Спосіб визначення тензоефекту промислового вибуху в кар’єрі при короткоуповільненому підриванні

Винахід відноситься до вибухової справи і може бути використаний при інтерполяції тензоефекту, який виникає внаслідок промислових вибухів у кар'єрах при короткоуповільненому підриванні. Слід відзначити, що тензоефект (від латинського tensus - напруження, тиск) це локальне виникнення стрибкоподібного надлишку атмосферного тиску внаслідок потужного раптового збудження (збурення) атмосфери. Найбільш наближеним технічним рішенням, вибраним як прототип, є спосіб визначення тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні, згідно з яким здійснюють дослідну реєстрацію тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі та визначають максимально можливий тензоефект відповідно виразу m åk i (1) Q Q = k cp , m R R де Dp - максимально можливий тензоефект. Па; Dp = i=1 × ki - коефіцієнт інтенсивності тензоефекту 1-го спостерігання, m - кількість спостерігань; кг с2 kcp - середнє значення коефіцієнта інтенсивності тензоефекту, ; кг с2 ; Q - маса заряду на ступінь уповільнення, кг; R - віддаль від гр уп зарядів на ступінь уповільнення до точки реєстрації, м, небезпечну зону промислового вибуху в кар'єрі відповідно виразу Q , Dp де R - радіус небезпечної зони, м; R = k cp (2) kcp - середнє значення коефіцієнта тензоефекту, кг с2 ; Q - маса заряду на ступінь уповільнення, кг; Dp - максимально можливий тензоефект. Па, та безпечну масу заряду відповідно виразу Dp × R 2 Q =( ) , (3) k cp де Q - безпечна маса заряду, кг; Dp - максимально можливий тензоефект. Па; R - радіус небезпечної зони, м; кг , с2 при деякому використанні вибіркових елементів теорії ймовірностей (С.Г. Оника, В.А. Гаврик. Определение параметров взрывных работ и расстояний, безопасных по действию сейсмических и ударных воздушных волн. Кривой Рог.; НИГРИ, 1995. - С. 19-25). Недоліком відомого способу є неприйнятна для практики наближеність визначення тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні в зв'язку з формальною вказівкою збільшувати визначаємий тензоефект в залежності від пори року та погодних умов в два-чотири рази, що виключає можливість конкретного врахування аномального стану атмосфери в потрібному місці в потрібний час, адже добре відомо, що потужні вибухи на земній поверхні до сьогодення дуже бентежать як інженерів вибухової справи, так і науковців відповідного профілю. Характерна відмінність потужних вибухів на земній поверхні полягає в тому, що частина енергії вибухової речовини (ВР) перетворюється на ударну повітряну хвилю (тензоефект) і до сьогодення інженери стикаються з незрозумілим явищем - іноді дія тензоефекту виявляється набагато більшою, а іноді набагато меншою, ніж та, яка була обчислена по добре перевіреним формулам. Як правило, такі відхилення визвані аномаліями в атмосфері - щільністю, температурою, вологістю, то що. (М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. Проблемы гидродинамики и их математические модели. - М.; На ука, 1977. - С. 287). Причинами, що перешкоджають одержанню технічного результату заявляемого винаходу прототипом є необгрунтована екстраполяція енергетичного елементу методики визначення сейсмоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні на випадок визначення тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні, адже така екстраполяція цілком суперечить теоремі Цемплена ударна хвиля завжди рухається відносно газу від областей з більшим тиском до областей з меншим тиском (А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. Уравнения математической физики.- М.; Наука, 1972. - С. 159). Звідси походить, що за фронтом ударної хвилі при короткоуповільненому підриванні тиск швидко kcp - середнє значення коефіцієнта інтенсивності тензоефекту, вирівнюється - за даними експериментів, на віддалях при Dp < 2,5 ×10 4 Па релаксація надлишку тиску при короткоуповільненому підриванні не призводить до розподілу ударних хвиль від вибухів окремих груп зарядів, тобто обумовлюється, в цілому, від сумарної маси зарядів (Цейтлин Я.И., Смолий М.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. - М.; Недра, 1981. - С. 170). Крім цього, наступною причиною є вимушена розмірність коефіцієнту інтенсивності тензоефекту, адже [k cp ] = кг , що обумовлює значний його розкид при дослідних вибуха х в кар'єрі, потребує достатньо с2 представничого набору емпіричних даних і в підсумку призводить до значного збільшення витрат на дослідну реєстрацію промислових вибухів в кар'єрах та збільшення коштів на відновлення довкілля. Завданням винаходу є розробка способу визначення тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні, в якому шляхом вчасного врахування аномального стану атмосфери та використання впливу вологості повітря на релаксацію надлишку атмосферного тиску досягають підвищення точності визначення тензоефекту, небезпечної зони та безпечної маси заряду і за рахунок цього зменшують витрати на дослідну реєстрацію промислових вибухів в кар'єрі та заощаджують кошти на відновлення довкілля. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі визначення сейсмічного ефекту, згідно з яким здійснюють дослідну реєстрацію тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі, визначають коефіцієнт інтенсивності тензоефекту та визначають тензоефект відповідно виразу (1), радіус небезпечної зони відповідно виразу (2) та безпечну масу заряду відповідно виразу (3), згідно з винаходом, в цілях врахування аномального стану атмосфери, безпосередньо перед вибухом вимірюють температуру нижніх прошарків атмосфери психрометричною парою термометрів і визначають відносну вологість та коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект відповідно виразу ìk w = 2,7 + 8,1th2w, í , î0 < w < 1 (4) де k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект; w - відносна вологість, здійснюють дослідну реєстрацію тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі, а після дослідної реєстрації визначають коефіцієнт тензовіддачі відповідно виразу ù po éR3 Dp kt = (5) ê min ( z + 1)ú , 2 3 po Q zD ê k w ú ë û де k t < 1 - коефіцієнт тензовіддачі; po - нормальний атмосферний тиск, Па; Q z - загальна маса ВР, яка задіяна в цілях подрібнення гірських порід енергією вибуху, кг; D - швидкість детонації ВР, м/с; Rmin - віддаль до дослідної точки від найближчого обсягу гірських порід, які подрібнюються енергією вибуху, м; k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект; Dpz - зареєстрований тензоефект, Па, потім визначають максимально можливий тензоефект промислового вибуху в кар'єрі відповідно виразу ì é 2 ù ïDp = 3p ê k w 3 k t Q zD - 1ú ï o ê Rmin ú, po (6) í ë û ï ïDp < 2,5 × 104 î де Dp - максимально можливий тензоефект промислового вибуху в кар'єрі, Па; po - нормальний атмосферний тиск. Па; k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект; Rmin - віддаль до дослідної точки від найближчого обсягу гірських порід, які подрібнюються енергією вибуху, м; k t - коефіцієнт тензовіддачі; Q z - загальна маса ВР, яка задіяна в цілях подрібнення гірських порід енергією вибуху, кг; D - швидкість детонації ВР, м/с, при якому визначають небезпечну зону промислового вибуху в кар'єрі відповідно виразу R = kw 3 k t QzD2 , po (7) де R - небезпечна зона стосовно негативного впливу на довкілля тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі, м; k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект; k t - коефіцієнт тензовіддачі; Q z - загальна маса ВР, яка задіяна в цілях подрібнення гірських порід енергією вибуху, кг; D - швидкість детонації ВР, м/с; po - нормальний атмосферний тиск, Па, та безпечну масу заряду відповідно виразу 3 po é R ù (8) ê ú , k tD2 ë k w û де Q - безпечна маса заряду стосовно негативного впливу на довкілля тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі, кг; po - нормальний атмосферний тиск, Па, Q= k t - коефіцієнт тензовіддачі; D - швидкість детонації ВР, м/с; R - небезпечна зона стосовно негативного впливу на довкілля тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі, м; k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект. Суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є здійснення дослідної реєстрації тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі; вимірювання безпосередньо перед вибухом температури нижніх прошарків атмосфери психрометричною парою термометрів; визначення відносної вологості та коефіцієнта впливу відносної вологості повітря на тензоефект відповідно виразу (4); визначення коефіцієнта тензовіддачі відповідно виразу (5); визначення тензоефекту, небезпечної зони та безпечної маси заряду промислового вибуху в кар'єрі відповідно виразів (6), (7) та (8). Зазначені суттєві ознаки необхідні і достатні для визначення тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі при короткоуповільненому підриванні. Новими суттєвими ознаками, необхідними і достатніми у всіх випадках, на які поширюються запитувані обсяги правової охорони, є вимірювання безпосередньо перед вибухом температури нижніх прошарків атмосфери психрометричною парою термометрів; визначення відносної вологості повітря та коефіцієнта впливу відносної вологості повітря на тензоефект відповідно виразу (4); визначення коефіцієнта тензовіддачі відносно виразу (5); визначення тензоефекту, небезпечної зони та безпечної маси заряду промислового вибуху в кар'єрі відповідно виразів (6), (7) та (8). Внаслідок вимірювання безпосередньо перед вибухом температури нижніх прошарків атмосфери психрометричною парою термометрів, стає можливим визначення психрометром відносної вологості в околиці кар'єру на момент промислового вибуху (Словник іноземних слів /за редакцією член- кор. АН УРСР О.С. Мельничука. -К.; 1974. - С. 559) при використанні психрометричної таблиці: Таблиця Психрометрична таблиця(відносні вологості за показами сухого і вологого термометрів в долях одиниці) Різниця показань термометрів, °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0,81 0,64 0,46 0,29 0,13 5 0,87 0,72 0,59 0,45 0,33 0,21 0,09 Показання сухого термометра, °С 10 15 20 25 30 0,88 0,89 0,90 0,92 0,93 0,76 0,80 0,82 0,85 0,86 0,66 0,71 0,74 0,77 0,79 0,55 0,62 0,66 0,70 0,73 0,44 0,53 0,59 0,63 0,67 0,34 0,44 0,52 0,57 0,61 0,25 0,36 0,45 0,50 0,55 0,15 0,28 0,38 0,44 0,50 0,06 0,20 0,30 0,38 0,44 0,13 0,24 0,33 0,39 35 0,93 0,87 0,81 0,75 0,70 0,64 0,59 0,54 0,50 0,44 40 0,94 0,88 0,82 0,76 0,72 0,66 0,61 0,56 0,52 0,48 (Н.И. Карякин, К.Н. Быстров, П.С. Киреев. Краткий справочник по физике. - М.; Высшая школа, 1962. - С. 134). Практика свідчить, що найбільш дієвим індикатором релаксації тензоефекту в кількісному відношенні є відносна вологість області його розповсюдження, в даному разі - нижніх прошарків атмосфери. При цьому, в континентальній частині України тензоефект найшвидше релаксує, тобто, при найменшій віддалі від області виникнення, в період мінімуму відносної вологості, в середньому при порах року літо-зима, а найдовше релаксує, тобто, при найбільшій віддалі від області виникнення, в період максимуму відносної вологості, в середньому при порах року весна-осінь. В кількісному відношенні віддаль релаксації тензоефекту в період весна-осінь збільшується при порівнянні за період літо-зима майже в чотири рази, що збігається й з максимумом релаксації в прототипі. Слід відзначити, що релаксація - це поступовий перехід фізичної системи (в даному разі нижніх прошарків атмосфери) з нерівноважного стану, спричиненого зовнішніми силами, в рівноважний (Словник іноземних слів /за редакцією член. кор. АН УРСР О.С. Мельничука. - К.; 1974. - С.580). Мінімум віддалі релаксації тензоефекту в континентальній частині України спостерігається за період літозима, отже при визначенні тензоефекту необхідно обов'язково враховувати безрозмірний коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект k w = k w ( w) , де w - відносна вологість повітря, яка є теж безрозмірним параметром, при цьому ìk w (0) = k w min, ï ík w (1) = k w max, ïk î w max = 4k w min, а за k w min по даним статистичного набору інструментальних вимірів треба брати показник 2,7, що майже збігається з середнім показником коефіцієнта метеорологічних умов (в даному разі - коефіцієнта впливу вологості повітря на тензоефект) за період весна - літо - осінь, тобто, крім зими, в регіонах Сибіру (Цейтлин Я.И., Смолий М.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. - М.; Недра, 1981. - С. 137-138) 3,5 + 3,5 + 2,5 + 1,6 + 3 + 3 + 1,6 + 1 4 , k w cp = » 2,5 . 8 З вищенаведеного походить, що в цілях неперервності коефіцієнта k w , вважаючи, що він, як опукла функція, монотонно наближається до своєї горизонтальної асимптоти, з достатньою для практики точністю його апроксимацію можна здійснювати неперервною функцією th2w при 0 < w < 1. Отже, внаслідок визначення відносної вологості з допомогою психрометричної таблиці, стає можливим визначення коефіцієнта впливу вологості повітря на тензоефект відповідно виразу ìk w = 2,7 + 8,1th2w, (4) í , î0 < w < 1 де k w - коефіцієнт впливу вологості повітря на тензоефект; w - відносна вологість. Внаслідок визначення коефіцієнта впливу вологості повітря на тензоефект, після дослідної реєстрації тензоефекту промислового вибуху в кар'єрі стає можливим визначення коефіцієнта тензовіддачі ki