Макет 2_2011_8__1

ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
рии решена конкретная задача о падении плоской упругой волны сжатия на горизонтальную горную выработку сводчатого поперечного сечения.
Ключевые слова: упругая волна, лучевая теория, горная выработка, динамические напряжения.
Стаття надійшла 01.08.2011.
Рекомендовано до друку д.т.н., проф. Воробйовим В.В.
УДК 622.286.4(043.3)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЕРОВ ЗОН УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА БОКОВЫХ
ВЫЕМОК ВЗРЫВОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
У.Ф. Насиров
Навоийский государственный горный институт
ул. Жанубий, 27, г. Навои, Навоийская область, Узбекистан
Ш.Р. Уринов
Навоийский горно-металлургический комбинат
ул. Навои 27, 210100, г. Навои, Навоийская область, Узбекистан.
E-mail: info@ngmk.uz
Представлены теоретические исследования по установлению закономерности изменения размеров зоны уплотнения грунтового массива взрывами цилиндрических зарядов в зависимости от радиуса заряда, а также объемного веса
взрывчатого вещества и грунта.
Ключевые слова: грунт, взрывчатое вещество, цилиндрический заряд.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. При образовании удлиненных выемок в оплывающих песчаных грунтах массовыми взрывами на выброс наблюдалось их обратное заплывание. Основной причиной заплывания выемок является
разрушение боковых выемок грунта с малоустойчивой структурой под действием энергии взрыва.
Известен способ [1] образования удлиненных выемок, включающий нарезание центральных и боковых парных щелей, размещение в центральных щелях заряда взрывчатых веществ (ВВ), возведение над ними насыпи грунта с углом
наклона ее к горизонту 20–300, подрыв зарядов с незаряженными боковыми щелями.
Цель работы – установить изменение размеров зон уплотнения грунтового
массива в зависимости от параметров удлиненного заряда ВВ.
МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Главным недостатком
данного способа является его неэффективность во влажных грунтах. Исследованиями установлено, что в условиях взрывания на выброс во влажных грунтах
боковые отрезные щели практически непригодны из-за большой текучести грунта в откосах будущего сооружения.
Для образования удлиненных выемок в водонасыщенных грунтах нами
предлагается новый способ с предварительным уплотнением дна и бортов выемок взрывами с использованием боковых цилиндрических зарядов, расчетная
схема которого приведена на рис. 1.
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
15
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
Согласно рис. 1, цилиндрический заряд располагают под углом к горизонту
выемки 450, радиусом R0 и длиной L. После взрыва образуется зона уплотнения,
равная R, которая доходит до расстояния R1.
dR
v0
L
R
R1
R0
Рисунок 1 – Расчетная схема уплотнения грунтов взрывами цилиндрических
зарядов ВВ
Элементарный объем массы dm может быть определен из выражения:
dm = 2πRLρ гр dR ,
где 2πRL – поверхность цилиндрической полости, м2;
ρгр – плотность грунта, кг/м3.
Кинетическая энергия элементарного объема массы dE составит:
dE =
dmυ 2
= πRLρ грυ 2 dR .
2
Кинетическая энергия массы грунта на расстоянии R1 выражается уравнением
R1
E = ∫ πRLρ гр υ 2 dR .
(1)
R0
Из положений кинетической теории следует, что «через любую сферическую
поверхность радиуса R, проведенную вокруг заряда радиусом R0, в единицу
времени проходит такой объем материала, каков объем газов, вышедших за пределы начальных границ заряда» [2], т.е.
4πR 2υ = 4πR02υ 0 ,
или
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
16
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
2
R 
υ = υ0  0  ,
 R
(2)
где ν – скорость частиц грунта на расстоянии радиуса R, м/с;
ν0 – скорость частиц грунта на поверхности заряда, м/с.
Согласно выражению (2), наибольшая скорость ν0 будет соответствовать
скорости частиц грунта, непосредственно соприкасающихся с продуктами взрыва, а наименьшую скорость ν будут иметь частицы грунта, расположенные на
расстоянии R.
Тогда, подставив значение ν из формулы (2) в уравнение (1) и проинтегрировав его, получим:
R1
E = ∫ πRLρ гр υ 02
R0
 1
R04
1
1 
dR = πLρ гр υ 02 R04  2 − 2  .
4
2
R
 R0 R1 
(3)
Произведя дальнейшие преобразования, получим выражение для определения кинетической энергии массы грунта на расстоянии R1:
2
2
1
2 2  R1 − R0 
 .
E = πLρ гр υ 0 R0 
2
2
R
1


(4)
Известно, что R1>R0; тогда при условии, что
R12 − R02
≅ 1,
R12
выражение кинетической энергии массы грунта примет вид:
E=
1
πLρ гр υ 02 R02 .
2
(5)
Величина кинетической энергии, выделившейся при взрыве цилиндрического заряда ВВ, определяется их выражения
E = πR02 Lγ ВВQ ,
(6)
где γвв – объемный вес ВВ, кг/м3;
Q – энергия единицы веса, кгм/кг.
Принимая, что кинетическая энергия массы грунта равна энергии, выделяющейся при взрыве заряда ВВ, получим:
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
17
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
1
π L ρ гр v 02 R 02 = π R 02 L γ BB Q ,
2
откуда
2Qγ BB
υ0 =
ρ гр
.
(7)
Подставив значение ν0 из выражения (7) в формулу (2), получим:
2γ BBQ  R0 
  .
ρ гр  R 
2
υ=
Так как ρ гр =
∆
[кг·сек2/м4], формула для определения значения ν может быть
g
представлена в виде:
2γ BB Qg  R0 
υ=
  .
∆  R
2
(8)
Произведя преобразования и принимая, что ν=νкр, окончательно получим зону уплотнения грунтов взрывами наклонных скважинных зарядов ВВ:
R =
R0 4
γ
ВВ
Q
∆
.
0 , 476 v кр
(9)
Таким образом, установлено, что величина зоны уплотнения грунта взрывами цилиндрических зарядов ВВ изменяется прямо пропорционально радиусу заряда, энергетическим показателям промышленных ВВ и обратно
пропорционально критической скорости разлета частиц грунта.
По полученной формуле установлены закономерности изменения размеров
зоны уплотнения грунтового массива взрывами цилиндрического заряда в зависимости от радиуса заряда и объемного веса ВВ (рис. 2).
Исследованиями установлено, что с увеличением радиуса заряда от 0,05 до
0,22 м размер зоны уплотнения грунтового массива интенсивно линейно возрастает от 2 до 8,2 м, a при увеличении плотности ВВ от 0,8 до 1 кг/м3 незначительно параболически увеличивается зона уплотнения грунтового массива от 3,8 до
4,2 м.
Нами также установлены закономерности изменения размеров зоны уплотнения грунтового массива взрывами цилиндрического заряда в зависимости от
объемного веса грунта в естественном состоянии и энергии единицы веса ВВ
(рис. 3).
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
18
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
R0 , м
γвв, кг/м3
0,20
0,96
0,16
0,92
0,12
0,88
0,08
0,84
0,04
2,0
8,0
6,0
4,0
R, м
0,80
Рисунок 2 – Изменение размера зоны уплотнения грунтового массива взрывами
цилиндрического заряда ВВ в зависимости от радиуса заряда (ο) и объемного
веса ВВ (∆)
Q, кгм/кг
∆, кг/м3
1800
800
1600
700
1400
600
1200
500
1000
3
4
R, м
400
Рисунок 3 – Изменение размера зоны уплотнения грунтового массива
взрывами цилиндрического заряда ВВ в зависимости объемного веса грунта
в естественном состоянии (ο) и энергии единицы веса ВВ (∆)
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
19
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
Установлено, что с уменьшением объемного веса грунта в естественном состоянии от 2200 до 1000 кг/м3 размер зоны уплотнения грунтового массива увеличивается от 3,9 до 4,7 м, a при увеличении энергии единицы веса ВВ от 400 до
1000 кгм/кг зона уплотнения грунтового массива незначительно увеличивается –
от 3,5 до 4,6 м. Полученные закономерности характеризуются зависимостями
параболического типа.
ВЫВОДЫ. В результате проведенных теоретических исследований установлены изменения размеров зон уплотнения грунтового массива взрывом цилиндрического заряда в линейной зависимости от радиуса заряда и параболической
зависимости от объемного веса ВВ, объемного веса грунта в естественном состоянии и энергии единицы веса ВВ.
Исследования проведены в соответствии с тематическим планом по государственному гранту Центра по науке и технологиям при Кабинете Министров Республики Узбекистан на выполнение прикладных научных исследований 5–038 –
«Разработка технологии уплотнения грунтов при образовании удлиненных выемок взрывами траншейных зарядов выброса» на период 2009–2011 г.г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Норов Ю.Д., Пшеничный В.И., Гусев Ю.И. и др. Способ образования
траншей взрывом // А.с. №1752947. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 8.04.1992 г.
2. Власов О.Е. Основы динамики взрыва. – М.: Изд. ВИА, 1945. – 351 с.
REFERENCES
1. Norov Y., Pshenichnij V., Gusev, Y. and other. The process for forming
trenches by the explosion // AS № 1752947. Registered in the State Register of
Inventions, the 08.04.1992 [in Russian].
2. Vlasov O.E. Foundations of the dynamics of the explosion. – M.: TIG, 1945. –
P. 351 [in Russian].
STUDYING OF AREA SIZE OF COMPACTION SOIL SIDE RECESSES
BY CYLINDRICAL CHARGE EXPLOSION
U. Nasirov
Navoi State Mining Institute
vul. Zhanuby, 27, Navoi, Uzbekistan
Sh. Urinov
Navoi Mining and Metallurgical Combine
vul. Navoi 27, 210100, Navoi, Uzbekistan. E-mail: info@ngmk.uz
This paper presents the theoretical studies dealing with defining of patterns
changing of side recesses compaction soil area size via cylindrical explosive charges
by a charge radius and volumetric weight of explosives and soil.
Key words: soil, explosive, cylindrical charge.
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
20
ТЕОРЕТИЧНІ Й ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ
РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ВИБУХОМ
ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗМІРІВ ЗОН УЩІЛЬНЕННЯ ГРУНТУ БІЧНИХ
ВИЇМОК ВИБУХОМ ЦИЛІНДРИЧНОГО ЗАРЯДУ
У.Ф. Насиров
Навоийський державний гірничий інститут
вул. Жанубій, 27, м. Навої, Навоийськая область, Узбекистан
Ш.Р. Уринов
Навоийський гірничо-металургійний комбінат
вул. Навої 27, 210100, м. Навої, Навоийська область, Узбекистан. E-mail: info@ngmk.uz
Представлені теоретичні дослідження щодо встановлення закономірності
зміни розмірів зони ущільнення грунтового масиву вибухами циліндричних зарядів залежно від радіуса заряду, а також об'ємної ваги вибухової речовини та
грунту.
Ключові слова: грунт, вибухова речовина, циліндричний заряд.
Стаття надійшла 18.08.2011.
Рекомендовано до друку д.т.н., проф. Чебенко В.М.
УДК 621.7.044.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ В ОГРАНИЧЕННОМ
ОБЪЕМЕ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКЕ
О.В. Троцко, Д.Л. Пирогов, А.Г. Маслов, В.В. Воробьев
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, 39600, г. Кременчуг, Украина. E-mail: vldrag@kdu.edu.ua
Представлена методика определения поля внешнего нагружения в ограниченном
объеме, приведены зависимости максимального давления, импульса давления и постоянной времени спада ударной волны от величины массы заряда, их распределение по образующей. Приведены номограммы для определения максимального
давления и постоянной времени спада ударной волны по образующей поверхности.
Приведены рекомендации по выбору формы зарядов и расстояний между ними.
Ключевые слова: взрывная обработка, давление, распределение, импульс
давления, поле внешней нагрузки, постоянная времени спада, ударная волна.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Характерная особенность современного уровня
развития техники взрыва – возможность решать многие технические задачи по
созданию профильных земляных сооружений без привлечения землеройных механизмов для доделочных работ. При определенных параметрах нагружения
энергию взрыва можно использовать для укрепления стенок и дна каналов. После экскавационной прокладки канала дно и откосы оказываются рыхлыми и
плохо держат воду. Приходиться покрывать их бетоном, асфальтом, различными
глинами и другими материалами. Это сложно и дорого. Также можно канал заполнить мутной водой, чтобы частички ила, оседая, забили трещинки и поры
земли. Но это длительный процесс.
Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Випуск 2/2011(8).
21