CC BY
23
направлением развития межгрупповои детонации в блоке ) [4].
1 < М = (—)
м
62 0,625
< N
(15)
где N - число замедляемых групп; - интервал запаздывания прихода возмущении от соседних групп при короткозамедленном взрывании, мс.
При передаче детонации с помощью детонирующего шнура имеем:
At = [т- Ь(Ъсо$>в- 0,166)] (16)
Представленные зависимости позволяют определить безопасные по деИствию УВВ расстояния и массы скважинных зарядов в замедляемых группах при взрывах на открытых горных работах. При этом учитываются:
наличие двух конкурирующих свободных поверх-ностеи;
уровни допустимых для объектов давлении УВВ; конструкция зарядов;
интервалы межгрупповых замедлении и направление развития межгрупповои детонации в блоке.
Влияние метеофакторов и сезонности рекомендуется учитывать в соответствии с указаниями [1].
Для взрывов на две свободные поверхности рекомендована рациональная длина забоики, начиная с котороИ интенсивность воздушных волн определяется только величинои линии бокового сопротивления и дальнейшее увеличение объема забоИки не влечет уменьшения безопасных по деИствию УВВ зон.
Для оперативности расчетов воздушно-волновоИ безопасности взрывов скважинных зарядов с учетом двух свободных поверхностеИ, режимов короткозамедленного взрывания и допустимых уровнеИ давлениИ в МГТУ разработана программа «ВУВВ» (Воздушная Ударная Волна Взрыва), используемая проектными организациями и горнодобывающими предприятиями при проектировании и ведении взрывных работ на карьерах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ-13407-01). Сборник документов «Безопасность при взрывных работах». Госгортехнадзор России НТЦ «Промышленная безопасность». М, 2001. С.105-113; 181-183.
2. Пергамент В.Х, Фирстов П.П, Красавин А.П. МасштабныИ
фактор и критерии подобия давления воздушных волн при контактных взрывах. «Подземная разработка мощных рудных месторождениИ» Межвуз.сб-к науч.трудов. МГМА. Магнитогорск, 1997. С. 128-149.
3. Пергамент В.Х. Ударно-воздушно-волновая безопасность взрывов на разрезах. ТехническиИ
прогресс на открытых горных работах Кузбасса. Тезисы докладов конференции. Кемерово, 1984. С 59-61.
4. Пергамент В.Х, Довгошея
Ю.И. Ударно-воздушно-волновая
безопасность при короткозамедленном взрывании на разрезах. «Колыма», 1985. №1-2. С 27-28.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------
Пергамент В.Х, Котляр ТС, Зурков И.Е. - МагнитогорскиИ государственный техническиИ университет им.Г.И. Носова. Тятюшкин Ю.И. - разрез КрасногорскиИ ОАО Угольная компания «ЮжныИ Кузбасс».
© И.Л. Паньков, В.В. Аникин, 2003
УЛК 62-75
И.Л. Паньков, В.В. Аникин
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗАПРЕАЕЛЬНОТО АЕФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОА В УСЛОВИЯХ "ПСЕВАОЖЕСТКОГО"
РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ
В связи с расширением возможностеИ математического моделирования при исследовании процессов деформирования и разрушения подземных конструкциИ возникает необходимость
использовать характеристики, наиболее точно отражающие поведение горных пород. При этом наибольшее внимание нужно уделять запредельным своИст-вам, корректное определение которых позволяет адекватно описывать сложные процессы, протекающие в подработанном массиве.
Традиционно, испытания образцов горных пород на сжатие принято подразделять на проходящие при мягком режиме нагружения (задаются нагрузки) и проходящие при жестком режиме нагружения (задаются деформации). Такое разделение обусловлено механизмом разрушения, заключающимся в отношении величины
Рис. 1. Связь полноИ диаграммы (1) деформирования (а) с изменением общеИ энергии (2) системы (б) при “псевдожестком” режиме нагружения: 3 - работа, затраченная на деформирование образца; 4 - упругая энергия, накопленная нагружающим устроИством; А- начало стадии хрупкого разрушения; В- завершение стадии хрупкого разрушения
энергопритока к энергоемкости испытываемого образца. В первом случае, испытание на мягком оборудовании позволяет получать только допредельныИ участок диаграммы деформирования. Переход в запредельную область приводит к мгновенному высвобождению упругоИ энергии, накопленноИ в элементах испытательного оборудования. Происходит хрупкое разрушение образца, часто сопровождаемое разлетом частиц. Во втором случае, применение жестких испытательных машин, конструктивные элементы которых изготовлены из малодеформи-руемых высокопрочных сталеИ, позволяет минимизировать величину аккумулированноИ упругоИ энергии. В результате реализуется вязкое разрушение с возможностью контроля запредельноИ ветви диаграммы деформирования.
Применительно к системе “пресс-образец” хрупкое разрушение (по Гриффитсу) обязательно должно быть энергетически выгодным процессом, при котором количество общеИ затрачиваемоИ энергии уменьшается, и определяться условием:
с1Ш Л
-—< 0 , (1) аи
и
где W = WOБ + Wнc ; WOБ =| Раи
работа, затрачен-
P 2
ная на деформирование образца; WHC = ^ " Уп'
ругая энергия, накопленная испытательным оборудованием с жесткостью D = const; P - усилие; U -деформация образца.
В этом случае неравенство (1) записывается в виде:
dW п ,л 1 dP.
-----= P • (1 +-------) < 0 . (2)
du D du
Неравенство (2) выполняется, если выражение, стоящее в скобках, меньше нуля, что соответствует выполнению известного условия неустойчивости [1]. В результате получаем, что между тангенсом угла наклона касательной к запредельной ветви диаграммы деформирования и жесткостью испытательного оборудования должно выполняться неравенство:
dP
— <-D. (3)
du
Если это условие выдерживается на всем пути понижения нагрузки, режим нагружения, безусловно, можно считать мягким. Напротив, при несоблюдении этого условия, режим нагружения принято называть жестким. По нашему мнению, условное деление испытаний на “жесткие” и “мягкие” не всегда верно отражает реальный характер запредельного деформирования. Достаточно часто при испытаниях,
проводимых на оборудовании, априори считающемся жестким по отношению к исследуемым образцам, имеет место смешанный характер разрушения (вязкий и хрупкий). При этом потеря устойчивости может произойти на сколь угодно малом участке запредельной ветви диаграммы деформирования с последующим выходом на устойчивую стадию запредельного деформирования. В сущности, такая картина может наблюдаться при испытаниях на прессах с жесткостью, близкой к модулю спада, когда вследствие акта хрупкого разрушения не наступает полной потери несущей способности образца. И хотя в этом случае речь должна идти о некорректном проведении эксперимента, по нашему мнению, такой режим нагружения необходимо классифицировать как “псевдожесткий” в виду того, что получение запредельной ветви диаграммы воспринимается многими исследователями как жесткое нагружение. Сложность идентификации такого типа запредельного деформирования состоит в низком уровне выделенной упругой энергии в отличие от бурного разрушения образцов горной породы на “мягком” прессе. В результате процесс разрушения носит квазистатический характер без разлета частиц и громкого звукового эффекта.
Очевидно, что реализация “псевдожесткого” режима происходит при выполнении условия:
L = -(D + 8) (4)
. dP
где L = min------ - значение тангенса угла наклона
du
касательной к запредельной ветви диаграммы в наиболее крутой ее части (суть модуль хрупкости [2]); 8 - некая малая величина больше нуля. Увеличение
Рис. 2. Различные варианты потери несущеИ способности при “псевдожестком ” нагружении вследствие одного (а, в) или двух (б, г) актов хрупкого разрушения
8 приводит к уменьшению жесткости оборудования и переходу в область мягкого нагружения.
Для изучения механизма разрушения горных пород был проведен комплекс экспериментальных исследованиИ на образцах соляных пород с применением специального устроИства [3, 4], позволяющего варьировать жесткость от 5-106 до 2-108 Н/м. При этом происходило естественное изменение режима испытаниИ в диапазоне «мягкиИ - “псевдожесткиИ” -жесткиИ». Было экспериментально установлено, что даже незначительная потеря устоИчивости при испытании образцов соляных пород происходит при выполнении условия (1). При этом стадия хрупкого разрушения в координатах “нагрузка - деформация” характеризуется увеличением крутизны ниспадаю-щеИ ветви и, в принципе, может начинаться в любоИ точке запредельного участка деформирования.
Достаточно часто при испытаниях в условиях “псевдожесткого” режима наблюдается картина, когда после акта хрупкого разрушения происходит выход на горизонтальный участок (устойчивая стадия) кривой деформирования, что может восприниматься как достижение образцом остаточной прочности. Однако эту величину нельзя считать характеристикой материала, т.к. такой вариант деформирования реализуется за счет высвобожденной энергии системы, оказавшейся недостаточной для полного завершения процесса разрушения. Механизм запредельного деформирования при таком режиме нагружения показан на рис. 1.
В зависимости от свойств нагружающей системы и энергоемкости запредельного деформирования испытываемого образца можно наблюдать как один, так и несколько актов хрупкого разрушения. В качестве примера рассмотрим результаты испытаний образцов сильвинита с отношением высоты к ширине h/d = 2,8 (рис. 2а, б) и карналлита с h/d = 1,1 (рис. 2в) и h/d = 1,5 (рис. 2г). На рис. 2а и 2в представлены варианты запредельного
деформирования образцов с одиночным актом хрупкого разрушения (путь АВ на кривой 1, соответствующий переходу от локального максимума к минимуму кривой 2). На запредельной ветви диаграммы такая потеря устойчивости может выглядеть как небольшое углубление (рис. 2в), после которого кривая 1 идет на спад. Хрупкое разрушение (кривая 1) также может завершаться картиной, напоминающей остаточную прочность (рис .2а). После окончания акта хрупкого разрушения снова наступает стадия устойчивого деформирования, т.к. энергии сис-
темы (кривая 4) недостаточно, чтобы сформировался новыИ максимум (кривая 2). ДальнеИшее разрушение достигается за счет жесткого додавливания образца. На рис. 2б и 2г показаны варианты деформирования образцов с двумя актами хрупкого разрушения (пути А1В1 и А2В2 на кривоИ 1, соответствующие переходам от локальных максимумов к минимумам кривоИ 2). Если в первом случае (рис.2б) углубления на запредельноИ ветви почти не заметны и напоминают естественныИ спад, то во втором случае (рис. 2г) углубления очень выражены, что говорит об избытке выделенноИ энергии.
Подводя итог вышесказанному, отметим, что если при испытании существует подозрение на “псевдо-жесткиИ” режим нагружения, при котором образец частично разрушается за счет накопленноИ элемен-
тами нагружающего устроИства упругоИ энергии, то рекомендуется проводить дополнительное исследование кривоИ, отражающеИ изменение общеИ энергии системы “пресс-образец” на наличие экстремумов. При подтверждении хрупкоИ природы разрушения, в дальнеИшем, необходимо использовать упругие компенсаторы [5] с жесткостью, превышающеИ величину 8 , позволяющие исключить неконтролируемую потерю устоИчивости образца в запредель-ноИ области деформирования.
Данные исследования предполагается использовать при проведении корректного определения характеристик горных пород на стадии запредельного деформирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петухов И.М, Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. М.: Недра, 1984.- 230 с.
2. Карташов Ю.М., Матвеев Б.В, Михеев Г.В., Фадеев А.Б. Прочность и деформируемость горных пород. М.: Недра, 1979.- 269 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
3. Baryakh A., Asanov V.A., Ghegin A., Toksarov V, Pankov I Di-namic failure of salt interchamber pi-lars.// 24st Winter School of Rock Mechanics, Wroclaw, 2001, 5-13 pp.
4. Паньков И.Л. Влияние упругой энергии, накапливаемой нагружающим устройством на характер
запредельного деформирования образцов соляных пород.// Мат. науч. сессии ГИ УрО РАН, Пермь, 2001. - с. 34-37.
5. Баклашов И.В. Деформируемость и разрушение породных массивов. - М.: Недра, 1988. - 271 с.
Паньков ИЛ, Аникин В.В. - Горный институт УрО РАН, г. Пермь.
г ДИССЕРТАЦИИ >
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ
ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ j
Автор Название работы Специальность Ученая степень
КИДУН Юрий Юрьевич Экономическое обоснование эффективности повторноИ разработки россыпных месторож -дениИ золота 08.00.05 к.э.н
ПЕТРОВА Ольга Викторовна Выбор вариантов комбинированноИ разработки медно-колчеданных месторождениИ с учетом технологического риска 25.00.21 к.т.н
ЛИНЕВ Борис Иванович Теоретическое обоснование и разработка рациональных технологиИ обогащения угольных топлив на основе энергетического подхода 25.00.13 д.т.н
МАЛЮКОВ Валерий Павлович Обоснование параметров растворения камен-ноИ соли и разработка технологии строительства подземных резервуаров на основе изучения подземных резервуаров на основе изучения механизма массопереноса 25.00.20 25.00.22 к.т.н
