64387

Обґрунтування раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів для зниження розміцнення гірських порід при спрямованому розколі

Автореферат

География, геология и геодезия

Для цього розроблено спеціальні конструкції зарядів що дозволяють одержати спрямований розкол блока з мінімальним розміцненням породи поблизу бічних поверхонь установити не тільки зниження її міцності але й її зміну із часом після вибухового впливу залежно...

Украинкский

2014-07-05

6.3 MB

2 чел.

PAGE  

PAGE  24

Міністерство освіти і науки України

Кременчуцький державний університет
імені Михайла Остроградського

долударєва Яна Станіславівна

УДК [622.235.674.3:622.235.112.3](043.3)

обґрунтування раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів для зниження розміцнення гірських порід при спрямованому розколі

Спеціальність 05.15.09 – Геотехнічна і гірнича механіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кременчук – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Кременчуцькому державному університеті імені Михайла Остроградського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор
Комір Віталій Михайлович,
Кременчуцький державний університет імені М
ихайла Остроградського Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри «Технічна механіка»,
(м. Кременчук)

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент
Клочко Ігор Іванович,
Донецький національний технічний університет Міні
стерства освіти і науки України, професор кафедри
ро
зробки родовищ корисних копалин,
(м. Донецьк)

кандидат технічних наук,

Кратковський Ігор Леонідович,
Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова
НАН України, старш. науковий співробітник,
(м. Дніпропетровськ)

Захист відбудеться “ 10грудня 2010 р. о 12.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 45.052.02 у Кременчуцькому державному університеті імені Михайла Остроградського за адресою: вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600. факс (05366)36000.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Кременчуцького державного університету імені Михайла Остроградського за адресою: вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600.

Автореферат розісланий “ 6 листопада 2010 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, доцент       В.М. Чебенко

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Технологічні процеси видобутку й переробки мінеральної сировини передбачають його дезінтеграцію, ступінь якої залежить від виду корисної копалини й вимог до якості отриманої продукції. Для руйнування гірських порід на блоки використовують імпульсні навантаження на всіх стадіях технологічних процесів. При вибуховій відбійці гірських порід процес дезінтеграції зумовлений розвитком природних й утворених мікро- і макротріщин, що супроводжується ослабленням зв’язків між зернами породи, збільшенням довжини деяких мікротріщин, утворенням нових дефектів кристалічної структури і, як наслідок, зміною характеристик міцності отриманих блоків.

Вибух призводить до зменшення міцності шматків, що утворюються в результаті його дії, що в ряді випадків сприяє зниженню енергоємності наступних процесів технологічної переробки матеріалу (виробництво щебеню, в'яжучих матеріалів, вапна). Зміна міцності протягом певного часу після вибухового впливу пов'язана, крім усього іншого, з процесом дегазації продуктів детонації з наявних мікротріщин. При видобутку штучного каменю збільшення щільності мікротріщин і зниження міцності породи за межами зони розколу призводить до негативних наслідків, які зменшують вихід товарної продукції. Тому актуальним є питання створення спрямованих магістральних тріщин з мінімальною зміною міцності породи. Для розв’язання цієї задачі необхідно використовувати спрямоване руйнування, за рахунок посилення впливу газодинамічних потоків продуктів детонації в площині розколу. Зменшення амплітуди хвилі напружень і кількості продуктів детонації, що потрапляють до тріщин за межами зони розколу, сприяє усуненню згаданих негативних наслідків. Для цього розроблено спеціальні конструкції зарядів, що дозволяють одержати спрямований розкол блока з мінімальним розміцненням породи поблизу бічних поверхонь, установити не тільки зниження її міцності, але й її зміну із часом після вибухового впливу, залежно від конструкції заряду вибухової речовини (ВР). Тому дослідження процесів розколу й знеміцнення блоків, пов’язаних з отриманням спрямованої магістральної тріщини і зміною розмірів мікротріщин, витіканням газу з них (дегазацією) з метою обґрунтування раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів для зниження розміцнення гірських порід при спрямованому розколі є актуальною науковою задачею, яка має важливе значення для гірничовидобувної галузі і потребує свого вирішення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до напрямів наукових досліджень, проведених кафедрою «Технічна механіка» Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського, і є складовою частиною держбюджетних науково-дослідних розробок, виконаних відповідно до планових завдань Міністерства освіти і науки України: «Дослідження впливу газодинамічних процесів при детонації на механізм вибухового тріщиноутворення» (5Д/02 – ТМ, № ДР 0102U000742), виконаної в 2002-2004 рр.; «Розробка засобів підвищення ефективності вибухового та механічного дрібнення гірських порід при виробництві щебеню» (2Д/99ТМ,
№ ДР 0199U004066), виконаної 1999-2001рр.; внутрішнь
овузівських тем: «Розробка раціональних конструкцій набойок свердловинних зарядів для зниження викиду шкідливих газів в атмосферу під час масових вибухів»
(№ 66У/02 – Тмех, № ДР0102U002620), виконаної 2002 р.; «Досл
ідження ефективності дії сумішевих зарядів у різноманітних середовищах та вплив динамічних навантажень на процес розміцнення» (№ 92У/03 – ТМех,
№ ДР 0103U003991), виконаної 2003 р.; «Вплив імпульсних навантажень на процеси розміцнення гірських порід та крихких матеріалів» (№ 126У/04 – ТМех, № ДР 0104U009502), виконаної 2004 р., у яких автор брала безпосере
дню участь як виконавець.

Мета й завдання досліджень. Метою роботи є підвищення якості кам'яних блоків, утворених спрямованим розколом за допомогою вибуху, за рахунок посилення впливу газодинамічного потоку продуктів детонації в необхідному напрямку з одночасним зменшенням імовірності потрапляння газів до мікротріщин, які утворюються, за межами лінії розколу.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі передбачено розв’язання наступних задач:

– теоретично дослідити вплив форми заряду вибухової речовини на розподіл полів напружень й ефективність спрямованого розколу;

– теоретично обґрунтувати вплив концентраторів напруг на величину й розподіл напружень поблизу них при створенні динамічних навантажень на частину гірського масиву, що підлягає руйнуванню;

– експериментально дослідити вплив імпульсних навантажень, створюваних різними способами, на зміну міцності матеріалу моделей із часом після імпульсного впливу;

– теоретично й експериментально встановити вплив граничних умов по контуру відбиваного блока на характер руйнування моделей при вибуховому навантаженні;

– експериментально дослідити взаємозв'язок зміни міцності зразків після вибухового впливу із процесами дегазації продуктів детонації з утворених і природних мікротріщин;

– розробити спеціальні конструкції зарядів для відокремлення блоків потрібної форми й розмірів при спрямованому розколі.

Основна ідея роботи полягає в використанні посилення спрямованого впливу газодинамічного струменя продуктів детонації й зменшенні знеміцнюючого хвильового впливу за межами площини розколу за рахунок застосування демпфувальних прокладок для підвищення якості відбиваних блоків.

Об'єкт досліджень – процеси знеміцнення й руйнування твердих середовищ вибухом.

Предмет досліджень – залишкова міцність гірських порід після впливу імпульсних навантажень, створюваних механічним і вибуховим способами.

Методи досліджень. Для розвязання поставлених задач використано комплекс теоретичних й експериментальних методів: аналіз й узагальнення сучасних уявлень про механізм вибухового руйнування гірських порід; аналітичне обґрунтування раціональних параметрів буро-вибухових робіт на основі теорії руйнування й мікротріщинуватості гірських порід; фізичне моделювання швидкоплинних процесів; апарат теорії пружності для оцінювання напруженого стану порід при імпульсних навантаженнях; статистична обробка результатів вимірів й оцінювання механічних властивостей матеріалу; зіставлення розрахункових даних з експериментальними результатами; техніко-економічний аналіз розроблених рекомендацій.

Наукові положення й результати, які виносяться на захист:

1. Застосування зарядів вибухової речовини (ВР) еліптичної форми у пружно-пластичних оболонках змінної товщини із вставками для спрямованого руху газодинамічних потоків зменшує хвильову дію в навколишню породу й активізує утворення тріщини, орієнтованої у напрямку розколу, дозволяє
в 1,3-1,7 рази збільшити відстань між суміжними шпурами.

2. Після дії вибуху в зоні тріщиноутворення відбувається процес закриття («заліковування») мікротріщин, який сповільнюється через наявність у них проникних газоподібних продуктів детонації. Час зменшення розмірів або повне закриття тріщин залежить від кількості продуктів детонації, що потрапляють до природних й утворених макро- і мікротріщин, ступеня їхнього розкриття, у результаті чого міцність зразків, на які вплинули вибухові навантаження, із часом збільшується на 18-25 % щодо міцності, визначеної безпосередньо після вибуху.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Теоретично обґрунтований вплив форми заряду на розподіл полів напружень й ефективність спрямованого розколу.

2. Уперше експериментально встановлено обсяг продуктів детонації, що потрапляють до мікротріщин і впливають на параметри процесу зміни міцності гірської породи з часом після вибухового імпульсного навантаження.

3. Уперше експериментально встановлено параметри процесу зміни міцності гірської породи після вибухового імпульсного навантаження (стрибкоподібне зменшення міцності й наступне її відновлення за рахунок поступового закриття мікротріщин після повного або часткового витікання з них газоподібних продуктів детонації).

Наукове значення роботи полягає у встановленні взаємозв’язку зміни міцності гірських порід протягом часу залежно від впливу на них імпульсних вибухових навантажень; теоретичному обґрунтуванні нової конструкції заряду для спрямованого розколу й отримання блокового каменю.

Практичне значення роботи полягає в експериментальному уточненні раціональних параметрів конструкції заряду, що забезпечує спрямований розкол і зменшує ймовірність проникнення газів до мікротріщин, що утворяться, прискорюючи процес відновлення міцності породи після вибухового впливу. Пропонована конструкція заряду дозволила в 1,3-1,7 рази збільшити відстань між шпурами, поліпшити якість поверхні відбиваних блоків й одержати економічний ефект у сумі 12 тис. грн. у результаті зниження витрат на обробку блоків з розрахунку на 1,0 тис.м3 блокового каменю.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень. Висновки й рекомендації, сформульовані в дисертації, підтверджуються використанням великого обсягу експериментальних досліджень із застосуванням сучасних методів і приладів для реєстрації параметрів швидкоплинних процесів, перевіркою отриманих залежностей у лабораторних і промислових умовах.

Реалізація результатів роботи. Запропонована конструкція заряду ВР пройшла дослідно-промислову перевірку на гранітних кар’єрах Кременчуцького регіону, ЗАТ «УКРАГРОВИБУХПРОМ» Спеціалізованому підприємстві № 4 Капустинській ділянки з видобутку гранітних блоків ЗАТ «Елгран». У результаті зниження витрат на обробку блоків, у розрахунку на
1,0 тис.м
3 блокового каменю, сумарний економічний ефект склав 12 тис. грн.

Особистий внесок здобувача полягає в експериментальних дослідженнях зміни ступеня знеміцнення породи з часом після імпульсних навантажень, впливу форми й конструкції зарядів ВР на знеміцнення гірських порід при спрямованому розколі, формулюванні мети, ідеї, основних наукових положень, висновків і рекомендацій. Конкретний особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в постановці й проведенні лабораторних і промислових експериментів, обробці й науковому аналізі отриманих результатів. Зміст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень дисертаційної роботи доповідалися на Міжнародних науково-технічних конференціях: «Механіка, технологія та техногенна безпека вибухового руйнування гірських порід» (Крим, с. Піщане, 2004 р.); «Застосування промислових і конверсійних вибухових речовин при руйнуванні гірських порід вибухом і екологічна безпека» (смт. Яремче,
Івано-Франківська обл., 2005 р.; смт. Свалява, Закарпатська обл., 2008 р.;
м. Трускавець, Львівська обл., 2009 р.; м. Моршин, Львівська обл., 2010 р.); «Сучасні технології ведення буро-вибух
ових робіт, їх економічна ефективність та техногенна безпека» (Крим, м. Феодосія, смт. Курортне, 2009 р.; м. Феодосія, смт. Курортне, 2010 р.); Міжнародна конференція «Форум гірників-2008»
(м. Дніпропетровськ, Націонал
ьний гірничій університет, 2008 р.), а також у повному обсязі були викладені на наукових семінарах Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових статей, з них
7 – у фахових спеціалізованих, затверджених ВАК України виданнях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, викладених на 135 сторінках друкованого тексту, містить 34 рисунки й 18 таблиць, список літературних джерел з 106 найменувань, а також додаток, розміщений на 32 сторінках, у якому наведені дані експериментів і документи, що підтверджують використання результатів роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи і показано зв’язок з науковими програмами, сформульовано мету й основні задачі досліджень, наведено наукові положення, які винесені на захист, відображено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, а також апробацію результатів роботи.

У першому розділі розглянуто сучасні уявлення про механізм руйнування гірських порід вибухом, методи підвищення якості вибухової відбійки блокового каменю, вплив дії вибуху на міцність гірських порід. Основні положення механіки руйнування підтверджують, що міцність і руйнування структурно-неоднорідного середовища визначаються неоднорідностями гірських порід, тріщинами (у тому числі й мікротріщинами), наявністю дислокацій та інше. Вплив вибуху призводить до зростання розмірів макротріщин у породі, що визначають поділ масиву на окремі частини, так і мікротріщин, які тільки послабляють окремі частини, тобто знижують їхню міцність.

Проблема знеміцнення відбитої вибухом окремої частини виникає також при видобутку будівельних матеріалів і блокового каменю, причому  мікро тріщинуватість негативно впливає на якість виробленої продукції.

Незважаючи на вже існуючі дослідження цього явища, дотепер залишається ряд невирішених актуальних питань, а саме: які основні параметри вибуху й характеристики породи й у яких діапазонах впливають на ступінь їх розміцнення.

Значний внесок у вивчення механізму руйнування гірських порід дією вибуху внесли вчені: Є.Г. Баранів, В.О. Боровіков, В.В. Воробйов, Г.П. Демидюк, Е.І. Єфремов, В.М. Комір, Р.С. Крисін, В.М. Кузнєцов,
М.А. Кук, М.В. Мельников, В.М. Мосинец, В.Д. Петренко, Г.Й. Покровський, В.М. Родіонов, П.Й. Федоренко та ін. Дослідженням міцності породи після в
ибухового впливу на неї займалися такі вчені, як В.Я. Чертков, І.І. Клочко, В.П. Курінний, А.М. Новікова, І.Є. Хмара, Е.І. Шемякин, Е.Р. Рудцька, В.Е. Александров, В.Н. Трубніков, А.Н. Качанов, А.В. Солодянкін, С.А. Гончаров, І.Л. Кратковський, П.А. Кочетков та ін.

Аналіз існуючого стану наукових досліджень, спрямованих на підвищення якості вибухової відбійки з видобутку блокового каменю й вивчення процесів знеміцнення гірських порід при вибуху зарядів вибухових речовин, показав, що ще не знайдено оптимальний варіант конструкцій зарядів і способів ведення підривних робіт, які б дозволили робити видобуток окремих частин із міцністю, характерною для недоторканого масиву, при низьких матеріальних і трудових витратах. Виходячи із цього, у першому розділі сформульовані вищевказані мета й завдання досліджень.

Другий розділ дисертації присвячено теоретичному обґрунтуванню параметрів вибухового впливу й розподілу напружень поблизу зарядної порожнини.

Для керування процесом спрямованого розколу розглянуто:

– способи зміни напруженого стану масиву навколо заряду (ВР);

– вплив форми поперечного перерізу шпуру на розподіл полів напружень й ефективність спрямованого розколу при криогенних впливах;

– зміна напруженого стану матеріалу навколо зони розтріскування при квазістатичній зміні тиску на зовнішньому контурі;

– вплив різних граничних умов на вільній поверхні блока на розподіл динамічних напружень, які утворюються при вибуху;

– вплив концентраторів напружень на величину напружень у гірській породі при динамічному навантаженні.

Для спрямованого розколу гірської породи необхідно створити у відповідних напрямках підвищені розтягувальні напруження, які перевищують межу міцності на відрив. Такі напруження можливо створювати різними типами навантажень, а саме: статичними, за допомогою спеціальних робочих органів при повільній зміні зусиль; квазістатичними, що змінюються настільки повільно, що весь процес можна представити як сукупність послідовних статичних процесів з різними параметрами без динамічних складових (відбійка пороховими зарядами); динамічними, що супроводжуються у більшості випадків квазістатичними складовими (відбійка бризантними ВР).

Для створення статичних напружень навколо шпуру й оцінювання їхнього впливу на ефективність спрямованого розколу розглянуто напружений стан, що виникає за рахунок температурного ефекту. Виникнення температурних напружень у породі зумовлені зміною температури робочого середовища, яким була вода. Відповідно до теорії найбільших дотичних напружень, максимальні еквівалентні напруження у твердому середовищі, залежно від відстані між шпурами, запропоновано обчислювати за допомогою наступної формули

,     (1)

де – коефіцієнт об'ємного розширення робочого середовища;

– зміна температури, С;

– початковий діаметр шпуру, м;

E1, E2 – модулі пружності відповідно льоду й гірської породи, МПа;

 – коефіцієнти Пуассона відповідно для льоду й гірської породи;

L – відстань між шпурами, м;

– руйнівне напруження при розтяганні гірської породи, МПа.

Установлено залежність відносних відстаней між шпурами від температури робочого середовища для гірських порід з різними фізико-механічними властивостями (рис.1).

Аналізуючи практичний досвід деяких підприємств з видобутку блокового каменю, установлено, що при використанні енергії вибуху для спрямованого розколу, відстань між шпурами перебуває в межах від 3 до 10 діаметрів заряду.

Рис.1. Зміна відносної відстані між шпурами залежно від температури робочого середовища

Використання шпурів або зарядів еліптичної форми, розташованих таким чином, що більша вісь еліпса паралельна лінії розколу, дозволить збільшити напруження, а відповідно, і відстані між шпурами (свердловинами) в
1,2-1,4 рази п
орівняно зі шпурами круглого поперечного перерізу.

Відстані між шпурами або зарядами еліптичного перерізу можуть бути визначені зі співвідношення

,       (2)

де   відстань між шпурами еліптичного перерізу, м;

  сума півосей еліптичного перерізу заряду (), м;

a і b  більша й мала півосі еліпса відповідно, м;

  діаметр шпуру круглого перерізу, однакової місткості зі шпуром еліптичного поперечного перерізу, м;

  відстань між шпурами круглого перерізу, м;

  коефіцієнт, що характеризує форму поперечного перерізу заряду.

Визначено відстані між шпурами круглого та еліптичного перерізів залежно від співвідношень розмірів осей еліпса. Для цього скористалися умовою рівності місткості шпурів круглого й еліптичного перерізів

.     (3)

Вплив геометричних параметрів еліптичного перерізу на зміну відносної відстані між шпурами з урахуванням механічних характеристик породи наведено на рис. 2.

Рис. 2. Вплив геометричних параметрів еліптичного перерізу на зміну відносної відстані між шпурами

Аналізуючи графіки, наведені на рис. 2, установлено, що доцільно використовувати шпури еліптичного поперечного перерізу зі співвідношенням його півосей у межах від 1,5 до 3 (з урахуванням критичного діаметра, детонації ВР).

При використанні вибухового динамічного впливу на породу відстань між шпурами можна визначити за формулою , де  – коефіцієнт динамічності. Тому, у подальших дослідженнях знаходили значення коефіцієнта динамічності. У пружному наближенні

,               (4)

де  – швидкість поширення поздовжньої хвилі, м/с;

g – прискорення вільного падіння, м/с2.

Установлено, що радіальне переміщення  визначається за формулою:

,            (5)

де Е – модуль пружності середовища, МПа;

– внутрішній радіус, м;

– зовнішній радіус, м;

– поточний радіус, м;

– коефіцієнт Пуассона;

– внутрішній тиск, МПа;

– зовнішній тиск, МПа.

Перетворивши залежність (5), одержимо

.                (6)

Максимальні динамічні напруження за наявності концентраторів будуть дорівнювати

,  ,             (7)

де  – коефіцієнт концентрації напружень;

– радіус шпуру, м;

– радіус кривизни біля вершини концентратора, м.

Таким чином, наявність у шпурі концентраторів напружень дозволяє збільшити у напрямку площини очікуваного розколу відстань між шпурами, зменшити макро- і мікротріщинуватість технологічних блоків, тобто поліпшити якість поверхні одержуваних напівфабрикатів.

На розподіл напружень впливають граничні умови на вільній поверхні кам’яних блоків. Граничні умови змінювали за рахунок створення штучних перешкод переміщенню вільної поверхні під час вибуху. Крім того, напружений стан при руйнуванні масиву залежить від умов передачі енергії вибуху до навколишнього середовища. Розміщення біля стінки зарядної порожнини прокладок, що зменшують напруження на фронті хвилі й одночасно посилюють дію газодинамічного потоку продуктів детонації в напрямку розколу, дозволили зменшити розміри зон знеміцнення матеріалу поблизу шпурів.

У третьому розділі наведено результати лабораторних досліджень ступеня знеміцнення гірських порід і динаміки зміни їхньої міцності із часом після впливу імпульсних навантажень за рахунок витікання продуктів детонації (дегазації) з мікротріщин породи. Установлено вплив різних граничних умов на вільній поверхні моделі на інтенсивність тріщиноутворення під час вибуху. Досліджено вплив форми й конструкції шпурових зарядів на створення спрямованих тріщин у моделях з гірських порід.

Для визначення ступеня знеміцнення гірських порід після імпульсного впливу, проведено спеціальні дослідження на зразках правильної форми з гірських порід (граніту й лабрадориту). Для кожної серії експериментів зразки розміром 40×40×80 мм вирізали з однієї кам’яної брили. Усі грані зразків полірували. Частину зразків (не менш 8-10) використали для встановлення межі міцності при одноосьовому стисканні без якого-небудь попереднього імпульсного впливу (еталонні зразки).

Середнє значення міцності еталонних гранітних зразків склало 180 Мпа, відхилення окремих результатів від середнього значення не перевищувало 20 % у цих і наступних експериментах.

У іншої частини зразків визначали межу міцності після імпульсних навантажень, які створювали трьома способами:

1) вибухом шпурових зарядів тену певної маси;

2) вибухом накладних зарядів тену певної маси;

3) ударом вантажу масою 8,9 кг, що падав з фіксованої висоти.

У першій серії експериментів для створення імпульсного навантаження в центрі грані кожного зразка бурили шпур діаметром 4 мм глибиною 20 мм (до центра моделі). У шпур розміщували без набійки заряд тену масою 20 мг, який ініціювали за допомогою мікроелектродетонатора. Вибух заряду створював у зразках напруження, які не викликали видимих руйнувань. Такому впливу піддали 70 зразків, у яких через певні інтервали часу визначали міцність при одноосьовому стисканні. При визначенні межі міцності руйнуючими вважали навантаження, при яких у випробуваного зразка з’являлася перша видима тріщина.

За результатами випробувань середнє значення межі максимальної міцності зразків, випробуваних відразу після вибуху склало 129 МПа (71,7 % міцності еталонних зразків). Міцність зразків, випробуваних через годину після вибухового навантаження, зросла до 157МПа (87,2 %). Наступні випробування через більш тривалі проміжки часу після вибухового впливу (2, 3, 7, 11,
24 г
одини) виявили незначне зростання міцності зразків до 163 МПа (90,6 % міцності еталонних зразків).

Експериментальні дослідження зміни ступеня знеміцнення зразків гірських порід із часом після вибухових навантажень, створюваних накладними зарядами, проведені на призмах розмірами 40×40×80 мм, вирізаних з однієї брили. Грані призм 40х40 мм ретельно полірували, контролюючи з допомогою лазера їхню паралельність.

Перед випробуванням на міцність зразки піддавали імпульсним навантаженням, які створювали вибухом накладного заряду тену. Для проведення експериментальних досліджень у центрі грані (40х40 мм) зразка створювали лунку діаметром 7 мм і глибиною 2мм. У попередніх експериментах установлювали максимальну (граничну) масу заряду, під час вибуху якого в зразках не з'являлися видимі тріщини. У цій серії експериментів гранична маса заряду склала 250 мг тену. Через певні інтервали часу після вибухового навантаження визначали міцність гранітних моделей при одноосьовому стисканні. Відхилення межі міцності зразків від середнього значення в окремих вимірах не перевищувало 20 %.

Середнє значення межі міцності зразків, випробуваних безпосередньо після вибухового впливу, склало 132 МПа (73,3% міцності еталонних зразків). Межа міцності зразків, випробуваних через 30 хвилин після вибуху, збільшилася до 161 МПа (89,44%). Випробування зразків через більш тривалі проміжки часу після вибуху (година, 2 й 4 години) не виявили подальшої істотної зміни межі міцності зразків.

На процес «самозаліковування» (закриття мікротріщин) істотно впливають газоподібні продукти детонації, що потрапляють до мікротріщин, перешкоджаючи їхньому змиканню. При вибуху накладних зарядів ВР має місце поверхневе знеміцнення зразків, але при цьому відбувається інтенсивна дегазація продуктів вибуху, що потрапили до макро- і мікротріщин. Це сприяє більш швидкому відновленню міцності зразків порівняно зі зразками, які піддавали вибуху шпурового заряду.

З метою оцінювання ролі газоподібних продуктів детонації на зміну характеристик міцності зразків протягом часу після вибухового впливу на них, було проведено третю серію експериментів з визначення впливу механічного ударного неруйнуючого навантаження на зміну міцності гранітних зразків за відсутності газоподібних продуктів, які супроводжують вибух. Для цього в центрі верхньої грані кожного зразка створювали заглибини діаметром 5 мм і глибиною 2 мм. У заглибини розміщували сталеву кульку (діаметр кульки 6 мм), по якій завдавали удару падаючим вантажем з висоти 400 мм.

Середня міцність еталонних зразків у цій серії експериментів складала 193 МПа.

Після ударного впливу зафіксовані середні значення міцності зразків:

– безпосередньо після удару – 179±16 МПа (92,7 % міцності еталонного зразка);

– через годину після удару – 180±15 МПа (93,3 %);

– через 3 години після удару – 179±12 МПа (92,7 %).

Із часом міцність зразків у цій серії експериментів практично не змінилася, а деякі варіації у результатах пояснюються природною неоднорідністю гірських порід.

Результати виконаних досліджень підтверджують гіпотезу про те, що збільшення межі міцності зразків із часом після дії навантаження тісно пов’язане із процесом дегазації продуктів детонації, що потрапляють до природних й створених мікротріщин під час вибуху. Стабільність у часі міцності зразків після механічного ударного навантаження пояснюється відсутністю продуктів детонації.

На основі проведених досліджень установлено, що в результаті повного чи часткового закриття мікротріщин після неруйнуючого імпульсного навантаження протягом перших 30 хвилин, міцність зразків зростає на 15 %, якщо навантаження створене накладним зарядом, і на 7 %, якщо навантаження створене шпуровим зарядом. Більш повільне відновлення міцності зразків, які зазнали імпульсного впливу шпурового заряду ВР, пояснюється більшою глибиною проникнення продуктів детонації до мікротріщин й збільшенням тривалості їхньої дегазації. Це дає підстави стверджувати про значний вплив продуктів детонації та їх дегазацію на процес «самозаліковування» і змикання мікротріщин.

Процес дегазації залежить від матеріалу й довжини макро- і мікротріщин. Останнє припущення перевірене при дослідженні знеміцнення зразків різних розмірів (40×40×40 мм й 80×80×80 мм).

Кількість продуктів детонації, що проникають до тріщин, залежить від їхньої температури, хімічного складу, тиску, типу породи, довжини, кута розкриття тріщини та інших факторів. Установлено, що в результаті «самозаліковування» мікротріщин після неруйнуючого вибухового навантаження міцність зразків 40×40×40мм зростає протягом години, а зразків 80×80×80 мм – протягом двох годин 30 хвилин. Більш повільне відновлення міцності зразків в останньому випадку пояснюється більшою глибиною проникнення продуктів детонації до мікротріщин й збільшенням тривалості їхньої дегазації.

Для вивчення явища дегазації газоподібних продуктів детонації, що потрапляють до мікротріщин породи, було проведено серію експериментів на зразках правильної кубічної форми розмірами 40×40×40мм із граніту й лабрадориту, які знеміцнювали вибухом шпурового заряду. Відразу ж після вибухового впливу зразок розміщували в ізольовану ємність, до якої була

приєднана скляна трубка з вимірювальною шкалою (рис. 3). У цій трубці знаходився стовп води, за зміною висоти якого визначали, на яку величину із часом змінився об’єм повітря в посудині після того, як у дослідній моделі почався процес дегазації й виділення з мікротріщин газоподібних продуктів детонації. Виміри виконували через фіксовані проміжки часу. Протягом години після вибуху спостерігалося підняття водяного стовпа у вимірювальній

трубці, що свідчить про те, що в породі зразка мав місце процес вивільнення (десорбції й дегазації) газоподібних продуктів детонації з мікротріщин. Через більш тривалий проміжок часу 2, 3, 4 і т.д. години висота водяного стовпа в трубці не змінювалася. Результати вимірів наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Об’єм газоподібних продуктів детонації, що виділилися з мікротріщин породного зразка в процесі дегазації після вибуху

Об’єм газоподібних продуктів детонації, що виділилися з мікротріщин породного зразка в процесі дегазації після вибуху, мл

лабрадорит

граніт

зразок 1

зразок 2

зразок 3

зразок 1

зразок 2

зразок 3

0,05

0,05

0,04

0,02

0,025

0,04

середній обсяг – 0,047±0,003 мл

середній обсяг – 0,028±0,002 мл

За отриманими результатами можна зробити висновки про те, що процес дегазації з мікротріщин породи дійсно спостерігається протягом певного проміжку часу. Малий об’єм зафіксованих газоподібних продуктів детонації, що виділилися, (0,047 мл й 0,028 мл) пояснюється малим об’ємом мікротріщин і низькою шпаристістю породи. Це можна пояснити тим, що не всі мікротріщини заповнюються газом, а частина відкритих мікротріщин звільняється від продуктів детонації відразу після вибуху. Але навіть незначна кількість газу, з огляду на невелике розкриття й малий об’єм мікротріщин, зменшує сили взаємодії між фрагментами кристалічних ґрат. Сорбований та утримуваний у щільнозімкнутих мікротріщинах газ частково знижує міцність зразка породи. Через деякий проміжок часу з мікротріщин виходять продукти детонації. Таким чином, процес проникнення газоподібних продуктів детонації знеміцнює породу, а наступна десорбція й дегазація сприяють частковому відновленню міцності породи зразка. Результати проведених експериментів повністю збігаються з даними, щодо відновлення міцності зразків протягом  першої години після вибухового навантаження.

Створення на контакті дослідного зразка середовищ з різною акустичною жорсткістю сприяє зміні концентрації енергії хвиль напружень й інтенсивності його руйнування вибухом. Зміна граничних умов дає можливість регулювати умови відбиття пружних хвиль та інтенсивність тріщиноутворення в матеріалі блока при його руйнуванні. У лабораторних експериментах проведено дослідження впливу різних типів граничних умов на характер тріщиноутворення при вибуховому впливі. Як граничне середовище використовували метал, дерево, пісок і повітря. Результати експериментів показали, що чим менший коефіцієнт відбиття пружних хвиль на межі двох середовищ (0,544), тим менш інтенсивне руйнування моделей. Коли коефіцієнт відбиття пружних хвиль наближається до 1 (0, 99994), спостерігається максимальний ступінь тріщиноутворення в породі зразка.

Виходячи з основних вимог до блоків із природного каменю, а саме, необхідності одержання товарної продукції із характеристиками міцності, властивими недоторканому масиву, велике значення, окрім вибору способу руйнування набуває конструкція заряду. З метою дослідження впливу форми й конструкції шпурового заряду для створення спрямованої тріщини у моделях з гірських порід у лабораторних умовах проведена низка експериментів. У всіх серіях експериментів використані пластини розмірами 130х130х40 мм з лабрадориту. У центрі моделей створювали наскрізний шпур завдовжки 40 мм.

У першій серії експериментів досліджували вплив вибуху шпурового заряду круглого поперечного перерізу масою 250 мг тену й 62 мг солі NaCl на процес руйнування моделей. У центрі пластини свердлили отвір діаметром
5 мм, у якому були розміщенні заряди ВР, після вибуху яких у пластинах вид
имих руйнувань не спостерігалося.

У другій серії експериментів досліджували вплив шпурового заряду еліптичного поперечного перерізу. У шпурах були розміщені заряди ВР еліптичної форми такої самої маси як у першій серії.

Після вибухового навантаження в пластині в напрямі великої осі еліптичного заряду утворилася спрямована тріщина (рис. 4).

Рис. 4. Шпуровий заряд еліптичного поперечного перерізу

Навколо шпуру в моделі після вибуху з'явилося багато дрібних тріщин, які знеміцнюють матеріал. Для того, щоб при вибуху заряду ВР зменшити хаотичну тріщинуватість навколо шпуру, використали спеціальну конструкцію заряду.

Для проведення третьої серії експериментів у пластині з лабрадориту в шпурі діаметром 10 мм розміщували заряд ВР круглого поперечного перерізу в гумовій оболонці, у якій у напрямку очікуваного розколу виконували поздовжні розрізи. Маса заряду ВР становила 250 мг тену. Після вибухового впливу на модель одержали дві спрямовані тріщини, які не розвилися до краю пластини. Це свідчить про те, що для повного розколу зразка масу заряду ВР необхідно збільшити.

У четвертій серії експериментів використали спеціальну конструкцію заряду ВР еліптичного поперечного перерізу (рис. 5) з демпфувальними оболонками та алюмінієвими напрямними, приклеєними до гільзи заряду.

Для проведення четвертої серії експериментів у центрі пластини з лабрадориту свердлили шпур діаметром 10 мм. У шпурі розміщували спеціальний заряд ВР масою 250 мг тену й 62 мг солі (маса заряду ВР у всіх серіях експериментів постійна). Після вибуху заряду пластина розкололася на дві частини (рис. 6).

Рис. 5. Спеціальна конструкція заряду для одержання спрямованого розколу
(1 – напрямна газодинамічного потоку;
2 – заряд ВР; 3 – контур шпуру (шпари);
4 – поролонова оболонка; 5 – гумова оболонка; 6 – пластина з лабрадориту
)

 

 

Рис. 6. Розкол пластини при використанні спеціальної конструкції заряду

Як видно з рисунка, навколо шпуру відсутні видимі дрібні тріщини, що свідчить про обмежене проникнення продуктів детонації до мікротріщин у напрямку, перпендикулярному до площини розколу. Водночас дана конструкція заряду дозволяє посилити механічний вплив газодинамічного струменя продуктів детонації в заданому напрямку (при тій самій масі заряду отримана спрямована тріщина, що розділяє пластину на дві частини). Таким чином, за допомогою запропонованої спеціальної конструкції заряду отримана магістральна тріщина в заданому напрямку й поліпшена якість одержаної поверхні в площині розколу. Отже, застосування запропонованої конструкції заряду дозволило збільшити вихід кондиційної товарної продукції й досягти підвищення якості підготовки кам’яних блоків, отриманих спрямованим розколом, за рахунок посилення впливу газодинамічного потоку продуктів детонації в заданому напрямку.

Четвертий розділ присвячений результатам експериментально-промислової перевірки раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів при спрямованому розколі гірських порід, бетону та залізобетону.

Одним з перспективних напрямів є використання вибухових технологій для руйнування бетону й залізобетону в цехах і на заводських майданчиках. Методика вибухового розколу блоків і фундаментів на невеликі частини дозволяє оптимізувати процеси розбирання старих фундаментів і транспортування окремих частин зі зменшенням витрат на ці операції. Крім того, великі частини фундаментів можуть бути використані для створення різних загород, зміцнення стін ярів, створення підпірних стінок і т.д. Практичний досвід застосування вибухових робіт для руйнування бетонних і залізобетонних фундаментів і конструкцій узагальнений і використаний у цехах Кременчуцького нафтопереробного заводу.

У пропонованому способі цілеспрямованої локалізації газових потоків продуктів детонації позитивний ефект досягається за рахунок зміни умов трансформації енергії в середовище. Локалізація газового потоку продуктів детонації досягається шляхом поміщення заряду ВР у товстостінну гумову трубку (товщина стінки трубки 8-10 мм) із зовнішнім діаметром, що дорівнює діаметру шпуру. У трубці вздовж твірної є один або кілька розрізів у напрямку необхідного розколу бетону.

Під час вибуху хвиля напружень поширюється в усі боки рівномірно, але гумова трубка локалізує потік продуктів детонації, спрямовуючи його через поздовжні розрізи. Таким чином, утворюється тріщина, яка задає напрямок розколу фундаменту. Переваги даного методу: спрямоване руйнування бетону, що дозволяє застосувати його у діючих цехах без переривання виробничого процесу. До недоліків варто віднести порівняно невисоку ефективність при руйнуванні сильно армованого залізобетону.

Таким чином, пропоновані методи керування вибухом при руйнуванні бетонних фундаментів можуть підвищити ефективність підривних робіт і безпеки їхнього виконання в діючих цехах і в будівництві.

Дослідно-промислові вибухи проведено на кар'єрах нерудних будматеріалів Кременчуцького і Кіровоградського регіонів. На Рижевському гранітному кар'єрі перевіряли вплив форми й конструкції заряду на одержання спрямованого розколу негабариту, для чого були проведені вибухи з використанням заряду ВР циліндричної форми круглого й еліптичного поперечних перерізів, а також спеціальної конструкції. Як вибухову речовину використовували амоніт 6ЖВ масою 70 г. Шпури бурили діаметром 40 мм, глибиною 30 см. На дні кожного шпуру розміщали підкладку у вигляді  шматка поролону розмірами 5×5×5 см для поглинання ударної хвилі.

Першу серію вибухів проводили на негабаритах, у яких бурили по два шпури на відстані 35 см один від одного й використовували заряд ВР циліндричної форми круглого поперечного перерізу. У результаті вибуху негабарит розколовся на кілька частин, а між шпурами чітко простежується спрямована тріщина. Недоліком даного розколу можна вважати утворення додаткових тріщин, які порушують цілісність одержуваних частин блока.

У другій серії застосували шпуровий заряд ВР еліптичного поперечного перерізу масою 70 г амоніту 6ЖВ. Заряд ВР розмістили таким чином, щоб більша вісь еліпса була розташована в площині необхідного розколу негабариту. У результаті вибуху утворилася основна тріщина, розташована вздовж великої осі еліптичного перерізу заряду, але спостерігалися невеликі тріщини, що додатково розколюють блок. Для того, щоб уникнути утворення непотрібних бічних тріщин і зберегти міцність і якісні характеристики породи, необхідно зменшити дію ударної хвилі на бічні поверхні, що утворяться, і виключити проникнення продуктів детонації до мікротріщин.

З метою усунення недоліків, які мали місце при розколі негабариту в першій і другій серіях експериментів, була використана спеціальна конструкція шпурового заряду ВР (рис. 5). Поперечний переріз заряду виконаний у вигляді еліпса з осями 40х20 мм. Уздовж твірних гільз заряду в напрямі великої осі еліптичного перерізу приклеювали алюмінієві пластини (напрямні газодинамічного потоку). На дні шпуру розміщали підкладку з поролону з метою пом'якшити удар вибухової хвилі й зменшити руйнування, які не збігаються з напрямком розколу. Заряд у шпурі встановлювали так, щоб більша вісь еліпса поперечного перерізу була спрямована у напрямі необхідної площини розколу блоків. Навколо заряду з обох боків від великої осі еліпса знаходилась гумова оболонка, що перешкоджала потраплянню газоподібних продуктів детонації до утворених після вибуху мікротріщин на поверхні розколу. У зазор між гумовою оболонкою й шпуром засипали дрібну крихту з пінопласту або пісок, створюючи оболонку, що поглинала ударну хвилю в напрямку бічної поверхні шпуру. Таким чином, використання гумової та демпфувальної оболонок зменшує ступінь знеміцнення каменю, тим самим поліпшує якість поверхні блоків, одержаних спрямованим розколом.

У третій серії вибухів з метою перевірки спеціального заряду ВР використали негабаритні шматки граніту, у яких бурили по одному або по два шпури залежно від розміру каменя. Якщо негабарит був більших розмірів, у ньому бурили два шпури на відстані 60 см один від одного. У результаті вибуху всі досліджувані негабарити були розколоті в потрібному напрямку (рис. 7).

Результати дослідно-промислової перевірки впливу форми й конструкції заряду ВР на одержання спрямованої тріщини при вибуху гірської породи показали, що застосування спеціальної конструкції заряду дозволяє збільшити відстань між шпурами від 35 см до 60 см, тобто в 1,7 рази. При цьому зменшується кількість зайвих тріщин. Використання двошарової оболонки (гумової й демпфувальної) дозволяє мінімізувати втрати міцності та якісних характеристик каменю.

Рис. 7. Розкол негабариту спеціальним зарядом ВР

Економічна ефективність використання енергії вибуху для відколу блоків від масиву або поділу на напівфабрикати (блоки менших розмірів) оцінювалася за статтями змінних витрат при застосуванні різних конструкцій зарядів ВР. До основних статей змінних витрат віднесені витрати на: свердління шпурів; виготовлення спеціальних гільз і формування зарядів ВР. Крім того, урахували: вихід кондиційної продукції, придатної для використання в наступних технологічних процесах; якість утворених поверхонь розколу й обсяги робіт для доведення блоків до кондиційного стану. Економічна доцільність різних конструкцій зарядів промислових ВР визначалася за допомогою залежності, що виражає різницю витрат при базовому варіанті відколу блоків і при використанні запропонованої конструкції зарядів ВР:

 (7)

де С1 і С2 – питома вартість свердління й виготовлення гільз для зарядів ВР для відділення 1 м3 блока за базовою технологією, грн/м3;

С3 – питома вартість 1 м3 відбитого блока, грн/м3;

Р1 – процентний вміст відходів при базовій технології;

,  – питома вартість свердління й виготовлення гільз для відбивання блока при використанні пропонованої конструкції заряду, грн/м3;

Р2 – процентний вміст відходів при відбиванні блоків за допомогою пропонованих конструкцій зарядів;

V – об’єм відбиваного блока, м3.

запропонована конструкція заряду ВР дозволяє в 1,3 – 1,7 рази збільшити відстань між шпурами, вона пройшла дослідно-промислову перевірку на гранітних кар'єрах ЗАТ «УКРАГРОВИБУХПРОМ» Спеціальному підприємстві №4 Капустинській дільниці з видобутку гранітних блоків. У результаті збільшення виходу товарної продукції та зменшення витрат на механічну обробку блоків у розрахунку на 1,0 тис. м3 блокового каменю сумарний економічний ефект склав 12 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій здійснено розв’язання актуальної наукової задачі, що має важливе народногосподарське значення і полягає у встановленні взаємозв’язку зміни міцності гірських порід протягом часу залежно від впливу на них імпульсних вибухових навантажень, що дозволило обґрунтувати раціональні параметри і конструкції шпурових зарядів для зниження знеміцнення гірських порід при спрямованому розколі.

Основні наукові положення та практичні рекомендації, отримані в процесі досліджень і дослідно-промислової перевірки розробок, дозволили сформулювати наступні висновки:

1. Розподіл напружень навколо зарядної порожнини істотно впливає на ефективність спрямованого розколу і на зміну характеристик міцності породи. Отримано залежності для визначення відносної відстані між циліндричними шпурами круглого та еліптичного поперечних перерізів при безвибуховому спрямованому розколі для отримання блокового каменю

Вплив геометричних параметрів еліптичного перерізу на зміну відносної відстані між шпурами характеризується співвідношенням

.

При використанні вибухової динамічної дії на породу відстань між шпурами можна визначити за формулою  , де  – коефіцієнт динамічності.

2. Створення на внутрішній поверхні шпурів концентраторів напружень, які збігаються з площиною передбачуваного розколу, збільшує виникаючі напруження відриву блоків і відстань між шпурами в  разів, зменшує макро- і мікротріщинуватість технологічних блоків, тобто покращує якість отримуваних напівфабрикатів.

3. Безпосередньо відразу після вибуху шпурових зарядів середня міцність випробуваних зразків складала 129 МПа (71,7 % міцності непорушеної породи). З часом за рахунок процесів дегазації продуктів детонації з мікротріщин міцність породи зростала до 157 МПа (87,2 %) через годину і до 163 МПа (90,6 %) через 24 години після вибухової дії.

4. Безпосередньо після вибуху накладного заряду ВР характеристики міцності зразків складали в середньому 132 МПа (73,3 % міцності непорушеної породи), але вже через 30 хвилин міцність зразків зростає до 161 МПа (89,44 %) за рахунок інтенсивнішої дегазації продуктів вибуху, що потрапили до природних й утворених мікротріщин.

5. Зі збільшенням розмірів зразків відбувається повільніше відновлення міцності, що пояснено більшою глибиною проникнення продуктів детонації до мікротріщин і збільшенням тривалості їх дегазації. Результати досліджень дозволяють використовувати ефект знеміцнення для уточнення технології наступної механічної обробки гірських порід і зниження енерговитрат.

6. Зміна граничних умов на вільних поверхнях блоків дозволяє регулювати інтенсивність тріщиноутворення в них за рахунок різних умов відбиття і заломлювання пружних хвиль на межі двох середовищ з різною акустичною жорсткістю. Чим менший коефіцієнт відбиття пружних хвиль на межі двох середовищ, тим менш інтенсивне руйнування зразків. Коли коефіцієнт відбиття пружних хвиль наближається до 1, спостерігається максимальний ступінь тріщиноутворення породи зразка.

7. Застосування спеціальної конструкції заряду зменшило хвильову дію на навколишню породу й активізувало утворення тріщин, орієнтованих у напрямі площини розколу, що дозволило в 1,3-1,7 рази збільшити відстань між суміжними шпурами і підвищити якість підготовки блоків з природного каменю, за рахунок посилення дії газодинамічного потоку продуктів детонації в заданому напрямі і зменшення імовірності проникнення газів до мікротріщин, що утворюються за межами площини розколу.

Запропонована конструкція заряду ВР пройшла дослідно-промислову перевірку на гранітних кар'єрах Кременчуцького регіону, ЗАТ «УКРАГРОВИБУХПРОМ» Спеціалізованому підприємстві № 4 Капустинській дільниці з видобутку гранітних блоків ЗАТ «Елгран». У результаті зниження витрат на обробку блоків з розрахунку на 1,0 тис. м3 блокового каменю сумарний економічний ефект склав 12 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ праць За ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Литвиненко Я.С. О возможности использования эффекта низкотемпературного расширения жидкости при направленном расколе /
Я.С. Литвиненко //
Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПИ. Вып. 2/1999(7). – Кременчуг: КГПИ, 1999. – с. 425-427.

2. Комир В.М. Методы управления действием взрыва при разрушении бетона и железобетона / В.М. Комир, Я.С. Литвиненко // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПИ. Вып. 1/2000(8). – Кременчуг: КГПИ, 2000. – с. 502-504.

3. Комир В.М. Современные направления развития технологии специальных взрывных работ при капитальных ремонтах и реконструкции предприятий / В.М. Комир, В.В. Носач, Я.С. Долударева // Украинский союз инженеров-взрывников. Информационный бюллетень № 3. Июль-сентябрь 2002 г. – Комсомольск, 2002. – с. 10-16.

4. Комир В.М. Влияние взрывного воздействия на прочностные свойства горных пород / В.М. Комир, С.М. Мыслицкий, И.Э. Пеева, Я.С. Долударева // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип. 6(23). – с. 120-122.

5. Комир В.М. Влияние импульсных неразрушающих нагрузок на изменение прочностных характеристик горных пород / В.М. Комир,
С.М. Мыслицкий, И.Э. Пеева, Я.С. Долударева // Вісник Кременчуцького держ
авного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2004. – Вип. 4/2004(27). – с. 135-138.

6. Долударева Я.С. Исследование изменения степени разупрочнения горных пород с течением времени после неразрушающего взрывного воздействия / Я.С. Долударева // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2004. – Вип. 6/2004(29). – с. 118-120.

7. Комир В.М. Влияние масштабного фактора на изменение предела прочности образцов хрупких горных пород с течением времени после взрывного неразрушающего воздействия / В.М. Комир, Я.С. Долударева // Матеріали міжнародної конференції «Форум гірників-2008», 13-15 жовтня 2008 м. Дніпропетровськ. – Д.: Національний гірничий університет, 2008. – с. 92-96.

8. Долударева Я.С. Изменение размеров зоны разупрочнения образцов с течением времени после импульсного неразрушающего нагружения /
Я.С. Д
олударева // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. – Кременчук: КДПУ, 2008. 
Вип. 5/2008(52) частина 2. – с . 136-139.

9. Долударева Я.С. Теоретическое обоснование влияния концентраторов на величину напряжений в горных породах при динамических нагрузках /
Я.С. Долударєва // 
Вісник Кременчуцького державного політехнічного універ-ситету імені Михайла Остроградського.  Кременчук: КДПУ, 2009.  Вип. /2009(57) Частина 2. – с. 102-105.

АНОТАЦІЯ

Долударєва Я.С. Обґрунтування раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів для зниження розміцнення гірських порід при спрямованому розколі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 – «Геотехнічна і гірнича механіка» – Кременчуцький на-ціональний університет імені Михайла Остроградського, м. Кременчук, 2010 р.

Дисертація присвячена розробці науково обґрунтованих методів підвищення якості кам'яних блоків, отриманих спрямованим розколом за допомогою вибуху, за рахунок посилення впливу газодинамічного потоку продуктів детонації в напрямку розколу з одночасним зменшенням імовірності проникнення газів до утворених мікротріщин за межами площини розколу. У роботі теоретично досліджено вплив форми заряду вибухової речовини на розподіл полів напружень та ефективність спрямованого розколу; теоретично обґрунтовано вплив концентраторів напружень на величину й розподіл напружень поблизу них при впливі динамічних навантажень на гірський масив; експериментально встановлено вплив імпульсних навантажень, створюваних різними способами, на зміну міцності матеріалу моделей з часом після імпульсного впливу. Установлено, що після дії вибуху в зоні тріщиноутворення відбувається процес змикання ("заліковування") мікротріщин, що сповільнюється через наявність у них проникних газоподібних продуктів детонації. Час змикання тріщин залежить від кількості газоподібних продуктів детонації, що потрапляють до природних та утворених макро- і мікротріщин, ступеня їхнього розкриття, у результаті чого міцність зразків після вибухового впливу протягом часу збільшується на 18-25 % порівняно з міцністю, вимірюваною безпосередньо після вибуху. Установлено, що процес відновлення міцності тісно пов’язаний з процесом дегазації продуктів детонації, які проникають до утворених мікротріщин під час вибуху.

У результаті проведених промислових досліджень доведено, що застосування зарядів еліптичної форми в пружно-пластичних оболонках змінної товщини із вставками для спрямованого руху газодинамічних потоків зменшує хвильову дію в довколишню породу й активізує утворення тріщин, орієнтованих у напрямку розколу, що дозволяє в 1,3-1,7 рази збільшити відстань між суміжними шпурами.

Ключові слова: газодинамічний потік продуктів детонації, розміцнення породи, міцність, спеціальна конструкція, дегазація продуктів детонації, граничні умови.

Аннотация

Долударева Я.С. Обоснование рациональных параметров и конструкций шпуровых зарядов для снижения разупрочнения горных пород при направленном расколе. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 – “Геотехническая и горная механика” – Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,
г. Кременчуг, 2010 г.

Диссертация посвящена повышению качества каменных блоков, полученных направленным расколом с помощью взрыва, за счет усиления воздействия газодинамического потока продуктов детонации в требуемом направлении с одновременным уменьшением вероятности проникновения газов в образующиеся микротрещины за пределами плоскости раскола. В работе теоретически исследовано влияние формы заряда взрывчатого вещества на распределение полей напряжений и эффективность направленного раскола;  теоретически обосновано влияние концентраторов напряжений на величину и распределение напряжений вблизи них при воздействии динамических нагрузок на горный массив; экспериментально исследовано влияние импульсных нагрузок, создаваемых различными способами, на изменение прочностных характеристик материала моделей с течением времени после импульсного воздействия. Установлено, что после действия взрыва в зоне трещинообразования происходит процесс смыкания («залечивания») микротрещин, который замедляется из-за присутствия в них проникающих газообразных продуктов детонации. Время смыкания трещин зависит от количества продуктов детонации, попадающих в естественные и образующиеся макро- и микротрещины, степени их раскрытия, в результате чего прочность образцов, подвергшихся взрывному воздействию с течением времени, увеличивается на 18-25 % по отношению к прочности, измеренной непосредственно после взрыва. В результате взрывного воздействия шпурового заряда средняя прочность испытанных образцов сразу же после испытания достигает 129 МПа (71,7 % прочности эталонных образцов). С течением времени за счет процесса дегазации продуктов детонации и смыкания микротрещин происходит возрастание прочности образцов со 157 МПа (87,2 % через час после взрывного воздействия) до 163 МПа (90,6 % после 24 часов). В целом прочность образцов после воздействия на них шпурового заряда ВВ (по прошествии суток) возрастает на 18,9 % по сравнению с прочностью образцов, измеренной сразу после воздействия на них заряда ВВ. При взрыве накладного заряда прочностные характеристики образцов достигают в среднем 132 МПа (73,3 % прочности эталонных образцов), но уже через 30 мин после взрыва прочность моделей восстанавливается до  161 МПа (89,44%). При использовании накладного заряда происходит более активная дегазация продуктов взрыва, проникающих в макро- и микротрещины, что способствует более быстрому восстановлению прочности образцов по сравнению с образцами, которые подверглись взрыву шпурового заряда. С увеличением размеров образцов происходит более медленное восстановление прочностных характеристик, что объясняется большей глубиной проникновения продуктов детонации в микротрещины и увеличением продолжительности их дегазации. Результаты исследований позволяют использовать эффект разупрочнения для уточнения технологии механической обработки горных пород и снижения энергозатрат. Установлено, что процесс восстановления прочности тесно связан с процессом дегазации продуктов детонации, которые проникают в образующиеся во время взрыва микротрещины.

Применение в качестве граничных условий сред с различной акустической жесткостью дает возможность регулировать интенсивность трещинообразования разрушаемого блока. Чем меньше коэффициент отражения упругих волн на границе двух сред, тем менее интенсивное разрушение образцов. Когда коэффициент отражения упругих волн стремиться к 1, наблюдается максимальная степень трещинообразования породы образца.

В результате проведенных промышленных исследований доказано, что применение зарядов эллиптической формы в упруго-пластических оболочках переменной толщины со вставками для направленного движения газодинамических потоков уменьшает волновое действие в окружающую породу и активизирует образование трещин, ориентированных в направлении раскола, что позволяет в 1,3-1,7 раза увеличить расстояние между смежными шпурами.

Ключевые слова: газодинамический поток продуктов детонации, разупрочнение породы, прочность, специальная конструкция, дегазация продуктов детонации, граничные условия.

annotation

Doludaryeva Y.S. Motivation of rational parameters blasthole charges to reduce the softening of rocks in the directed split. Manuscript

Thesis for the degree a candidate of sciences in specialty 05.15.09 – “Geotechnical and mining mechanics” – Kremenchug National University named after Mikhail Ostrogradskii, Kremenchuk, 2010

The dissertation is devoted to improving the quality of the stone blocks, obtained by directional split of the explosion, and by strengthening the influence of gas flow products detonation in the direction of the split with a simultaneous decrease in the probability of gases penetration into the cracks formed outside on the line division. In this thesis we theoretically investigated the influence of the shape of an explosive charge on the distribution of stress and the effectiveness of directional split; theoretically justified by the influence of stress raisers on the magnitude and distribution of stresses in their vicinity under the influence of dynamic loads on the mountain; the effect of impulse loads generated by various means, to change the strength characteristics of material models with time after pulsed exposure. It was being found that after the explosion in the cracking zone is the closing process («healing») of microcracks, which slows down due to the presence in them of the gaseous detonation products penetrating. Time of cracks closing depends on the number products detonation that fall into a natural and well-educated macro- and microcracks, the extent of their disclosure, resulting in the strength of the samples after explosive exposure over time increases by 18-25 % with respect to strength, tests immediately after the explosion. It had been established that the strength of the recovery process are closely linked with the degassing detonation products process, this is penetrate into the cracks formed during the explosion.

As a result of industrial research proved that the application of charges elliptical shape in the elastic-plastic shells of variable thickness, with inserts for directional movement of gas-dynamic flows reduces the wave action in the surrounding rock and activates the formation of cracks oriented in the direction of the split, which allows a 1,3  1,7 just increase the distance between adjacent holes.

Keywords: gas-dynamic flow of detonation products, softening of rock, strength, special design, decontamination of the detonation products, the boundary conditions.


Долударєва Яна Станіславівна

Обґрунтування раціональних параметрів і конструкцій шпурових зарядів для зниження розміцнення гірських порід при спрямованому розколі

Автореферат

Підписано до друку ____.11.2010. Формат 60х84 1/16. Папір білий.

Надруковано на різографі. Ум. друк. арк. _____. Зам. №________. Наклад 100 прим.

РВВ КДУ імені Михайла остроградського.

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, тел. (05366) 3-61-09.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22844. Визначення коефіцієнта в’язкості газу 1.32 MB
  При ламінарній течії газу по капілярній трубці різні шари газу набувають різної швидкості направленого руху. Розглянемо більш детально течію в’язкого газу по трубці радіуса . Припустимо що потік ламінарний що газ при невеликих тисках нестисливий що течія всановилась і що газ повністю змочує стінки трубки тобто швидкість газу біля стінок трубки дорівнює нулеві.
22845. Визначення вологості повітря 1.2 MB
  Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари що обумовлює вологість повітря. Абсолютною вологістю називається кількість водяної пари що знаходиться в одиниці об'єму повітря. З рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так: пов= 1 позначення загально прийняті.
22846. Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини 545 KB
  Залежність об’єму рідини від температури виражається рівнянням: а при невеликій точності можна обмежитися виразом: де – об’єм рідини при температурі 0C температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини. Прямим способом вимірювати об’єм рідини при різних температурах для визначення важко бо при цьому змінюється і об’єм посудини в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини при якому відпадає необхідність вимірювання об’єму рідини.
22847. ОДЕРЖАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ВИСОКОГО ВАКУУМУ 5.3 MB
  Різного роду вакуумні насоси з застосуванням деяких додаткових прийомів дозволяють одержувати тиски домм. Області тисків в яких найбільш раціонально застосовуються вакуумні насоси прийнятих в даний час типів показані на рис. Вакуумні насоси що застосовуються для відкачки газу поділяють на два класи: а форвакуумні насоси які починають працювати з атмосферного тиску і викидають відкачуваний газ прямо в атмосферу. Форвакуумні насоси створюють розрідження порядку мм.
22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...
22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування – це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l – довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де – внутрішній радiус трубки – температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а – радiус дротини – температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.