Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід

Реферат: Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід включає створення піщаноцементних моделей, формування в них вибухової порожнини, заряджання її, комутацію вибухової мережі і підривання. В частині моделей формують порожнини прямокутної форми нижче глибини вибухової порожнини, які після затвердіння піщано-цементної суміші заповнюють заданими закладними матеріалами, потім заряджають вибухову порожнину. При цьому в процесі підривання в хвилі стискання з використанням п'єзоелектричних давачів визначають максимальні механічні напруження зі значеннями екранування та результатів, які порівнюють між собою і визначають максимальні параметри впливу складу закладного матеріалу в хвилі стискання для заданих умов руйнування твердих середовищ. UA 113296 U (54) СПОСІБ МОДЕЛЮВАННЯ ВИБУХОВОГО РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД UA 113296 U UA 113296 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до моделювання екранування хвиль напружень, які розповсюджуються в масиві гірських порід від вибуху подовжених зарядів ВР в добувному блоці, розташованому під територією житлової та промислової інфраструктури. 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. - 214 с.; 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]. Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід - [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. - Заявк. № 4309317/23-03 от 05.08.87. - ДСП]. Спосіб включає формування моделі гірничого масиву із еквівалентних матеріалів піщаноцементної суміші, розміщення в ній вибухових порожнин, заряджання їх, комутацію вибухової мережі і підривання. Результати вибуху оцінюють по розподілу гранулометричного складу зруйнованої моделі. Однак приведений спосіб має недоліки. При моделюванні вибухового руйнування масиву гірських порід не забезпечується висока достовірність, обґрунтованість і наочність досліджень, а також умов, в яких може проводиться виробка або руйнування масиву гірських порід в блоці, що не дозволяє всебічного вивчення впливу шару закладного матеріалу та його характеристик на екранування хвиль напружень при руйнуванні зразків порід вибухом, і, як наслідок, веде до підвищення хибності і зниження достовірності отриманих результатів руйнування моделі гірського масиву. Поставлена задача вирішується тим, що в способі моделювання екранування хвиль напружень при вибуховому руйнуванні гірських порід, який включає створення піщаноцементних моделей, формування в ній вибухової порожнини, заряджання її, комутацію вибухової мережі і підривання, згідно з корисною моделлю, в частині моделей формують порожнини прямокутної форми нижче глибини вибухової порожнини, які після затвердіння піщано-цементної суміші заповнюють заданими закладними матеріалами, потім заряджають вибухову порожнину, причому в процесі підривання в хвилі стискання з використанням п'єзоелектричних давачів визначають максимальні механічні напруження зі значеннями екранування та результатів, які порівнюють між собою і визначають максимальні параметри впливу складу закладного матеріалу в хвилі стискання для заданих умов руйнування твердих середовищ. При оцінці отриманих числових значень максимальних механічних напружень в хвилі стискання від вибуху заряду ВР в ізотропних та за шаром закладного матеріалу в моделях із еквівалентних матеріалів спосіб дозволяє оцінити якісну картину розповсюдження максимальних механічних напружень в хвилі стискання в ізотропних та в шарі закладного матеріалу в моделях, в кожній моделі із еквівалентних матеріалів з урахуванням акустичних властивостей моделей і закладного матеріалу, і тим самим обґрунтувати ефективний склад закладногоматеріалу по результатам виконання експериментальних досліджень. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями та схемами: фіг. 1 - схема формування ізотропної моделі з п'єзоелектричним давачем де, 1 ізотропна модель; 3 - циліндрична вибухова порожнина; 4 - п'єзоелектричний давач; 8 - заряд вибухової речовини; 9 - суміш високобризантного ВР з бойовиком; 10 - набійка. Фіг. 2 - схема формування моделі з шаром закладного матеріалу з п'єзоелектричним давачем, де 2 - анізотропна модель з шаром закладного матеріалу; 3 - циліндрична вибухова порожнина; 4 - п'єзоелектричний давач; 5 порожнина прямокутної форми; 6 - закладний матеріал; 8 - заряд вибухової речовини; 9 - суміш високобризантного ВР з бойовиком; 10 - набійка. Фіг. 3 - вибухова камера (7). Фіг. 4 вид структурно однорідної моделі з п'єзоелектричним давачем в вибуховій камері. Фіг. 5 - вид моделі з шаром закладного матеріалу і п'єзоелектричним давачем. Фіг. 6 - загальний вигляд вимірювального приладу - осцилограф типу О WON серії POS 58225. Фіг. 7 - загальний вигляд обчислювального комплексу - NOTEBOOK. Фіг. 8 - типова осцилограма максимальних напружень в хвилі стискання. Фіг. 9 - результати дії вибуху подовженого заряду ВР в піщаноцементній моделі. 1 UA 113296 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб моделювання екранування хвиль напружень при вибуховому руйнуванні гірських порід реалізується у такій послідовності. У лабораторії готують майданчик, де розміщують все обладнання для проведення експериментів. Для формування моделі гірського масиву готують піщано-цементне тісто в пропорції 1:1 і 0,5 % води. Просіяний пісок змішують з цементом в сухому стані і якісно перемішують з додаванням води. В підготовленій сталевій кубічній формі з розміром ребра 150 мм поетапно формують кілька типів моделей гірського масиву, спочатку структурно однорідні (1, фіг. 1), а решту моделі з шаром закладного матеріалу (2, фіг. 2) заливаючи в них піщано-цементне тісто. Далі в центрі моделі формують циліндричні вибухові порожнини (3, фіг. 1, фіг. 2) діаметром 6 мм, розміщуючи вставки на глибину (0,45-0,65)hмод, а на відстані (16-19)r0, від осі зарядів на глибину 0,5-0,6 hмод, встановлюють п'єзоелектричні здавачі, які з'єднуються з осцилографом (4, фіг. 1, фіг. 2). В частині моделей для розміщення шару закладного матеріалу на відстані 10r0 від осі заряду формують порожнину прямокутної форми глибиною 0,8-0,9 hмод, довжиною - 0,8-0,9 hмод, і шириною (7-10)r0 (фіг. 2, 5). Після набору близько 50 % міцності моделі з неї виймають вставки, далі замішують закладний матеріал (фіг. 2, 6) і заповнюють ним порожнину прямокутної форми і витримують моделі до максимальної міцності, згідно з діючими Держстандартами. Після витримки моделі до максимальної міцності в сталевій формі її виймають і встановлюють в вибухову камеру (7, фіг. 3). В підготовлених порожнинах (свердловинах, шпурах 3, фіг. 1, фіг. 2; фіг. 4; фіг. 5) формують заряди, розміщуючи в них вибухову речовину (8) - суміш високобризантного ВР з бойовиком (9), а гирло порожнини герметизують набійкою (10, фіг. 1, фіг. 2). Підготовлені заряди комутують в вибухову мережу, з'єднують з вибуховим приладом і підривають з використанням відрізків хвилеводу довжиною 0,5 м НЕСІ "Імпульс", з'єднаний з капсулем-детонатором. Перед вимірюванням проводиться калібровка осцилографа і встановлюється необхідна для даного експерименту чутливість по амплітуді і тривалості імпульсу показників напружень, отриманих при пробних вибухах. Після вибуху зарядів ВР в моделях електричні сигнали, які характеризують параметри максимальних механічних напружень в хвилі стискання знімають з давачів (4, фіг. 1, фіг. 2), перетворюють їх в цифровий код і передають на цифровий осцилограф типу OWON серії POS 58225 (фіг. 6). Амплітудні показники сигналу на осцилографі, які відповідають максимальному механічному напруженню в хвилі стискання, передається на обчислювальний комплекс NOTEBOOK (фіг. 7) і видається на моніторі у вигляді осцилограми (фіг. 8). По цим осцилограмам, які характеризують показники напружень у хвилі стискання по всьому діапазону вимірювань, з використанням програмного забезпечення (ПЗ) розраховують максимальні механічні напруження з індикацією результатів на моніторі ПК. Отримані показники максимальних напружень для різних умов вибухового навантаження руйнуючого середовища заносять в таблицю (фіг. 9), по яким оцінюють результати досліджень, що екрановано, та обґрунтовують і вибирають найбільш ефективний склад закладної суміші для екранування хвиль напружень від вибуху заряду ВР в руйнуючому середовищі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу моделювання екранування хвиль напружень при вибуховому руйнуванні гірських порід в масиві, в якому за рахунок введення нових технічних операцій та параметрів досягається можливість отримувати фактичні показники максимальних механічних напружень в хвилі стискання при проходженні, з різними складами закладного матеріалу, в масиві ізотропних моделей та їх характерні зміни значень в шарі закладного матеріалу моделі. Та достовірно оцінити як впливають на показники механічних напружень акустичні властивості моделей і закладного матеріалу одночасно, і як наслідок вибрати і обґрунтувати ефективний склад закладного матеріалу для зменшення впливу вибуху на руйнування масиву гірських порід. За рахунок цього підвищується точність, обґрунтованість і достовірність отриманих даних при виконанні експериментальних досліджень. Технологія способу моделювання вибухового руйнування гірських порід виконується таким чином (фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6, фіг. 7, фіг. 8, фіг. 9). Перед проведенням експериментальних досліджень готують все обладнання і матеріали. Потім підготовлені моделі, які імітують ізотропний гірський масив і модель з закладним матеріалом - проміжним середовищем, встановлюють в вибухову камеру (7, фіг. 3). В підготовлених вибухових порожнинах (3, фіг. 1, фіг. 2) формують подовжені заряди із високобризантного ВР з бойовиком (9), а гирло порожнини герметизують набійкою (10) із кварцового піску діаметром фракції 0,25 мм. Підготовлені заряди комутують в вибухову мережу, з'єднують з вибуховим приладом і підривають з використанням відрізків хвилеводу НЕСІ "Імпульс" довжиною 0,5 м, з'єднаний з капсулем-детонатором. 2 UA 113296 U 5 10 15 20 Після вибуху зарядів ВР в моделях електричні сигнали, які характеризують параметри максимальних механічних напружень в хвилі стискання знімають з давачів (4, фіг. 1, фіг. 2), перетворюють їх в цифровий код і передають на показники сигналу на осцилографі, які відповідають максимальному механічному напруженню в хвилі стискання, передається на обчислювальний комплекс - NOTEBOOK (фіг. 7) і видається на моніторі у вигляді осцилограми (фіг. 8). По цим осцилограмам, які характеризують показники напружень у хвилі стискання по всьому діапазону вимірювань, з використанням програмного забезпечення (ПЗ) розраховують максимальні механічні напруження з індикацією результатів на моніторі ПК. Отримані показники максимальних напружень для різних умов вибухового навантаження руйнуючого середовища заносять в таблицю (фіг. 9), по яким оцінюють результати вимірювань. Аналіз показників (таблиця, фіг. 9) показав зниження в 10-15 разів амплітудні значення максимальних напружень в хвилі стискання за шаром розроблених складів закладного матеріалу переважно пористої структури в моделі гірського масиву, які знаходяться в діапазоні 30,0-1,25 ГПа. По отриманим результатам будуть розроблені рекомендації по корегуванні технології виготовлення закладної суміші і її формуванні в масиві експлуатаційних блоків після видобутку корисних копалин для зниження сейсмічної активності масових вибухів на рудниках в місцях промислової і житлової інфраструктури. Використання розробленого способу моделювання екранування хвиль напружень при вибуховому руйнуванні гірських порід дозволить одержати достовірні і обґрунтовані дані для вибору раціонального складу закладної суміші при руйнуванні моделі гірського масиву зарядами ВР. Запропонований спосіб та методика проведення досліджень може бути використаний також для обґрунтування раціональних параметрів зарядів в свердловинах при підготовці блоку для його відбійки на руднику, і тим самим, знизити енергетичні витрати та сейсмічні коливання масиву гірських порід при його руйнуванні енергією вибуху. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб моделювання вибухового руйнування гірських порід, що включає створення піщаноцементних моделей, формування в них вибухової порожнини, заряджання її, комутацію вибухової мережі і підривання, який відрізняється тим, що в частині моделей формують порожнини прямокутної форми нижче глибини вибухової порожнини, які після затвердіння піщано-цементної суміші заповнюють заданими закладними матеріалами, потім заряджають вибухову порожнину, причому в процесі підривання в хвилі стискання з використанням п'єзоелектричних давачів визначають максимальні механічні напруження зі значеннями екранування та результатів, які порівнюють між собою і визначають максимальні параметри впливу складу закладного матеріалу в хвилі стискання для заданих умов руйнування твердих середовищ. 3 UA 113296 U 4 UA 113296 U 5 UA 113296 U 6 UA 113296 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7