Методика расчета сейсмически безопасных параметров промышленных взрывов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета сейсмически безопасных параметров промышленных взрывов

Р.В. Михельсон, С.К. Хомерики, Д.Г. Хомерики

Разработаны методика определения и компьютерная программа расчета сейсмически безопасных параметров промышленных взрывов для различных горнотехнических условий и типов охраняемых инженерных и природных сооружений.

Ключевые слова: взрывные работы взрывчатое вещество, сейсмический эффект, сейсмометрические измерения

Р.В. Міхельсон, С.К. Хомерики, Д.Г. Хомерики

ЮЛПП Гірничий інститут ім. Г.А. Цулукідзе, м. Тбілісі, Грузія

МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ СЕЙСМІЧНО БЕЗПЕЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОМИСЛОВИХ ВИБУХІВ

Розроблена методика визначення та комп'ютерна програма розрахунку сейсмічно безпечних параметрів промислових вибухів для різних гірничотехнічних умов та типів інженерних та природних споруд, що охороняються.

Ключові слова: вибухові роботи, вибухова речовина, сейсмічний ефект, сейсмометричні вимірювання.

P.V. Mikhelson, S.K. Khomeriki, D.G. Khomeriki

Grigol Tsulukidze Mining Institute, Tbilisi, Georgia

THE METODOLOGY OF CACULATION OF SEISMIC SAFF PARAMETRES FOR INDUSTRIAL EXPLOSIONS

The Methods of detection and computer program for calculation of seismic safe parameters for Industrial explosions of various Mining-Technical conditions and for protected engineering and natural structures are developed.

Keywords: explosive works, explosive, seismic effect, seismometry measurings.

Сейсмический эффект промышленных взрывов оказывает негативное воздействие на сохранность близлежащих инженерных и природных сооружений, включая здания различного назначения, транспортные коммуникации, откосы природных ландшафтов и уникальные пещерные комплексы. Тем не менее методика расчета сейсмически безопасных расстояний, представленная в действующих правилах безопасности по взрывным работам, оказывается неприемлемой для зданий и сооружений уникального характера, что создает серьезные проблемы не только проектным организациям, но и государственным органам, выдающим лицензии на ведение горных работ. Учитывая вышеизложенное Горный институт им. Г.А. Цулукидзе при финансовой поддержке Национального фонда им. Шота Руставели выполнил Проект «Установление сейсмобезопасных параметров промышленных взрывов и разработка компьютерной программы их расчета» (грант GNFST 08/5-45). В рамках указанного Проекта был обобщен мировой опыт исследования сейсмического эффекта промышленных взрывов и подтверждена целесообразность выбора в качестве критерия сейсмической опасности векторной скорости смещения грунта в основании охраняемых сооружений, как параметра наиболее тесно коррелирующего с массой одновременно взрываемых зарядов взрывчатых веществ и с расстоянием между точкой наблюдения и очагом взрыва [1, 2, 3, 4].

В соответствии с теорий подобия [5], связь между указанными параметрами в области распространения сейсмовзрывных волн описывается формулой:

(1)

где V- векторная скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов, см/с; K_c- коэффициент сейсмичности горных пород, Q_гр- масса одновременно взрываемых зарядов взрывчатых веществ, кг при условии, что величина интервала замедления между взрывами смежных групп одновременно взрываемых зарядов ф ? 20 мс, а масса каждой группы зарядов не превышает 2/3 сейсмически безопасной суммарной массы всех зарядов при их одновременном взрывании; r- расстояние между очагом взрыва и охраняемым сооружением, м; х - показатель степени затухания сейсмической волны, расчетное значение которого в соответствии с рекомендациями работы [1] принято равным 1,5.

Если в формулу (1) вместо фактической величины V ввести её допустимое значение Vд (таблица 1) и решить уравнение относительно r, получим выражение для определения сейсмически безопасного расстояния:

(2)

где К_з - коэффициент запаса; V_д - допустимая векторная скорость смещения в основании охраняемых объектов, см/с.

Допустимые значения векторной скорости смещения грунта в основании охраняемых объектов установлены в результате анализа литературных данных [6, 7, 8, 9] и представлены в таблице 1.

Таблица 1. Допустимые значения векторной скорости смещения грунта в основании охраняемых объектов ()

При определении коэффициента сейсмичности горных пород Кс использовались фактические данные натурных сейсмометрических измерений, проведенных в течение длительного периода в различных горно-геологических условиях. При этом в отличие от всех известных методик, аппроксимация зависимости (1) выполнялась не по средним значениям составляющих векторной скорости смещения грунта (метод наименьших квадратов), а по огибающим их максимальных значений, что позволило понизить уровень риска получения заниженных показателей критериального параметра. Это положение проиллюстрировано сопоставлением кривых зависимостей V=f(с), где по двум месторождениям Грузии (рисунки 1 и 2).

Рисунок 1 - Графики зависимости векторной скорости смещения горных пород Маднеульского золото-медно-полиметаллического месторождения от приведенной массы одновременно взрываемых зарядов

Рисунок 2 - Графики зависимости векторной скорости смещения горных пород Каспского месторождения известняков от приведенной массы одновременно взрываемых зарядов

сейсмический безопасный промышленный взрыв

На представленных рисунках график под номером 1 получен в результате аппроксимации экспериментальных данных методом наименьших квадратов (штатная методика), а под номером 2 - по огибающим максимальных значений скоростей смещения.

Кроме внесения коррективов в методологию математической обработки экспериментальных данных сейсмометрических измерений, повышение надежности расчетных величин r и Q обусловлено также введением в расчетные формулы (по аналогии с методикой расчета устойчивости породных откосов [10]) тридцатипроцентного коэффициента запаса надежности (Кз=1,3).

Расчетные значения коэффициента сейсмичности горных пород некоторых месторождений Грузии представлены в таблице 2. Предполагается постоянно пополнять эту базу данных, но в экстремальных условиях можно воспользоваться рекомендациями работы [1] и принять априори Кс=400 с гарантией, что в 84% случаев фактическая скорость смещения грунта будет ниже расчетной величины.

Таблица 2. Коэффициент сейсмичности горных пород некоторых месторождений и регионов Грузии

В практике взрывных работ зачастую приходится решать обратные задачи, когда для заданного расстояния между очагом взрыва и охраняемым объектом необходимо определить сейсмобезопасную массу одновременно взрываемых зарядов. Искомая величина определяется из уравнения (2) путем его решения относительно Q_гр:

(3)

Установлено, что скорость смещения грунта при прочих равных условиях зависит только от энергии одновременно взрываемых зарядов взрывчатых веществ [11]. Поэтому, с целью объективной оценки условий сейсмической безопасности охраняемых объектов, в формулах (2) и (3) фактическое значение Qгр необходимо привести к Qгр стандартного взрывчатого вещества.

В мировой практике в качестве стандартного взрывчатого вещества принят тротил, удельная энергия взрыва которого ETNT=4100 кДж/кг. Исходя из этого сейсмически безопасная масса одновременно взрываемых зарядов, приведенная к тротиловому эквиваленту, определяется из выражения:

(4)

где - коэффициент приведения используемого взрывчатого вещества к тротиловому эквиваленту; Е - удельная энергия взрыва используемого взрывчатого вещества, кДж/кг.

Таким образом, выполненными исследованиями установлено:

· тротиловый эквивалент сейсмически безопасной массы зарядов взрывчатых веществ при одновременном их взрывании:

 (5)

· при распределении суммарного заряда по отдельным группам взрывания с интервалом замедления ф ? 20 мс, тротиловый эквивалент сейсмобезопасной массы каждой группы зарядов

(6)

· сейсмически безопасное расстояние при одновременном взрывании всех зарядов

(7)

· при групповом взрывании зарядов взрывчатых веществ с интервалом замедления между группами одновременно взрываемых зарядов ф ? 20 мс

(8)

Представленная методика была положена в основу разработки алгоритма компьютерной программы расчета сейсмически безопасных параметров промышленных взрывов.

Указанная компьютерная программа описана в работе [12] и апробирована в различных горнотехнических условиях с регистрацией скоростей смещения грунта в основании самых различных сооружений. Она предназначена для проектных организаций и предприятий, выполняющих взрывные работы, а также окажет существенную помощь государственным структурам, занятым лицензионной деятельностью и/или надзором за безопасным ведением горных работ.

Перечень ссылок

1. Цейтлин Я.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов / Я.И. Цейтлин, Н.И. Смолий. - М.: Недра, 1981. - 192с.

2. Суханов А.Ф. Разрушение горных пород взрывом: [учеб. для вузов] / А.Ф. Суханов, Б.Н. Кутузов. - М.: Недра, 1983. - 344с.

3. Проектирование взрывных работ в промышленности / [Башкуев Э.Б., Бейсебаев А.М., Богацкий В.Ф. и др.]. - М.: Недра, 1983. - 359с.

4. Богацкий В.Ф. Сейсмическая безопасность при взрывных работах / В.Ф. Богацкий, В.Х. Пергамент - М.: Недра, 1978. - 128 с.

5. Садовский М.А. Сейсмический эффект взрывов. Труды всесоюзного совещания по буровзрывным работам / М.А. Садовский // Москва-Ленинград: Гостоптехиздат, 1940. - С. 290-319.

6. Справочник. Открытые горные работы. / [Трубецкой К.Н., Потапов М.Г., Виницкий К.Е. и др.]. - М.: Горное бюро, 1994. - 590 с.

7. Arnold Karleins. Gedanken zur Neujestlegung von Anhaltswarten jur den Sprengershutterungs mission shutz gegen ube baulichen Anlagen “Nobel Hefje”, 1980. - 46 p.

8. Барон В.Л. Техника и технология взрывных работ в США / В.Л. Барон, В.Х Кантор. - М.: Недра, 1989. - 376 с.

9. Слепцов М.Н. Подземная разработка месторождений цветных и редких металлов/ Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Мосинец В.Н. - М.: Недра, 1986. - 206 с.

10. Шапарь А.Г. Механика горных пород и устойчивость бортов карьеров / А.Г. Шапарь - К.: Выша школа, 1973. - 120 с.

11. Зависимость параметров сейсмических колебаний от свойств взрывчатых веществ и массива горных пород (на грузинском языке) / С.К. Хомерики, Р.В. Михельсон, Н.Д. Кукуладзе [и др.]// Труды Горного института им. Г.А.Цулукидзе. Тбилиси, 2010. - С. 30-36.

12. Компьютерная программа расчета массы сейсмически безопасных зарядов промышленных взрывчатых веществ (на грузинском языке) / Р.В. Михельсон, С.К. Хомерики, Д.Г. Хомерики [и др.]// Горный журнал. Тбилиси, 2012. - №1 (28). - С. 73-77.

Размещено на Allbest.ru