Тема взрывных работ вблизи бортов карьера вызывает неоднозначную реакцию со стороны различных горнодобывающих ведомств и начно-инженерных предприятий. Для многих специалистов, которые занимаются планированием горных работ, некачественные буровзрывные работы часто представляют собой серьезное нарушение эффективного рабочего процесса, в то время как для геотехнического отдела это критический фактор в рамках безопасного освоения недр. Существует множество различных подходов, помогающих достичь желаемого конечного результата для обеспечения безопасного состояния бортов карьера, соблюдения конструкции откосов карьера, и как правило, подобные технологические решения применяются в комплексе с другими. В данной статье рассматриваются некоторые из современных вопросов, направленных на снижение влияния проведения буровзрывных работ на поверхность откоса карьера. Такие методы, как уменьшение диаметра взрывной скважины, предварительное разделение, сокращение взрывных работ, последовательности и системы инициирования, и уменьшение размера взрыва, изучаются с использованием моделирования, основанного на полевых измерениях. Насколько хорошо мы понимаем влияние взрывных работ на целостность уступов устойчивость борта карьера? Несмотря на то, что не существует единой схемы, подходящей для всех горных работ, существуют универсальные методики, которые в конечном счете позволяет найти подходящие решения для месторождений с различными горно-геологическими особенностями. 

Влияние взрывных работ на устойчивость откосов было рассмотрено Эвертом Хуком в 2002 г. путем введения коэффициента повреждения от взрыва D, в критерий разрушения Хука-Брауна. Коэффициент повреждения от взрыва имеет значение от 0 до 1, где 0 представляет собой неповрежденный массив, а 1 представляет сильно поврежденный массив. Этот термин описывается для массивов горных пород с переменным индексом геологической прочности (GSI). Уменьшение значений как модуля, так и прочности породы может происходить либо из-за увеличения частоты трещин, либо из-за раскрытия трещин - оба варианта могут быть вызваны взрывными работами.

Взрывные работы в карьере следует рассматривать как часть процесса добычи полезных ископаемых системно совместно с другими факторами, влияющими на работу предприятия в целом. Такими факторами являются: производительность карьера (парк экскаваторов и самосвалов), производительность установки обогатительной фабрики и безопасность карьера. В дополнение к этому может можно отметить влияние предприятия на близлежащие населенные пункты и инфраструктуру карьера. На сегодняшний день инженеры-проектировщики взрывных работ должны учитывать одновременно все вышеперечисленные факторы, достигая целевой производительности карьера, целевой производительности установки обогатительной фабрики и полного соответствия конструкции откоса карьера. В случае крупномасштабной добычи полезных ископаемых это должно быть достигнуто при диаметре скважины примерно до 400 мм.

  Повреждение массива взрывом представляет собой изменение скелета горной породы, которое приводит к снижению прочности массива, включая образование новых трещин и их раскрытия. Это определение считается согласующимся с коэффициентом повреждения от взрыва Хука. Прежде чем пытаться спроектировать взрыв для смягчения потенциально разрушительного воздействия взрыва на откос карьера, полезно понять механизмы, с помощью которых может быть вызван ущерб. Основными механизмами считаются:

­– Вибрация (причина образование новых трещин).

– Выход взрывных газов под давлением (причина раскрытия трещин).

– Амплитуда сил реакции на борт карьера (разгрузочный тип разрушения).

С начала 90-ых годов по настоящее время специалистами достаточно подробно рассматриваются механизмы вибрационного и газового воздействия на борта карьера. Однако тема разгрузочного типа разрушения массива по результатам проведения буровзрывных работ редко упоминается в литературе и редко рассматривается при проектировании взрывных устройств для управления устойчивостью бортов карьера.

При принятии решения о соответствующих корректировках конструкции взрывных работ для взрывов или рядов взрывных скважин, прилегающих к проектируемой стенке карьера, проектировщики взрывных работ обычно применяют один или несколько из следующих методов - часто по указанию инженеров-геомехаников и геотехников:

– Уменьшение диаметра взрывной скважины;

– Предварительное разделение взрывных работ;

– Взрывы ограниченной ширины (например, контурное взрывание);

–Уменьшение размера (тоннажа) взрывов.

В рамках оценки повреждений, вызванных вибрацией (сейсмическим воздействием), определяется критический уровень вибрации и его отношение к UCS для инициирования нового гидроразрыва, а также уровни, при которых разумно ожидать расширение и чрезмерный разрыв. Таким образом, критический уровень вибрации PPVc, при котором можно ожидать появления новых трещин, определяется формулой (McKenzie et al. 1995):

  где  σ_T– прочность породы на растяжение (в ненарушенном состоянии), МПа;

V_p – скорость продольной волны в породе (в ненарушенном состоянии), м/c;

E – модуль Юнга, МПа;

ρ – плотность породы, кг/м³.

Уровни вибрации в непосредственной близости от места взрыва контролируются линейной нагрузкой заряда (килограммы взрывчатого вещества на метр взрывной скважины), и на них не оказывает существенного влияния локализация.

В рамках оценки влияния на массив, вызванного давлением газа при ведении буровзрывных работ исследования LeJuge et al. (1994), Ouchterlony et al. (1996), Брент и др. (2001), McKenzie and Holley (2004) и Green (2015) очень четко демонстрируют деформирование массива, которое обычно происходит после взрывов. Оухтерлони и др. (1996) сообщают о влиянии на массив, которое происходит на расстоянии до 20–25 метров после взрывов с 15-метровыми скважинами диаметром 311 мм.

Механизм разрушения при сбросе нагрузки представляет собой реакцию борта карьера на изменения массива по окончанию проведения взрывных работ. Если направление смещения взорванной массы происходит перпендикулярно откосу, то на данный откос будет воздействовать равная и противоположная сила реакции.

  На рисунке представлены смещения взорванной массы в условиях узконаправленных взрывов. Черные стрелки указывают направление движения материала, красные стрелки указывают силы реакции на массив

Таким образом, поскольку и вибрация, и давление газа не зависят или могут быть независимы от таких факторов, как свободные поверхности и размер взрыва, эффективные взрывные работы смогут быть предприняты без каких-либо ограничений по ширине или размеру взрыва. Это дает очень широкие возможности для планирования горных работ и планирования оборудования без негативного влияния на повреждение борта карьера.