендуется
450; массу
щую 24,0 т впри для
K =предстоящих
ступени 600.
и вызвать увеличенные взрывов проектировать
колебания. Поэтому схему инициирования
рекомендуется
зарядов с массой взрывов
для предстоящих в ступени замедления схему
проектировать менееинициирования
1 т. При замедлении зарядоввс каждой
массой
скважине с массой заряда Q = 260 кг при расстоянии L более 230 м от места
в ступени
взрыва до замедления
газопроводаменее потеря 1 т. сейсмоустойчивости
При замедлении в каждой грунта скважине с массойПри
маловероятна. за-
ряда Qследует
этом = 260 кг отметить,
при расстоянии более 230 м от количество
что Lсущественное места взрываскважин до газопровода ввиду
потеря сейсмоустойчивости
погрешностей срабатывания средств грунта маловероятна.
инициированияПри может этом следуетк отметить,
привести тому, что
вчто
ступени замедления
существенное сработает скважин
количество больше зарядов, чем предполагается
ввиду погрешностей схемой
срабатывания
инициирования.
Для решения задачи по определению безопасных расстояний от места
проведения взрывных работ в карьере до газопровода высокого давления
предложена расчетная схема, в основе которой лежат выражения (4) и (5),
позволяющие определять безопасные расстояния до газопровода в любой точке58 "Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal". No. 3. 2020 ISSN 0536-1028
средств инициирования может привести к тому, что в ступени замедления срабо-
тает больше зарядов, чем предполагается схемой инициирования.
Для решения задачи по определению безопасных расстояний от места прове-
дения взрывных работ в карьере до газопровода высокого давления предложена
расчетная схема, в основе которой лежат выражения (4) и (5), позволяющие опре-
делять безопасные расстояния до газопровода в любой точке по глубине карьера.
Выводы. Выполнен динамический расчетный анализ силового воздействия от
взрывных работ на грунты и газопровод высокого давления. Расчет выполнен в
вариантах, рекомендуется установить ограничения по массе ВВ на уровне мини-
мальных опасных значений.
Опасная масса ВВ, взорванная в карьере одновременно, для откосных соору-
жений карьера и газопровода высокого давления, в зависимости от принятого ко-
эффициента грунтовых условий, допустимой скорости колебаний незастроенно-
го грунта (0,06 м/с) и кратчайшего расстояния от границ карьера до охраняемого
объекта (L = 625 м), составляет: 97,0 т при K = 300; 43,0 т при
K = 450; 24,0 т при K = 600.
Для исключения межблочных подвижек в массиве горных пород не рекомен-
дуется увеличивать количество скважин во взрываемом блоке более чем в два
раза (относительно 100 скв.).
Исследования выполнены в рамках Государственного задания № 075-00581-
19-00, тема № 0405-2019-0005 (2019–2021 гг.), при дополнительном привлече-
нии хоздоговорных средств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бондаренко И. Ф., Жариков С. Н., Зырянов И. В., Шеменев В. Г. Буровзрывные работы на
кимберлитовых карьерах Якутии. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2017. 172 с.
2. Жариков С. Н., Кутуев В. А. Изучение сейсмического действия взрыва в карьере для внедрения
специальной технологии заоткосных работ // Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле
Земли, интерпретация геофизических полей: матер. Всерос. конф. с междунар. участием.
Екатеринбург: Институт геофизики УрО РАН, 2017. С. 179–183.
3. Жариков С. Н., Кутуев В. А. Результаты экспериментальных исследований динамического
действия взрыва на предельном контуре карьера Джетыгаринского месторождения // Проблемы
недропользования. 2019. № 2(21). С. 20–26.
4. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород / М. М. Про-
тодьяконов [и др.]. М.: Недра, 1981. 192 с.
5. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / под ред. Н. В. Мельникова [и др.].
М.: Недра, 1975. 279 с.
6. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1984. 359 с.
7. Ржевский В. В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Наука, 1975. 212 с.
8. Минералы. Справочник. В IV т. / глав. ред. Ф. В. Чухров. М.: АН СССР, 1992.
9. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник
геофизика / под. ред. Н. Б. Дортман. М.: Недра, 1984. 455 с.
10. Друкованый М. Ф. Методы управления взрывом на карьерах. М.: Недра, 1973. 415 с.
11. Меньшиков П. В., Синицын В. А. Сравнительный анализ фактических и номинальных
интервалов замедления неэлектрических систем инициирования // ГИАБ. 2011. № 2. С. 277–282.
12. Меньшиков П. В., Синицын В. А., Шеменев В. Г. Методика определения фактических
интервалов замедлений для рациональных параметров сетки скважин с использованием системы
электронного взрывания «Daveytronic» // Успехи современного естествознания. 2016. № 3. С. 183–189.
Поступила в редакцию 14 августа 2019 года
Сведения об авторах:
Кутуев Вячеслав Александрович – научный сотрудник Института горного дела УрО РАН.
E-mail: slavik1988@mail.ru
Жариков Сергей Николаевич – кандидат технических наук, заведующий лабораторией
разрушения горных пород Института горного дела УрО РАН. E-mail: 333vista@mail.ruISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 3, 2020 59
DOI: 10.21440/0536-1028-2020-3-50-60
The effect of blasting on a high-pressure gas pipeline located within the borders
of a mine take
Viacheslav A. Kutuev1, Sergei N. Zharikov1
1 Institute of Mining UB RAS, Ekaterinburg, Russia.
Abstract
Introduction. This article shows the results of investigating the allowable dynamic load on the II category
high-pressure gas pipeline installation site located within the borders of a mine take, which is connected
with blasting at SLK Cement open pit.
Research aim. The research is aimed at increasing the level of secure operation of a gas pipeline and
establishing restrictions in the seismic impact of mining (blasting) towards the gas pipeline installation
site.
Methodology. The methods of IM UB RAS has been applied concerning the determination of allowable
distances from a blast in the open pit to the secure facility (gas pipeline) depending on the mass of the
explosive at the timing stage, soil condition coefficient, and the allowable speed of seismic vibrations.
Results. It has been determined that taking into account the depth of blast in the open pit and corresponding
geological conditions, by means of changing mass at the timing stage, it is possible to totally eliminate the
negative impact of a blast on a gas pipeline installation site. A design scheme has been proposed to
determine secure distances to the high-pressure gas pipeline depending on the angle of open pit slope and
the depth of blasting in the open pit.
Summary. A dynamic design analysis has been carried out of blasting force action on soil and high-
pressure gas pipeline. It has been recommended to establish some restrictions in explosive mass at the level
of minimum hazardous values. And for the future blasts it is also recommended to design a charge initiation
scheme with explosive mass of less than one ton at the timing stage.
Key words: seismic action of a blast; seismic resistance; blasting; rock breaking; physical and mechanical
properties of rock; high-pressure gas pipeline; secure distances.
Acknowledgements. Research has been carried out under the government contract no. 075-00581-19-00,
theme no. 0405-2019-0005 (2019–2021), and under complementary funds based on an economic contract.
REFERENCES
1. Bondarenko I. F., Zharikov S. N., Zyrianov I. V., Shemenev V. G. Drilling and blasting at the
kimberlite pipes of Yakutia. Ekaterinburg: IM UB RAS Publishing; 2017. (In Russ.)
2. Zharikov S. N., Kutuev V. A. Studying the seismic effect of a blast in the open pit to introduce
special technology of bank slope work. In: Deep structure, geodynamics, and thermal field of the Earth,
interpretation of geophysical fields: proceeding of All-Russian Conference with international participation.
Ekaterinburg: Institute of Geophysics UB RAS Publishing; 2017. p. 179–183. (In Russ.)
3. Zharikov S. N., Kutuev V. A. Results of experimental studies of dynamic explosion action on
limiting open-pit contour of dzhetygarinskoe deposit. Problemy nedropolzovaniia = The Problems of
Subsoil Use. 2019; 2(21): 20–26. (In Russ.)
4. Protodiakonov M. M. et al. Distribution and correlation of rock physical properties indicators.
Moscow: Nedra Publishing; 1981. (In Russ.)
5. Melnikov N. V. et al. (ed.) Reference manual (cadaster) of physical properties of rock. Moscow:
Nedra Publishing; 1975. (In Russ.)
6. Rzhevskii V. V., Novik G. Ia. The fundamentals of rock physics. Moscow: Nedra Publishing; 1984.
(In Russ.)
7. Rzhevskii V. V. Physical and technical parameters of rock. Moscow: Nauka Publishing; 1975.
(In Russ.)
8. Chukhrov F. V. (ed.) Minerals. Reference book. In 4 vol. Moscow: AS USSR Publishing; 1992.
(In Russ.)
9. Dortman N. B. (ed.) Physical properties of rock and minerals (petrophysics). A reference book for
geophysicists. Moscow: Nedra Publishing; 1984. (In Russ.)
10. Drukovanyi M. F. Methods of blast control at open pits. Moscow: Nedra Publishing; 1973.
(In Russ.)
11. Menshikov P. V., Sinitsyn V. A. Comparative analysis of actual and nominal delay intervals in
nonelectrical initiation systems. Gornyi informatsionno-analiticheskii biulleten (nauchno-tekhnicheskii
zhurnal) = Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2011;
2: 277–282. (In Russ.)
12. Menshikov P. V., Sinitsyn V. A., Shemenev V. G. Method for determining actual range of delay
intervals for rational parameters of blast holes grid with the use of electronic blasting "Daveytronic".
Uspekhi sovremennogo estestvoznaniia = Advances in Current Natural Sciences. 2016; 3: 183–189.
(In Russ.)
Received 14 August 201960 "Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal". No. 3. 2020 ISSN 0536-1028 Information about authors: Viacheslav A. Kutuev – researcher, Institute of Mining UB RAS. E-mail: slavik1988@mail.ru Sergei N. Zharikov – PhD (Engineering), Head of the Laboratory of Rock Breaking, Institute of Mining UB RAS. E-mail: 333vista@mail.ru Для цитирования: Кутуев В. А., Жариков С. Н. Влияние взрывных работ на газопровод высокого давления, расположенный в границах горного отвода // Известия вузов. Горный журнал. 2020. № 3. С. 50–60. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-3-50-60 For citation: Kutuev V. A., Zharikov S. N. The effect of blasting on a high-pressure gas pipeline located within the borders of a mine take. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal. 2020; 3: 50–60 (In Russ.). DOI: 10.21440/0536-1028-2020-3-50-60
Вы также можете почитать
