Вы здесь

Розробка ресурсозберігаючої технології підземної відбійки міцних і надто міцних залізних руд.

Автор: 
Римарчук Борис Іванович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2007
Артикул:
3507U000256
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Общие положения

Вопросы отбойки крепких руд, требующие своего решения, взаимосвязаны и представляют собой совокупность физических и технологических задач, которые могут быть решены и должны решаться комплексно. Комплексный метод включает: анализ и обобщение литературных данных и производственного опыта; аналитические исследования и экспериментальные работы в лабораторных и промышленных условиях. Он обеспечивает взаимную проверку решений, полученных различными методами, входящими в его состав, а, следовательно, высокую достоверность результатов.
Учитывая многократность процессов и взаимосвязь вопросов, при выполнении исследований широко использовались экспериментальные методы. Такое решение обусловлено еще и тем, что горные породы представляют собой дефектную макросистему, физические свойства которой нестабильны.
Так как теоретические исследования выполняются при идеализации среды и с учетом различных допущений, их результаты требуют экспериментального уточнения и проверки.
Известно, что при взрыве на массив действуют ударные волны и расширяющиеся продукты взрыва. Ударные волны в ближайшей зоне, равной 3-5 R образуют зону пластических деформаций (переизмельчение). Далее ударная волна распространяется по массиву со скоростью звука, создавая радиальное сжатие слоев породы, вследствие чего возникают тангенциальные напряжения. Прочность горных пород на растяжение на порядок меньше их прочности на сжатие, поэтому в породе возникают радиальные трещины. Когда тангенциальные напряжения становятся меньше предела прочности пород на разрыв, рост радиальных трещин, образованных волной, прекращается и за зоной радиальных трещин массив находится в напряженном состоянии, не приводящем к образованию трещин. Основным разрушающим фактором действия взрыва в крепких породах является энергия ударных волн, поэтому максимальное использование энергии ударных волн позволят улучшать качество дробления. Решение этого вопроса производилось, в основном, теоретическими и экспериментальными методами, а также на основании анализа результатов промышленных экспериментов.

2.2. Методические основы теоретических исследований

Действие взрыва в твердых средах представляет собой весьма сложное явление, включающее в себя разнообразные физические процессы, такие как детонация взрывчатых веществ, распространение ударных волн напряжений, расширение продуктов детонации, разрушение и смещение среды и т.д. При описании этих процессов используются методы математики, математической физики, механики сплошных сред, газовой динамики и т.д. Однако для взрывного дела как раздела техники требуются инженерные расчеты максимальной простоты, допускающие возможность достаточно широких эмпирических вариаций. При постановке задач о действии взрыва в твердой среде необходимо сделать ряд обоснованных допущений, которые упростят решение задач, но позволят выявить основные характеристики рассматриваемых процессов.
Упрощенно действие взрыва в твердой среде может быть описано следующим образом: в твердой среде имеется полость, заполненная ВВ (рис. 2.1). После инициирования ВВ по нему распространяется детонационная волна. Процесс детонации заканчивается, когда волна достигает границы раздела ВВ и среды. При этом в среде распространяется ударная волна, а по продуктам взрыва волна сжатия или разрежения в зависимости от соотношения плотностей сжимаемой среды и продуктов взрыва.

Рис. 2.1. Схема для рассмотрения действия взрыва ВКЗ в твердой среде
I - область массива, прилегающая к воздушному промежутку;
II - область массива, прилегающая к заряду ВВ;
III - область массива, прилегающая к выработке и забойке;
1 - воздушная полость; 2 - заряд ВВ; 3 - породная подушка

Поэтому при постановке задач о действии взрыва в твердой среде можно считать, что в области, занимаемой ВВ, мгновенно возникает высокое давление, постоянное во всей области.
В дальнейшем происходит расширение образовавшейся полости. Поскольку при взрыве химических ВВ процессы теплопроводности или лучистого теплообмена не играют существенной роли, можно считать, что давление продуктов детонации в полости падает по адиабатическому закону. Это означает предположение об отсутствии теплообмена со средой.
Величину первоначального давления на стенки зарядной полости обычно принимают равной половине давления в детонационной волне , а начальный показатель адиабаты равным 3 [96]:

. (2.1)

Однако закон расширения продуктов взрыва с показателем адиабаты 3 применим только для больших плотностей продуктов взрыва. В дальнейшем показатель адиабаты уменьшается, приближаясь к величине, равной 1,25. Поэтому простейший закон расширения продуктов взрыва может быть записан в виде:

при РА

при Р

где VН - начальный объем, занимаемый ВВ.
Если ВВ размещено в цилиндрической зарядной полости радиусом rо, то

VН = Пrо2hВВ. (2.4)
Здесь hВВ - длина колонки заряда ВВ в цилиндрической полости. Величины РА и VА - давление и объем газообразных продуктов детонации в точке сопряжения адиабат могут быть вычислены, исходя из предположения о том, что внутренняя энергия продуктов взрыва равна работе их адиабатического расширения от начального объема до бесконечности:
(2.5)

Поскольку масса ВВ Q = ?ввVн=?АVА, то делением уравнения (2.5) на массу ВВ может быть получено выражение для удельной энергии в виде:

. (2.6)

Давление в точке сопряжения адиабат РА, исходя из (2.2), может быть записано:
. (2.7)

Исключая из (2.6) и (2.7) ?, можно получить выражение для оценки РА:

, (2.8)
включающее величины, характеризующие взрывчатое вещество - плотность - ?вв и удельную энергию - ?.
Оценку объема продуктов взрыва в точке сопряжения а