Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів
Проаналізовано відомі теоретичні й експериментальні дослідження щодо методів розрахунку параметрів вибухових робіт з урахуванням властивостей порід, які руйнуються (зокрема, порід складної структури). Розглянуто розроблені конструкції зарядів і способи їх ініціювання, а також варіанти різних схем ко...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2018
|
| Назва видання: | Гідродинаміка і акустика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174293 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів / В.В. Бойко, А.О. Кузьменко, Т.В. Хлевнюк, О.М. Чала, Н.І. Жукова // Гідродинаміка і акустика. — 2018. — Т. 1, № 3. — С. 268-283. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-174293 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1742932021-01-12T01:26:32Z Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів Бойко, В.В. Кузьменко, А.О. Хлевнюк, Т.В. Чала, О.М. Жукова, Н.І. Проаналізовано відомі теоретичні й експериментальні дослідження щодо методів розрахунку параметрів вибухових робіт з урахуванням властивостей порід, які руйнуються (зокрема, порід складної структури). Розглянуто розроблені конструкції зарядів і способи їх ініціювання, а також варіанти різних схем короткосповільненого підривання, здатних забезпечити якісне подрібнення масивів порід в осередку вибуху з одночасним дотриманням допустимого рівня сейсмобезпеки в зоні будівель (у тому числі, розташованих над карстовими порожнинами в зоні впливу кар'єра). Обґрунтовано сейсмобезпечні параметри масових вибухів на гіпсових кар'єрах. Досліджено особливості поширення різних типів хвиль у закарстованому масиві гірських порід від осередку вибуху до місця їхньої взаємодії з наземними об'єктами й карстовими порожнинами під ними. Отримано емпіричні коефіцієнти і вдосконалено формулу розрахунку сейсмобезпечної маси зарядів вибухової речовини під час короткосповільнених вибухів свердловинних зарядів з неелектричною системою ініціювання. Проанализированы известные теоретические и экспериментальные исследования, касающиеся методов расчета параметров взрывных работ с учетом свойств разрушающихся пород (в частности, пород сложной структуры). Рассмотрены разработанные конструкции зарядов и способы их инициирования, а также варианты различных схем короткозамедленного взрывания, способных обеспечить качественное измельчение массивов пород в очаге взрыва с одновременным соблюдением допустимого уровня сейсмобезопасности в зоне зданий (в том числе, расположенных над карстовыми полостями в зоне влияния карьера). Обоснованы сейсмобезопасные параметры массовых взрывов на гипсовых карьерах. Исследованы особенности распространения различных типов волн в закарстованном массиве горных пород от очага взрыва к месту взаимодействия их с наземными объектами и карстовыми полостями под ними. Получены эмпирические коэффициенты и усовершенствована формула расчета сейсмобезопасной массы зарядов взрывчатого вещества при короткозамедленных взрывах скважинных зарядов с неэлектрической системой инициирования. The known theoretical and experimental studies on methods for calculating the parameters of imploding works with the allowance for properties of collapsing rocks (in particular, rocks of complex structure) are analyzed. The developed designs of charges and methods for their initiation are considered, as well as the variants of various short-delay blasting schemes capable for ensuring high-quality grinding of rock mass in the explosion center with simultaneous maintaining of acceptable level of seismic safety in the area of buildings (including those located over the karst cavities in quarry influence zone). The seismic safety parameters of mass explosions in gypsum quarries are substantiated. The peculiarities of various types of waves propagation in the karsted rock mass from the explosion source to the place of their interaction with ground objects and karst cavities under them are investigated. The empirical coefficients are obtained along with the improving of the formula for calculating the seismically safe mass of explosive charges for short-delayed explosions of borehole charges with a non-electric initiation system. 2018 Article Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів / В.В. Бойко, А.О. Кузьменко, Т.В. Хлевнюк, О.М. Чала, Н.І. Жукова // Гідродинаміка і акустика. — 2018. — Т. 1, № 3. — С. 268-283. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 2616-6135 DOI: doi.org/10.15407/jha2018.03.268 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174293 622.235.432 uk Гідродинаміка і акустика Інститут гідромеханіки НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Проаналізовано відомі теоретичні й експериментальні дослідження щодо методів розрахунку параметрів вибухових робіт з урахуванням властивостей порід, які руйнуються (зокрема, порід складної структури). Розглянуто розроблені конструкції зарядів і способи їх ініціювання, а також варіанти різних схем короткосповільненого підривання, здатних забезпечити якісне подрібнення масивів порід в осередку вибуху з одночасним дотриманням допустимого рівня сейсмобезпеки в зоні будівель (у тому числі, розташованих над карстовими порожнинами в зоні впливу кар'єра). Обґрунтовано сейсмобезпечні параметри масових вибухів на гіпсових кар'єрах. Досліджено особливості поширення різних типів хвиль у закарстованому масиві гірських порід від осередку вибуху до місця їхньої взаємодії з наземними об'єктами й карстовими порожнинами під ними. Отримано емпіричні коефіцієнти і вдосконалено формулу розрахунку сейсмобезпечної маси зарядів вибухової речовини під час короткосповільнених вибухів свердловинних зарядів з неелектричною системою ініціювання. |
| format |
Article |
| author |
Бойко, В.В. Кузьменко, А.О. Хлевнюк, Т.В. Чала, О.М. Жукова, Н.І. |
| spellingShingle |
Бойко, В.В. Кузьменко, А.О. Хлевнюк, Т.В. Чала, О.М. Жукова, Н.І. Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів Гідродинаміка і акустика |
| author_facet |
Бойко, В.В. Кузьменко, А.О. Хлевнюк, Т.В. Чала, О.М. Жукова, Н.І. |
| author_sort |
Бойко, В.В. |
| title |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| title_short |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| title_full |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| title_fullStr |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| title_full_unstemmed |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| title_sort |
дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів |
| publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
| publishDate |
2018 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174293 |
| citation_txt |
Дослідження ефективних і сейсмобезпечних параметрів вибухових робіт на кар'єрах в умовах закарстованих породних масивів / В.В. Бойко, А.О. Кузьменко, Т.В. Хлевнюк, О.М. Чала, Н.І. Жукова // Гідродинаміка і акустика. — 2018. — Т. 1, № 3. — С. 268-283. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| series |
Гідродинаміка і акустика |
| work_keys_str_mv |
AT bojkovv doslídžennâefektivnihísejsmobezpečnihparametrívvibuhovihrobítnakarêrahvumovahzakarstovanihporodnihmasivív AT kuzʹmenkoao doslídžennâefektivnihísejsmobezpečnihparametrívvibuhovihrobítnakarêrahvumovahzakarstovanihporodnihmasivív AT hlevnûktv doslídžennâefektivnihísejsmobezpečnihparametrívvibuhovihrobítnakarêrahvumovahzakarstovanihporodnihmasivív AT čalaom doslídžennâefektivnihísejsmobezpečnihparametrívvibuhovihrobítnakarêrahvumovahzakarstovanihporodnihmasivív AT žukovaní doslídžennâefektivnihísejsmobezpečnihparametrívvibuhovihrobítnakarêrahvumovahzakarstovanihporodnihmasivív |
| first_indexed |
2025-07-15T11:13:58Z |
| last_indexed |
2025-07-15T11:13:58Z |
| _version_ |
1837711269375770624 |
| fulltext |
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
УДК 622.235.432
ДОСЛIДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНИХ I СЕЙСМОБЕЗПЕЧНИХ
ПАРАМЕТРIВ ВИБУХОВИХ РОБIТ НА КАР’ЄРАХ
В УМОВАХ ЗАКАРСТОВАНИХ ПОРОДНИХ МАСИВIВ
В. В. Бойко1†, А. О. Кузьменко1, Т. В. Хлевнюк1, О. М. Чала1, Н. I. Жукова2‡
1Iнститут гiдромеханiки НАН України
вул. Желябова, 8/4, 03057, Київ, Україна
†E-mail: seismic-control@ukr.net
2Нацiональний технiчний унiверситет України
“Київський полiтехнiчний iнститут iменi Iгоря Сiкорського”
пр. Перемоги, 37, 03056, Київ, Україна
‡E-mail: NataliaZ127@ukr.net
Отримано 27.06.2017
Проаналiзовано вiдомi теоретичнi й експериментальнi дослiдження щодо методiв
розрахунку параметрiв вибухових робiт з урахуванням властивостей порiд, якi
руйнуються (зокрема, порiд складної структури). Розглянуто розробленi констру-
кцiї зарядiв i способи їх iнiцiювання, а також варiанти рiзних схем короткосповiль-
неного пiдривання, здатних забезпечити якiсне подрiбнення масивiв порiд в осе-
редку вибуху з одночасним дотриманням допустимого рiвня сейсмобезпеки в зонi
будiвель (у тому числi, розташованих над карстовими порожнинами в зонi впли-
ву кар’єра). Обґрунтовано сейсмобезпечнi параметри масових вибухiв на гiпсових
кар’єрах. Дослiджено особливостi поширення рiзних типiв хвиль у закарстованому
масивi гiрських порiд вiд осередку вибуху до мiсця їхньої взаємодiї з наземними
об’єктами й карстовими порожнинами пiд ними. Отримано емпiричнi коефiцiєнти
i вдосконалено формулу розрахунку сейсмобезпечної маси зарядiв вибухової речо-
вини пiд час короткосповiльнених вибухiв свердловинних зарядiв з неелектричною
системою iнiцiювання. Запропоноване спiввiдношення вiдрiзняється вiд ранiше вi-
домих урахуванням статичної й динамiчної складових навантаження, викликаного
поперечною хвилею. Окрiм того, береться до уваги наявнiсть карстових порожнин,
розташованих в активнiй зонi будинку до (або нижче) лiнiї нижньої межi статично-
го тиску. Проаналiзовано специфiчнi особливостi керованого детонування свердло-
винних зарядiв вибухової речовини, роздiлених карстовою порожниною, з метою
змикання останньої. Подальшого розвитку зазнали уявлення про поширення в за-
карстованому масивi порiд сейсмiчних коливань вiд масових вибухiв у кар’єрах, а
також про їхню взаємодiю з поверхневими будiвлями й карстовими порожнинами
пiд ними, якi розташованi над нижньою межею товщi, що стискається.
КЛЮЧОВI СЛОВА: статична та сейсмiчна стiйкiсть, кар’єр, допустимi маси заря-
дiв, вибухова речовина, сейсмовимiрювальнi роботи, масовi вибухи , закарстований
ґрунтовий масив, карстовi порожнини, швидкiсть коливань, сейсмобезпечнiсть
268
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
1. ВСТУП
Одним з основних напрямкiв у галузi пiдривних робiт на кар’єрах в умовах закар-
стованих масивiв порiд є дотримання безпеки й ефективностi вибухових робiт. З огляду
на сучасну тенденцiю до освоєння та розробки нових гiпсових родовищ вимоги до ефе-
ктивностi й безпеки пiдривних робiт значно пiдвищуються. Щодо сейсмобезпеки, то
позитивне вирiшення цього завдання значно ускладнюється умовами поширення сей-
смовибухових хвиль (СВХ) в закарстованих породних масивах за межами кар’єру, де
розташованi будiвлi над порожнинами. На стiйкiсть цих будинкiв, окрiм сейсмiчної дiї
вибухових хвиль, впливає додаткове статичне навантаження, обумовлене їхньою вагою
i мiсцем розташування лiнiї нижньої межi статичного тиску (НГСТ), яка знаходиться
мiж порожниною i фундаментом будiвлi. Усi вищенаведенi фактори пов’язанi з сейсмо-
небезпечною дiєю вибуху на навколишнi наземнi й пiдземнi об’єкти, що охороняються.
Виходячи з цього, обґрунтування сейсмобезпечних параметрiв буропiдривних робiт
на кар’єрах в умовах гiрського масиву з карстовими порожнинами, якi б забезпечу-
вали якiсне подрiбнення масиву з одночасним збереженням сейсмостiйкостi прилеглих
до кар’єру наземних будiвель та карстових порожнин пiд ними, є актуальною науково-
практичною проблемою, вирiшенню якої присвячено дану статтю. Мета дослiдження
полягає в обґрунтуваннi сейсмобезпечних параметрiв пiдривних робiт для сейсмостiй-
костi навколишнiх наземних будiвель i карстових порожнин пiд ними. Для її досягнення
мети були поставленi наступнi завдання:
∙ визначити емпiричнi залежностi швидкостi сейсмiчних коливань вiд приведеної до
заряду вiдстанi для гiрничо-геологiчних умов ведення вибухових робiт на гiпсових
кар’єрах за результатами їх сейсмiчного монiторингу вздовж профiлiв з наземними
будiвлями й карстовими порожнинами пiд ними;
∙ удосконалити аналiтичний метод урахування статичних впливiв на стiйкiсть сте-
лини порожнини, обумовлених вагою розмiщеної над нею наземної будiвлi з ура-
хуванням НГСТ i сейсмiчних впливiв вiд проведення масових вибухiв (МВ) на
гiпсових кар’єрах;
∙ розробити рекомендацiї для гiпсових кар’єрiв шодо параметрiв пiдривних робiт,
якi б дозволили прогнозувати сейсмобезпеку кар’єрних вибухiв стосовно об’єктiв
навколишнього середовища, якi перебувають пiд охороною.
2. ВИКЛАДЕННЯ МЕТОДИКИ ДОСЛIДЖЕННЯ
Для досягнення поставленої мети необхiдно розв’язати двi задачi механiки гiрських
порiд. Перша з них, статична, полягає в розрахунку деформацiй, якi не ведуть до пору-
шення стiйкостi карстових порожнин в активнiй зонi наземних споруд. Для цього вико-
ристовують розрахункову схему для системи у виглядi пружного лiнiйно-деформованого
пiвпростору й шару скiнченної товщини, а гранично допустимi значення деформацiй
визначають за СНиП 2.02.01-83 i ДБН В.2.1-10-2009 [11–33]. Друга задача, динамiчна,
формулюється заради забезпечення стiйкостi будiвлi над карстом пiд дiєю створених
кар’єрними вибухами сейсмiчних хвиль у вiдповiдностi з «Правилами поводження. . . »
й рекомендацiями ДСТУ 4704:2008 [44,55].
269
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
Рис. 1. Схеми поширення сейсмiчних хвиль угiпсовому масивi з карстовою порожниною,
а також варiанти розмiщення останньої вiдносно лiнiї НГСТ (ℎ — глибина розташування
карстової порожнини, а саме, висота товщi ґрунту над нею):
1 — карстова порожнина; 2, 3 — можливi розташування лiнiї НГСТ; 4 — фронт об’ємних хвиль;
5 — фронт вiдбитих вiд стелини порожнини об’ємних хвиль; 6 — поверхневi сейсмiчнi хвилi в м’яких
ґрунтових масивах; 7 — кар’єр; 8 — смердловиннi заряди з карстовими порожнинами на блоцi,
який пiдривається; 9 — будiвля над порожниною
Поєднання згаданих двох задач дає можливiсть провести оцiнку сумiсного впливу
сейсмiчної дiї й тискiв ваги поверхневої будiвлi та ґрунтiв над карстовою порожниною
на деформування стiнок останньої. Характерну схему розмiщення будiвлi й карстової
порожнини вiдносно НГСТ наведено на Рис. 1Рис. 1. На схемi також показанi, зокрема, мi-
сця розташування кар’єру 7; блоку, який пiдривається 8; а також фронти поширення
об’ємних 4, поверхневих 5 i вiдбитих об’ємних 6 хвиль.
2.1. Статична задача
При розв’язаннi статичної задачi осiдання основи фундаменту у вiдповiдностi з реко-
мендацiями СНиП i ДБН визначалось методом послiдовного пiдсумовування осiдань
окремих шарiв у межах товщi основи, а також в активнiй зонi деформацiй основ до лi-
нiї НГСТ. Говорячи про карстовi порожнини, зауважимо, що на практицi вони можуть
знаходитьсь в активнiй зонi будинкiв вище або нижче лiнiї НГСТ (див. позицiї 2 i 3 на
Рис. 1Рис. 1 вiдповiдно). Cлiд вiдзначити, що у випадку, коли наземна будiвля 9 розташована
над карстовою порожниною, яка знаходиться до лiнiї НГСТ 2, їхню сейсмобезпеку буде
визначати сумiсна дiя статичних та динамiчних впливiв. Коли ж карст розташований
нижче лiнiї НГСТ 3, слiд враховувати лише динамiчну дiю.
Розв’язання статичної задачi проводилося згiдно з критерiєм стiйкостi карстових по-
рожнин. При цьому враховувалось, що вертикальний гiрський (природний чи/та побу-
270
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
товий) тиск на стiнку порожнини вiд дiєю власної ваги порiд визначається за формулою
𝑃𝐾 = 𝛾ℎ, кг/м2 (1)
де 𝛾 — питома вага породи, кг/м3; ℎ = 𝑎/𝑑 — вiдносна висота стовпа гiрської породи вiд
карстової порожнини до земної поверхнi. Тут 𝑎 — абсолютна висота гiрської породи, м;
𝑑 — дiаметр карстової порожнини, м.
При розрахунку осiдання окремо розташованого фундаменту визначалась лiнiя НГСТ,
у межах якої виконувався розрахунок основи по деформацiях. Для графiчного знахо-
дження НГСТ необхiдно будувати епюри природного 𝑃𝛿𝑧 i додаткового 𝑃𝑜𝑧 тискiв ґрун-
ту.
Метод прогнозування сейсмобезпечних параметрiв вибухiв на стiнку карстової по-
рожнини базується на проведеннi аналiтичних i експериментальних дослiджень дiї сей-
смiчних хвиль, викликаних МВ у кар’єрi. З точки зору аналiтики швидкiсть коливань
ґрунту сейсмiчної хвилi на стiнках карстової порожнини визначається за формулою:
𝑈𝑥
𝐾 = 𝑈𝑥
𝑅 𝑒−1.7ℎ/𝜆, см/с, (2)
де 𝑈𝑥
𝐾 — швидкiсть коливань ґрунту сейсмiчної хвилi на стiнках карстової порожни-
ни, см/с; 𝑈𝑥
𝑅 — швидкiсть коливань для поверхневої хвилi в ґрунтовiй основi будiвлi
над карстовою порожниною, см/с; 𝜆 — довжина сейсмiчної хвилi, м; ℎ — вiдстань вiд
карстової порожнини до будiвлi на земнiй поверхнi, м.
Напруження на стiнцi карстової порожнини можливо одержати, використавши вi-
дому залежнiсть Ландау—Лiвшица:
𝜎𝐾 = 𝑈𝑥
𝐾𝑉𝑅
𝛾
𝑔
, Па, (3)
де 𝜎𝐾 — напруга на стiнцi карстової порожнини, Па; 𝑉𝑅 — швидкiсть поширення сей-
смiчних хвиль, м/с; 𝛾 — об’ємна вага гiпсу, кг/м3; 𝑔 = 9.81 м/с2.
Тодi умова рiвнодiї статичних й динамiчних дiй запишеться у виглядi
𝑃𝐾 = 𝜎𝐾 . (4)
При розрахунку основ по деформацiях середнiй тиск пiд пiдошвою фундаменту не
повинен перевищувати значення розрахункового тиску на основу 𝑅 (кН/м2), визначене
за формулою СНиП 2.02.01-83 й ДБН В.2.1.-10-2009:
𝑅 =
𝛾𝑐1𝛾𝑐2
𝑘
[𝑀𝛾𝑘𝑧𝑏𝛾11 +𝑀𝑞𝑑1𝛾
′
11 + (𝑀𝑞 − 1)𝑑𝑏𝛾
′
11 +𝑀𝑐𝑐11], (5)
де 𝛾𝑐1 i 𝛾𝑐2 — коефiцiєнти умов роботи, якi залежать вiд (див. СНиП, Табл. 3); 𝑀𝛾, 𝑀𝑞
i 𝑀𝑐 — безрозмiрнi коефiцiєнти, що залежать вiд кута внутрiшнього тертя ґрунту 𝜙
(див. СНиП, Табл. 4); 𝑏 — ширина пiдошви фундаменту, м; 𝛾11 — усереднене розрахун-
кове значення питомої ваги ґрунтiв, що залягають нижче пiдошви фундаменту, кН/м3;
𝛾′
11 — те саме для ґрунтiв, що залягають вище пiдошви; 𝑐11 — розрахункове значення
питомого зчеплення ґрунту, що залягає безпосередньо пiд пiдошвою фундаменту, кПа;
𝑑1 — глибина закладання фундаментiв безпiдвальних споруд вiд рiвня планування або
271
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
приведена глибина закладання зовнiшнiх i внутрiшнiх фундаментiв вiд пiдлоги пiдвалу;
𝑑𝑏 — глибина пiдвалу вiд рiвня планування до його пiдлоги; 𝑐11 — сила зчеплення ґрунту
основи, МПа. Вiдмiнний вiд одиницi коефiцiєнт 𝑘 = 1.1 слiд використовувати, якщо ко-
ли величини 𝜙 i 𝑐11 не отриманi шляхом безпосереднього випробування в лабораторних
умовах.
2.2. Динамiчна задача
Визначення динамiчних впливiв вiд дiї сейсмiчних хвиль для забезпечення сейсмобез-
пеки будiвлi й карстової порожнини пiд нею проводилося на основi рiшення прямих
задач експериментального плану з застосуванням закону динамiчної подiбностi та у
вiдповiдностi з рекомендацiями ДСТУ 4704:2008.
Важливою умовою забезпечення ефективностi розробленого алгоритму розрахунку
сейсмобезпепеки будiвлi й стiйкостi порожнини пiд нею є одержання даних експери-
ментального характеру щодо ступеня поглинання iнтенсивностi сейсмiчної хвилi в за-
лежностi вiд типiв гiрських порiд на шляху її поширення. Промисловi експерименти з
визначення характеру поширення рiзних типiв сейсмiчних хвиль по характерних профi-
лях проводились в умовах Щирецького гiпсового кар’єру ВАТ «Миколаївцемент». При
цьому використовувалась методика багатоканальної профiльної реєстрацiї коливань у
напрямку кар’єр—будiвля. Вимiрювання проводились по профiльних лiнiях протяжнi-
стю (1300 . . . 1450) м, а розрiзи кожного з профiлiв проходили через карстовi порожнини
в рiзних азимутальних напрямках в мiсцях розташування будiвель у с. Пiски. Ескiзну
схему гiрничо-геологiчних умов вiдповiдного профiлю й схему взаємного розташування
об’єктiв при поширеннi сейсмiчних хвиль вiд МВ наведено на Рис. 2Рис. 2.
Рис. 2. План i перерiз характерної схеми профiлю взаємного розташування
об’єктiв 3, 4 при поширеннi сейсмiчних хвиль вiд МВ у Щирецькому кар’єрi 1:
1 — кар’єр; 2 — напрямок поширення сейсмiчних хвиль; 3 — озеро; 4 — житлова будiвля; 5 — карст
272
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
Табл. 1. Характеристики СВХ, одержаних в районi с. Пiски
за профiльними напрямками, подiбними до зображених на Рис. 2Рис. 2
Об’ємна хвиля Поверхнева хвиля
В
iд
ст
ан
ь
вi
д
бл
ок
у,
щ
о
пi
др
ив
ає
ть
ся
,д
о
пу
нк
ту
сп
ос
те
ре
ж
ен
ня
,м
Т
ип
се
йс
м
оп
ри
йм
ач
а
№
се
йс
м
оп
ри
йм
ач
а
С
кл
ад
ов
а
ко
ли
ва
нн
я
Ш
ви
дк
iс
ть
зм
iщ
ен
ня
ґр
ун
ту
,с
м
/с
Ч
ас
то
та
ко
ли
ва
нь
ґр
ун
ту
,Г
ц
Ш
ви
дк
iс
ть
зм
iщ
ен
ня
ґр
ун
ту
,с
м
/с
Ч
ас
то
та
ко
ли
ва
нь
ґр
ун
ту
,Г
ц
М
од
ул
ь
ве
кт
ор
у
ш
ви
дк
ос
тi
зм
iщ
ен
ня
ґр
ун
ту
,с
м
/с
П
ун
кт
и
ви
м
iр
iв
в
ос
но
вi
бу
ди
нк
iв
№
1450 СМ-3 3 𝑍 0.0185 29 0.019 3.2 0.030 95*
1430 " 5 𝑍 0.0235 30 0.028 3.0 0.045 102*
1425 " 7 𝑍 0.0145 20 0.025 3.1 0.040 103*
СМ-3В 10 𝑋 0.025 20 0.030 2.9
1420 " 8 𝑌 0.022 21 0.028 3.3 0.040 106*
СМ-3 17 𝑍 0.022 23 0.026 3.1
1350 " 9 𝑍 0.025 25 0.028 3.0 0.045 115*
1300 " 11 𝑍 0.030 31 0.029 3.1 0.046 120
Примiтка: зiрочкою позначенi будинки, що знаходяться в зонi карстоутворення.
Висадження свердловинних зарядiв здiйснювалось з рiзними масами заряду вибухо-
вої речовини (ВР) у групi сповiльнення з використанням неелектричної системи iнiцi-
ювання зарядiв. Тривалiсть iнiцiювання всiх свердловинних зарядiв на кожному блоцi
становила до одної секунди, виходячи з потреб виробництва. За даними експерименталь-
них дослiджень у кожнiй точцi установки сейсмоприймача визначались типи порiд, ма-
сова швидкiсть (см/с) i амплiтудно-частотний спектр коливань. Для запису параметрiв
сейсмiчних хвиль, якi виникали при МВ на Щирецькому гiпсовому кар’єрi ВАТ «Мико-
лаївцемент», використовувалися сейсмоприймачi СМ-3 i СМ-3В, аналого-цифровий пе-
ретворювач сигналiв АЦП-440 i реєстратор — персональний комп’ютер типу ноутбук.
Апаратура пройшла повiрку в ДП «Укрметртестстандарт» України, i були одержанi
свiдоцтва на вiдповiднiсть кожного засобу вимiрювальної технiки вимогам експлуата-
цiйної документацiї.
Пiд час запису параметрiв сейсмiчних хвиль, якi виникли вiд дiї одного з характер-
них МВ у Щирецькому кар’єрi ВАТ «Миколаївцемент», сейсмоприймачi встановлюва-
лись по лiнiйному профiлю довжиною 1450 м у напрямку блок 8 — крайнiй вiдносно
кар’єру 7 житловий будинок 9 с. Пiски, зазначений спецiалiстами Iнституту прикладних
проблем екологiї, геофiзики i геохiмiї як такий, що знаходився в зонi карстоутворення 2,
3 [55]. Типовi для цього профiлю схеми наведенi на Рис. 1Рис. 1, а характеристики параметрiв
сейсмовибухових хвиль (СВХ) в районi сейсмовимiрiв с. Пiски — у Табл. 1Табл. 1.
Дiю коливань ґрунту на об’єкти, що охороняються, можливо оцiнити модулем ве-
273
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
ктора швидкостi коливань
|𝑈 | =
√︁
𝑈2
𝑋 + 𝑈2
𝑍 , (6)
де 𝑈𝑋 i 𝑈𝑍 — максимальнi значення швидкостi коливань за її горизонтальною (радi-
альною в напрямку мiсце вибуху — пункт спостереження) i вертикальнiй складовими.
Коливання по 𝑌 -складовiй мають незначну величину й на величину вектора швидкостi
суттєво не впливають. Зазначимо, що амплiтуда коливань по 𝑋-складовiй знаходиться
на за величиною 𝑍-складовою зi спiввiдношення 𝑈𝑋 = 1.25𝑈𝑍 [66]. Таким чином, при
проведеннi експериментальних робiт достатньо одержати данi тiльки для вертикальної
складової, що є простiшим i надiйнiшим, оскiльки не потребує строгої орiєнтацiї при-
ладу по вiдношенню до мiсця вибуху i забезпечує стабiльнiсть результатiв. Необхiдна
умова використання формули (6)(6) — доступнiсть значень швидкостi коливань по всiх
складових в межах половини перiоду коливального процесу [66,77].
З одержаної сейсмограми коливань ґрунту при МВ установлено, що максимальнi ам-
плiтуди коливань ґрунту належать поверхневим низькочастотним — порядку (3 . . . 4) Гц —
хвилям. Для об’ємних високочастотних — порядку (16 . . . 30) Гц — хвиль амплiтуда
коливань у (1.5 . . . 3.0) рази менша, нiж для поверхневих хвиль. За результатами спе-
ктрального аналiзу осцилограм коливань, зареєстрованих поблизу будiвель з карстови-
ми порожнинами пiд ними, встановлено, що енергоємним в районi с. Пiски є дiапазон
низькочастотних коливань (2 . . . 4) Гц. Це пов’язано з далекою вiдстанню поширення
сейсмiчних хвиль, коли високочастотнi коливання iнтенсивно затухають, їх залежнiстю
вiд закарстованостi масиву гiрських порiд, а також вiд типу ВР i конструкцiї заряду.
Незважаючи на те, що частота коливань ґрунту в поверхневих хвилях практично
спiвпадає з частотою власних коливань будiвель, резонансних явищ не спостерiгається,
i розкачка охоронних будiвель вiдсутня. Це можна пояснити коротким (близько однiєї
секунди) iнтервалом дiї коливань ґрунту в поверхневiй хвилi на охороннi об’єкти.
Iз динамiчних характеристик СВХ у пунктах установки сейсмоприймачiв у районi
с. Пiски, наведених у Табл. 1Табл. 1, видно, що пiд час МВ швидкiсть коливань ґрунту бiля
будинкiв у профiлi вздовж вулицi становила вiд 0.019 до 0.03 см/с, що в (10 . . . 6) разiв
менше 1 балу коливань за Мiжнародною шкалою MSK-64 (1 бал прирiвнюється до
0.2 см/с), i не перевищувала норми, встановленi ДСТУ 4704:2008.
Також було проведено додатковi сейсмiчнi вимiрювання масових швидкостей коли-
вань, збуджених дiєю руху 40-тонного автомобiля iз швидкiстю 60 км/год уздовж вулицi
з будинком № 106, бiля якого були встановленi сейсмоприймачi. На Рис. 3Рис. 3 i 44 наведено
осцилограму та спектрограми для цього експерименту по складових 𝑍 i 𝑋 вiдповiдно.
Iз Рис. 3Рис. 3 видно, що iнтенсивнiсть коливання знаходиться на рiвнi, який виникав
бiля житлових будинкiв с. Пiски при проведенi МВ, розташованому на вiдстанi 1450 м
до пунктiв реєстрацiї (див. Табл. 1Табл. 1), а частотний спектр (Рис. 4Рис. 4) характеризується як
низькими, так i високими частотами. Резонансних явищ не спостерiгалось, тому що час
дiї коливального процесу в наведенiй хвилi короткий i вiдбувався не бiльше 0.3 с.
Резерв для зменшення iнтенсивностi СВХ мiститься в розробцi оптимальної схеми
короткосповiльненого пiдривання (КСП), коли кожна свердловина на блоцi iнiцiюється
окремо з оптимальним iнтервалом сповiльнення — не менше половини перiоду коливань
хвилi. Фактично при здыйсненнi експериментального вибуху, згiдно зi схемою комута-
цiї, з рiзницею у 10 мс пiдривались сумiжнi свердловини №№ 8 i 20, №№ 7 i 19 i т. д.
274
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
t, c
V
,
c
m
/s
.23, !, 0 ("#$%& .106), MAX mod=0.0097cm/s
.226, Z, 0, MAX mod=0.00973 cm/s
Рис. 3. Осцилограма сейсмiчних коливань, збуджених проїздом 40-тонного автомобiля
на вiдстанi 20 м вiд будинку № 106 с. Пiски iз швидкiстю 60 км/год
а
б
Рис. 4. Спектрограми сейсмiчних коливань збуджених проїздом 40-тонного автомобiля
на вiдстанi 20 м вiд будинку № 106 с. Пiски iз швидкiстю 60 км/год:
а — складова 𝑋; б — складова 𝑍
275
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
Як показали замiри параметрiв СВХ, зазначений промiжок часу мiж пiдриваннями
свердловин майже в 1.5 рази менший за половини перiоду коливань. Це дає пiдстави
стверджувати, що фактично йде одночасне пiдривання двох свердловин, i сейсмоефект
вибуху зростає.
Стосовно динамiчних характеристик хвиль у вiддалених районах розташування бу-
дiвель над пустотами на прикладi Щирецького кар’єру встановлено, що пiд час МВ
швидкiсть коливань ґрунту становить вiд 0.019 до 0.028 см/с, що майже на порядок
нижче iнтенсивностi коливань в 1 бал. Рiвень цих коливань можна зiставити з рiвнем
коливань, якi виникають при проїздi вулицею автомобiля, а мешканцi, якi не знають
про проведення вибуху, таку бальнiсть можуть просто не вiдчути.
У результатi розв’язання прямої задачi експериментального характеру за даними
сейсмiчних вимiрювань в умовах Щирецького гiпсового кар’єру ВАТ «Миколаївце-
мент», а також у гiпсових кар’єрах ВАТ «Iвано-Франкiвськцемент» i ПП «Скала-Iнтер»
на основi методу динамiчної подiбностi були одержанi емпiричнi коефiцiєнти пропорцiй-
ностi й показник степеню згасання (Табл. 2Табл. 2). Графiки залежностi швидкостi сейсмiчних
коливань вiд приведеної до заряду вiдстанi та вiдстанi до точки спостереження наведенi
на Рис. 5Рис. 5.
Табл. 2. Значення емпiричних коефiцiєнтiв пропорцiйностi 𝐾 й показника
ступеня згасання хвилi 𝑛, а також емпiричнi залежностi для трьох гiпсових кар’єрiв
Гiпсовi кар’єри 𝐾 𝑛 Емпiрична залежнiсть
ВАТ «Iвано-Франкiвськцемент» 4160(𝑈𝑍
𝑅 ) 2.1(𝑈𝑍
𝑅 ) 𝑈 = 4160(𝑟/𝑄
1/3
гр )−2.1)
ПП «Скала-Iнтер» 313(𝑈𝑍
𝑆 ) 1.5(𝑈𝑍
𝑆 ) 𝑈 = 313(𝑟/𝑄
1/3
гр )−1.5)
ВАТ «Миколаївцемент» 135(𝑈𝑍
𝑅 ) 1.7(𝑈𝑍
𝑅 ) 𝑈 = 135(𝑟/𝑄
1/3
гр )−1.7)
Щирецький кар’єр 130(𝑈𝑍
𝑅 ) 1.7(𝑈𝑍
𝑅 ) 𝑈 = 130(𝑟/𝑄
1/3
гр )−1.7)
Примiтка: (𝑈𝑍
𝑅 ), (𝑈𝑍
𝑆 ) — сейсмiчнi швидкостi коливань ґрунту, одержанi
по координатнiй осi 𝑍 для типiв хвиль 𝑅 та 𝑆 (𝑅 — поверхнева, 𝑆 — поперечна).
а б
Рис. 5. Графiки залежностi швидкостi сейсмiчних коливань:
а — вiд приведеної до заряду вiдстанi; б — вiд вiдстанi до точки спостереження;
1 — кар’єр «Скала-Iнтер»; 2 — кар’єр Щирецький; 3 — кар’єр «Iвано-Франкiвськцемент»
276
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
3. ПРАКТИЧНI РЕЗУЛЬТАТИ
Для ефективного подрiбнення закарстованих масивiв порiд на кар’єрах був застосо-
ваний захищений патентом України [88] спосiб їх руйнування. Вiн включає бурiння серiї
свердловин з визначенням потужностi, витраченої обертачем бурового станка, структур
їхнiх геологiчних колонок i розмiщення в останнiх подовжених зарядiв ВР з хвилевода-
ми та бойовиками пiд i над карстовою порожниною, засипку забивки, монтаж мережi
короткосповiльненого пiдривання. Конструкцiю подовжених зарядiв ВР у свердловинi
з карстовою порожниною наведено на Рис. 6Рис. 6.
Максимально допустима величина маси свердловинних зарядiв ВР в групi (𝑄доп, кг)
при одночасному їх пiдриваннi або вiдстань вiд мiсця вибуху до об’єкту, що охороня-
ється (𝑟𝑐, м) при одноразовому вибуху визначаються за допомогою цих емпiричних
залежностей [99,1010]:
𝑄доп =
(︂
𝑈доп
𝐾
)︂3/𝑛
𝑟3, кг 𝑟 =
(︂
𝐾
𝑈доп
)︂1/𝑛
𝑄1/3
гр , м, (7)
де 𝑈доп — швидкiсть коливань ґрунтової основи будiвлi над карстовою порожниною; см/с,
𝐾 — коефiцiєнт умов пiдривання та поширення поверхневої хвилi; 𝑛 — показник степе-
ню згасання хвилi 𝑛 = 1.7 (див. Табл. 2Табл. 2).
l
!
l"
l#
l$
l!
l%
&'
l$
()
l#
.%
.
l!
.%
.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Рис. 6. Конструкцiя подовжених зарядiв ВР у свердловинi з карстовою порожниною:
1 — нитка хвилеводу нижнього бойовика 8; 2 — забивка; 3, 7 — верхнiй i нижнiй подовженi заряди
ВР вiдповiдно; 6 — карстова порожнина; 4, 8 — верхнiй i нижнiй бойовики вiдповiдно;
5, 9 — стелина й пiдошва карстової порожнини 6 вiдповiдно; 10 — петля у хвилеводi
верхнього бойовика 4 для додаткового iнтервалу вповiльнення;
𝑙д — вiдстань вiд верхнього 4 до нижнього 8 бойовика, м; 𝑙п — потужнiсть карстової порожнини, м;
𝑙н, 𝑙в — вiдстанi вiд нижнього 8 й верхнього 4 бойовикiв до пiдошви 9 та стелини 5 карстової
порожнини 6 вiдповiдно, м; 𝑙в.з., 𝑙н.з. — довжини верхнього i нижнього
подовжених зарядiв вiдповiдно, м.
277
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
Використавши формулу (7)(7), Табл. 2Табл. 2 i величину допустимої швидкостi коливань ґрун-
ту в фундаментi будiвлi (𝑈доп, см/с), визначенi у вiдповiдностi ДСТУ4704:2008, можна
розрахувати сейсмобезпечнi для навколишнього середовища параметри МВ у кар’єрах.
Одержанi таким чином допустимi маси заряду в однiй групi стосовно до охоронних
об’єктiв с. Пiски при багаторазових МВ в Щирецькому кар’єрi представленi в Табл. 3Табл. 3.
Сейсмобезпека МВ забезпечувалась обмеженням допустимої маси заряду ВР при
миттєвому пiдриваннi в максимальнiй групi (див. Табл. 3Табл. 3), що дозволяло створити умо-
ви збудження сейсмовибухових хвиль, параметри яких — швидкiсть коливань ґрунтової
основи будiвлi й частота — знаходяться в межах допустимих норм. Достовiрнiсть розро-
блених рекомендацiй можна вважати пiдтвердженою, оскiльки за весь перiод не тiльки
не було зафiксовано будь-яких пошкоджень будiвель (осипання штукатурки i т. iн.), але
й нормалiзувався психологiчний стан мiсцевих жителiв. Виходячи з того, що на протязi
всього перiоду проведення сейсмоконтролю при МВ у Щирецькому кар’єрi на територiї
с. Пiски не були порушенi будiвлi й карстовi порожнини в дiапазонi швидкостей змiще-
ння частинок ґрунту (0.019 . . . 0.03) см/с, при визначеннi допустимої маси зарядiв для
Табл. 3Табл. 3 за допустиму швидкiсть коливань ґрунту приймали величину 𝑈доп = 0.03 см/с,
Наведемо приклад розрахунку сумiсної дiї динамiчних (викликанi МВ сейсмiчнi хви-
Табл. 3. Допустимi маси заряду в однiй групi в Щирецькому гiпсовому кар’єрi
(стовпцi 2, 4 — стосуються лише будiвель, пiд якими карстовi порожнини
розташованi вище лiнiї НГСТ)
Вiдстань вiд
пiдривного
блоку до
охоронного
об’єкту, м
Допустима маса заряду в однiй групi, кг
рекомендованi конструкцiї традицiйнi конструкцiї
для будiвель
з карстовими
порожнинами
пiд ними
для будiвель без
карстових
порожнин
пiд ними
для будiвель
з карстовими
порожнинами
пiд ними
1 2 3 4
900 220 380 150
950 260 390 170
1000 300 450 200
1050 350 525 230
1100 400 600 265
1150 460 690 300
1200 520 780 345
1250 590 880 400
1300 660 990 440
1350 730 1090 490
1400 800 1200 530
1450 900 1350 600
1500 1000 1500 670
Примiтка: допустимi маси зарядiв, визначенi для сезонiв робiт лiто i зима,
а для сезонiв робiт весна i осiнь їх необхiдно зменшити в 1.2 рази.
278
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
лi) i статичних (тиск гiрського масиву) факторiв на стiнку карстової порожнини пiд
будинком № 106.
1. Гiрський тиск на стiнку карстової порожнини пiд дiєю власної ваги порiд визна-
чається за формулою (1)(1). У нашому випадку вiн дорiвнює
𝑃𝐾 = 0.076 МПа.
2. Швидкiсть коливань ґрунту на стiнках карстової порожнини, викликану дiєю МВ
в кар’єрi, визначають за формулою (2)(2):
𝑈 𝑧
𝐾 = 0.02243 см/с,
де використано максимальне значення швидкостi коливання ґрунту релеївської
хвилi на земнiй поверхнi бiля розташованого над карстовою порожниною будинку
№ 106 (див. Табл. 1Табл. 1) 𝑈 𝑧
𝑅 = 0.03 см/с, одержане з осцилограми МВ.
3. Напруження на стiнцi карстової порожнини визначається за формулою (3)(3) i ста-
новить
𝜎𝐾 = 8 · 10−4 МПа.
4. Прийнявши вiдношення динамiчних сил до статичних як 1.8, розрахуємо напру-
ження, породженi дiєю сейсмiчних хвиль на стiнки карстової порожнини:
𝜎𝑔 = 8 · 10−4 · 1.8 = 14.4 · 10−4 МПа.
Таким чином, можна зробити висновок про те, що тиск гiрського масиву на стiнки
карстової порожнини у 52 рази перевищує амплiтуду сейсмiчних хвиль на приведених
вiдстанях (150 . . . 180) м/кг1/3. Наведенi розрахунки на основi використання даних сей-
смовимiрювальної апаратури показали, що МВ в Щирецькому кар’єрi не впливають на
стiйкiсть карстових порожнин, а це, зокрема, забезпечує стiйкiсть житловим будинкам,
що знаходяться на поверхнi масиву ґрунту над ними.
4. ВИСНОВКИ
1. Встановлено закономiрностi статичної та сейсмiчної стiйкостi стелини порожнини
й розташованої над нею будiвлi пiд час вибухiв у закарстованому масивi гiрських
порiд у кар’єрах. Запропонована методика вiдрiзняється вiд вiдомих урахуванням
не тiльки спiльної динамiчних i статичних факторiв разом iз вологiстю гiрських
порiд, але й типом домiнуючих хвиль та мiсцем розташування карстової порожни-
ни по вiдношенню до нижньої лiнiї дiї статичного тиску вiд мас гiрської породи
над стелиною порожнини.
2. Визначено сейсмобезпеку наземної будiвлi й карстової порожнини пiд нею з ура-
хуванням спiльного впливу статичних i динамiчних навантажень при дiї об’ємних
i поверхневих хвиль, збуджених масовими вибухами рiзної маси заряду вибухової
речовини. Встановлено, що найбiльшим є напруження на стiнки порожнини вiд дiї
поперечної хвилi. При розташуваннi будiвлi вище лiнiї нижньої границi статичного
тиску воно зростає на величину, яка дорiвнює амплiтудi динамiчної складової.
279
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
3. Одержанi результати є базовими для розробки iнновацiйних сейсмобезпечних те-
хнологiй використання енергiї вибуху при руйнуваннi закарстованих масивiв гiр-
ських порiд пiд час проведеня вибухових робiт на гiпсових кар’єрах України.
4. Сформульованi принципи й закономiрностi статичної та сейсмiчної стiйкостi сте-
лини порожнини i розташованої над нею будiвлi пiд час вибухiв у закарстованому
масивi гiрських порiд у кар’єрах можуть бути застосованi в методичних пiдходах
при пiдготовцi персоналу до освоєння iнновацiйних сейсмобезпечних технологiй, а
також при розробцi нових i доповненнi iснуючих Державних стандартiв України.
ЛIТЕРАТУРА
[1] Самедов А. М., Шелиховская Ю. П., Исмаилов Т. Усиление конструкции под-
земных сооружений на участках с ожидаемыми карстовыми провалами // Вiс-
ник НТУУ “Київський полiтехнiчний iнститут”, серiя Гiрництво. — 2008. — Т. 17. —
С. 74–81.
[2] Толмачев В. В., Троицкий Г. М. Определение расчетного размера карстовых про-
валов при проектировании фундаментов на закарстованных территориях // Осно-
вания фундаментов и механика грунтов. — 1983. — № 2. — С. 22–24.
[3] Печеркин И. А. Вопросы изучения карста в инженерных целях // Инженерная
геология. — 1981. — № 5. — С. 77–80.
[4] Бойко В. В., Воротеляк В. Є., Воротеляк Г. А., та iн А. О. К. Нацiональний стандарт
України. Проведення промислових вибухiв. Норми сейсмiчної безпеки. — 2009.
[5] Геофiзичнi дослiдження карстонебезпечної дiлянки площею 500 300 м в с. Пiски Пу-
стомитiвського району Львiвської областi. — Київ : Iнститут прикладних проблем
екологiї, геофiзики i геохiмiї, 2008. — 56 с.
[6] Физика взрыва / Под ред. Л. П. Орленко. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2002. — 832 с.
[7] Динамические процессы в геосферах. Сборник научных трудов Института динами-
ки геосфер РАН. — Москва : ГЕОС, 2013. — Т. 4. — 268 с.
[8] Спосiб вибухового руйнування складноструктурних масивiв гiрських порiд : Па-
тент 93235 Україна / В. В. Бойко, С. Ю. Богуцький, Д. В. Хлевнюк, Н. I. Жукова
; Iнститут гiдромеханiки НАН України ; — 25.09.2014.
[9] Бойко В. В., Воротеляк В. Є., Воротеляк Г. А., Кузьменко А. О. Нацiональний стан-
дарт України. Вибухи промисловi. Методи визначення фактичної сейсмостiйкостi
будiвель i споруд. — 2010.
[10] Бойко В. В. Проблеми сейсмiчної безпеки вибухової справи у кар’єрах України. —
Київ : ТОВ “Видавництво Сталь”, 2012. — 234 с.
280
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
REFERENCES
[1] A. M. Samedov, Y. P. Shelikhovskaya, and T. Ismailov, “Strengthening the construction
of underground structures in areas with expected karst failures,” Vı̀snik Nac̀ıonal’nogo
tehǹıčnogo uǹıversitetu Ukräıni “Kïıvs’kij pol̀ıtehǹıčnij ı̀nstitut”. Ser̀ıâ Gı̀rnictvo, vol. 17,
pp. 74–81, 2008.
[2] V. V. Tolmachev and G. M. Troitsky, “Determination of the estimated size of karst
dips in the design of foundations in karst areas,” Osnovaniya Fundamentov i Mehanika
Gruntov, no. 2, pp. 22–24, 1983.
[3] I. A. Pecherkin, “Problems of studying karst for engineering purposes,” Inženernaâ
geologiâ, no. 5, pp. 77–80, 1981.
[4] V. V. Boyko, V. Y. Vorotelyak, G. A. Vorotelyak, and A. A. Kuzmenko, “National
Standard of Ukraine. Carrying out of industrial explosions. Seismic Safety Standards,”
2009.
[5] “Geophysical investigations of karst-dangerous zone, 500x300 m in area, in Pisky vi-
llage of Pustomyty district of Lviv region,” tech. rep., Institute of Applied Problems of
Ecology, Geophysics and Geochemistry, Kyiv, 2008.
[6] L. P. Orlenko, ed., Physics of explosion. Moscow: Fizmatlit, 2002.
[7] Dynamic processes in geospheres. Proceedings of the Institute of Geosphere Dynamics
of RAS, vol. 4. Moscow: GEOS, 2013.
[8] V. V. Boyko, S. Y. Bogutskii, D. V. Hlevnyuk, and N. I. Zhukova, “A method of explosive
destruction of rocks with complex structure,” 2014. Patent of Ukraine no. 93235.
[9] V. V. Boyko, V. Y. Vorotelyak, G. A. Vorotelyak, and A. A. Kuzmenko, “The National
Standard of Ukraine. Industrial explosions. Methods of determining the actual seismic
strength of buildings and structures,” 2010.
[10] V. V. Boyko, Problems of seismic security of explosive activity in Ukrainian quarries.
Kyiv: LLC “Stal’ Publishing”, 2012.
В. В. Бойко, А. А. Кузьменко, Т. В. Хлевнюк,
О. Н. Чала, Н. И. Жукова
Исследование эффективных и сейсмобезопасных параметров
взрывных работ на карьерах в условиях закарстованых
породных массивов
Проанализированы известные теоретические и экспериментальные исследования,
касающиеся методов расчета параметров взрывных работ с учетом свойств разру-
шающихся пород (в частности, пород сложной структуры). Рассмотрены разрабо-
танные конструкции зарядов и способы их инициирования, а также варианты раз-
личных схем короткозамедленного взрывания, способных обеспечить качественное
281
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
измельчение массивов пород в очаге взрыва с одновременным соблюдением допу-
стимого уровня сейсмобезопасности в зоне зданий (в том числе, расположенных
над карстовыми полостями в зоне влияния карьера). Обоснованы сейсмобезопас-
ные параметры массовых взрывов на гипсовых карьерах. Исследованы особенности
распространения различных типов волн в закарстованном массиве горных пород
от очага взрыва к месту взаимодействия их с наземными объектами и карстовыми
полостями под ними. Получены эмпирические коэффициенты и усовершенствова-
на формула расчета сейсмобезопасной массы зарядов взрывчатого вещества при
короткозамедленных взрывах скважинных зарядов с неэлектрической системой
инициирования. Предложенное соотношение отличается от известных учетом ста-
тической и динамической составляющих нагрузки, вызванной поперечной волной.
Кроме того, принимается во внимание наличие карстовых полостей, расположен-
ных в активной зоне дома до (или ниже) линии нижней границы статического дав-
ления. Проанализирована специфика управляемого детонирования скважинных
зарядов, разделенных карстовой полостью, с целью смыкания последней. Даль-
нейшее развитие получили представления о распространении в закарстованном
массиве пород сейсмических колебаний от массовых взрывов в карьерах, а также
об их взаимодействии с поверхностными зданиями и карстовыми полостями под
ними, расположенными выше нижней границы статического давления.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: статическая и сейсмическая устойчивость, карьер, допу-
стимые массы зарядов, взрывчатое вещество, сейсмоизмерительные работы, мас-
совые взрывы, закарстованный грунтовый массив, карстовые полости, скорость
колебаний, сейсмобезопасность
V. V. Boiko, A. A. Kuzmenko, O. M. Chala,
T. V. Hlevnyuk, N. I. Zhukova
Studying the effective and seismic safe parameters of imploding works
in quarries under the conditions of karsted rock mass
The known theoretical and experimental studies on methods for calculating the pa-
rameters of imploding works with the allowance for properties of collapsing rocks (in
particular, rocks of complex structure) are analyzed. The developed designs of charges
and methods for their initiation are considered, as well as the variants of various short-
delay blasting schemes capable for ensuring high-quality grinding of rock mass in the
explosion center with simultaneous maintaining of acceptable level of seismic safety in
the area of buildings (including those located over the karst cavities in quarry influence
zone). The seismic safety parameters of mass explosions in gypsum quarries are sub-
stantiated. The peculiarities of various types of waves propagation in the karsted rock
mass from the explosion source to the place of their interaction with ground objects
and karst cavities under them are investigated. The empirical coefficients are obtained
along with the improving of the formula for calculating the seismically safe mass of
explosive charges for short-delayed explosions of borehole charges with a non-electric
initiation system. The proposed relation differs from the known ones by the fact that
it considers the static and dynamic components of the load caused by the transverse
wave. Moreover, the presence of karst cavities located in the active area of the house
up to (or below) the line of the lower limit of static pressure is taken into account. The
specificity of controlled detonation of borehole charges separated by a karst cavity with
the aim of closing the latter is analyzed. The concepts of seismic vibrations from mass
282
ISSN 2616-6135. ГIДРОДИНАМIКА I АКУСТИКА. 2018. Том 1(91), № 2. С. 268268–283283.
explosions in quarries, as well as their interaction with the buildings on the surface and
karst cavities beneath them located above the lower limit of static pressure, are further
developed.
KEY WORDS: static and seismic stability, quarry, admissible masses of charges, ex-
plosive material, seismic measurements, mass explosions, cartilage soil massif, karst
cavity, vibration velocity, seismic safety
283
ВСТУП
ВИКЛАДЕННЯ МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Статична задача
Динамічна задача
ПРАКТИЧНІ РЕЗУЛЬТАТИ
ВИСНОВКИ
|