CC BY
15
УДК В.Н. Макаров, С.А. Тимухин, С.П. Тарасов
622.235.5
АВТОНОМНЫЙ
ПЕРЕДВИЖНОЙ ЛОКАЛИЗАТОР ВТОРИЧНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ МАСС
При ведении буровзрывных работ на бортах и дне карьера образуются негабаритные куски горной массы, что влияет на производительность карьера и в целом на добычу полезного ископаемого. Для решения данной проблемы предлагается внедрить автономный передвижной локализатор, перед которым ставится ряд задач, а именно дробление негабаритов горных масс, путем использования ВВ, уменьшение радиуса опасной зоны, увеличение КПД УВВ, подготовка траншей безопасности в карьерах, а так же оказание вспомогательных работ при строительстве дорог. Ключевые слова: взрывкамера, негабарит, вторичное дробление, спецтехника.
Ввиду малого коэффициента полезного действия взрыва, который едва превышает 20—25%, большая часть энергии взрыва расходуется на его отрицательные последствия, действие ударно-воздушной волны; разлет взорванных кусков горной массы; распространение газообразных продуктов взрыва по массиву горных пород и в воздушном пространстве; поднятие пыли, затрудняющей ведение работы в карьерах. Однако при создании локализатора удастся часть отрицательных последствий взрыва перевести в полезную работу, а именно удержание локализатора на поверхности земли, а так же усиления воздействия УВВ на негабарит путем создания в замкнутом пространстве локализатора квазирезонансного эффекта. Стоит отметить, что при всех отрицательных последствиях взрыва он остается самым эффективным и экономически выгодным способом разрушения горных пород еще на десятки лет вперед, а с применением новых методов защиты персонала и горной техники расширится круг применения взрывного способа в ряде новых экономически выгодных отраслей.
Находясь в начальной стадии взрыва в сильно сжатом состоянии, газы взрыва, расширяясь, оказывают огромное давление на стенки шпура подготовленного в негабарите. Сжимаемость большинства горной массы на фронте детонационной
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 5. С. 82-87. © 2017. В.Н. Макаров, С.А. Тимухин, С.П. Тарасов.
волны значительно меньше сжимаемости газов, поэтому после подхода детонационной волны к стенкам шпура в газах возникает отраженная ударная волна, а во взрываемом негабарите — бегущая волна. Отраженная ударная волна затормаживает на определенный промежуток времени расширение газов взрыва, плотность которых при взрывчатом разложении заряда превышает начальную плотность ВВ в 1,3 раза. Инерция разрушаемого негабарита в начальный период так же затормаживает процесс расширения газов. Поэтому при взрывчатом разложении заряда сильно сжатые газы в начальный момент устремляются вдоль шпура вслед за фронтом детонационной волны с начальной массовой скоростью и на выходе из шпура негабарита экранируются о корпус локализатора создавая эффект резонансного разрушения горной массы создавая акустические, волновые и газо-поршневые нагрузки.
В противоположном направлении начальная скорость движения продуктов детонации примерно в 1,5 раза меньше, чем в направлении детонации [2]. По Л.Д. Ландау давление газов в зарядной камере в момент окончания взрывчатого разложения распределяется неравномерно по всему объему заряда: на границе раздела заряд-негабарит оно максимально, а в центре заряда — минимально.
Таким образом, с момента когда волна в газах взрыва от стенок шпура дойдет до оси локализатора, отразится и вновь достигнет границ раздела, начнется частичное локальное выравнивание давление газов в шпуре. Оно закончится (при прямом инициировании), когда отраженная волна от дна шпура достигнет места инициирования, отразится от стенок локализатора и вернется ко дну шпура, а при обратном, — когда после окончания детонации заряда волна отразится от торца локализатора (воздушной пробки), пройдет по газам ко дну шпура, отразится от него и вновь достигнет торца локализатора.
Таким образом создавая локализатор для разрушения негабаритов горной массы необходимо учитывать, что энергия взрыва заряда ВВ преобразуется, как в ударные волны, так и поршневое действие газов. По закону сохранения энергии ни одна из этих составляющих общей энергии взрыва заряда ВВ не исчезает бесследно. Поскольку между действием ударных волн и расширяющихся газов появляется определенная последовательность, зависящая от ряда параметров заряда и взрываемой среды, то для повышения степени использования энергии взрыва необходимо рационально использовать энергию каждой из этих двух
Рис. 1. Внешний вид предлагаемого локализатора
составляющих с учетом, что скорость отраженной волны в газах взрыва до начала их расширения в среднем равна 0,7 появляется возможность создания резонансного разрушения негабаритов горной массы для уменьшения объема ВВ.
При проведение всех мероприятий по созданию и дальнейшей эксплуатации автономно передвижного локализатора удастся уменьшить радиус опасной зоны для людей и горной техники, а так же повысить эффективность УВВ, соответственно сократить объем используемого ВВ при разделке негабаритов горной массы.
Для удержания локализатора на земной поверхности используем принцип аэродинамического нагружения лопаток входящих в состав локализатора.
На рис. 2 приведена схема воздействия УВВ на лопатки боковых стенок локализатора. Так как любая решетка лопастей вызывает соответствующие изменения направления линий тока воздуха, то в выхода фронта ударной волны из решетки лопаток боковых стенок локализатора всегда будет больше угла входа а.
Рис. 2. Схема воздействия ударной взрывной волны с элементами локализатора
У
Тх
С учетом теории аэродинамики [2] для рассматриваемых условий справедливо соотношение
СуЫ * Sin а1 = Cyd2 * Sin а2 ,
где Суд2 — скорость ударной волны на выходе из решетки.
Из этого следует, что угол выхода а2 (при известном угле может быть определен по формуле:
Суд1 * .
sin а2 =—-— * sin а1.
Cód2
С учетом основных положений аэродинамики применительно к рассматриваемому объекту сила воздействия фронта ударной волны на решетку лопаток боковых стенок локализатора в направлении оси решетки Тх (прижимная сила) может быть определена по зависимости
Тх = t * I * Códi * sinai * p(Códi * cosai - C^2 * cosа2) , H
где t — шаг решетки лопаток (расстояние между лопатками по внутренней поверхности боковых стенок устройства); l — длина лопатки (по всему периметру ЗУ).
Сила, действующая перпендикулярно оси решетки.
l * t, H.
Т =Р
( * cos а ) -(суд2 * cos а2 )2
Равнодействующая сила T, значение которой необходимо знать при выполнении прочностных расчетов лопаток и конструкции локализатора в целом, представляет собой диагональ прямоугольника, сторонами которого являются вектора сил Тх и Ty.
При определении параметров решеток боковых стенок локализатора необходимо также соответствующее обоснование густоты решетки лопастей, как с точки зрения аэродинамики, так и с точки зрения обеспечения необходимой прочности устройства.
Согласно теории аэродинамики [3, 4] полное изменение направления движения воздушного потока в неподвижных лопаточных венцах достигается при густоте решетки этих венцов т«2. При этом т = b/t, где b — ширина лопаток, которая в условиях нашей задачи может быть предварительно обоснована (см. приложение). Очевидно, что предварительная густота решеток боковых лопаток устройства может быть принята т = 2 с последующим уточнением этой величины после выполнения прочностных расчетов устройства.
Принципы обоснования параметров решеток лопастей потолочины локализатора могут быть приняты аналогичными для
боковых стенок с учетом их конструктивного исполнения, характера взаимодействия с ними фронта ударной взрывной волны. При этом для снижения аэродинамического сопротивления решеток потолочины лопатки могут выполняться с крыловидным профилем при такой же густоте, как и листовые лопатки боковых стенок.
Обеспечение расчетной работы локализатора требует правильного подбора размеров при его изготовлении, при этом существенное значение имеют такие элементы, как форма лопаток, межлопаточное пространство, габаритные размеры локализатора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тимухин С. А., Тарасов П.И., Тарасов С.П. Патент № 101540 РФ, МПК F4^ 5/00. Защитное устройство для разрушения негабаритов горных пород. Заявка 05.04.20l0; опубликовано 20.01.2011. Бюл. № 2.
2. Станюкевич К. П. Неустановившиеся движения сплошной среды. - М., Наука, 1971.
3. Баум Ф. А., Станюкевич К. П., Шехтер Б. И. Физика взрыва. — М.: Физматиз, 1959. — 800 с.
4. Ломоносов Г. Г. Основные технологические принципы безразлетного гидровзрывная негабаритов // Горный журнал. — 1968. — № 12. — С. 40—41.
5. Набиулин Р. Ш. Новые технологические решения для разрушения негабаритов в условиях карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2005. — № 6. — С. 251—252.
6. Менжулин М. Г., Трофимов A. B., Захарян М. В. Двухстадийное разрушения негабаритов накладными и кумулятивными зарядами ВВ, размещенными в защитном устройстве // Взрывное дело. — 2009. — № 102/59. — С. 129—137. EES
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Макаров Владимир Николаевич1 — доктор технических наук, профессор, начальник управления инноватики и развития, Тимухин Сергей Андреевич1 — доктор технических наук, профессор, Тарасов Сергей Петрович1 — аспирант, e-mail: tarasov-sergey@yandex.ru, 1 Уральский государственный горный университет.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 5, pp. 82-87. V.N. Makarov, S.A. Timukhin, S.P. Tarasov STANDALONE MOVABLE DETECTOR OF SECONDARY FRACTURE IN ROCK MASS
When conducting blasting at the sides and the bottom of the quarry are formed of oversized pieces of rock mass that affect performance career in General, on the extraction of minerals. To solve this problem is to introduce Autonomous mobile localizer front of which is
UDC 622.235.5
placed a series of tasks, namely, the crushing of oversized rock by use of explosives, reducing the radius of the danger zone, increasing the efficiency of the ICC, the preparation of trenches safety in quarries, as well as the provision of auxiliary works in the construction of roads. Key words: blasting chamber, outsizes, second crushing, special technique.
AUTHORS
Makarov V.N.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Innovation and Development, Timukhin S.A.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Tarasov S.P.1, Graduate Student,
1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia. REFERENCES
1. Timukhin S. A., Tarasov P. I., Tarasov S. P. Patent RU 101540, MPK F42D 5/00, 20.01.2011.
2. Stanyukevich K. P. Neustanovivshiesya dvizheniya sploshnoy sredy (Unstable movements in a continuum), Moscow, Nauka, 1971.
3. Baum F. A., Stanyukevich K. P., Shekhter B. I. Fizika vzryva (Physics of explosion), Moscow, Fizmatiz, 1959, 800 p.
4. Lomonosov G. G. Gornyy zhurnal. 1968, no 12, pp. 40—41.
5. Nabiulin R. Sh. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2005, no 6, pp. 251—252.
6. Menzhulin M. G., Trofimov A. B., Zakharyan M. V. Vzryvnoe delo. 2009, no 102/59, pp. 129-137.
РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ЧИСЛЕННОЕ ОПИСАНИЕ ОСТАТОЧНОГО НДС ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ВСТАВОК ПЕРЕД АРМИРОВАНИЕМ В ИНСТРУМЕНТЕ
(№ 1095/05-17 от 15.03.17, 6 с.)
Боярских Геннадий Алексеевич1 — дтн, профессор, зав. кафедрой, Боярских Илья Геннадьевич1 — инженер,
1 Уральский государственный горный университет, e-mail: igb2000@mail.ru.
Выполнено исследование остаточного НДС твердосплавных вставок перед армированием в инструменте. Установлена численная связь термоупругопластических параметров с величиной и характером распределения НДС вставок. Выполнена оценка исходного состояния перед армированием в коронках и определен характер и методы последующего изменения свойств материала вставок после упрочнения.
Ключевые слова: твердосплавные вставки, армирование, физическая модель, остаточные напряжения, прогнозирование.
FORECASTING AND NUMERICAL DESCRIPTION OF THE RESIDUAL VAT CARBIDE INSERTS IN FRONT OF THE REINFORCEMENT IN THE TOOL
Boyarskikh G.A.1, Boyarskikh I.G.1,
1 Ural State Mining University, 620144, Ekaterinburg, Russia, e-mail: igb2000@mail.ru.
Study on residual VAT carbide inserts in front of the reinforcement in the tool. Set the connection Thermoelastoplastic numerical parameters with the magnitude and nature of the distribution of VAT panels. Estimation of the initial state before the reinforcement at the crown and defined the nature and methods of changes in the material properties of the panels after hardening.
Key words: carbide inserts, reinforcement, physical model, residual stress, prediction.
