Influence of rock mass fracture degree on the efficiency of its explosive destruction
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/80.016Keywords:
rock massif, explosion, computer modeling, ANSYS AUTODYN, fracture modulus, cylindrical charge, fracture epuple, radius of fracture zoneAbstract
Purpose. The purpose of the research is to establish the regularity of the influence of the degree of fracturing of the rock massif on the efficiency of its destruction by explosion of a borehole charge, namely, on the value of the maximum radius of the explosive crushing zone, by modeling the process of rock destruction in ANSYS AUTODYN. The methods. The complex research methodology was applied, which consists in the scientific analysis of existing research results on the fracture of fractured rock massifs, computer modeling of the process of explosive rock fracture in ANSYS AUTODYN, graphical and analytical establishment of dependencies of the influence of the fracture modulus of the massif on the maximum radius of the explosive fracture zone. Findings. According to the results of modeling in ANSYS AUTODYN the explosion of borehole charge Anemix 70 in granites of Pinyazevitsky deposit, the epiphyses of rock mass destruction with different value of strength reduction factor were obtained. The graphical dependence of the maximum radius of the fracture zone on the strength reduction factor, which can be described with a high level of reliability by a polynomial of the 3rd degree, has been constructed. It is established that the maximum radius of the fracture zone of an ideally strong massif is 2,15 times less than the radius of fracture obtained by explosion in a maximally weakened massif. Numerical values of maximum radii of fracture zones in granite massif at different indices of fracture modulus have been calculated and the corresponding graphical dependence, which is most accurately approximated by a polynomial of the 4th order, has been obtained. It is established that for monolithic massif the maximum value of radius in these conditions is 1,82 m, and for strongly fractured massif –3,0 m, i.e. it increases in 1,65 times. With further increase of fracture modulus the intensity of fractures increases more significantly. The originality. Graphical and analytical dependences of the maximum radius of the fracture zone at explosion of a cylindrical charge on the fracture modulus of the rock massif for certain mining and technological conditions have been obtained. Practical implementation. It is recommended to use the presented researches at designing of drilling and blasting operations in fractured rocky rock massifs for increase of degree of reliability of results of explosion.References
1. Бойко, В.В., Ган А.Л. & Ган О.В. (2022). Спеціальні вибухові технології в геоінженерії: монографія. КПІ ім. Ігоря Сікорського. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/49097
2. Фролов, О.О. & Моденко, В.Т. (2017). Сучасний стан досліджень механізму руйнування тріщинуватих скельних гірських масивів вибухом. Матеріали ІІ Міжнародної науково-технічної інтернет-конференції «Інноваційний розвиток гірничодобувної галузі» , ДВНЗ «КНУ», 17–18. https://www.knu.edu.ua/storage/files/2/Наука/Конференції/розвиток%202017/tezu.pdf
3. Novikov, L., Konoval, V., Ishchenko, K., Kinasz, R. & Malieiev, Y. (2023). Quality control of preparation of rock mass explosion in granite open pit. Geo-Technical Mechanics, 166 , 109–117. https://doi.org/10.15407/geotm2023.166.109
4. Chen, Y., Chang, Z., Chao, X. & Zhao, J. (2017). Blasting methods for heterogeneous rocks in hillside open-pit mines with high and steep slopes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , 213 , 1–5. http://doi.org/10.1088/1757-899X/213/1/012006
5. Фролов, О.О. & Бельтек, М.І. (2020). Визначення радіуса зони вибухового розпушення тріщинуватого скельного гірського масиву при підриванні свердловинного заряду. Технічна інженерія, 2 (86), 179–184. http://doi.org/10.26642/ten-2020-2(86)-179-184
6. Моденко, В.Т. (2018). Удосконалення вибухового руйнування природно порушених масивів гірських порід на кар'єрах [Маг. Дисертація, 184 Гірництво]. КПІ ім. Ігоря Сікорського.
7. Скачков, А.А., Жуков, С.О. & Стріха, В.А (2017). Особливості формування силових полів за вибухового руйнування тріщинуватих анізотропних гірських порід. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування, 3 (79), 32–41. http://ep3.nuwm.edu.ua/id/eprint/9993
8. Фролов, О.О. (2010). Використання коефіцієнту інтенсивності напружень для оцінки тріщинуватості гірського масиву при руйнуванні його вибухом свердловинних зарядів. Вісті Донецького гірничого інституту: Зб. наук. праць, 2 , 247–252. http://eztuir.ztu.edu.ua/123456789/47
9. Zhang, P., Bai, R., Sun, X. & Wang, T. (2023). Investigation of Rock Joint and Fracture Influence on Delayed Blasting Performance. Applied Sciences , 13 (18), 10275. https://doi.org/10.3390/app131810275
10. Jia, ZZ., Li, HJ., Li, W., Yan, J. & Wang, XH. (2024). Study on blasting fragmentation mechanism of burnt rock in open-pit coal mine. Sci Rep 14, 5034. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55802-2
11. ANSYS Autodyn User's Manual (2013). Release 15.0. Southpointe, Canonsburg. 502. https://ansyshelp.ansys.com/public/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v242/en/wb_adyn/wb_adyn.html
12. Faserova,D. (2006). Numerical Analyses of Buried Mine Explosions with Emphasis on Effect of Soil Properties on Loading [PhD Thesis].Cranfield University. http://hdl.handle.net/1826/1209
13. Шашенко, О. (2001). Механіка гірських порід: навч. посібник. Національна гірнича академія України.
14. Бельтек, М., & Фролов, О. (2021). Аналіз методик визначення коефіцієнту структурного ослаблення гірського масиву. Тези VIІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Перспективи розвитку гірничої справи та раціонального використання природних ресурсів», Житомирська політехніка, 8–11.
15. Beltek, М., & Frolov, О. (2023). Determination of the influence of the degree of fracturing of the rock mass on the index of reduction of its strength. Збірник наукових праць НГУ , (74), 7–19. https://doi.org/10.33271/crpnmu/74.007
16. Емульсійні вибухові речовини Анемікс. (ТУ У 24.6-31385850-001-2002). (2005). ДП «Стандартметрологія».
17. Бельтек, М.І., Ган, О.В. & Фролов, О.О. (2024). Моделювання процесу вибухового руйнування гірських масивів різної міцності в ANSYS AUTODYN. Збірник наукових праць НГУ , (78), 18–29. https://doi.org/10.33271/crpnmu/78.018
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
