Напружено-деформований стан ґрунтів і гірських порід під час вибухів нових промислових сумішевих вибухових речовин

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.15.09 - Геотехнічна і гірнича механіка

Напружено-деформований стан ґрунтів і гірських порід під час вибухів нових промислових сумішевих вибухових речовин

Лучко Андрій Іванович

Київ 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті гідромеханіки НАН України

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Ремез Наталя Сергіївна, Інститут гідромеханіки НАН України, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Луговий Петро Захарович, Інститут механіки НАН України, завідувач відділу

- кандидат технічних наук, доцент Фролов Олександр Олександрович, Національний технічний університет України «КПІ», доцент кафедри геобудівництва та гірничих технологій

Захист відбудеться «14» травня 2010 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.22 в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ, вул. Борщагівська, 115, ауд. 701.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету України «КПІ» за адресою: 03057, Україна, м. Київ, просп. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий «06» квітня 2010 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради доктор техн.наук, с.н.с. В.І. Снісаренко

1. Загальна характеристика роботи

детонаційний гірський вибух деформований

Актуальність теми досліджень. Підривні роботи в ґрунтах і твердих гірських породах є поширеною технологією виконання робіт з різноманітними практичними цілями. Однак сучасний стан розвитку цієї технології характеризується малим коефіцієнтом використання енергії вибуху, підвищенням вимог технологічної і екологічної безпеки, економічною недоцільністю підривання з використанням дорогих заводських промислових вибухових речовин (ВР), що обумовлює неконкурентоспроможність кінцевої продукції (одиниці площі ущільненого ґрунту, одиниці об'єму викинутої або зруйнованої гірської породи і таке інше). Тому в багатьох наукових і виробничих колективах України було розроблено ряд нових промислових сумішевих (НПС) ВР. Водночас висновки про їх ефективність базуються в основному на візуальних спостереженнях практичних результатів, оскільки теоретичні питання вибуху цих ВР в ґрунтах і гірських породах досліджені мало.

Виходячи з викладеного, актуальним науковим завданням є виявлення закономірностей зміни напружено-деформованого стану (НДС) ґрунтів і твердих гірських порід під дією енергії вибуху НПС ВР місцевого приготування для обґрунтування технічної ефективності їх при ущільненні ґрунтів і руйнуванні гірських порід.

Зв'язок дисертаційної роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконані автором в Інституті гідромеханіки НАН України дослідження являють собою продовження наукових робіт з Національних програм поліпшення стану безпеки, гігієни праці і виробничого середовища на 1996...2000 роки і на 2001...2005 роки (Постанови Кабінету Міністрів України від 2.11.1996 р., №1345 і від 10.10.2001р., №1320), а також автор є виконавцем бюджетної тематики цього інституту «Дослідження формування і розповсюдження динамічних збурень різної природи в середовищах та їх взаємодії з поверхневими природними та інженерними об'єктами» (№ДР05417354).

Мета дисертаційної роботи і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є теоретичне обґрунтування технічної ефективності НПС ВР на базі вивчення НДС ґрунтів і гірських порід під дією вибухів сферичних і циліндричних зарядів цих ВР.

Відповідно до мети роботи дисертант ставить для розв'язання такі задачі:

1) розрахувати і порівняти термодинамічні, детонаційні та енергетичні параметри відомих (еталонних) і НПСВР; розробити рівняння стану газоподібних продуктів вибуху (ПВ) цих ВР;

2) дослідити НДС ґрунтів під час вибухів сферичних зарядів (СЗ) еталонних і НПС ВР;

3) дослідити НДС ґрунтів під час вибухів циліндричних зарядів (ЦЗ) еталонних і НПС ВР;

4) дослідити особливості поведінки твердої гірської породи під час вибухів ЦЗ еталонних і НПС ВР;

5) обґрунтувати технічну ефективність НПС ВР при вибуховому ущільненні ґрунтів і руйнуванні твердих гірських порід.

Об'єктом дослідження є нестаціонарні процеси деформування ґрунтів і твердих гірських порід під дією вибухів СЗ і ЦЗ ВР.

Предметом дослідження є параметри вибухів ВР і НДС ґрунтів і твердих гірських порід під час вибухів СЗ і ЦЗ НПС ВР, технічна ефективність їх.

Для вирішення поставлених задач автор обрав такі методи досліджень:

1) для розв'язання задач про камуфлетну дію вибухів СЗ і ЦЗ еталонних і НПС ВР в ґрунтах використано модель ґрунту у вигляді твердого пористого багатокомпонентного в'язкопластичного середовища і чисельний метод скінченних різниць (метод сіток);

2) для розв'язання задачі про камуфлетний вибух ЦЗ НПС ВР у твердих гірських породах використано відому зонну ідеальну модель дії вибуху і чисельний метод Рунге-Кутта четвертого порядку точності;

3) аналітичний метод використано для розрахунку відносної технічної ефективності зарядів різних ВР з метою ущільнення ґрунтів і руйнування твердих гірських порід вибухами НПС ВР;

4) метод найменших квадратів застосовано для встановлення достовірних кореляційних залежностей параметрів НДС ґрунтів від відносної віддалі та критерію подібності дії вибуху різних ВР, а також розмірів зон руйнування гірських порід і технічної ефективності різних ВР від цього критерію подібності та акустичної жорсткості породи.

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає як в отриманих нових загальнонаукових результатах, так і в уточнених, конкретизованих відомих рівняннях стану ПВ ВР, закономірностях деформування ґрунтів і твердих гірських порід енергією вибуху НПС ВР, а саме вперше:

- для п'яти НПС ВР - поліміксів ГР4-Т10, ГР1/8, ГР1/8(85%)+КРУК2(15%), ГР1/8(74%)+КРУК2(26%), комполайта ГС6 розраховано детонаційні та енергетичні параметри, а також рівняння стану газоподібних ПВ, необхідних для замикання системи диференціальних рівнянь, що описують НДС ґрунтів і твердих гірських порід під час вибуху СЗ і ЦЗ цих ВР;

- отримано, що в ближній і дальній зонах дії вибуху СЗ і ЦЗ НПС ВР параметри НДС глини та лесоподібного суглинка згасають по відносній віддалі від заряду за достовірними степеневими кореляційними залежностями, у яких коефіцієнти мають вигляд однозначних степеневих, а показники степені - лінійних кореляційних залежностей від критерію подібності дії вибуху різних ВР;

- отримано достовірні лінійні кореляційні залежності відносних радіусів камуфлетних порожнин, зон передрібнення та радіальних тріщин від критерію подібності дії вибуху різних ВР, згідно з якими для вивітрілих вапняків і кварцитів, гранітоїдів відносні розміри зон руйнування зростають зі збільшенням значень цього критерію подібності;

- з використанням закону енергетичної подібності отримано аналітичну формулу, за допомогою якої встановлено, що відносна технічна ефективність всіх ВР залежно від міцності породи змінюється якісно однаково, а саме: при спаданні міцності породи вона збільшується зі зменшенням довжини заряду і при зростанні міцності породи - збільшується зі збільшенням довжини заряду. У кількісному відношенні ця закономірність є різною для кожної ВР. Зменшення відносної технічної ефективності різних ВР залежно від довжини заряду в м'яких породах і збільшення її в гірських породах відбувається зі збільшенням критерію подібності дії вибуху різних ВР;

- встановлені формули для розрахунку критерію відносної технічної ефективності ЦЗ і СЗ різних ВР при ущільненні ґрунтів до планованої об'ємної деформації на заданій віддалі від заряду. Якісний характер зміни відносної технічної ефективності ВР під час вибухів СЗ і ЦЗ однаковий, але в кількісному відношенні ця зміна різна. При отриманні планованої об'ємної деформації 0,010 під час вибуху ЦЗ і 0,0032 під час вибуху СЗ зі збільшенням критерію подібності збільшується відносна технічна ефективність ВР;

- при отриманні фіксованих відносних розмірів зон руйнування встановлені формули для розрахунку відношення питомої лінійної маси ЦЗ досліджуваної ВР до питомої лінійної маси ЦЗ еталонної ВР - грамоніту 79/21 у вигляді функції від щільності і критеріїв подібності досліджуваної і еталонної ВР, коефіцієнтів і вільних членів лінійних кореляційних співвідношень, що виражають закономірності зміни відносних радіусів камуфлетної порожнини, зон передрібнення та радіальних тріщин від зміни критерію подібності дії вибуху різних ВР.

Практичне значення отриманих результатів:

розроблені алгоритм і програма для чисельного розрахунку задачі про розвиток у часі зон руйнування під час вибуху ЦЗ в твердій гірській породі, кореляційні залежності параметрів НДС глинистих і лесоподібних ґрунтів під час вибухів СЗ і ЦЗ ВР від відносної відстані і параметра подібності дії вибуху різних ВР, аналітичні залежності для визначення відносної технічної ефективності різних НПС ВР при ущільненні ґрунтів і руйнуванні твердих гірських порід рекомендовані для прогнозування параметрів вибухів різних не досліджуваних ВР, до впровадження та частково прийняті до використання:

1) в навчальному процесі кафедри геобудівництва та гірничих технологій Інституту енергозбереження та енергоменеджменту НТУУ «КПІ» (Акт передачі матеріалів дисертації від 15.12.09);

2) при обґрунтуванні переваг застосування розроблених ЗАТ «Техновибух» НПСВР порівняно з відомими ВР (Акт передачі матеріалів 28.12.09);

3) при проектуванні спеціальних вибухових робіт у філії «Кримвибухпром» Державного підприємства «Науково-виробниче об'єднання «Павлоградський хімічний завод» (Довідка від 29.12.09).

Особистий внесок здобувача:

без співавторів опубліковано чотири наукові праці [1-4]; розробка і реалізація алгоритму та програми розрахунку задачі про дію вибуху в гірських породах ЦЗ ВР місцевого приготування [5]; розрахунки параметрів НДС лесоподібного суглинка під час вибуху ЦЗ поліміксів ГР4-Т10 і ГР1/8 [6]; розрахунки залежностей від часу параметрів вибухів ЦЗ різних ВР на різних відносних відстанях від заряду [7]; чисельні розрахунки залежностей від часу та відносної віддалі параметрів НДС лесоподібного суглинка під час вибуху ЦЗ НПС ВР [8, 9]; чисельні розрахунки параметрів НДС у глині та лесоподібному суглинку [10, 11]; запропоновані аналітичні вирази для розрахунку імпульсів вибухів ЦЗ НПС ВР [12]; запропонована розрахункова формула і виконано аналіз результатів розрахунків [13]; виконано розрахунки і графічне зображення параметрів вибуху залежно від часу в вивітрілому вапняку [14].

Апробація результатів. Результати досліджень доповідалися на:

1) другій Міжнародній науково-технічній конференції «Механіка і технологія вибухового руйнування гірських порід» , 23-28 червня 2003 р., Євпаторія, Орен-Крим;

2) першій науково-методичній конференції Інституту енергозбереження та енергоменеджменту НТУУ «КПІ» «Проблеми геотехнологій і інженерної екології, Київ, ІЕЕ НТУУ «КПІ» МОН України, 19.05.2006 р;

3) шостій Всеукраїнській науково-технічній конференції «Будівництво в сейсмічних районах України», 25-30 вересня 2006р., Ялта;

4) XVII Міжнародній науковій школі ім. акад. С.О. Христіановича «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках», Крим, Алушта, 17-23 вересня 2007 р.;

5) конференції «Научный потенциал мира _ 2007», Днепропетровск, 16-30 сентября 2007 г.;

6) міжнародній науковій конференції «Охорона праці та соціальний захист працівників», Київ, 19-21 листопада 2008 р.;

7) науково-практичній конференції «Промислова, техногенна та екологічна безпека», Київ, 19.03.2009 р.

8) науково-технічній конференції «Науково-технічне забезпечення промислової, екологічної безпеки та охорони праці», Київ, 20.10.2009 р., НК «Експоцентр України».

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 14 наукових працях, із них 1 - в фаховому науковому журналі, 9 - в фахових збірниках наукових праць, 3 - в матеріалах конференцій, 1 - в матеріалах міжнародної наукової школи ім. акад. С.О. Христіановича.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списка використаних джерел і додатків.

Обсяг дисертації становить 146 сторінок. Крім цього, в дисертації є 74 рисунки, 40 таблиць, список використаних джерел із 132 назв, матеріали про впровадження (додатки).

2. Основний зміст роботи

У вступі: висвітлено сучасний стан досліджень з проблем ущільнення ґрунтів і руйнування гірських порід енергією вибухів різних промислових ВР; обґрунтовано необхідність проведення наукових досліджень і їх актуальність; показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; сформульовано мету і задачі роботи, наведено характеристику обраних методів досліджень; сформульовано висновки, що відображають наукову новизну результатів; висвітлено обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій; розкрито особистий внесок здобувача. Наведено дані про практичне значення і апробацію результатів, а також про публікації, структуру і обсяг роботи.

У першому розділі виконано критичний аналіз результатів відомих досліджень з проблем застосування енергії вибуху для ущільнення ґрунтів і руйнування твердих гірських порід.

Великий вклад у розвиток досліджень внесли вітчизняні та закордонні вчені. Зокрема, О.О. Вовком, С.С. Григоряном, В.Г. Кравцем, П.З. Луговим, Г.М. Ляховим, А.В. Михалюком, Н.С. Ремез та іншими вченими розроблено і реалізовано ряд математичних моделей і методів регулювання дії вибуху в ґрунтах.

Значний вклад у вирішення різних питань дії вибуху в гірських породах внесли В.В. Бойко, О.О. Вовк, В.В. Воробйов, В.Д. Воробйов, С.С. Григорян, А.Ю. Дриженко, Е.І. Єфремов, В.М. Комір, М.В. Крівцов, В.М. Кузнєцов, В.М. Ніколаєвський, В.Д. Петренко, В.С. Прокопенко, В.М. Родіонов, К.Н. Ткачук, П.Й. Федоренко, О.О. Фролов, А.В. Шапурін, Є.І. Шемякін, Є.М. Шер та багато інших.

На сучасному етапі розвитку вибухових технологій важливою проблемою є розробка нових промислових ВР, які б були при використанні одночасно технічно і економічно ефективними та технологічно і екологічно безпечними (публікації О.О. Вовка, Е.І. Єфремова, В.Г. Кравця, М.В. Крівцова, Р.С. Крисіна, М.О. Лисюка, А.В. Михалюка, В.С. Прокопенка та інших учених). У зв'язку з цим Перелік промислових ВР в Україні та й в інших країнах постійно поповнюється новими їх типами. При цьому технічна і економічна ефективність установлюються шляхом широкого практичного застосування цих ВР. Однак доцільніше базуватися на результатах теоретичних досліджень динаміки вибуху в ґрунтах і гірських породах.

Із аналізу сучасного стану досліджень з проблем деформування ґрунтів і руйнування твердих гірських порід енергією вибуху випливає:

1) НДС ґрунтів і гірських порід сильно залежить як від параметрів ВР, так і від властивостей ґрунтів і гірських порід (праці О.О. Вовка, Е.І. Єфремова, В.Г. Кравця, І.А. Лучка, А.В. Михалюка, Н.С. Ремез та інших учених);

2) у наукових публікаціях відсутні критерії щодо точного перерахунку закономірностей зміни по віддалі від осередка вибуху параметрів НДС, відомих для вибраної за еталон ВР, на аналогічні закономірності для іншої ВР і іншого ґрунту чи гірської породи. При цьому необхідно зазначити таке. На основі аналізу результатів експериментальних досліджень у працях В.В. Захарова, М.О. Лисюка, А.В. Михалюка запропоновано критерій порівняння лише радіальних напруг від дії вибуху різних ВР в ґрунтах у вигляді безрозмірного співвідношення (D - швидкість детонації, Аі - повна ідеальна робота вибуху).

З урахуванням необхідності подальшої перевірки цього критерію та великої трудомісткості експериментальних досліджень доцільно таку перевірку виконувати з використанням правильно математично поставлених і чисельно розв'язаних задач про дію вибуху різних ВР в ґрунтах і гірських породах;

3) для дослідження дії вибуху НПС ВР в ґрунтах автор вибрав ефективну модель ґрунту Г.М. Ляхова у вигляді твердого пористого багатокомпонентного в'язкопластичного середовища зі змінним коефіцієнтом в'язкості;

4) одночасно з розвитком математичних моделей ґрунтів і гірських порід розвивається теорія і практика про джерело вибуху, а саме: розробка ВР з певним компонентним складом, розробка методик розрахунків параметрів вибухів ВР. Визначаючи параметри вибухів НПС ВР (при складанні рівнянь вибухового перетворення ВР; визначенні теплоти, температури вибуху, показника політропи; швидкості детонації; параметрів двочленного рівняння стану ПВ та інших параметрів) , дисертант використав наукові методичні розробки відомих учених К.К.Андрєєва, А.Ф.Бєляєва, Л.В.Дубнова, Н.С.Бахарєвич, В.І.Пепекіна;

5) для дослідження динамічної поведінки гірської породи під час вибуху автор вибрав для дослідження дії вибуху в твердій гірській породі відому зонну модель В.М. Родіонова, модифіковану Є.М. Шером на випадок крихкої гірської породи.

У другому розділі наведено основні положення методик складання рівнянь та розрахунку параметрів вибуху вибраних за еталонні ВР - грамоніту 79/21 та ігданіту, а також НПС ВР поліміксу ГР4-Т10, поліміксу ГР 1/8, комполайту ГС 6, поліміксу ГР 1/8(85%) + КРУК2(15%), поліміксу ГР 1/8(74%) + КРУК2(26%).

У результаті аналізу результатів виконаних розрахунків отримано:

1) для еталонних ВР - грамоніту 79/21 і ігданіту встановлено добру збіжність розрахованих значень параметрів вибуху з відомими джерельними значеннями їх;

2) уперше для НПС ВР складено рівняння реакцій вибухового перетворення та визначено: теплоту і температуру вибуху, коефіцієнти адіабати і політропи, кількість газоподібних і твердих ПВ, тиск у точці Жуге та інші параметри;

3) з погляду екологічності найкращими ВР є полімікс ГР1/8 і його модифікації полімікс ГР1/8(74%)+КРУК2(26%), полімікс ГР1/8(85%)+КРУК2(15%), оскільки в складі газоподібних ПВ цих ВР найменша кількість шкідливого оксиду вуглецю. Так, під час вибуху 1,0 кг різних ВР утворються неоднакова кількість СО: для грамоніту 79/21 - 23,66 л; ігданіту - 10,74 л; поліміксу ГР 4-Т10 - 41,3 л; поліміксу ГР 1/8 - 9,24 л; комполайту ГС 6 - 25 л; поліміксу ГР 1/8(85%) + КРУК2(15%) - 6,81 л; поліміксу ГР 1/8(74%) + КРУК2(26%) - 5,35 л. Оскільки в склад ГР4-Т10 входить тротил, то в складі газоподібних ПВ цієї ВР найбільша кількість шкідливого оксиду вуглецю порівняно з іншими досліджуваними ВР;

4) уперше для еталонних і досліджуваних ВР розраховано рівняння стану газоподібних ПВ у вигляді двочленної функції від щільності. Оскільки для відомих ВР рівняння такого вигляду широко застосовуються, то в нашому випадку отримання цих рівнянь створило умови для подальшого математичного моделювання динамічної дії вибуху цих ВР в ґрунтах і твердих гірських породах.

У третьому розділі викладено результати математичного моделювання зміни НДС глини і лесоподібного суглинка під час камуфлетних вибухів СЗ двох вибраних еталонних і п'яти досліджуваних ВР. Приймається схема миттєвої хвильової детонації, згідно з якою весь заряд детонує миттєво і по всьому його об'єму встановлюється середній початковий тиск, що дорівнює половині детонаційного тиску в точці Жуге, а щільність ПВ дорівнює щільності заряду.

Розглядається зв'язана початково-крайова задача для ПВ і ґрунту, що пов'язано зі зв'язаністю полів термодинамічних величин у цих суцільних середовищах. Закони збереження маси, кількості руху і енергії для цієї зв'язаної системи під час вибуху СЗ записуються в змінних Ейлера. Розширення ПВ відбувається згідно з двочленним рівнянням стану ПВ, яке автор визначив для кожної з досліджуваних ВР. Ґрунт моделюється твердим пористим багатокомпонентним середовищем зі змінним коефіцієнтом об'ємної в'язкості. Конкретні вирази рівнянь навантаження-розвантаження та змінного коефіцієнта об'ємної в'язкості прийнято, як у Г.М. Ляхова. За умову пластичності ґрунту прийнято умову Мізеса-Боткіна.

Були вибрані такі початкові умови: в початковий момент швидкість дорівнює нулю в об'ємі заряду і дорівнює нулю в ґрунті; щільність середовища дорівнює щільності заряду в об'ємі заряду і щільності ґрунту за межами заряду.

За граничні умови прийнято: 1) умови неперервності на контактній границі ПВ-ґрунт радіальних нормальних напружень і масової швидкості; 2) умову «непроточності», тобто швидкість в центрі заряду дорівнює нулю.

У результаті чисельного розв'язання поставленої задачі отримано:

1) зміна з часом максимумів тиску, радіальних нормальних напружень, швидкостей частинок ґрунту, об'ємної деформації на межі камуфлетної порожнини з ґрунтом і в ближній зоні вибуху СЗ перебуває в однозначній залежності від початкового тиску при миттєвій хвильовій детонації заряду, а саме: більшому початковому тиску відповідають більші значення параметрів у ближній зоні вибуху. При цьому найбільші значення параметрів вибуху досягаються під час вибуху СЗ поліміксу Гр1/8(74%)+КРУК2(26%), потім поліміксу Гр1/8(85%)+КРУК2(15%), поліміксу Гр1/8, грамоніту 79/21, поліміксу Гр4-Т10, комполайту ГС6 і ігданіту;

2) на межі порожнини з ґрунтом спостерігаються 4...5 повторних максимумів середнього гідростатичного тиску, об'ємної деформації, нормального радіального напруження і швидкості частинок ґрунту, що якісно узгоджується з результатами чисельних і експериментальних досліджень дії вибуху в воді. При цьому значення других максимумів параметрів більші перших, а наступні - зменшуються і з часом згасають через дисипацію енергії на ударній хвилі та вязкі властивості ґрунту;

3) оскільки вплив тиску в порожнині на НДС ґрунту слабшає з віддаленням від осередка вибуху, починаючи з віддалі 13,1r0 (r0 - радіус заряду) характер залежностей параметрів НДС ґрунту від часу змінюється залежно від ВР. Так, хоч вибух комполайта ГС6 дає менші значення початкового тиску порівняно з вибухом полімікса Гр4-Т10, але ПВ комполайта Гс6 мають більшу питому енергію і менший показник політропи, що очевидно й спричиняє для нього з віддаленням від заряду більші поточні значення максимального тиску і об'ємної деформації;

4) через різний характер згасання хвиль в ближній і дальній зонах дії вибуху аналітичні вирази для зміни з відносною віддаллю параметрів НДС ґрунту записуються для кожної з досліджуваних ВР для двох дільниць у вигляді степеневих функцій, що мають різні значення коефіцієнтів і показників степені для ближньої і дальньої зон дії вибуху, а також для двох типів ґрунту - глини і суглинка;

5) для всіх досліджених ВР значення залишкових деформацій під час дії вибуху СЗ в лесоподібному суглинку на всіх відносних віддалях від заряду більші значень залишкових деформацій під час дії СЗ в глині;

6) у ближній і дальній зонах дії вибуху СЗ в глині та лесоподібному суглинку параметри НДС ґрунтів (максимальних значень тиску , радіального нормального напруження , швидкості частинок , об'ємної деформації , залишкової деформації ) згасають по відносній віддалі від заряду за достовірними кореляційними степеневими залежностями, у яких коефіцієнти мають вигляд степеневих функцій від критерію подібності , а показники степені мають вигляд лінійних функцій від цього критерію:

,

де - приймає значення , , , , ; величини , , , визначені при застосуванні методу найменших квадратів;

7) отримані закономірності є достовірними, оскільки коефіцієнти детермінації (для лінійних залежностей) і (для степеневих залежностей) близькі до одиниці;

8) параметри НДС досліджених ґрунтів під час вибухів СЗ НПС ВР порівняльні з параметрами, отриманими під час вибухів СЗ еталонних ВР.

У четвертому розділі наведено результати дослідження НДС глини і лесоподібного суглинка під час камуфлетного вибуху у цих ґрунтах ЦЗ грамоніту 79/21 і ігданіту та зарядів п'яти досліджуваних НПС ВР.

У результаті чисельного розв'язання поставленої задачі отримано:

1) під час вибухів ЦЗ і СЗ ВР у лесоподібному суглинку (глині) відбуваються якісно однакові зміни параметрів НДС цих ґрунтів у часі і по віддалі від осередка вибуху. Тобто висновки 1,…,8, що отримані з аналізу результатів досліджень НДС ґрунтів під час вибуху СЗ НПС ВР, якісно є справедливими і для вибуху ЦЗ НПС ВР;

2) вперше теоретично обґрунтовано доцільність і достовірність використання безрозмірного комплексу у вигляді відношення квадрата швидкості детонації до повної ідеальної роботи вибуху ВР (як критерію подібності дії вибуху різних ВР) при розгляді закономірностей зміни НДС ґрунтів по віддалі від центра вибуху СЗ і осі вибуху ЦЗ;

3) за допомогою введеного критерію подібності можна прогнозувати результати дії вибуху багатьох різних ВР у досліджуваних ґрунтах. Для цього достатньо підставити значення критерію подібності , що характеризує досліджувану ВР, в кореляційні співвідношення, якими описується НДС ґрунту під час вибуху СЗ і ЦЗ.

У п'ятому розділі викладено результати чисельного дослідження дії вибуху в твердій гірській породі ЦЗ грамоніту 79/21 і ігданіту та п'яти НПС ВР.

Розглядається процес руйнування крихкого середовища під дією камуфлетного вибуху ЦЗ ВР нескінченної довжини і радіуса а0. Розширення ПВ відбувається згідно з двочленною ізентропою, для якої параметри розраховані в другому розділі.

Як і в попередніх постановках задач, припускається: миттєвість детонації заряду і встановлення по всьому об'єму заряду однакового середнього тиску Рср, а щільність ПВ дорівнює початковій щільності ВР. У розвитку вибуху виділяються такі етапи.

1. На першому етапі хвиля руйнування поширюється з швидкістю, більшою максимальної швидкості руху тріщин max. На цьому етапі є дві зони: пластична при і пружна при ( - радіус порожнини вибуху, - границя пластичної зони, _ поточна координата).

2. При зменшенні швидкості зростання пластичної зони і виконанні нерівності з'являється зона радіальних тріщин при ( - радіус фронту зони радіальних тріщин). Зона пружності розміщена при .

У зоні передрібнення припускається виконання рівнянь руху суцільного середовища - рівнянь збереження кількості руху і збереження маси. Поведінка сипкого середовища описується законом Кулона.

На першому етапі розвитку зони передрібнення виконуються такі граничні умови: на межі порожнина вибуху-порода радіальні напруження в зоні передрібнення дорівнюють тиску газів у порожнині; перед хвилею дроблення в пружному середовищі виконується критерій зсувного руйнування середовища Кулона-Мора; зліва і справа границі пластичності зміщення однакові.

Для другого етапу руйнування, коли є три зони впливу вибуху, граничні умови такі: на межі порожнина вибуху-порода радіальні напруження в зоні передрібнення дорівнюють тиску газів у порожнині, на границі зони передрібнення і на фронті радіальних тріщин зміщення і радіальні напруження неперервні.

Для першого і другого етапів розвитку зон руйнування було отримано звичайні диференціальні рівняння другого порядку. Інтегрування цих рівнянь виконувалося чисельно чотирьохкроковим методом Рунге-Кутта. При цьому рівняння другого порядку зводилися до системи диференціальних рівнянь першого порядку. Було розраховано і побудовано залежності відносних радіусів камуфлетних порожнин , зон передрібнення і радіальних тріщин від відносного часу t (t - час, с; c0 - швидкість пружних хвиль, м/с; а0 - радіус заряду, м) для вивітрілих вапняку і залізистого кварциту та гранітоїду. З аналізу результатів розрахунків випливає, що закономірності розподілу максимальних значень досліджуваних розмірів зон руйнування якісно однакові для трьох порід. Зокрема, найбільші значення відносних радіусів камуфлетної порожнини, зон передрібнення та радіальних тріщин досягаються під час вибухів полімікса ГР 1/8(74%)+КРУ2(26%), потім полімікса ГР 1/8(85%)+КРУ2(15%), полімікса ГР 1/8, потім грамоніта 79/21, полімікса ГР4-Т10, комполайта ГС6 і ігданіта.

Встановлено, що чим більші тиск і щільність ПВ, тим більші значення відносних радіусів зон руйнування. При цьому значення відносних радіусів зон передрібнення під час вибухів полімікса ГР4-Т10 і грамоніта 79/21 близькі між собою. А значення відносного радіуса радіальних тріщин під час вибуху полімікса ГР4-Т10 більше, ніж під час вибуху грамоніта 79/21, що можна пояснити більшим значенням показника політропи у грамоніта 79/21 і, відповідно, більшою дисипацією енергії.

Встановлено також, що максимальні значення у вивітрілих залізистих кварцитах менші, ніж у вапняку, оскільки залізистий кварцит має більшу щільність і більші міцнісні характеристики - модуль зсуву, коефіцієнт об'ємного стиснення, границі міцності на розтяг і зсув.

Було розраховано кінцеві значення тиску в порожнині на момент зупинення зростання параметрів а, b, l у вивітрілих вапняках і залізистих кварцитах, гранітоїдах. Використовуючи значення показників адіабати, політропи розширення ПВ і адіабати при розширенні ПВ до атмосферного тиску, були розраховані параметри подібності різних ВР . Потім, з використанням методу найменших квадратів, було побудовано достовірні лінійні кореляційні співвідношення, що виражають залежності відносних розмірів , і від параметра подібності для досліджуваних порід:

для вивітрілого вапняка

для гранітоїдів

для вивітрілих залізистих кварцитів

Аналіз цих співвідношень показав, що зі збільшенням параметра подібності збільшуються відносні величини , , для кожної з досліджуваних твердих гірських порід.

Значення відносних радіусів зон передрібнення твердих гірських порід перебувають в прямій відповідності до характеристик міцності їх, а саме: чим менші значення щільності, модулів пружності і зсуву, границь міцності на стиск і розрив, тим більші кінцеві значення відносного радіуса зони передрібнення. Найменше значення спостерігається під час вибухів у кварциті, потім більше - у гранітоїді, найбільше - під час вибухів у вапняку.

Аналізуючи залежності відносного радіуса камуфлетної порожнини від , отримано, що найбільше значення спостерігається під час вибухів у вивітрілому вапняку, в якого найменші значення міцнісних характеристик.

Аналіз також показує, що хоч залізистий кварцит має більші міцнісні характеристики порівняно з гранітоїдами, у ньому під час вибуху значення більші, ніж у гранітоїдах, що можна пояснити з погляду енергетики так. Порівняно з гранітоїдами залізистий кварцит має значно більшу питому поверхневу енергію тріщиноутворення при зрушенні тріщини 0 і на початку галуження 1, що й створює умови для більш інтенсивного розвитку процесу на цьому етапі руйнування.

Найменший відносний радіус радіальних тріщин спостерігається під час вибухів у найміцнішій з досліджуваних гірських порід - залізистому кварциті, а найбільший - під час вибухів у гранітоїдах. Це пов'язано з тим, що максимальна швидкість тріщиноутворення в гранітоїдах також значно більша, ніж у кварциту й вапняку. Тобто закономірності зміни відносних радіусів камуфлетних порожнин, зон передрібнення і радіальних тріщин під час вибухів у різних твердих гірських породах залежать не тільки від міцнісних характеристик порід, але й від швидкості та енергетичних характеристик процесу тріщиноутворення.

Встановлено, що значення відносних радіусів зон руйнування в гірських породах під час вибухів ЦЗ НПС ВР, крім комполайта ГС6, не менші за значення відносних радіусів зон руйнування під час вибухів ЦЗ еталонних ВР, тому ці нові ВР можна ефективно застосовувати для дроблення гірських порід у кар'єрах.

Шостий розділ присвячено обґрунтуванню технічної ефективності НПС ВР при вибуховому ущільненні ґрунтів і руйнуванні твердих гірських порід.

Аналізуючи критерії технічної ефективності ВР, автор вибрав критерій, запропонований Б.Я. Свєтловим і Н.Е. Яременко у вигляді залежності маси заряду досліджуваної ВР , що еквівалентна за ефективністю 1,0 кг еталонної ВР.

З використанням закону енергетичної подібності автором отримано формулу, за допомогою якої досліджено ефективність ВР при зміні довжини заряду і в різних породах. Установлено: 1) в ґрунтах (- значення коефіцієнта пов'язаного з жорсткістю породи; - акустична жорсткість породи) збільшення довжини заряду приводить до збільшення , тобто до зменшення ефективності ВР. При цьому найбільшу ефективність мають ігданіт і комполайт ГС6, яка до видовження заряду до 2 м залишається більшою за ефективність грамоніту 79/21. Збільшення акустичної жорсткості порід змінює характер залежностей (відповідно й технічної ефективності різних ВР) від довжини заряду. У породах з () і () ефективність різних ВР зі збільшенням довжини заряду збільшується. Зокрема, при найменшу ефективність мають ігданіт і комполайт ГС6, а найбільшу - полімікси ГР 1/8, ГР 1/8(85%)+Крук2(15%), ГР 1/8(74%)+ +Крук2(26%), яка в усьому діапазоні збільшення довжини заряду більша за ефективність еталонної ВР - грамоніту 79/21. Ефективність поліміксу ГР4-Т10 зі збільшенням довжини заряду збільшується і при довжині Lз3 м перевищує ефективність грамоніту 79/21. Існує граничне значення відношення довжини заряду до його діаметра, за якого ефективність вибуху різних ВР більше не буде збільшуватися;

2) зменшення ефективності різних ВР зі збільшенням довжини заряду в м'яких породах і збільшення її в твердих гірських породах відбувається зі збільшенням критерію подібності ;

3) ефективність усіх ВР залежно від міцності породи змінюється якісно однаково, а саме: при зменшенні міцності породи вона збільшується зі зменшенням довжини заряду і при збільшенні міцності породи - збільшується зі збільшенням довжини заряду. У кількісному відношенні ця закономірність різна для кожної ВР.

Досліджено технічну ефективність НПС ВР при ущільненні лесоподібних суглинків енергією вибуху Цз. Для розрахунку відношень питомої лінійної маси ЦЗ кожної досліджуваної ВР до питомої лінійної маси ЦЗ еталонної ВР - грамоніту 79/21, при ущільненні ґрунту до планованої (проектної) об'ємної деформації на заданій віддалі від заряду, встановлені формули:

,

де і = 2, 3…, 7; цифри 1, 2,…, 7 відносяться відповідно до грамоніту 79/21, ігданіту, поліміксу ГР4-Т10, поліміксу ГР1/8, поліміксу ГР1/8(85%)+Крук2(15%), поліміксу ГР1/8(74%)+Крук2(26%), комполайту ГС6; параметри - являють собою отримані автором достовірні степеневі та лінійні кореляційні співвідношення в залежності від критеріїв подібності ; , - щільності і-ої ВР і грамоніту 79/21.

Встановлено, що при отриманні планованої об'ємної деформації лесоподібного суглинка зі збільшенням критерію подібності зростає відносна технічна ефективність ВР. Це випливає з рис. 1, оскільки для ігданіту, комполайту ГС6, грамоніту 79/21, поліміксу ГР4-Т10, поліміксу ГР1/8, поліміксу ГР1/8(85%)+Крук2(15%), поліміксу ГР1/8(74%)+Крук2(26%) критерій подібності відповідно дорівнює 1,896; 2,018; 2,958; 3,035; 3,801; 4,472; 5,28.

При цьому найменшу відносну технічну ефективність мають ігданіт і комполайт ГС6. Ці дві ВР менш ефективні, ніж грамоніт 79/21. Але комполайт ГС6 ефективніший порівняно з ігданітом. Так, для отримання планованої об'ємної деформації 0,006; 0,012 і 0,018 потрібно витратити ігданіту в 1,23 рази, 1,33 рази і 1,39 рази більше, ніж комполайта ГС6. Полімікс ГР4-Т10 для всієї області зміни (0,002??0,02) є ефективнішим порівняно з грамонітом 79/21. Ефективнішими за грамоніт 79/21 є також полімікс ГР 1/8 для 0,0038??0,020, полімікс ГР 1/8 (85%)+Крук 2 (15%) - для 0,005??0,020, полімікс ГР 1/8 (74%)+Крук 2 (26%) - для 0,006??0,020.

Є значення об'ємної деформації (0,010), отримання якого можливе з використанням ГР 1/8, ГР 1/8 (85%)+Крук 2 (15%), ГР 1/8 (74%)+Крук 2 (26%) з однаковою ефективністю. У цьому випадку середня питома лінійна маса ЦЗ цих ВР становить 0,569 питомої лінійної маси ЦЗ грамоніту 79/21. При отриманні значень об'ємних деформацій <0,010 відносна технічна ефективність цих трьох ВР зменшується. Є також деформації, які можуть бути досягнуті з однаковою ефективністю кожною з цих трьох ВР з ігданітом та комполайтом ГС6.

Досліджено відносну технічну ефективність СЗ різних ВР при ущільненні лесоподібних суглинків. Виведено формули для розрахунку відношень маси заряду досліджуваної ВР до маси заряду еталонної ВР - грамоніту 79/21 при досягненні планованої деформації на заданій віддалі від заряду у вигляді:

,

де і = 2, 3…, 7 відповідають прийнятій нумерації ВР. Підставляючи в ці формули значення , і , , , (як функції від критерію подібності), будемо отримувати різні значення для різних планованих значень .

Встановлено, що характер залежностей відносної технічної ефективності різних ВР від планованої об'ємної деформації під час вибухів СЗ у лесоподібному суглинку якісно збігається з характером таких залежностей під час вибухів ЦЗ у цьому ж ґрунті. Однак кількісно ці залежності різко відмінні. Так, точці перетину ліній , що відносяться відповідно до поліміксу ГР 1/8, поліміксу ГР 1/8 (85%)+ Крук 2 (15%), поліміксу ГР 1/8 (74%)+ Крук 2 (26%), відповідає залишкова об'ємна деформація лесоподібного суглинка під час вибухів СЗ =0,0032, а точці перетину ліній для зазначених ВР під час вибухів ЦЗ відповідає залишкова деформація =0,010, тобто в 3,1 раза більша.

Встановлено формулу для розрахунку відношення питомої лінійної маси ЦЗ досліджуваної ВР до питомої лінійної маси ЦЗ еталонної ВР (грамоніта 79/21) Сле при отриманні параметрів () зон руйнування в вигляді

де і - щільність досліджуваної і еталонної ВР, і - критерій подібності досліджуваної і еталонної ВР. Величини б і в - є відповідно відомими коефіцієнтами і вільними членами лінійних кореляційних співвідношень, що виражають закономірності зміни в твердих гірських породах відносних радіусів камуфлетних порожнин, зон передрібнення та радіальних тріщин від критерію подібності дії вибуху різних ВР.

Встановлено, що найменша технічна ефективність при отриманні відносних радіусів камуфлетної порожнини, зон передрібнення та радіальних тріщин у вивітрілих вапняку і залізистому кварциті та гранітоїді спостерігається під час вибуху ігданіту і комполайту ГС6.

Було отримано формули для розрахунку технічної ефективності різних ВР залежно від акустичної жорсткості гірських порід. Показано, що зі збільшенням акустичної жорсткості породи технічна ефективність ігданіту і комполайту ГС6 зменшується. Відносна технічна ефективність полімікса ГР4-Т10 майже постійна, маючи тенденцію до зростання зі збільшенням акустичної жорсткості породи. Технічна ефективність трьох ВР - поліміксів ГР 1/8, ГР 1/8 (85%)+Крук 2 (15%) і ГР 1/8 (74%)+Крук 2 (26%) зі збільшенням акустичної жорсткості породи зростає у відповідності до зростання критерію подібності , а зі зменшенням акустичної жорсткості породи, навпаки, зменшується відповідно до зростання критерію подібності. Є такі значення акустичної жорсткості породи, за яких під час вибухів різних ВР спостерігаються однакові значення технічної ефективності різних ВР.

Для розрахунку очікуваного економічного ефекту при використанні НПС ВР автором отримана формула

, грн/рік

де - планована річна продуктивність підприємства з підготовки гірничої маси, м3/рік; - питома витрата еталонної ВР - грамоніту 79/21, кг/м3; і - вартість грамоніту 79/21 і досліджуваної ВР, грн/кг; - відношення питомої лінійної маси ЦЗ досліджуваної ВР до питомої лінійної маси ЦЗ грамоніту 79/21 при отриманні радіуса зони радіальних тріщин, долі одиниці.

Нехай м3/рік. Для вивітрілого вапняка маємо = 0,569 кг/м3, для гранітоїдів = 0,405 кг/м3, для вивітрілих залізистих кварцитів = 0,792 кг/м3. Тоді, для теоретично розрахованих значень в різних гірських породах і відомих і , економічний ефект дорівнюватиме:

Порода № ВР	Вивітрілий вапняк	Гранітоїди	Вивітрілий залізистий кварцит
		, грн/кг	10-6, грн/рік		10-6, грн/рік		10-6, грн/рік
1	1	8,5	0	1	0	1	0
2	0,961	3,2	1,543	0,995	1,076	0,997	2,103
3	0,913	5,18	1,072	0,911	0,765	0,911	1,497
4	0,872	4,32	1,346	0,85	0,977	0,847	1,917
5	0,908	4,32	1,302	0,865	0,964	0,858	1,898
6	0,921	4,28	1,296	0,865	0,971	0,861	1,907
7	0,955	4,07	1,312	0,986	0,908	0,988	1,773

З наведених даних випливає, що отримані в дисертації нові теоретичні та прикладні результати можна з упевненістю рекомендувати до впровадження і на теперішній час:

1) матеріали про закономірності зміни відносної технічної ефективності досліджених і еталонних ВР прийняті ЗАТ «Техновибух» для використання при демонстрації перед замовниками переваг досліджених ВР порівняно з узятими за еталон - грамонітом 79/21 і ігданітом, при удосконаленні промислових сумішевих ВР з урахуванням довжини зарядів і особливостей їх вибуху в ґрунтах і гірських породах, при розробленні нових промислових сумішевих ВР;

2) кафедрою геобудівництва і гірничих технологій ІЕЕ НТУУ «КПІ» прийняті матеріали дисертації про закономірності зміни НДС ґрунтів і гірських порід залежно від віддалі від заряду і критерію подібності дії вибуху різних ВР та методики розрахунку технічної ефективності ВР при ущільненні ґрунтів і руйнуванні гірських порід з метою використання їх при написанні магістерських дипломних робіт, дипломних проектів, проведенні лекцій, визначенні технічної ефективності інших ВР;

3) філія «Кримвибухпром» Державного підприємства «НВО «Павлоградський хімічний завод» прийняла матеріали про технічну ефективність нових промислових вибухових речовин для використання їх при проектуванні спеціальних підривних робіт;

Висновки і рекомендації

Дисертаційна робота є закінченою науковою працею, у якій розв'язано важливе наукове завдання про виявлення закономірностей зміни напружено-деформованого стану ґрунтів і твердих гірських порід під дією камуфлетних вибухів сферичних і циліндричних зарядів НПС ВР з установленням якісної й кількісної оцінок відносної технічної ефективності цих ВР, що має велике практичне значення при підривних роботах у ґрунтах і твердих гірських породах.

Аналіз відомих наукових джерел показав, що в останні два десятиліття в нашій країні постійно зростають Перелік і обсяги використання розроблених нових промислових ВР місцевого приготування. При цьому висновки про їх технічну ефективність базуються в основному на візуальних спостереженнях практичних результатів. Цим обумовлена актуальність теоретичного дослідження зміни НДС ґрунтів і гірських порід під час вибухів у них НПС ВР і технічної ефективності їх.

Основними новими науковими результатами є такі:

1) рівняння реакцій вибухового перетворення та рівняння стану продуктів вибуху НПС ВР;

2) закономірності зміни параметрів НДС ґрунтів з відносною віддаллю від центра (осі) вибуху, від часу і критерію подібності дії вибуху різних ВР під час вибухів СЗ і ЦЗ НПС ВР;

3) кореляційні залежності відносних розмірів зон руйнування твердих гірських порід від критеріїв подібності дії вибуху різних ВР і міцнісних характеристик порід;

4) за допомогою введеного критерію подібності можна прогнозувати результати дії вибуху СЗ і ЦЗ із багатьох різних ВР у досліджуваних ґрунтах і ЦЗ - у твердих гірських породах;

5) аналітичні формули для визначення відносної технічної ефективності СЗ і ЦЗ різних ВР при ущільненні ґрунтів до планованої об'ємної деформації на заданій відстані від осередка вибуху, а також для визначення технічної ефективності ЦЗ різних ВР при отриманні розмірів зон руйнування в твердих гірських породах залежно від довжини заряду, критерію подібності дії вибуху різних ВР, міцнісних характеристик породи.

Рекомендуються до впровадження:

розроблені алгоритм і програма для чисельного розрахунку задачі про розвиток у часі зон руйнування під час вибуху ЦЗ в твердій гірській породі; кореляційні залежності параметрів НДС глини і лесоподібних суглинків під час вибухів СЗ і ЦЗ ВР від відносної відстані і критерію подібності дії вибуху різних ВР; аналітичні формули для визначення відносної технічної ефективності різних промислових сумішевих ВР при ущільненні ґрунтів і руйнуванні твердих гірських порід.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких наукових працях

1. Лучко А.І. Розроблення рівнянь стану газоподібних продуктів вибуху еталонних і нових сумішевих вибухових речовин / А.І. Лучко // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. - Гірництво. - 2008. - Вип. 17. - с. 46-51.

2. Лучко А.І. Результати дослідження параметрів вибухів еталонних і нових промислових сумішевих вибухових речовин місцевого приготування / А.І. Лучко // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. - 2008. - №3 (46). - Том 1. - с. 156-161

3. Лучко А.І. Безпека та охорона праці під час вибухів у ґрунтах зарядів нових вибухових речовин / А.І. Лучко // Проблеми охорони праці в Україні. - К.: Нац. НДІ проблем безпеки та охорони праці. - 2009. - Вип. 16 - с. 63-71.

4. Лучко А.І. Дослідження динаміки вибухів циліндричних зарядів нових промислових сумішевих вибухових речовин у твердих гірських породах / А.І. Лучко // Проблеми охорони праці в Україні. - К.: Нац. НДІ проблем безпеки та охорони праці. - 2009. - Вип. 17 - С. 56 - 64.

5. Математичне моделювання дії вибухів у гірських породах зарядів безтротилових вибухових речовин місцевого приготування / І.А. Лучко, І.В. Косьмин, А.І. Лучко, І.В. Тимошин // Проблеми охорони праці в Україні. - К.: Нац. НДІ охорони праці. - 2003. - Вип. 7. - С. 82-96.

6. Ремез Н. С. Эффективность применения новых бестротиловых взрывчатых веществ при уплотнении ґрунтовых оснований / Н.С. Ремез, А.И. Лучко, И.А. Лучко // Будівельні конструкції. Міжвід. наук-техн. зб. наук. праць. - К.: НДІ будів. констр. - 2006. - Вип. 64. - с. 296-301.

7. Лучко І.А. Хвильові процеси в ґрунтових масивах під час вибухів нових сумішевих вибухових речовин / І.А. Лучко, Н.С. Ремез, А.І. Лучко // Вісник Національного технічного університету України „ Київський політехнічний інститут”. - Гірництво. - 2006. - Вип. 14. - с. 24-30.

8. Ремез Н.С. Напряженно-деформированное состояние ґрунтов при взрывах цилиндрических зарядов новых смесевых ВВ / Н.С. Ремез, А.И. Лучко // Вісник Національного технічного університету України „ Київський політехнічний інститут”. - Гірництво. - 2007. - Вип. 15. - с. 22-29.

9. Ремез Н.С. Напряженно-деформированное состояние ґрунтов при взрывах цилиндрических зарядов новых смесевых ВВ / Н.С. Ремез, А.И. Лучко // Материалы XVII Международной научной школы им. акад. С.А. Христиановича «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках, Крым, Алушта, 17-23.09.2007г. - Симферополь. - 2007. - с. 254-259.

10. Лучко І.А. Динамічна поведінка ґрунтових масивів під дією вибуху циліндричних зарядів нових промислових сумішевих вибухових речовин / І.А. Лучко, Н.С. Ремез, А.І. Лучко // Проблеми охорони праці в Україні. - К.: Нац. НДІ проблем безпеки та охорони праці. - 2007. Вип. 14. - с. 86-91.

11. Лучко И.А. Механическое действие взрывов зарядов новых смесевых ВВ в ґрунтах / И.А. Лучко, Н.С. Ремез, А.И. Лучко // МATERIALY CZWARTEJ MIEDZVNARODOWEJ NAUKOWI-PRAKTYCZNEJ KONFERENCJI 16-31 serpnia 2007 roku // NAUKA: TEORIA I PRAKTYKA - 2007/ - Techniczne nauki, Fizyczna kultura i sport/ - Tym 10. - Przemysl: Nauka i studia, 2007. - str. 10-13.

12. Лучко І. Використання нових промислових безтротилових сумішевих вибухових речовин - шлях до поліпшення екологічної ситуації і охорони праці в кар'єрах / І. Лучко, А. Лучко, М. Мазур, А. Прокопенко // Матеріали міжнародної наукової конференції „Охорона праці та соціальний захист працівників 19-21 листопада 2008р., м. Київ. - ВПІВПК „Політехніка”. - с. 279-283.

13. Технічна ефективність нових промислових сумішевих вибухових речовин при вибуховому ущільненні ґрунтів і руйнуванні твердих гірських порід / [Лучко А.І., Мазур М.І., Кривобок Т.А., Лучко І.А.] // Вісник Національного НДІ промислової безпеки та охорони праці. - Вип. 24, 2009. - с. 49-53.

14. Лучко А.И. Результаты исследования разрушающего действия взрыва цилиндрических зарядов новых смесевых взрывчатых веществ в различных твердых горных породах / А.И. Лучко, Н.С. Ремез // Вісник Національного технічного університету України „ Київський політехнічний інститут”. - Гірництво. - 2009. - Вип. 18. - с. 3-10.

Анотація

Лучко А.І. Напружено-деформований стан ґрунтів і гірських порід під час вибухів нових промислових сумішевих вибухових речовин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 - Геотехнічна і гірнича механіка. - Національний технічний університет України «КПІ». - Київ, 2010.

Уперше для п'яти типів нових промислових сумішевих вибухових речовин (ВР) розраховані детонаційні та енергетичні параметри, рівняння реакцій і рівняння стану газів вибуху. З результатів чисельного розв'язання задач камуфлетного вибуху сферичних і циліндричних зарядів у лесоподібних суглинках і глинах встановлені закономірності зміни параметрів напружено-деформованого стану по відносній віддалі від центра (осі) вибуху у вигляді кореляційних залежностей від критерію подібності дії вибуху різних ВР. Для гірських порід (вапняків, залізистих кварцитів і гранітоїдів) з результатів чисельного розв'язання задачі камуфлетного вибуху циліндричного заряду встановлено достовірні кореляційні залежності відносних розмірів зон руйнування від критерію подібності та міцнісних характеристик порід. отримано аналітичні формули для визначення критерію відносної технічної ефективності сферичних і циліндричних зарядів різних ВР при ущільненні ґрунтів, а також при отриманні розмірів зон руйнування гірських порід залежно від довжини заряду, критерію подібності різних ВР, характеристик порід. Розроблені алгоритм і програми, кореляційні залежності вибухів та аналітичні формули можуть бути використані для прогнозування параметрів вибухів, технічної і економічної ефективності не досліджених ВР, а також рекомендуються до впровадження.

Ключові слова: ґрунт, тверда гірська порода, математичні моделі, вибухова речовина, вибух, ущільнення, руйнування, технічна ефективність.

Аннотация

Лучко А.И. Напряженно-деформированное состояние ґрунтов и горных пород при взрывах новых промышленных смесевых взрывчатых веществ. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 - Геотехническая и горная механика. - Национальный технический университет Украины «КПИ». - Киев, 2010.

Диссертация посвящена решению актуального научного задания, состоящего в установлении закономерностей изменения НДС ґрунтов и твердых горных пород при камуфлетных взрывах СЗ и ЦЗ новых промышленных смесевых взрывчатых веществ НПС ВВ для обоснования их технической эффективности.

В диссертации впервые были получены следующие результаты. Для пяти типов новых промышленных смесевых ВВ определены детонационные и энергетические параметры, а также уравнения состояния газообразных ПВ, необходимые для замыкания систем уравнений, описывающих НДС ґрунтов и горных пород под действием взрыва СЗ и ЦЗ этих ВВ.

В результате численного решения задач камуфлетного взрыва в ґрунтах установлено, что в ближней и дальней зонах действия взрыва СЗ и ЦЗ НПС ВВ параметры НДС глины и лессовидного суглинка уменьшаются с относительным расстоянием от центра (оси) заряда по достоверным степенным корреляционным зависимостям, у которых коэффициенты имеют вид однозначных степенных функций от критерия подобия действия взрыва различных ВВ, а показатели степени имеют вид линейных функций от этого критерия.

...