Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід

Реферат: Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід включає створення моделі гірського масиву, формування в ній вибухових порожнин, заряджання їх, комутацію вибухової мережі і підривання. На початку, в забої підготовчої виробки в напрямку її проведення здійснюють відбір зразків породи, виготовляють модель гірського масиву, потім в торці моделі формують дві порожнини, одна, що імітує гірничу виробку, інша для вибухової речовини, в підготовленій порожнині розміщують патрон ВР з ініціатором, а гирло герметизують набивкою, підготовлену модель встановлюють у введену вибухову камеру, комутують вибухову мережу і підривають заряд ВР, після цього шляхом відбору проб дрібнодисперсних частинок пилу визначають концентрацію та розподіл їх гранулометричних характеристики по залежності: C  1000 PH / Qпов , мг / м3 . UA 91043 U (54) СПОСІБ МОДЕЛЮВАННЯ ВИБУХОВОГО РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД UA 91043 U UA 91043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до моделювання процесів руйнування твердих середовищ (гірських порід) вибуховими навантаженнями, які протікають в масиві гірської породи, з наступним формуванням пилоутворюючих фракцій, що забруднюють навколишнє середовище. Відомі способи моделювання на еквівалентних матеріалах вибухового руйнування напруженого середовища формуванням в моделі вибухових порожнин, імітуючи шпурові чи свердловинні заряди, заряджання їх і підривання на вільний простір [Друкованый, М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах / М.Ф. Друкованый. - М.: Недра, 1973.-С.310-315; Моделирование разрушающего действия взрыва в горных породах / В.М. Комир, Л.М. Гейман, B.C. Кравцов, Н.И. Мячина. - М.: Наука, 1972. - 214с.; Ванягин, И.Ф. Физическое моделирование действия взрыва и процесса разрушения горных пород взрывом / И.Ф. Ванягин, В.А. Боровиков. - Л.: Изд. ЛГИ, 1984. - 108 с.; Лабораторные и практические работы по разрушению горных пород взрывом. Учеб. пособие для вузов / Б.Н. Кутузов, В.И. Комащенко, В.Ф. Носков и др. - М.: Недра, 1981. - 255 с.; А.С. СССР № 1491106, МКИ F42D 3/00; Заявл. 04.05.87]. Найбільш близьким за своєю суттю і досягуваним результатом є спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід згідно з [А.С. СССР № 1549269, МКИ F42D 3/04. Способ моделирования взрывного разрушения горной породы /В.Я. Чертков, С.Н. Азовцев, Ю.А. Мыздриков и др. - Заявл. № 4309317/23-03 от 05.08.87. - ДСП]. Спосіб містить в собі формування моделі гірського масиву із еквівалентних матеріалів (піщано-цементної суміші), розміщення в ній вибухових порожнин, заряджання їх, комутація вибухової мережі і підривання. Результати вибуху оцінюють по розподілу гранулометричного складу зруйнованої моделі. Однак наведений спосіб має недоліки. При моделюванні вибухового руйнування масиву гірських порід не забезпечується висока достовірність, обґрунтованість і наочність досліджень, що не дозволяє всебічного вивчення результатів дроблення зразків порід та впливу умов їх руйнування на характер розподілу дрібнодисперсних частинок, і, як наслідок, веде до збільшення хибності і зниження достовірності отриманих результатів руйнування моделі гірського масиву по оцінці концентрації пилу в оточуючому середовищі (виробці). В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу моделювання вибухового руйнування гірських порід в масиві, введенням нових технологічних операцій і параметрів досягається можливість своєчасно оцінити та прогнозувати достовірність і якісну картину характеру руйнування моделі та концентрацію пилу, яка викидається в оточуюче середовище до проведення та після проведення заходів по зниженню пилоутворювання і на їх основі обґрунтувати ефективні конструкції зарядів ВР та способи їх реалізації при проведенні підготовчих виробок, і, за рахунок цього отримати числові значення гранулометричних характеристик розподілу дрібнодисперсних частинок і концентрації пилу зруйнованої частини моделі, підвищення точності, обґрунтованості і достовірності отриманих даних при виконанні експериментальних досліджень. Поставлена задача вирішується тим, що в способі моделювання вибухового руйнування гірських порід, який включає створення моделі гірського масиву, формування в ній вибухових порожнин, їх заряджання, комутацію вибухової мережі і підриванню, згідно з корисною моделлю, на початку, в забої підготовчої виробки в напрямку її проведення здійснюють відбір зразків породи, виготовляють модель гірського масиву, потім в торці моделі формують дві порожнини, одна, що імітує гірничу виробку, інша для вибухової речовини, в підготовленій порожнині розміщують патрон ВР з ініціатором, а гирло герметизують набивкою, підготовлену модель встановлюють у введену вибухову камеру, комутують вибухову мережу і підривають заряд ВР, після цього шляхом відбору проб дрібнодисперсних частинок пилу визначають концентрацію та розподіл їх гранулометричних характеристики по залежності: C  1000PH / Qпов , мг / м3 50 55 , де PH - маса відібраного пилу, мг; Qпов  g t - об'єм повітря, м3, де g - продуктивність приладу для відсмоктування повітря, л/хв; t - час протягання запиленого повітря, хв. В запропонованому способі моделювання вибухового руйнування гірських порід ефективність і технічний результат досягається введенням нових технологічних параметрів і операцій які впливають на оцінку характеру руйнування моделі гірського масиву, виготовленої зі зразків породи чи вугілля з порожнинами, що імітують гірничу виробку та для розміщення заряду ВР з ініціатором, гирло якої герметизують набивкою, встановленням моделі в введену вибухову камеру, комутацію вибухової мережі і підривання заряду ВР дозволяє отримати якісну 1 UA 91043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 картину характеру руйнування моделі і концентрації пилу, який викидається в оточуюче середовище до проведення та після проведення заходів по зниженню пилоутворювання, і як наслідок обґрунтування ефективних конструкцій зарядів ВР та способів їх реалізації при проведенні підготовчих виробок по числових значеннях гранулометричних характеристик розподілу дрібнодисперсних частинок і концентрації пилу зруйнованої частини моделі при виконанні експериментальних досліджень. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями та графіками залежностей: Фіг. 1 - схема герметичного дослідницького бункера з розміщенням в ньому вибухової камери з моделлю та обладнанням; Фіг. 2-а - типова залежність концентрації пилу від параметрів заряду ВР при руйнуванні моделі з гірської породи: 1 - набивка з піску; 2 - набивка з глини; 3 - суміш для набивки, що твердіє; Фіг. 3-б - типова залежність концентрації пилу від параметрів заряду ВР при руйнуванні моделі з вугілля: 1 - набивка з піску; 2 - набивка з глини; 3 - суміш для набивки, що твердіє; Фіг. 4 - типова кумулятивна крива гранулометричного складу дрібнодисперсних частинок продуктів руйнування С від їх розміру d зруйнованої вибухом заряду ВР моделі. Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід реалізується у такій послідовності. У герметичному дослідницькому бункері (1) готують майданчик (2), де розміщують все обладнання і матеріали для проведення експериментів - вибухова камера (3) з моделлю (4) і обладнання для ініціювання зарядів ВР та вимірювання концентрації пилу. Для формування моделі (4) гірського масиву в забої виробки відбирають зразки породи чи вугілля і в лабораторних умовах за допомогою машини для різання каміння готують модель кубічної форми розміром 200×200×200 мм. Далі в центрі однієї з поверхонь (граней) кубічної моделі (4) формують дві порожнини, які імітують гірничу виробку (5) та для розміщення заряду ВР (6) з ініціатором. Порожнину, що імітує виробку (5), виконують висотою 0,5hмод та глибиною 0,5lмод, а вибухову порожнину (6) - діаметром 5 мм та глибиною 0,5hвироб. Гирло порожнини, де розміщують заряд ВР (6), герметизують набивкою (7). Заплановано проведення декілька серій експериментальних досліджень, а саме - руйнування моделей із гірської породи і вугілля з різними конструкціями зарядів: заряд з набивкою з кварцового піску з розміром фракції 0,25 мм; з набивкою із твердіючої суміші для шпурових зарядів ВР при співвідношенні  наб /  ВР 2,5; 4,0 і 6,0 відповідно, а також оброблені та не оброблені поверхнево активними речовинами (ПАР). Підготовлену модель (4) встановлюють в вибухову камеру (3) з кришкою (8), яка має отвори (9) для розміщення алонжів (10) з фільтрами (11) типу АФА-ВП-10. Алонжі (10) з фільтрами (11) з'єднують трубками (12) з приладом (13) для відкачки пилу з камери (3), які перед встановленням зважують, а результати заносять в журнал спостережень. Далі комутують вибухову мережу (14), підключають до вибухового приладу (15) і підривають заряди ВР (6). Після підривання зарядів ВР (6) включають прилад для відсмоктування пилу 13, наприклад, електроаспіратор ЭА-30 і протягом 30 хвил. відсмоктують пил з камери (3), протягуючи забруднене повітря через фільтри (11). Після завершення відсмоктування пилу відкривають кришку (8) камери (3), знімають фільтри (11) з пилом з алонжів (10) і зважують на аналітичних вагах з точністю 0,01 %. По граничних показниках, знятих по результатах відбору проб запиленого повітря, проводять розрахунки концентрації пилу по залежності: C  1000PH / Qпов , мг / м3 45 50 55 , PH  (m1  m0 ) Рн - маса пилу, що осіла на фільтрі при протяганні через нього запиленого де повітря, мг; m0 , m1 - маса фільтра до і після протягання запиленого повітря, відповідно, мг; Qпов  g  t - об'єм повітря, м3, де g - продуктивність приладу для відсмоктування повітря, наприклад електроаспіратор ЭА30-30 л/хв.; t - час протягання запиленого повітря, хв., і по отриманих показниках будують графіки залежності концентрації пилу від конструкції заряду ВР при руйнуванні моделі з гірської породи та вугілля (Фіг. 2, Фіг. 3). Зруйновані частки моделі (4) дістають з вибухової камери (3) і проводять її гранулометричний аналіз по відомих методиках [Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения / Л.И. Барон. - М: Изд-во АН СССР, 1960. - 124 с.]. Для цього використовують набори лабораторних сит з отворами розміром 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 7,0; 10,0; 12,0; 16,0; 20,0; 26,0; 30,0; 40,0; 50,0; 60,0; 70,0; 80,0 мм. Сита встановлюють зверху вниз від великих розмірів до дрібних. Шматки зруйнованої моделі (4) поміщають на верхнє сито і увесь набір струшують впродовж 10 хвилин. Із отриманого розподілу виділяють пилоутворюючі фракції в діапазоні +00 2 UA 91043 U - 0,5 мм. Отримані фракції розміщують в сита з отворами розміром 0,05; 0,1; 0,16; 0,315; 0,4 мм і далі струшують. Залишки фракції на кожному ситі зважують на аналітичних вагах з точністю 0,01 %. Отримані результати заносять в таблиці, обробляють їх, а гранулометричні характеристики розподілу дрібнодисперсних частинок оцінюють із співвідношень: n d   di fi , мкм 5 i , де d - середньо зважений розмір часток фракції, яка досліджується; di - розмір i-тої фракції в інтервалі 0-100 мкм з кроком в 10 мкм; fi - частота i-тої фракції в частках одиниці; Q75  Q 25 Q 75 So  та Sk  , 2 Q 25 Q50 10 15 20 25 30 35 40 45 де So - коефіцієнт сортування частинок за розміром, що характеризує рівномірність руйнування середовища при дії на неї різного роду навантажень (ударних, вибухових), який знаходиться в діапазоні 13; Sk - коефіцієнт асиметрії, що показує симетричність розподілу частинок відносно їх середньозваженого розміру; Q 75 , Q 25 і Q 50 квартильні значення розмірів дрібнодисперсних (пилоподібних) частинок, що становлять відповідно 75, 25 і 50 % від загального об'єму фракцій в інтервалі 0-100 мкм. По отриманих результатах будують кумулятивні криві гранулометричного складу дрібнодисперсних частинок продуктів руйнування С від їх розміру d зруйнованої моделі вибухом заряду ВР (Фіг. 4) і проводять їх оцінку. Технологія способу моделювання вибухового руйнування гірських порід на моделях виконується таким чином (Фіг. 1, Фіг. 2, Фіг. 3, Фіг. 4). У герметичному дослідницькому бункері (1) готують майданчик (2), де розміщують все обладнання і матеріали для проведення експериментів - вибухова камера (3) з моделлю (4) і обладнання для ініціювання зарядів ВР та оцінці концентрації пилу і гранулометричних характеристик розподілу дрібнодисперсних частинок. Для формування моделі гірського масиву в забої виробки відбирають зразки породи чи вугілля і в лабораторних умовах вирізають моделі кубічної форми розміром 200×200×200 мм. Далі в центрі однієї із граней моделі (4) формують дві порожнини - що імітують гірничу виробку (5), та для розміщення заряду ВР (6) з ініціатором. Гирло порожнини, де розміщують заряд ВР, герметизують набивкою (7). Підготовлену модель (4) встановлюють в вибухову камеру (3) з кришкою (8), яка має отвори (9) для розміщення алонжів (10) з фільтрами (11). Алонжі (10) з фільтрами (11) з'єднують трубками (12) з приладом (13) для відкачки пилу з камери (3), які перед встановленням зважують, а результати заносять в журнал спостережень. Далі комутують вибухову мережу (14), підключають її до вибухового приладу (15) і підривають заряд ВР (6). Після підривання заряду ВР (6) включають електроаспіратор ЭА-30 - прилад для відкачки пилу (13) і протягом 30 хвил. відсмоктують пил з камери (3), протягуючи забруднене повітря через фільтри (11). Після осідання пилу відкривають кришку (8) камери (3) і виймають фільтри (11) з алонжів (10) і зважують на аналітичних вагах з точністю 0,01 %. По граничних показниках, знятих по результатах відбору проб запиленого повітря, проводять розрахунки концентрації пилу, а по розподілу дрібнодисперсних частинок встановлюють гранулометричні характеристики характеру руйнування моделі. Використання розробленої корисної моделі способу моделювання вибухового руйнування гірських порід дозволить одержати достовірні і обґрунтовані дані концентрації пилу і гранулометричні характеристики зруйнованої частини моделі зарядами ВР різної конструкції. Запропонований спосіб та методика проведення досліджень можуть бути використані для обґрунтування раціональних параметрів зарядів в шпурах та розташування їх в забої при проведенні підготовчої виробки і, тим самим, для зниження енергетичних витрат під час відбивання гірських порід та забезпечення безпеки робіт на глибоких шахтах і рудниках. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід, який включає створення моделі гірського масиву, формування в ній вибухових порожнин, заряджання їх, комутацію вибухової мережі і підривання, який відрізняється тим, що, на початку, в забої підготовчої виробки в напрямку її проведення здійснюють відбір зразків породи, виготовляють модель гірського масиву, потім в торці моделі формують дві порожнини, одна, що імітує гірничу виробку, інша 3 UA 91043 U 5 10 для вибухової речовини, в підготовленій порожнині розміщують патрон ВР з ініціатором, а гирло герметизують набивкою, підготовлену модель встановлюють у введену вибухову камеру, комутують вибухову мережу і підривають заряд ВР, після цього шляхом відбору проб дрібнодисперсних частинок пилу визначають концентрацію та розподіл їх гранулометричних характеристики по залежності: C  1000 PH / Qпов , мг / м3 , де PH - маса відібраного пилу, мг; 3 Q пов  g t - об'єм повітря, м , де g - продуктивність приладу для відсмоктування повітря, л/хв; t - час протягання запиленого повітря, хв. 4 UA 91043 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5