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

Застосування забивки із криволінійною поверхнею

Використання забивки наряду з КУП є одним із методів управління вибухом, зокрема підвищення ефективності вибухових робіт. Вивченню впливу конструкції і складу забивки на енергетичні параметри вибуху присвячена велика кількість досліджень, що зумовлено тим, що вибухові роботи виконуються у різних за структурою і фізико-механічними властивостями породах та з різними цілями. У більшості випадків розглядаються забивки, що відділяються від свердловинного заряду ВР горизонтальною поверхнею.

У роботі розглянуто процес вибухового руйнування забивки у вигляді капсули, що являє собою верхню частину поверхні двопорожнинного гіперболоїда, в яку засипаються сипучі матеріали. Товщина стінок капсули

Поверхня двопорожнинного гіперболоїда у прямокутній системі координат задається рівнянням

де- біжучі координати,- сталі.

Нехай початок системи координат співпадає з точкою дотику капсули забивки з центром поверхні заряду радіуса гз на його верхній частині (рис. 3.9). Тобто, між капсулою та зарядом ВР існує повітряний зазор, окрім точки О, в якій капсула дотикається до поверхні заряду. Врахувавши циліндричну симетрію заряду і забивки (), поверхню капсули можна описати рівнянням

(3.11)

де r – біжуча координата, h – висота набивки, м.

Коли газоподібні ПД досягають забивки, вона починає рухатися і руйнуватися. За законами збереження енергії та маси маємо рівняння

(3.12)

де Μ – маса забивки, кг; V – швидкість її переміщення, м/с;і- відповідно внутрішня і кінетична енергії ЦЦ, Дж;- енергія руйнування капсули, Дж;і- відповідно густина ВР та ПД, кг/м3 ; т – маса ВР, кг; Q – питома теплота вибуху, Дж/кг.

Схема поділу заряду на елементарні об'єми

Рис. 3.9. Схема поділу заряду на елементарні об'єми

Відомо, що

(3.13)

де- середній тиск ПД в об'ємі заряду (), Па;- об'єм заряду, м3; k – показник ізоентропи. У процесі вибуху руйнується як капсула, так і вся забивка, тому можна вважати, що. Отже, враховуючи (3.12), з рівняння (3.11) можна визначити енергію руйнування

(3.14)

Для визначення величиниірадіус заряду поділимо на п рівних частин(), а заряд і зазор між забивкою та зарядом розіб'ємо на

елементарні циліндричні об'єми. Довжина твірної /'-того циліндра дорівнює , де- відстань від поверхні заряду в точці, яку обчислимо за формулою

(3.15)

Визначимо внутрішню енергіюПД в елементарному об'ємі заряду , довжина твірної якого дорівнює

(3.16)

У процесі вибуху ВР масою, що займає об'ємкількість теплоти , яка дорівнює внутрішній енергії. Томуі звідси можна визначити тиск ПД в об'ємі

(3.17)

де- частина маси ВР, що міститься в об'ємі

У зв'язку з існуванням зазору, тиск ПДв об'ємівідрізняється від тискув об'ємі. Внутрішню енергіюв об'єміобчислимо за формулою

(3.18)

де- тиск ПД в об'ємі

Із рівняння стану визначаємо

Обчислимо кінетичну енергію ПДв елементарному об'ємі

(3.19)

де U-швидкість руху ударної хвилі, м/с.

Визначимо енергію руйнування, зумовлену ПД в елементарному об'ємі

Знайдемо тепер загальну енергію руйнування капсули

(3.20)

Як відомо, процес руйнування твердого тіла – це процес утворення і збільшення тріщин. Поняття поверхневої енергії тіла пов'язане з енергетичним станом атомного шару речовини, що міститься на вільній поверхні тіла. У якості міри енергетичних затрат при руйнуванні тіл А. Гріфітсом запропонована поверхнева енергія, Дж/м2. При цьому модель будується з використанням енергетичного балансу для тіла, що містить тріщину в полі розтягу з напругою. При наявності тріщини довжиною L потенціальна енергія тілазменшується на величинуу порівнянні із тим же тілом без тріщини:

(3.21)

де Е – модуль Юнга,- енергія пружності тіла з тріщиною, Дж.

Тіло із тріщиною, на відміну від тіла без неї, має додаткову енергію поверхневого натягуна двох вільних поверхнях тріщини

(3.22)

Отже, загальне рівняння енергії тіла із однією тріщиною має вид

(3.23)

У процесі вибуху на руйнування капсули витрачається робота, яка чисельно дорівнює загальній енергії її руйнування. Тому на тілі капсули утвориться N тріщин, кількість яких визначається з рівняння

(3.24)

девизначається за формулою (3.20).

Взявши похідну по часу формул (3.20) і (3.24), одержимо

(3.25)

(3.26)

де- швидкість утворення тріщини.

Так як, де- час проходження відстаніударною хвилею, що має швидкість U, яка визначається природою ВР, то рівняння (3.23) запишеться у вигляді

(3.27)

Прирівнявши праві частини рівнянь (3.26) і (3.27), визначимо швидкість утворення тріщини

(3.28)

Тепер визначимо час руйнування капсули

(3.29)

де- швидкість утворення тріщини,- товщина стінки капсули.

Обчислимо час руйнування капсули для ВР грамоніту 79/21.

. Радіус зарядумм, над ВР знаходиться капсула із полістиролу УПМ-703м, кгс/см2, кгс/см2. Радіус заряду розділимо начастин і розглянемо руйнування капсули в її середній частині. За формулами (3.26) і (3.27) одержимом/с, с.

Отже, при застосуванні забивки із криволінійною капсулою, процес викиду забивки проходить після руйнування капсули, коли ПД фільтруються через зернисту забивку. Тому час вильоту забивки із криволінійною капсулою збільшується на часруйнування останньої. Порівнявши часи руйнування гіперболічної та параболічної капсул видно, що гіперболічна капсула руйнується швидше. Це відбувається тому, що об'єм повітряного зазору при гіперболічній капсулі менший, ніж при параболічній.

На основі проведених досліджень отримано наступні результати:

1) розроблена математична модель, алгоритм і програма для чисельного розв'язку задачі про взаємодію хвиль у ґрунтовому масиві під час вибуху одного і групи циліндричних зарядів ВР з врахуванням хвильових процесів у ПД, детонаційних характеристик ВР, фізико-механічних характеристик грунтового масиву та умов підривання;

2) досліджені закономірності зміни основних хвильових параметрів (напружень, швидкостей) у залежності від часу та відносної відстані під час вибуху групи циліндричних зарядів у Грунтовому масиві за різних умов підривання (без уповільнення, з уповільненням, з врахуванням кількості зарядів та відстані між ними) ;

3) вперше теоретично встановлено, що в ближній зоні вибуху найменша швидкість частинок досягається під час вибуху зосередженого заряду. З розосередженням заряду у ближній зоні вибуху значення напруження та швидкості зміщення частинок uрунту збільшується в 1,48 – 1,88 разів під час вибуху двох – сімох зарядів у порівнянні з вибухом одного (рис. 3.7). Зі збільшенням відстані від джерела вибуху ці співвідношення збільшуються до 1,9 та 2,8 разів, і починаючи з відстані 500 радіусів заряду не змінюються;

4) встановлено, що в ближній і середній зоні дії вибуху збільшення інтервалу уповільнення призводить до зменшення результуючих імпульсів напружень і швидкостей. Однак, починаючи з відстані в 400 радіусів зарядів, різниця між результуючими імпульсами для різних інтервалів уповільнення суттєво зменшується. Сейсмічний ефект КУВ у порівнянні з вибухом розосереджених зарядів без уповільнення зменшується в 1,5...1,7 разів. Встановлено, що для кожних конкретних умов вибуху існує раціональний інтервал уповільнення всередині групи – 5-20 мс, який сприяє ефективному подрібненню гірської маси та одночасному зменшенню сейсмічного ефекту вибуху;

5) визначено, що зі збільшенням відстані між зарядами, сейсмічний ефект зменшується в порівнянні з вибухом одного заряду в 1,8 разів для двох зарядів з відстанню 10 радіусів зарядів між ними, в 1,48 рази для відстані 20 радіусів між зарядами та 1,15 разів для відстані 30 радіусів. Але, при подальшому збільшенні відстані спостерігається відсутність взаємодії між зарядами і виникають зони, в яких гірська маса залишається не подрібненою (рис. 3.8). Таким чином, для кожного грунтового середовища та типу ВР існують раціональні відстані між зарядами, які дозволяють подрібнити гірську породу та знизити сейсмічний ефект;

6) для однакових умов (відстань до джерела вибуху, інтервал уповільнення), збільшення відстані між зарядами призводить до зменшення максимальних значень імпульсів швидкості та напруження в ближній і середній зоні дії вибуху (до 200 радіусів заряду). З подальшим віддаленням від осередку вибуху значення імпульсів швидкості та напруження стають практично однаковими;

7) отримані аналітичні залежності для розрахунку часу руйнування криволінійної капсули, що є основою забивки. Час перебування ПД у свердловині продовжується на час руйнування такої капсули, що збільшує частку енергії вибуху, яка йде на подрібнення породи, тобто виконання корисної роботи. Використання забивки з криволінійною капсулою дозволяє збільшити об'єм подрібнення породи, тобто зменшити кількість свердловин і загальні затрати на вибухові роботи.

 
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