Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Прогнозування сейсмостійкості споруд під час вибухів циліндричних зарядів
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Розвиток наукових досліджень сейсмічного ефекту вибуху зарядів вибухових речовин у ґрунтовому масиві

Хвильова картина, що індукується при проведенні промислових вибухів, має надзвичайно складний характер. Причинами цього є як сукупність гірничо-геологічних умов на шляху поширення сейсмічних коливань, так і особливості самого промислового вибуху як джерела хвиль.

У реальних умовах на промисловий вибух, як джерело сейсмічних коливань, прямо або опосередковано впливає багато факторів як внутрішнього характеру (тип ВР, її маса, конструкція, форма окремих частин і всього заряду у блоці, що підривається, схеми ініціювання та ін.), так і зовнішнього (гірничо-геологічні властивості ґрунтового масиву, фізико-механічні властивості порід, що підриваються, наявність вільної поверхні, лінії найменшого опору, глибина закладання зарядів та ін.). Ці питання докладно розглядаються в роботах Кратковськош І.Л. та інших [59-60].

Важливим фактором, що впливає на інтенсивність джерела сейсмічних коливань, є властивості самої ВР. Цей вплив проявляється в розподіленні витрат енергії вибуху на подрібнення гірської породи і збудження сейсмічних коливань, зміни часу дії вибуху на навколишнє середовище та частотного складу коливань.

Поглинання енергії хвилі напружень у зоні подрібнення визначається формою імпульсу, оскільки залежить від амплітуди впливу і характеризується селективним поглинанням частотних складових спектру вибухового імпульсу. У роботах Сафронової Н.І. [61] проведена спроба дослідити форму імпульсу напружень та її зміни в процесі поширення. Аналіз спектрів показує, що при віддаленні від місця вибуху спектр зміщується в сторону низьких частот, а ширина спектру звужується. Аналіз отриманих залежностей ослаблення складових енергетичного спектру у відповідності з амплітудою складової спектру та її частотою показує, що при збільшенні амплітуди складової енергетичного спектру на певній частоті на вході поглинання даної складової відбувається більш інтенсивніше. Таким чином, оскільки високочастотні складові найбільш швидше затухають у ближній зоні вибуху, то чим менше енергії припадає на долю високочастотних складових у процесі переломлення детонаційної хвилі, тим менше енергії залишається в ближній зоні. Причому, слід відмітити, що чим вища частота складової, тим менша відстань, на якій вона затухає.

Для зниження частки високочастотних складових у спектрі, що визначається крутизною наростання переднього фронту хвилі, необхідно знизити швидкість прикладання навантаження та збільшити час дії імпульсу детонаційної хвилі. Суттєвий вплив тривалості вибухового навантаження на частотний розподіл енергії вибухового впливу в гірському масиві підтверджується роботою [62] Нагорного В.П. та ін. Однак зниження частки високочастотних складових у спектрі визначається також частотними характеристиками масиву. У той же час ВР з більш високою швидкістю детонації генерують коливання, в спектрі яких переважають більш високі частоти, на які припадає основна частина енергії. Тому при виборі типу ВР необхідно враховувати вимоги до подрібнення порід, а також поглинаючі властивості масиву порід для різних фаз частотного спектру.

У роботі Нагорного В.П. із співавторами [63] наведені результати теоретичного дослідження циклічної дії групи сферичних зарядів на гірську породу. Дослідження проведені з використанням теорії спектрів. Встановлено, що максимальне значення енергії, яка передається гірському масиву, має місце на частоті повторення імпульсу і тим чіткіше, чим більше зарядів у групі. При цьому зі збільшенням кількості зарядів у групі відбувається зсув резонансної частоти максимуму енергії, що може бути використано для підсилення імпульсної дії на гірський масив. Авторами також була отримана аналітична формула для розрахунку амплітудно – частотних спектрів у гірських породах у залежності від їх фізичних властивостей та параметрів циліндричного заряду ВР [63]. Задача про знаходження амплітудно-частотного спектру сейсмічних хвиль при вибуху сферичного заряду ВР розглядалась також у роботі Кузьменко А.А. та співавторів [64].

Вивченню частотних спектрів коливань, утворених вибухом групи зарядів, присвячено цілий ряд робіт [65-69]. У них розглядаються питання регулювання сейсмічного ефекту при короткоуповільненому підриванні (КУП). Розрахунок параметрів сейсмічних хвиль промислового вибуху, який являє собою вибух N груп свердловин з уповільненням, особливо великомасштабного вибуху (ВМВ) з урахуванням усіх особливостей і умов проведення вибуху, є дуже складним завданням. Характер коливань, що виникають у процесі вибуху, зазвичай відображає дві фази коливань: першу – вступ (об'ємні хвилі) і головну фазу (поверхневі хвилі). У вказаних роботах на основі припущення про лінійну суперпозицію сейсмічних хвиль від окремих джерел досліджуються спектральні щільності зміщення і швидкості зміщення в залежності від величини інтервалів сповільнення, числа зарядів у групі для імпульсу вигляду – неповна головна фаза, чи для імпульсу, який являє собою тільки головну фазу, без вступу [70].

Як показує аналіз сейсмограм, при великомасштабних вибухах, першій фазі властиві аномальні швидкості коливань, що впливає на спектр результуючого сейсмологічного коливання. Тому, при оцінці сейсмічного ефекту ВМВ, на відміну від вибухів середньої потужності [71-76], необхідно враховувати першу фазу коливань, які виникають від вибуху. У зв'язку з цим, при вирішенні теоретичної задачі прогнозування амплітудно-частотного спектру на основі додавання коливань, що виникають від одиночних імпульсів, необхідно розглядати дію вибуху в часі, в тому числі і коливання в першій його фазі.

У статті [77] автори показують залежність протікання сейсмічних хвиль від фізико-механічних властивостей порід масиву і від довжини хвилі та характерних розмірів блоку. Тут враховується також лінійна суперпозиція хвиль, але не враховується нелінійна взаємодія між хвилями стиснення від одиничних зарядів. Вважається, що в точку заміру приходять хвилі однакової форми, але з різними амплітудами та періодами, не враховується також форма заряду.

Робота Г.В. Кузнецова та В.П. Улибіна [78] присвячена зміні величини сейсмічного впливу вибухів на кар'єрах у залежності від різних факторів природного та технологічного характеру. Дослідження вибуху зарядів у свердловинах діаметром 230 мм та 105 мм, що проводились у пісковиках, відмічають зниження сейсмічної дії вибуху зі зменшенням діаметру свердловини. Однак, у дослідженні впливу діаметру заряду на коефіцієнт, що характеризує питомий сейсмічний ефект у рівнянні М.А. Садовського, отримані результати, про збільшення рівня сейсмічного впливу зі зменшенням діаметру заряду [79]. Слід відмітити важливість досліджень у даній галузі, оскільки, за останні роки більшість кар'єрів нерудної промисловості України перейшло на використання свердловин малого діаметру – 110-150 мм [80].

Зменшення впливу властивостей ВР на сейсмічну дію вибуху досягають також завдяки застосуванню зарядів зі змінною щільністю по довжині свердловини, а також з інертними проміжками. Так, дослідження Ромашко А.М. та ін. [81] показують, що під час вибуху суцільних однорідних зарядів ВР швидкість сейсмічних коливань частинок грунту в основі датчиків у 1,5-2 рази вище, ніж під час вибуху однакових по масі зарядів ВР з повздовжніми порожнинами заповненими інертними матеріалами (повітря, вода, буровий шлам і т.д.). При цьому найбільш високочастотні характеристики сейсмічних коливань зареєстровані під час вибуху суцільних однорідних зарядів ВР без яких-небудь порожнин та інертних проміжків.

Вважається, що забивка в меншій мірі ніж діаметр свердловини впливає на сейсмічний ефект вибуху. Особливості впливу оптимальної довжини та геометричної форми забивки на параметри вибуху розглянуті в [1, 2, 82]. Суттєвий вплив на сейсмічний ефект вибуху мають також умови закладання заряду. Найбільший сейсмічний ефект спостерігається при вибуху заряду ВР у затисненому середовищі.

Вплив конструкції заряду на спектральні характеристики хвилі напружень під час вибуху в гірських породах розглядався в роботі [83]. Досліджувались закономірності зміни енергетичних спектрів імпульсів хвиль напружень для конструкцій сферичних зарядів з радіальними зазорами, заповненими повітрям, водою та піском, а також зарядів з осьовою порожниною, отримані під час вибуху одиночних зарядів. Аналіз отриманих спектрів, свідчить про те, що використання різних зазорів веде до зміни характеру переломлення ударної хвилі та її трансформації у хвилю напружень. Порівняння енергетичних спектрів імпульсів хвиль напружень для різних конструкцій зарядів показує, що використання водних зазорів веде до підсилення ролі низькочастотних складових спектру. При цьому зміна величини водного зазору веде до суттєвого перерозподілу енергії вибуху, зниження затухання енергії при поширенні хвилі напружень.

У роботі Кратковського І.Л. та інших [84] експериментально досліджено вплив форми поперечного перерізу зарядів ВР на геомеханічні процеси в масиві міцних гірських порід.

Робота Вовка О.О. [85] присвячена визначенню параметрів поверхневих сейсмічних хвиль, які ініціюються вибухом одиночних, однорядних і багаторядних свердловинних зарядів. Показано, що по повздовжньому профілю свердловин сейсмічна хвиля формується не усіма зарядами, а лише їхньою ефективною частиною. У перпендикулярному напрямку сейсмічна хвиля в кожній точці є суперпозицією хвиль від окремих свердловинних зарядів, що приходять у точку під різним кутом і з деяким зсувом по фазі. При підриванні багаторядних свердловинних зарядів у розрахунок приймається їх загальна маса, але скоригована рядом коефіцієнтів, що враховують умови ведення вибухових робіт. Однак у методологічному плані це дослідження сприяє лише врахуванню ефективної маси зарядів. Показано, що симетрія джерела збурення і його геометричні параметри впливають на спектральну характеристику, швидкість частинок ґрунту та інші параметри руху сейсмічних хвиль.

У роботі Вовка О.О. та Кузьменка О.А. [86] показана неспроможність використання формули для визначення швидкості зміщення ґрунту, викликаної вибухом циліндричного заряду. Приведені результати експериментальних досліджень інтенсивності зміщення ґрунту під час вибуху вертикального циліндричного заряду та отримані формули для визначення швидкості зміщення ґрунту під час вибуху подовженого заряду для об'ємної та поверхневої хвиль у різних ґрунтах. При досліджені впливу конструктивних особливостей циліндричного заряду на параметри СВХ розглядається параметр "циліндричності" заряду, тобто відношення довжини заряду до його радіусу. Встановлено, що чим більше "циліндричність" заряду, тим менше його коефіцієнт затухання (а він завжди менший у циліндричного заряду в порівнянні зі сферичним при рівній масі заряду). В іншій роботі цих авторів [87] були проведені експериментальні дослідження величини періоду коливань в об'ємній та поверхневій хвилях під час вибуху циліндричного заряду у різних ґрунтах, які дозволили встановити основний вплив на величину періоду коливань у СВХ радіусу заряду, а не його маси. Запропоновані інженерні формули для розрахунку часових параметрів сейсмічних хвиль під час вибуху циліндричного заряду в залежності від його конструктивних особливостей та відстані, на яку поширюється хвиля від місця його вибуху в різних ґрунтах.

У роботі В.И. Гуляева, П.З. Лугового та ін. [88] вивчається вплив слоїстості масивів з гірничими порожнинами на їх сейсмостійкість під дією гірського тиску, ударів та вибухів.

Не менший вплив на сейсмічний ефект вибуху, ніж конструкційні особливості зарядів ВР та умови їх закладання, мають властивості порід, що залягають у місці проведення вибухів. Характер впливу даного фактору аналогічний його дії під час землетрусу. Різниця полягає лише в тому, що сейсмічні хвилі, які утворюються під час вибухів, відрізняться від тих, що генеруються під час землетрусів спектральним складом коливань. Зазвичай відмічають більш високочастотний склад спектру сейсмічних хвиль техногенних вибухів. Однією з найбільш важливих властивостей є акустична жорсткість породи. У породах з низьким значенням акустичної жорсткості переважають більш низькі частоти. Розміщення заряду в середовищі з меншою акустичною жорсткістю знижує сейсмічний ефект вибуху. Максимальне затухання швидкості зміщення відбувається в найбільш слабких, порушених породах. І навпаки, кристалічний масив порід, складений гранітоїдами, мігматитами та гнейсами, добре переносить енергію вибуху з допомогою об'ємних хвиль з малим коефіцієнтом затухання, який знаходиться в оберненій залежності від акустичної жорсткості. При веденні вибухових робіт у скельних породах великий вплив на сейсмічність мають ступінь розвитку і характер тріщин, заповнення їх іншими продуктами, орієнтація в просторі. Особливе значення при поширенні і затуханні СВХ у тріщинуватих масивах має сейсмічна анізотропія масиву. Рихлі відкладення на скельних породах підсилюють сейсмічний ефект вибуху, так як вони є шарами порід з пониженою акустичною жорсткістю і мають більшу в порівнянні з масивом швидкість зміщення і період коливань. У той же час, шар з підвищеною жорсткістю, розміщений на більш слабких породах, є провідником для сейсмічних коливань. Високою сейсмічністю володіють глинисті та обводнені ґрунти. Сезонний вплив пори року на дію СВХ розглядається через зміну вологості грунту в роботі [89] Воробйова В. Д. Представлена тут експериментальна залежність швидкості коливань грунту від вологості останнього в різні пори року має криволінійний характер зростання на відміну від аналогічної залежності для швидкості звуку.

Вплив глибини вибухових робіт на інтенсивність сейсмічних хвиль на прикладі Дніпровського рудника ВАТ "Полтавський ГЗК" досліджували в роботі [90] Бойко В.В. та ін. Наведена формула для визнання сейсмічно безпечної маси заряду з урахуванням глибини вибухових робіт. Аналіз виконаних досліджень показує, що зі збільшенням глибини кар'єра на інтенсивність сейсмічних хвиль одночасно впливають умови поширення сейсмічних хвиль і ріст акустичної жорсткості порід. На дальніх відстанях вплив першого фактору зменшується, а другого залишається незмінним. У роботі [91] авторами отримано формулу для визначення відносної масової швидкості в залежності від крутизни схилу в точці спостереження і періоду коливань. Показано вплив місця проведення масового вибуху в кар'єрі на формування хвиль, які становлять найбільшу небезпеку для об'єкту, що охороняється.

Вплив багатошаровості масиву на сейсмічні параметри вибуху розглядаються в роботі Кузьменко А.А. та ін. [92], яка присвячена вирішенню прямої та оберненої задачі по поширенню СВХ у багатошаровому масиві гірських порід. Представлено методику визначення стійкості уступу кар'єру під час масових вибухів.

Серед методів зниження сейсмічної дії вибуху окремого розгляду заслуговує короткоуповільнений вибух. Він має переваги в порівнянні з миттєвим підриванням, що пов'язані з можливістю регулювання подрібнення, напрямку зміщення підірваної маси, а також є ефективним способом зниження сейсмічної небезпеки. Особливо важливим є застосування КУП в умовах промислової і житлової забудови, де використання різних технологічних прийомів дозволяє вести вибухові роботи без збитків для навколишніх об'єктів.

Так, робота Бойка В.В., Ремез Н.С. та Хлевнюк Т.В. [93] присвячена дослідженню механізму утворення джерела сейсмічного випромінювання КУП при руйнуванні анізотропних гірських порід. Наведено розрахунки радіусів сейсмічного випромінювання в залежності від маси вибухової ВР та властивостей гірського масиву (для одиничного заряду).

Робота Фролова О.О. [94] присвячена дослідженню механізму утворення джерела сейсмічного випромінювання КУП при руйнуванні анізотропних гірських порід. Наведено розрахунки радіусів сейсмічного випромінювання в залежності від маси ВР та властивостей гірських масивів.

У роботі [95] запропонована модель стохастичного опису типового кар'єрного КУП. Модель базується на представлені послідовності вибухів окремих ступенів як деякого випадкового процесу з характерними статистичними параметрами сповільнення, обумовленими технічними характеристиками вибухових уповільнювачів. Запропонована модель системи КУП дозволяє розглядати технологічний кар'єрний вибух як деякий аперіодичний імпульсний процес з випадковим тактовим інтервалом. Зіставлення експериментальних даних з реальним тестовим КУП за запропонованою моделлю підривання на якісному рівні показало гарне співставлення виду спектральної перехідної характеристики системи підривання.

Процес виникнення сейсмічних вибухових коливань при проведенні вибухових робіт у цілому підпорядковується загальним законам, що описують виникнення та поширення сейсмічних хвиль у земній корі під час землетрусів. При промислових вибухах також відмічаються повздовжні, поперечні та поверхневі хвилі, однак хвильова картина сейсмічних коливань, спричинена промисловими вибухами, має свої особливості. Промисловий вибух як джерело сейсмічних коливань має надзвичайно складну структуру. Це пов'язано із застосуванням складних схем ініціювання зарядів; застосуванням КУП; просторовим розосередженням зарядів. У результаті цих факторів відбувається накладання коливань. При цьому нерідко порушується послідовність приходу в задану точку різних типів хвиль, що ускладнює розшифровку сейсмограм. Гірничо-геологічні умови надзвичайно різноманітні на шляху поширення сейсмічних вибухових коливань від місця вибуху до місця розташування об'єктів, що охороняються. Об'єкти, які охороняються, можуть знаходитись у зоні, де СВХ ще повністю не сформувались, що ускладнює оцінку параметрів затухання хвиль, прогнозування їх інтенсивності поблизу промислових та житлових об'єктів.

Таким чином, значення параметрів СВХ залежать від маси заряду, що миттєво підривається, відстані до точки, яка спостерігається, ґрунтоутворюючих умов в епіцентрі та на шляху поширення СВХ, схеми КУП, розосередженості заряду та його конструкції, в тому числі і від типу ВР.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси