CC BY
62
УДК 622.839.45:622.235
А. Н. Путятин, В. Г. Гореликов, В. Н. Монахов, М. Ю. Насонов
ВЛИЯНИЕ ВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЭКСКАВАТОРОВ
В ходе эксплуатации на угольных разрезах несущие металлоконструкции экскаваторов подвергаются воздействию различных внешних нагрузок, в том числе и импульсных, возникающих при проведении взрывной подготовки горных пород. Мощность взрывов на разрезах может достигать 500 т, а в отдельных случаях даже превышать эту величину, хотя, в основном используется заряды мощностью 15^70 т. Частота проведения взрывов колеблется в пределах 100^300 раз в год [1]. Однако число взрывов, выполняющихся вблизи экскаватора, составляет не более 1^2 раза в месяц и не превышает 12^24 раз в год. Правила эксплуатации экскаваторов требуют отведения их при взрывах на расстояние не менее 100 м от района взрывной подготовки, то есть, по классификации Медведева С. В., они должны располагаться на границе между ближней и дальней сейсмическими зонами.
В ходе взрывных работ возникают колебания двух видов - поверхностные и объемные. Объекты, находящиеся на поверхности земли, в основном подвергаются воздействию
поверхностных волн, которые подразделяются на волны Лява, продольные волны, волны Релея и поперечные волны. Колебание поверхности при взрывах имеют наибольшие составляющие в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Изучение влияния взрывов на пром. объекты в России проводились в большом объеме [2-5]. Однако влияние сейсмических волн на несущие металлоконструкции экскаваторов остается до
конца не изученным.
В ходе исследований в Кузбасском угольном бассейне изучались наиболее распространенные экскаваторы ЭШ 13/50 и ЭКГ 12,5. Масса взрывчатого вещества при выполнении взрывов варьировалась в пределах 70^300 т, расстояние до экскаваторов составляло от 100 до 500 м. Для определения напряжений в металлоконструкциях экскаваторов использовался тензометрирический способ, тензодатчики устанавливались на основных элементах экскаватора: стреле,
настройке, поворотной платформе, опорной базе и ходовой тележке. Для регистрации сигнала от тензорезисторов использовался компьютерный осциллограф.
Анализ экспериментов показал, что наиболее опасными зонами в металлоконструкциях являются горизонтальные сварные швы.
Для определения влияния расстояния от взрываемого блока до экскаватора на ускорения колебания почвы использовались
сейсмоприемники. Результаты исследований приведены на рис. 1.
В соответствии с методикой М. А. Садовского, разработанной им в 30-40 годах 20 столетия, которая отвергает использование ускорения, как критерия, позволяющего оценивать интенсивность разрушения объекта. Им было отмечено, что при ускорениях, вызываемых взрывами, в диапазоне от 0,^ до 0^ по расчетам не должно было возникать повреждений сооружений, в то время как такие повреждения в действительности имели
Рис. 1. Зависимость относительных напряжений без учета концентрации напряжений, возникающих в металлоконструкциях экскаваторов, от приведенной мощности взрывов:а -в поворотной платформе ЭШ 10/70; б - в ходовой тележке ЭКГ 15(18)
28
А. Н. Путятин, В. Г. Гореликов, В. Н. Монахов, М. Ю. Насонов
место. М.А. Садовским было предложено считать критерием интенсивности воздействий скорость колебаний, так как этот параметр наиболее хорошо коррелировал с результатами воздействия взрывов на объект.
Научной школой М. А. Садовского: С. В. Медведевым, В. Ф. Богацким, А. Г. Фридманом, Я.И. Цейтлиным разработана 12-бальная шкала интенсивности воздействия взрывов на сооружения аналогичная шкале интенсивности
землетрясений. Согласно разработанной ими методике, минимальная скорость, соответствующая 4 балам шкалы интенсивности и равная 2 м/с, вызывает воздействия, которые необходимо принимать во внимание. Эта скорость колебаний принята критической. В соответствии с расчетными формулами М. А. Садовского и С. В. Медведева по количеству взрывчатого вещества, характеру грунта определяется либо скорость колебаний, возникающая в месте охраняемого объекта, либо определяется безопасное расстояние от эпицентра взрыва. По полученной скорости
колебаний и шкале интенсивности определяется уровень разрушений охраняемого объекта.
В результате эксперимента были получены осциллограммы деформаций и по ним были вычислены напряжения в исследуемых зонах. Установлено: наибольшие максимальные
напряжения возникали в поворотной платформе и опорной базе, наименьшие максимальные в стреле и надстройке. Соотношение напряжений в поворотной платформе и стреле составило 2,2.
Максимальные напряжения в поворотной платформе были 0,6ст, где от предел текучести стали. В ходе сейсмического удара в течение 1 с. наблюдалось 12 амплитуд основных колебаний, при этом деформации были одного знака, коэффициент асимметрии при этом составил 0,2 (асимметричный цикл).
Наиболее опасными зонами в экскаваторе при взрыве оказались горизонтальные сварные швы поворотной платформы, расположенные перпендикулярно взрывной волне. Несмотря на небольшие при взрыве значения напряжений в
0 100 200 300 400 500 Q, т
0
100 200 300 400
Рис. 2. Зависимость скорости колебания почвы V: а - от мощности заряда " при расстоянии от взрывного поля г = 100 м; б - от расстояния "г" до взрывного поля при мощности заряда 100 т а б
500 г, м
1,0
2,0 р, г/ см3
£Гц
40
30
20
10
0
О 100 200 300 400 500 г, м
Рис. 3. Зависимость частоты колебания почвы/: а- от плотности пород "р" при мощности заряда 2 — 70 т; 6 -от расстояния "г" при мощности заряда 0 = 70 т
а
металлоконструкции, наличие в сварных швах трещиноподобных дефектов и трещин может приводить к их значительному росту.
В результате экспериментов были получены зависимости относительных напряжений, возникающих в металлоконструкциях экскаваторов, от приведенной мощности взрывов (рис. 1) Эти зависимости были аппроксимированы выражениями:
он /от = 0,65 1п^) + 3,5; (1)
он /от = 0,53 1п^) + 2,61. (2)
Для определения влияния мощности заряда и расстояния до объекта на ускорения, скорости и частоты колебания почвы в продольном направлении (продольные волны) был проведен ряд исследований на разрезе "Красногорский". Для этого использовался сейсмоприемник СПМ-16, величины скорости определяли путем интегрирования, результаты исследований приведены на рис. 2.
Было установлено, что частота колебаний зависит от плотности пород, через которые проходит волна, и расстояния от сейсмического источника (рис. 2). При увеличении плотности пород с 1 до 2,5 г/см 3она возрастает с 10 до 45 Гц. т. е. в 4,5 раза, наибольшая частота колебаний у крепких пород, наименьшая в наносах.
Из рис. 2 видно, что с увеличением мощности заряда от 100 до 500 т при одинаковом расстоянии до экскаватора 100 м скорость движения грунта возрастает от 0,6 до 0,75 м/с, а с увеличением дальности расположения экскаватора при одинаковой мощности заряда 100 т уменьшается с
0,8 до 0,1 м/с
В результате обработки графиков были получены выражения для ускорений и скорости движения грунта в зонах наиболее частого расположения экскаваторов:
,60'5
v = 75,9
r1,5
где V - скорость движения грунта, м/с; Q - масса заряда, т; г - расстояние до экскаватора, м.
Из рис. 3 видно, что с увеличением мощности заряда со 100 до 500 т время колебаний увеличивается с 1 до 2 с. С увеличением расстояния г со 100 до 500 м время колебания сокращается 1 до 0,8 с.
Установленные в результате испытаний значения скоростей и частот колебаний почвы позволяет определять влияние взрывов интенсивность развития трещин в метало-конструкциях их на долговечность проведении взрывных работ на угольных разрезах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богацкий В.Ф. Охрана инженерных сооружений и окружающей среды от вредных воздействий промышленных взрывов. /В.Ф. Богацкий, А.Г. Фридман. // М.: Недра, 1982. 161 с.
2. Медведев С.В. Сейсмика горных взрывов. /М.: Недра. 1964. 188 с. Богацкий В.Ф. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. М. Недра, 1978 г. 158 с.
3. Богацкий В.Ф. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. М. Недра, 1978 г. 158 с.
4. Сафонов Л.В. Сейсмический эффект взрывов скваженных зарядов. /М. Наука. 1967 г.
5. Пестряков В.А. О сейсмической безопасности экскаваторов на открытых разработках полезных ископаемых. \ Горный журнал, 1979, № 2, с. 48-50.
□ Авторы статьи:
Путятин Алексей Николаевич канд. техн. наук, доцент, зав. каф. сопротивления материалов КузГТУ Email:
kuzstu sopromat@rambler.ru
Насонов Михаил Юрьевич, докт. техн. наук, доцент каф. механики (Санкт-Петербургский государственный горный университет). Email: nmu.shsf@kuzstu.ru
Гореликов Владимир Георгиевич, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой механики (Санкт-Петербургский государственный горный университет), т. (812) 3288282
Монахов Вячеслав Николаевич канд. техн. наук, доцент (Санкт-Петербургский государственный горный университет), т. (812) 3288282
