Обґрунтування раціональних параметрів вибухових хвиль у піщаних гірських породах поблизу підземних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування раціональних параметрів вибухових хвиль у піщаних гірських породах поблизу підземних споруд

Спеціальність: Фізичні процеси гірничого виробництва

Поляковський Володимир Олександрович

Дніпропетровськ, 2006 рік

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Підривання значних об'ємів вибухових речовин супроводжується формуванням потужних ударних хвиль, які можуть бути небезпечними для підземних об'єктів, що знаходяться поблизу проведення робіт. Існують різноманітні технічні задачі, в яких доцільно використовувати вибухові технології, проте широке їх використання обмежується необхідністю виконання вимог по захисту навколишнього середовища.

При проведенні вибухових робіт поблизу різних підземних споруд для попередження аварійної ситуації важливо знати поля напружень, які виникають на їх поверхні.

Вибір раціональних параметрів вибуху призводить до зменшення витрат за рахунок зниження аварійних ситуацій, які можуть траплятися при впровадженні вибухових технологій.

Найбільш необхідною є розробка методики визначення раціональних параметрів вибуху в гірському масиві з піщаних порід. Вона пов'язана з дослідженням хвильових полів, що при цьому виникають, та їх взаємодії з підземними спорудами.

Знання закономірностей поширення вибухових хвиль у піщаних гірських породах, їх взаємодії з підземними спорудами, а також особливостей механічного ефекту вибуху дозволить знаходити шляхи раціонального використання енергії вибуху, керувати його дією. Цілеспрямована зміна параметрів вибуху, а також застосування технічних рішень, які забезпечують реалізацію керування, дає змогу здійснити регульовану дію на масив, досягти заданого технологічного ефекту, обмежуючи його негативний вплив на підземні споруди.

Існуючі в наш час експериментальні дані не дають можливості повною мірою описати процеси поширення хвиль напружень у піщаних гірських масивах та їх дію на підземні споруди. Тому актуальним є виконання досліджень для визначення ступеня дії ударних хвиль на підземні конструкції і обґрунтування вибору технологічних параметрів з оцінкою безпечних відстаней проведення вибухових робіт поблизу підземних споруд.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Робота виконана в порядку проведення науково-дослідних робіт за пріоритетними напрямками розвитку фундаментальних досліджень в Національній Академії наук України:

- проблема 3.2.1.3 “Наукові основи удосконалення відбійки гірських порід при відкритій і підземній розробці корисних копалин”;

- проблема 3.2.3.4 “Розробка наукових основ нових методів і технічних засобів для найбільш повного вилучення вуглеводнів із надр”.

Що є складовою частиною держбюджетних тем НДР:

- „Дослідження і розробка динамічних методів дії на породний масив при розробці корисних копалин геотехнологічними методами”, № держ. реєстрації 01.89.0025361;

- „Дослідження механічної поведінки ґрунтів і гірських порід при нерівномірних просторових динамічних навантаженнях з врахуванням гірського і пластового тисків”, № держ. реєстрації 01.93.0004189.

Автор дисертаційної роботи був відповідальним виконавцем експериментальних розділів цих НДР.

Мета і задачі досліджень полягають в обґрунтуванні методики визначення раціональних параметрів проведення вибухових робіт в піщаних гірських масивах на основі експериментального дослідження закономірностей поширення вибухових хвиль та їх взаємодії з підземними конструкціями.

Для досягнення зазначеної мети в дисертації ставляться та вирішуються такі задачі:

1. Обґрунтувати теоретичні та експериментальні підходи щодо дослідження процесу поширення вибухових хвиль поблизу підземних споруд;

2. Встановити закономірності хвильових процесів на поверхневій зоні при вибуху зосереджених зарядів в піщаних гірських породах з різними фізико-механічними властивостями;

3. Експериментально дослідити та теоретично узагальнити дії імпульсних навантажень на підземні конструкції;

4. Розробити рекомендації та методики визначення раціональних параметрів проведення вибухових робіт поблизу підземних споруд.

Об'єкт дослідження - процес поширення вибухових хвиль в піщаних гірських породах з різними фізико-механічними властивостями.

Предмет дослідження - параметри вибухових хвиль при їх взаємодії з підземними конструкціями, що розташовані поблизу вільної поверхні піщаного гірського масиву.

Основна ідея роботи полягає у використанні закономірностей поширення вибухових хвиль в піщаних гірських породах та їх взаємодії з підземними конструкціями для обґрунтування методики визначення раціональних параметрів проведення вибухових робіт зі збереженням підземних споруд.

Методи досліджень. Для досягнення мети і вирішення поставлених в даній роботі задач використовувався комплексний метод, що включає аналіз та узагальнення теоретичних та експериментальних результатів, полігонні дослідження дії вибуху з використанням оригінальних датчиків, використання фундаментальних положень теорії хвиль, аналіз експериментальних показників лабораторних та полігонних досліджень дії вибуху в піщаних гірських масивах з використанням статистичних обробок даних, вимірювання та аналітичний аналіз взаємодії вибухових хвиль з підземними конструкціями, узагальнення результатів експериментів та їх аналіз у вигляді методичних рекомендацій.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Основні параметри хвильових полів (напруження та імпульс) при вибуху зосереджених зарядів на глибинах менших ніж 2 (м), при Q - маса заряду (кг), задовільно описуються степеневими функціями залежними від вологості піщаного масиву, і від глибини закладання заряду. При одночасному підриванні групи однакових зарядів, приведена відстань між якими більша ніж 1,1 м. кг., максимальні напруження, що виникають в породному півпросторі, не перевищують максимальні напруження одного зосередженого заряду, при цьому збільшується імпульс ударної хвилі;

2. Зміна максимальних напружень, що виникають при вибуху трубопроводу, задовільно описується залежностями такого ж виду, як і при вибуху зосередженого заряду, причому на навколишнє середовище більше впливає механічна дія вибуху, ніж хвильові поля в породному просторі, що визначає допустимі відстані до підземних споруд;

3. При вибуху поблизу підземних циліндричних металевих конструкцій максимальні значення напружень у лобовій точці до 2,3 разів вищі ніж при вільному вибуху, а значення напружень в інших точках перешкоди не більш ніж при вільному вибуху зосередженого заряду і не менш ніж при вільному вибуху лінійного заряду, що визначає раціональні параметри проведення вибухових робіт;

Наукова новизна роботи:

1. Експериментально доповнені та узагальнені закономірності утворення ударно-хвильових полів у приповерхній зоні піщаного масиву поблизу підземних циліндричних об'єктів, а отримані експериментальні залежності в першому наближенні приведені до виду, відповідному принципу подібності;

2. На підставі експериментів вперше отримана узагальнена залежність максимальних напружень від приведеної глибини закладання заряду і вологості піщаного масиву;

3. Вперше експериментально отриманий часовий зріз дифракційного процесу на підземній циліндричній перешкоді, що дало можливість оцінити максимальні напруження на стінках підземних конструкцій розташованих у піщаних масивах поблизу ведення вибухових робіт;

4. Встановлено, що зміна максимальних напружень, які виникають при вибуху трубопроводу, задовільно описується степеневими залежностями того ж виду, що і при вибуху зосередженого заряду.

Достовірність наукових положень, висновків роботи підтверджується:

- використанням фундаментальних положень механіки сипучих середовищ, механіки ґрунтів, що мають загальнонаукове значення;

- використанням апробованих методик проведення лабораторних та полігонних експериментів з оригінальною вимірювальною апаратурою;

- збігом результатів з відомими експериментальними даними та теоретичними розробками.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей поширення вибухових хвиль та їх взаємодії з підземними циліндричними спорудами, що розташовані поблизу денної поверхні піщаних гірських масивів.

Практичне значення роботи полягає у складанні та впровадженні методики вимірювань дії вибухових хвиль на навколишнє середовище та підземні споруди у піщаних масивах, складенні та впровадженні рекомендацій щодо визначення раціональних параметрів вибухових робіт для розкриття піщаного масиву під сховищем поблизу діючих підземних споруд.

Особистий внесок автора полягає у аналізі джерел інформації, формулюванні цілі, задач і визначенні методів досліджень, конструюванні і виготовленні оригінальних вимірювальних пристроїв, проведенні експериментів та узагальненні результатів, складанні і впровадженні методичних розробок щодо їх практичного використання.

Реалізація роботи в промисловості полягає у впровадженні методичних і практичних результатів роботи з спорудження на комбинаті "Неман" котлованів для підземних росолосховищ. Економічний ефект від впровадження склав 70,4 тис. грн.

Апробація результатів досліджень. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на школах-семінарах по вибухових явищах (Алушта, 1990-1992 р.), на міжнародних конференціях "Геотехніка-93" (Кельн,1993 р.), на конференції з екологічних проблем і перспектив розвитку магістральних трубопроводів (1997 р.), Міжнародній школі-семінарі „Імпульсна обробка матеріалів” (Дніпропетровськ, НДУ,2003, 2005). Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 друкованих праць, з них 7 у фахових виданнях України.

Об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків і списку літератури із 110 найменувань, викладена на 146 сторінках машинописного тексту, містить 48 рисунків, 12 таблиць.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

В першому розділі роботи розглянутий сучасний стан теоретичних та експериментальних досліджень процесу підземного вибуху та взаємодії вибухових хвиль з підземними спорудами. Суттєвий прояв процесу вибуху в приповерхній зоні піщаних гірських порід на підземні споруди пов'язаний з вибуховими хвилями.

При теоретичному вивченні параметрів вибухових хвиль широке поширення набули чисельні методи моделювання вибухових процесів. Фундаментальний внесок у розвиток теоретичних методів вивчення вибухових процесів внесли відомі вчені С.С. Григорян, Б.А. Олісов, Г.М. Ляхов, В.А. Даниленко, Г.В. Риков, О.О. Вовк, В.Д. Петренко, В.П. Курінний, О.Ю. Ільшинський та ін.

Як показує практика, результати теоретичних розробок не завжди точно враховують ті чи інші фізичні процеси, що мають місце в гірських породах, що пов'язане з використанням ідеалізованих моделей.

До експериментальних розробок можна в першу чергу віднести роботи Г.М. Ляхова, С.С. Григоряна, А.А. Вовка, А.В. Михалюка, І.В. Бєлінського та ін. У цих роботах детально досліджується напружено-деформований стан гірських масивів при вибухах зарядів ВР різної конфігурації. Проте процеси, що виникають при вибухах у піщаних гірських масивах мало-заглиблених зарядів вивчені недостатньо. Експериментальні дані з дослідження полів напружень в таких середовищах отримані з допомогою тензометричних вимірювань, що має свої недоліки. До них, в першу чергу, відносяться суттєві спотворення фронту наростання до максимуму напружень: „завал фронту” обумовлюється тривалим часом встановлення мембрани і обмеженим частотним діапазоном вимірювального обладнання. Похибки також збільшуються без автоматизованої числової обробки результатів.

На основі аналізу робіт з розрахунків напружено-деформованого стану циліндричних оболонок у пружному середовищі (А.С. Міляєв, А.А. Михайлов, В.А. Тарасова), вирішення задач дифракції плоскої ударної хвилі на циліндричні оболонки (Р.А. Дуднік, Е.А. Фіяскель, Н. Мамдашев, Л.В. Нікітін, А.И. Тюреходжаєв, А.К. Прейдин і ряд закордонних авторів), дослідження взаємодії сейсмічних хвиль з підземними трубопроводами (Н.И. Шапошников, Т.Р. Родіонов, Н.Х. Миралімов та ін) зроблений висновок, що недостатньо вивчені закономірності поширення ударних хвиль у ґрунтах при вибухах зарядів ВР поблизу денної поверхні, їх взаємодія з підземними спорудами, відсутні дані з розрахунків раціональних параметрів вибухових робіт у піщаних масивах. Виходячи з цього, були поставлені мета і задачі досліджень.

У другому розділі викладена методика проведення експериментальних досліджень, яка включає розробку датчиків напружень, вимірювального каналу, вибір умов проведення експерименту і оцінку похибок при вимірюваннях. Експериментальні дослідження виконувалися в піщаних гірських породах, характерних за властивостями для при поверхневих відкладень в Україні.

Як джерело вибуху використовувалися зосереджені заряди з амоніту N6ЖВ і гексогену масою від 0,02 кг до 10 кг у гідро-ізольованій оболонці і лінійні з шнура, що детонує шнура ДШ-А. Вибухи зарядів ВР ініціювалися електродетонаторами ЭД-8. При вимірюванні параметрів ударних хвиль у породах (вільний вибух), а також заряди ВР розміщувалися у досліджуваному середовищі в одній площині на рівному віддаленні від денної поверхні . При моделюванні взаємодії ударної хвилі з підземними спорудами, що знаходяться в піщаному гірському масиві, використовувалися відрізки сталевих труб діаметрами 0,150; 0,330 і 0,720 м. У цьому випадку заряди ВР розміщувалися на тій же глибині, що і вісь труби.

Відмінною рисою розроблених п'єзо датчиків було те, що за матеріал обраний пінополістирол, пориста структура якого дозволила звести до мінімуму поперечну чутливість п'єзо датчика та підвищити точність вимірювань.

Як узгоджуючи пристрій використовувався спеціально розроблений підсилювач заряду з пасивним інтегратором на вході з такими технічними характеристиками: вхідний опір не менш 1 ГОм, діапазон зміни коефіцієнта перетворення від 0,5 до 5,0 МПа/Кл, не лінійність амплітудно-частотної характеристики не більш ніж 0,2%, смуга пропускання на рівні (3-2) дБ від 0 до 100 кГц.

Реєстрація сигналу проводилася за допомогою запам'ятовуючих осцилографів та магнітографа. Для вимірювань прискорень частинок піщаної породи використовувалися перетворювачі типу АВС - 015, 016 і 034.

У відповідності до метрологічної атестації, основна відносна похибка вимірювань не перевищувала для напружень - 15,4%, для прискорень - 22,9%.

При проведенні експериментів використовувався режим роботи з зовнішнім запуском: час початку вибухового перетворення заряду синхронізувався з часом розгорток осцилографів. Кількісні характеристики отриманих осцилограм ударних хвиль визначалися за загальноприйнятою методикою. Експериментальні результати оброблялись на персональних ЕОМ.

У третьому розділі викладені результати експериментальних досліджень параметрів хвильових полів у піщаних гірських масивах з різними фізико-механічними властивостями поблизу денної поверхні при вибухах зосереджених зарядів з амоніту N6 ЖВ і гексогену. Для вивчення поведінки ґрунтів під дією вибухових навантажень розглядалися одночасно нестаціонарні поля напружень і швидкостей частинок середовища. Основні параметри вибухової хвилі оцінювалися відносно часових залежностей напружень і прискорень. Показано, що як часові, так і кінематичні характеристики при вибухах поблизу вільної поверхні істотно залежать від вологості досліджуваного масиву. При збільшенні вологості ґрунту значно знижується тривалість дії ударної хвилі, збільшується швидкість її поширення і швидкість зміщення частинок. Зміна цих параметрів підтверджена кількісно. Тривалість дії ударної хвилі так само залежить від глибини вибуху, а саме, зі збільшенням глибини закладання заряду для фіксованих точок тривалість дії вибухової хвилі зростає, прямуючи до деякого сталого значення. Показано, що при віддаленні від заряду швидкість поширення вибухової хвилі знижується наближаючись за значенням до швидкості звуку для досліджуваного середовища. Шляхом інтегрування часових залежностей прискорень досліджений характер руху часток ґрунту на фронті ударної хвилі.

В результаті дослідження напружень в піщаних масивах встановлено, що максимальні їх значення при вибуху зосереджених зарядів на глибинах менших ніж 2 (м), при Q - маса заряду (кг), задовільно описуються степеневими функціями залежними від вологості масиву, і від глибини закладання заряду. Зі збільшенням глибини вибуху максимальні значення напружень зростають, наближаючись до фіксованих значень, що відповідають вибуху.

Для піщаних порід з різними фізико-механічними властивостями і для змінної глибини закладання заряду побудовані кількісні залежності напружень від приведеної відстані до заряду, які в першому наближенні можна привести до вигляду, що відповідає принципу подібності:

Де:

Q - маса заряду;

R - відстань від центра вибуху;

k_і і - коефіцієнти, що залежать від властивостей середовища та глибини закладання заряду.

Для різних типів піщаних гірських масивів визначені значення k_і і . В результаті аналізу коефіцієнтів k_і і отримані узагальнені формули:

Чи в більш загальному вигляді:

Де:

f₁(W), f₂(W) і f₃(W) визначаються відповідно з наступних виразів:

f₁ * (W) = 0,62 * W + 0,095

f₂ * (W) = 0,14 * W + 0,274

f₃ * (W) = 5,0 * W - 0,29

У формулах W змінюється в %.

Дослідження тангенціальних і зсувних компонентів , показало, що поблизу вільної поверхні завжди справедлива нерівність напружень > >. В міру заглиблення заряду наближається до .

Отримані формули з достатньою для інженерних розрахунків точністю відображають розподіл полів напружень при вибухах зосереджених зарядів у приповерхній зоні піщаних ґрунтових масивів при зміні вологості ґрунту до 50%. Процес деформування ґрунтового масиву при підриванні поблизу вільної поверхні, кількісно оцінений діаграмами об'ємного стиснення, а також оцінена частка енергії, що йде на деформування ґрунтового масиву. В залежності від фізико-механічних властивостей досліджуваного середовища при однакових напруженнях деформації можуть істотно відрізнятися між собою, причому ця різниця найбільш помітна в ближній зоні.

Проведені розрахунки імпульсу ударної хвилі і визначена його залежність як від глибини вибуху, так і від властивостей середовища. Залежність імпульсу від приведеної відстані до заряду представлено у вигляді:

Дослідження впливу глибини закладання заряду на механічний ефект вибуху показало, що залежності відносних діаметрів і глибини воронки від глибини закладання заряду мають максимуми, що зміщені один відносно іншого: глибина воронки викиду ще зростає до максимуму, у той час як діаметр воронки викиду починає зменшуватися.

У хвильових полях, що виникають при одночасному підриванні групи однакових зарядів, приведена відстань між якими більша ніж R⁰_min = 1,1 м. кг., максимальні напруження в породному півпросторі не перевищують максимальні напруження одного зосередженого заряду, при цьому збільшується імпульс ударної хвилі.

У розділі наведені результати дослідження хвильових полів, що виникають у гірській породі й у воді при вибухах зарядів на границі розділу дно-вода. Приведена хвильова картина, а також побудовані залежності максимальних напружень від відстані до заряду, що досліджені в ґрунті й у воді. Показано, що поле тисків у цьому випадку характеризується значною анізотропією.

Максимальні тиски на фронті ударної хвилі у воді і ґрунті найвищі в точках на осі заряду, перпендикулярній до границі розділу, й убувають з наближенням досліджуваних точок до границі розділу середовищ.

Четвертий розділ присвячений дослідженню взаємодії вибухових хвиль з підземними металевими будівельними конструкціями. П'єзо датчики встановлювалися у гірській породі поблизу підземного циліндра:

1) у лобовій точці, що визначалася точкою перетину з об'єктом лінії, яка проходить через центр заряду і перпендикулярної до його осі ( = 0);

2) наступних трьох точках навколо об'єкту досліджень з кроком від лобової точки:

= / 2

3 = / 2

3) у вільному півпросторі й у точках, розташованих між зарядом і об'єктом. Кожного разу фіксувалися три компоненти тензора напружень , і . Експериментально отриманий часовий зріз дифракційного процесу на підземній циліндричній перешкоді і побудовані залежності компонентів тензора механічних напружень на її стінках від приведеної відстані до заряду що дало можливість оцінити напружений стан підземного об'єкту при вибуховому навантаженні.

Найбільші значення напружень зафіксовані у точках = 0, а в точках:

= / 2

В силу симетрії напруження близькі між собою. Найменші значення напружень отримані в точці = .

В результаті експериментальних досліджень отримані залежності максимальних напружень від відстані до заряду в різних точках поблизу споруди і при вільному вибуху. Доведено, що максимальні значення напружень у лобовій точці до 2,3 разів вищі ніж при вільному вибуху, а значення напружень в інших точках перешкоди не більш ніж при вільному вибуху зосередженого заряду і не менш ніж при вільному вибуху лінійного заряду незалежно від її діаметру і властивостей породного масиву.

Аналогічні дослідження проведені і для випадків вибуху лінійно-подовжених зарядів як у вологому ґрунті, так і в ґрунті під водою. В розділі приведені результати розрахунків імпульсу ударної хвилі при її взаємодії з перешкодою. Показана трансформація імпульсу напруження від заряду до досліджуваного об'єкту.

Для визначення внутрішнього стану елементів конструкцій були проведені тензометричні дослідження напружено-деформованого стану елементів підземних об'єктів при взаємодії їх з вибуховою хвилею. Проведено порівняння результатів експериментальних досліджень напруженого стану для відрізків стандартних газових труб діаметрами 0,15 м, 0,33 м і 0,53 м. з теоретичними розрахунками. Як видно, отримані експериментально деформації на стінках труб різних діаметрів в межах похибки вимірювань узгоджуються з розрахунковими даними, що дає змогу при наявності значень напружень, які діють на підземний циліндричний об'єкт, оцінити деформації на його стінках. При навантаженні підземного об'єкту вибуховою хвилею, довжина якої не перевищує товщину об'єкту, спостерігається значна нерівномірність деформування його стінок. Нерівномірність навантаження зникає, коли довжина хвилі не менш ніж вдвічі перевищує розміри підземної конструкції. Результати порівняння експериментальних досліджень та теоретичних розрахунків деформацій підземних металевих циліндрів різних розмірів при дії імпульсного навантаження.

Таблиця:

Діаметр труби, м	Товщина стінки, м	Відстань до труби, R3, м	Глибина вибуху, Н3, м	Маса заряду, Q, кг	Експеримент	Розрахунок
					, кг/см3
0,15	0,008	0,3	0,3	0,3	255	4,2 * 10 -3	4,8 * 10 -3
0,15	0,01	0,3	0,3	0,3	250	7,8 * 10 -4	8,4 * 10 -4
0,33	0,006	0,4	0,4	0,4	160	2,6 * 10 -3	2,2 * 10 -3
0,33	0,01	0,4	0,4	0,4	162	1,2 * 10 -3	1,24 * 10 -3
0,53	0,009	0,4	0,5	0,5	150	1,2 * 10 -3	2,06 * 10 -3

Важливим у практичному аспекті є дослідження хвильових полів у масиві при розривах підземних трубопроводів, що знаходяться під стандартним тиском.

Створення тріщини в стінці трубопроводу здійснювалося тротиловими шашками.

Отримані параметри вибухових хвиль, які задовільно описуються емпіричними степеневими залежностями того ж вигляду, що і при вибуху зосередженого заряду:

_r = 5,0 * (y)^-2,00

a = 6000 * (y)^-2,4

v = 50 * (y) ^-2,62 * d = 0,53 м

_r =3,4 * (y)^-2,01

a = 3300 * (y)^-2,92

v = 43 * (y)^-2,27 * d = 0,325 м

Де:

_r - радіальні напруження (МПа);

a - прискорення (м/с²);

v - швидкість (м/с).

Дані про розміри осколків, що утворилися, а також координати їхнього розльоту одержані за допомогою теодоліта. Результати досліджень показали. що на навколишнє середовище більше впливає механічна дія вибуху, ніж хвильові поля в ґрунтовому просторі.

У п'ятому розділі обґрунтовані способи оцінки безпечних відстаней проведення вибухових робіт поблизу підземних об'єктів. Зокрема показано, що з достатньою для інженерних розрахунків точністю безпечні відстані до циліндричного об'єкту, розташованого в поверхневій зоні піщаних гірських масивів можна визначити по формулі:

Де:

й емпіричні коефіцієнти, що залежать від типу ВР, фізико-механічних властивостей середовища і глибини закладання заряду (для піщаних порід визначаються за результатами, приведеними у третьому розділі роботи);

- динамічний коефіцієнт;

- величини критичних напружень.

З урахуванням результатів, отриманих у розділі 3, формула для визначення безпечних відстаней у більш загальному вигляді набуде вигляду:

На даний час відсутні експериментальні дані щодо параметрів критичних напружень чи тисків на підземні циліндричні конструкції, що знаходяться під дією вибухових хвиль. Для отримання таких даних прийнятий наступний підхід. При підриванні великих об'ємів вибухових речовин імпульс тиску, що діє на об'єкт має значну тривалість (особливо при використанні коротко-сповільненого підривання), величина якого вже на відстані 12-15 радіусів заряду досягає декількох десятків секунд. Відомо, що рівняння, що не враховують хвильові процеси з товщини, застосовують, коли тривалість імпульсу тиску приблизно втричі перевищує час пробігу пружної хвилі з товщини об'єкта, а характерний розмір області його прикладання перевищує дві товщини. З огляду на сказане, проведена оцінка допустимих навантажень на підземні циліндричні споруди на основі порівняння еквівалентних напружень з напруженнями граничного стану, яким відповідає перехід до течії матеріалу. В розділі приведені розрахунки безпечних відстаней при проектуванні БВР із спорудження сховищ поблизу проводу. Роботи із спорудження сховищ проводились на комбінаті “Нєман”. Гірська порода в районі будівництва представлена піском з щільністю 1,5 * 10⁴ Н/м³.

В результаті проведених розрахунків отримані параметри бурових робіт:

- глибина шпурів - 4 - 6 м;

- перебур шпурів - 0,5 м;

- діаметр шпурів - 0,23 м;

- вибухова речовина;

- питома витрата ВР - 1,2-1,3 кг/м³.

Вибухи проводились за трирядною схемою, відстань між рядами - 10-11,5 м., між шпурами в ряді 7-12 м. Загальна кількість зарядів - 78 (на спорудження одного котловану). Крайні ряди підривались одночасно, а центральний ряд із сповільненням 120 мкс., відносно до крайніх рядів з використанням піротехнічного сповільнювача КЗДШ-69.

В результаті вибухових робіт була проведена виїмка 140 тис. м³ піщаного ґрунту і споруджені чотири котловани під сховища з забезпеченням збереження розташованого поблизу трубопроводу.

Економічний ефект від впровадження виконаних робіт склав 70,4 тис. грн., при цьому витрати на один кубічний метр виїмки ґрунту зменшився на 0,49 грн., а час будівництва котлованів знизився в 10 разів в порівнянні з використанням машинної технології виїмки порід.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі експериментальних досліджень закономірностей хвильових процесів в поверхневій зоні піщаних гірських масивів при вибуху зосереджених зарядів та дії імпульсних навантажень на підземні споруди вирішена важлива задача обґрунтування методики визначення раціональних параметрів проведення вибухових робіт, що підвищують ефективність використання енергії вибуху та збереження підземних споруд.

ПУБЛІКАЦІЇ

1. Встановлені основні закономірності процесу вибуху зосереджених зарядів вибухових речовин на глибинах менших ніж 2 (м), при Q - маса заряду (кг). Зміна максимальних нормальних напружень у пісках при поширенні сферичної ударної хвилі від відносної відстані і глибини закладання заряду задовільно описується експоненціальними функціями залежними від фізико-механічних властивостей масиву, і від глибини закладання заряду. Підтверджене виконання принципу геометричної подібності для вибухів на фіксованих глибинах. Вперше отримана узагальнена формула для визначення максимальних нормальних напружень на різних віддаленнях від заряду в пісках різної вологості і при змінній глибині закладання заряду.

2. Досліджена хвильова картина при вибуху накладних зарядів на границі розділу дно-вода. Накладний заряд створює в рідині і ґрунті поле тисків, що характеризується значною анізотропією. Максимальні тиски на фронті ударної хвилі найвищі в точках на осі заряду перпендикулярної до границі розділу й убувають по мірі наближення до границі розділу середовищ.

3. Визначений характер впливу глибини закладення заряду на діаметр і глибину воронки. Видимі діаметр та глибина воронки викиду при зміні глибини вибуху мають максимуми, що зміщені один відносно іншого. Глибина воронки викиду ще зростає до максимуму, у той час як діаметр воронки починає зменшуватися.

4. Експериментально досліджено поле напружень при підриванні групових зарядів. При одночасному підриванні групи однакових зарядів, що виникають в породному півпросторі не перевищують максимальні напруження одного зосередженого заряду, при цьому лише змінюється імпульс ударної хвилі.

5. Вперше експериментально отриманий часовий зріз дифракційного процесу на підземній циліндричній перешкоді, що дало можливість оцінити максимальні напруження на стінках підземних конструкцій поблизу вибуху. Доведено, що максимальні значення компонентів тензора напружень у лобовій точці циліндричної конструкції не більш ніж у 2,3 рази вище чим при вільному вибуху, а значення напружень в інших точках перешкоди не більш ніж при вільному вибуху зосередженого заряду і не менш ніж при вільному вибуху лінійного заряду.

6. Встановлено, що зміна максимальних напружень у ґрунтах при вибуху трубопроводу описується степеневими залежностями такого ж виду, що і при вибуху зосередженого заряду.

7. На підставі отриманих експериментальних даних запропонована методика розрахунку раціональних параметрів проведення вибухових робіт спеціального призначення з їх збереженням при максимальному використанні енергії вибуху. Впровадження методики дало реальний економічний ефект 70,4 тис. грн.

ПУБЛІКАЦІЇ

гірський підземний ґрунт

1. Поляковский В.А. Методы реализации короткозамедленного взрывания // Взрывные работы в грунтах и горных породах. - Киев: Наук. Думка. - 1989. - С. 126-129.

2. Тихоненко В.В., Поляковский В.А. Ударные волны при взрыве вблизи границы раздела дно - вода // Деформируемые среды при импульсных нагрузках. - Киев: Наук. Думка. - 1992. - С. 26-30.

3. Тихоненко В.В., Поляковский В.А. Динамическое воздействие взрывных волн на подземный трубопровод. // Деформируемые среды при импульсных нагрузках. - Киев: Наук. Думка. - 1992. - С. 111-114.

4. Глинский Г.Я., Тихоненко В.В., Поляковский В.А. Ющук О.М. Энергетический баланс подводного контактного взрыва в водонасыщенном грунте // Химическая физика. - 1993. - Т.12, №5. - С. 760.

5. Нагорний В.П., Поляковський В.О. Дослідження хвильових полів поблизу підземних трубопроводів при імпульсних діях // Нафтова і газова промисловість. - 2001. - №5, С. 37-38.

6. Нагорный В.П., Поляковский В.А., Белинский І.В. Исследование влияния взрыва подземных трубопроводов на окружающую среду // Газовая промышленность. - 2001. - №4. - С. 67-68.

7. Нагорний В.П., Поляковський В.О. Особливості взаємодії вибухових хвиль з підземними трубопроводами // Нафтова і газова промисловість. - 2002. - №5.

8. Tichonenko V., Belinskiy I., Polyakovskiy V., Kobasov V. Experimental Modelling of Destruction of Undeground Gas Pipeline to improve safety of Geotechnical Works // Geotechnica Internationale Fachmesse und Rjngres fur Geowissen - chaften und Geotechnik Koln, 5-8. Mai 1993.

9. Нагорный В.П., Поляковский В.А. Выбор безопасных расстояний ведения взрывных работ вблизи действующих трубопроводов // Междунар. конф. „Екологічні проблеми і перспективи розвитку магістральних трубопроводів”. - Київ: Товариство “Знання України”. - 1997. - С. 80-81.

10. В.П. Нагорный, Г.Я. Глинский, В.А. Поляковский Экспериментальные исследования взрывных волн в призабойной зоне скважин // Междунар. совещание. Сборник научных трудов НГУ № 19. - Днепропетровск: РИК НГУ. - 2005. - С. 25-30.

11. Тихоненко В.В., Поляковский В.А. Исследование параметров взрывных волн в насыщенной жидкостью в пористой среде: Препр. / АН УССР. Ин-т геофізики им. С.И. Субботина. - К.: 1991. - 23 с.

12. Писарєв Ю.А., Поляковський В.О. Деякі шляхи керування вибухом при дробленні гірських порід: Препр. / Відділення геодинаміки вибуху Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України. - К.: 2001. - 31 с.

Размещено на Allbest.ru

...