Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль

Выполнено теоретическое изучение различных физических процессов, протекающих в горных породах при распространении в них ударных волн.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Курінний, В. П., Гаркуша, І. П.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Schriftenreihe:	Геотехническая механика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53652
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль / В. П. Курінний, І. П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 151-156. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-53652
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-536522014-01-26T03:11:27Z Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль Курінний, В. П. Гаркуша, І. П. Выполнено теоретическое изучение различных физических процессов, протекающих в горных породах при распространении в них ударных волн. The theoretical study of different physical processes flowing in rocks at distribution in them of impact waves is executed. 2012 Article Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль / В. П. Курінний, І. П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 151-156. — укр. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53652 622.236.4.001.1 uk Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Выполнено теоретическое изучение различных физических процессов, протекающих в горных породах при распространении в них ударных волн.
format	Article
author	Курінний, В. П. Гаркуша, І. П.
spellingShingle	Курінний, В. П. Гаркуша, І. П. Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль Геотехническая механика
author_facet	Курінний, В. П. Гаркуша, І. П.
author_sort	Курінний, В. П.
title	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
title_short	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
title_full	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
title_fullStr	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
title_full_unstemmed	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
title_sort	теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53652
citation_txt	Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль / В. П. Курінний, І. П. Гаркуша // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 151-156. — укр.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT kurínnijvp teoretičnídoslídžennâfízičnihprocessívvgírsʹkihporodahŝoprotíkaûtʹprirozpovsûdžennívnihudarnihhvilʹ AT garkušaíp teoretičnídoslídžennâfízičnihprocessívvgírsʹkihporodahŝoprotíkaûtʹprirozpovsûdžennívnihudarnihhvilʹ
first_indexed	2025-07-05T05:01:34Z
last_indexed	2025-07-05T05:01:34Z
_version_	1836781870636859392
fulltext	151 ся от технологического воздействия при традиционных способах добычи угля, а скорости нагружения пласта (10-100 МПа/с) достаточны критическим скоро- стям. Максимальные значения динамических пригрузок и скоростей их измене- ния наблюдаются в точках пласта, находящихся в зоне максимума опорного давления. С увеличением длительности импульса с 0,005 до 0,15 с увеличивает- ся величина разгрузки пласта с 0,89 до 3,2 МПа, но уменьшается скорость раз- грузки с 210,83 до 21,8 МПа/с, что говорит о необходимости уточнения пара- метра «длительность импульса воздействия» с целью оптимизации величин разгрузок пласта и их скоростей. Из рассмотренного вытекает, что виброимпульсное воздействие на пласт через вмещающие породы позволяет управлять напряженным состоянием пла- ста и, в особенности, в зоне максимума опорного давления. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Софийский К.К. Нетрадиционные способа предотвращения выбросов и добычи угля / К.К. Софийский, А.П. Калфакчиян, Е.А. Воробьев. – М.: Недра, 1994. – 192 с. УДК 622.236.4.001.1 Д-р техн.. наук В. П. Курінний, канд. физ.-мат.наук І. П. Гаркуша (ДВНЗ «Національний гірничій інститут») ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ В ГІРСЬКИХ ПОРОДАХ, ЩО ПРОТІКАЮТЬ ПРИ РОЗПОВСЮДЖЕННІ В НИХ УДАРНИХ ХВИЛЬ Выполнено теоретическое изучение различных физических процессов, протекающих в горных породах при распространении в них ударных волн. THEORETICAL RESEARCH OF PHYSICAL PROCESSES IN ROCKS FLOWING AT DISTRIBUTION IN THEM OF IMPACT WAVES The theoretical study of different physical processes flowing in rocks at distribution in them of impact waves is executed. Широко відомо, що велика частина корисних копалин видобувається з вико- ристанням вибухових робіт. Зростання об'ємів вживання хімічних вибухових ре- човин (ВР) в гірничодобувній промисловості і будівництві особливо гостро ста- вить проблему підвищення ефективності їх використання на руйнування гірських порід, на що в Україні витрачається біля 20% виробленої енергії. Тільки чисель- ність кар'єрів, що добувають будматеріали, становить 258. Щорічно руйнується і подрібнюється понад 100 млн. т руди. При цьому коефіцієнт використання енергії вибуху не перевищує 5-6%. Відбувається екологічне забруднення на- вколишнього середовища. При масових вибухах присутній достатньо великий відсоток негабаритних фракцій, а висока міцність шматків гірської маси при- зводить при повторному дробленні до великої витрати електроенергії і зносу дробарок. При дробленні граніту сортність щебеню недостатньо висока, а при 152 здобичі дорогоцінної мінеральної сировини спостерігається великий відсоток браку. Підвищення інтенсивності дроблення гірських порід енергією вибуху пов'язано із збільшенням питомої витрати ВР, що, як правило, веде до зростан- ня витрат енергії вибухової речовини на отримання одиниці готової продукції. В свою чергу, підвищення енергонасиченості масиву на кар'єрах нерудних бу- дівельних матеріалів призводить до небажаного збільшення виходу переподрі- бненої гірської маси, знеміцненню і розльоту шматків породи і посиленню сей- смічного ефекту. Тому необхідне створення різноманітних методів і способів ви- бухової дії на масив, які дозволяють без збільшення енерговитрат досягати необ- хідного ступеня дроблення порід вибухом. На цьому ґрунтується розробка нових методів і способів вибухового дроблення для підготовки гірської маси, яка від- повідає певним технологічним вимогам для різних підприємств. До методів ви- конання вибухових робіт при підготовці гірської маси ставляться жорсткі вимо- ги, задоволення яких можливе лише на основі теорії дії вибуху і наукових екс- периментів, які дозволять підвищити ефективність вибухових робіт шляхом розробки інженерних методів управління енергією вибуху і підвищення його корисної роботи, в тому числі і при проведенні підземних виробок гірничодо- бувних підприємств. Таким чином, цілеспрямоване керування енергією вибуху, підвищення к.к.д. вибуху, ефективності руйнування і дроблення гірських порід на основі розроб- ки наукових основ керування руйнуванням і знеміцненням гірських порід вибу- хом шляхом встановлення закономірностей протікання фізичних і газодинаміч- них процесів в зарядній порожнині свердловинного заряду при вибусі вибухо- вих речовин і в масиві гірських порід навколо цієї порожнини, а також розкрит- тя механізму вибухового руйнування гірських порід залишається актуальною на- уково-технічною проблемою. В результаті теоретичних досліджень розповсюдження ударних хвиль в по- роді отримано співвідношення, які дозволяють в першому наближенні оцінити практично всі параметри, що характеризують процес розповсюдження ударної хвилі в породі, а саме: швидкість ударної хвилі D 1 1 00 0 0 21 + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ρ⋅α ⋅π +⋅⋅ ρ⋅α = α = ⋅α ⋅ = n ннпп r tp r rpu r ruD , (1) де rn, un – відповідно радіус порожнини вибуху і швидкість породи біля її стінок у момент часу t; α − коефіцієнт шпаруватості породи; r – відстань до осі сверд- ловини; u – масова швидкість породи на відстані r від осі свердловини; pн – по- чатковий тиск продуктів вибуху в свердловині; ρ0 – густина породи; r0 – радіус свердловини; n – показник адіабати продуктів вибуху; t – час; масову швидкість породи u за фронтом ударної хвилі 0ρ α= pu ; (2) кінетичну енергію одиниці маси породи за фронтом ударної хвилі ε 153 02ρ α =ε p . (3) Залежність відносного радіусу фронту ударної хвилі від часу наведено на рис. 1. а) б) а) r0 = 0,125; б) r0 = 0,05 Рис. 1 – Залежність відносного радіусу фронту ударної хвилі від часу для свердловин радіусів r0 На підставі досліджень фізичних процесів, що протікають в гірських поро- дах, які містять повітря в шпаровому просторі, при розповсюдженні ударних хвиль (УХ) встановлено, що в процесі генерації УХ половина роботи продуктів детонації (ПД) йде на утворення УХ, а решта – на нагрівання і роздавлювання порід. Тобто, параметри ударної хвилі не залежать від поглинаючих властивос- 154 тей породи. Проведена оцінка тиску pnp, необхідного для збудження УХ в шпаристій по- роді α⋅ρ= /2 0 рпр Cp , (4) де Cp – швидкість хвилі напружень в породі. Визначено залежність швидкості стінок порожнини (швидкість породи біля стінки порожнини) un від часу ( ) 1 000 2 1 2 1 1 + − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ρ⋅α ⋅π +⋅ ρ⋅α ⋅π ⋅ + = n n нн п r tpp n tu . (5) Одержано залежність радіусу порожнини вибуху rn циліндричного заряду в породі, що містить повітря в шпаровому просторі, від часу 1 1 00 0 1 1 0 0 11 )1( ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +⋅ ρ α =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + = n нnп n r tp rt r nu rr . (6) Встановлено, що при розповсюдженні УХ в породі хвиля зазнає протитиск, який приблизно дорівнює динамічній межі міцності породи при нерівнокомпонентному тривісному стисненні. Розглянуто процес формування УХ в породі, ударну адіабату якої задано у формі Тета. Цей процес розглядається як послідовність елементарних хвиль на- пружень, таких, що кожна наступна хвиля рухається із швидкістю, більшою, ніж попередня. Умовою формування УХ було утворення ступеневого профілю хвилі. В ре- зультаті одержана формула, яка дозволяє визначити тиск ps, необхідний для збудження ударної хвилі ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Δ− +−Δ== + − m m ss A tnktknktp 2 1 )1(11 , (7) де k – швидкість зростання тиску на породу; ts – час формування УХ; n – номер елементарної хвилі напружень; Δt – проміжок часу між збудженням двох послі- довних хвиль напружень; m, А – коефіцієнти в рівнянні ударної стисливості. При проведенні чисельних розрахунків виявилося, що k(n-1)Δt/A на декілька порядків менше одиниці, тобто двочлен в знаменнику можна розкласти в ряд, узявши два перших члена. n >> 1, тому тиск, необхідний для утворення ударної хвилі в речовині, можна записати у вигляді: 1 2 1 2 2 0 + ρ = + = m С m mAp p s . (8) 155 За формулою (7) чисельно визначався тиск ps для різних порід при швидко- стях навантаження k = 1014 ÷1017 Па/с і Δt = 10-9÷10-17 c. При тиску p > ps генерується плоска пряма стаціонарна ударна хвиля. Коли тиск, що викликає хвилю, зменшується, тиск у фронті УХ стає меншим ps. Дій- сно, заряди, що вибухають в лабораторії, мають невеликі розміри. Тиск продук- тів вибуху зростає протягом часу τ ~ 0,1 мкс, а потім починає зменшуватися за рахунок хвиль розрідження і розвантаження. Ударна хвиля швидко згасає. При зниженні тиску в порожнині вибуху ударна хвиля якийсь час продовжує розпо- всюджуватися за рахунок кінетичної енергії речовини за її фронтом. Коли тиск у фронті УХ досягає динамічної межі міцності речовини, вона вироджується в хвилю напружень. Оскільки параметри ударної хвилі визначаються не в точці, а на проміжку, то середній тиск, одержаний експериментально, завжди менше ps.. Відомі експериментальні дані, що ударна хвиля в граніті утворюється при тиску р > 33 ГПа, а теоретичне значення ps = 37,6 ГПа. Похибка в цьому випад- ку складає 12 %. Проведено аналіз процесів, що протікають при модельних і промислових вибухах свердловинних зарядів, який дозволяє зробити висновок, що через від- сутність їх фізичної подібності на моделях можна отримати тільки якісні ре- зультати, а кількісний перерахунок експериментальних результатів, одержаних на моделях, на результати, які можуть мати місце в промислових умовах, не завжди правомірний (табл. 1). Таблиця 1 – Порівняльний аналіз процесів, що протікають при вибусі свердловинного та йо- го моделюючого зарядів Свердловинний заряд Заряд моделі 1. Ударна хвиля виникає не завжди і слабка 1. Завжди виникає ударна хвиля 2. Швидкість детонації ВР, як правило, менше швидкості хвилі напружень. Вектор напру- жень в породі виконує біля свердловини по- ворот на кут π 2. Швидкість детонації завжди більше швид- кості хвилі напружень. На початковій стадії вибуху хвильові процеси більш інтенсивні, ніж в свердловині, а потім менш інтенсивні 3. Поле напружень має осьову симетрію 3. Поле напружень, в основному, має сферич- ну симетрію 4. Відношення маси ВР до маси забійки ≈ 3:1 4. Відношення маси ВР до маси забійки ≈ 1:6 5. Відношення розмірів зони дроблення до швидкості хвиль напружень ∼ 10-3 с 5. Відношення розмірів моделі до швидкості хвиль напружень ∼ 10-5 с. Велика роль відбитих від вільних поверхонь хвиль напружень 6. Ударна хвиля в забійці згасає 6. Забійка, в основному, вилітає під дією уда- рної хвилі 7. Максимальний модуль градієнта напру- жень в породі ∼ 109 Па/м 7. Максимальний модуль градієнта напру- жень в матеріалі моделі ∼ 1013 Па/м 8. Порода тріщинувата, часто містить повітря або воду 8. Ефект вибуху залежить від товщини обо- лонки, матеріалу і повітряного проміжку між оболонкою і шпуром Таким чином, при теоретичному розгляді поширення циліндричних ударних хвиль в ґрунті одержано співвідношення, які дозволяють, в першому набли- женні, оцінити практично всі величини, що характеризують процес розповсю- 156 дження циліндричної ударної хвилі в ґрунті, а саме: швидкість ударної хвилі, масову швидкість породи за фронтом ударної хвилі, енергію ударної хвилі та інше. Нами також встановлено, що при розширенні порожнини вибуху в проце- сі генерації ударної хвилі лише половина роботи продуктів вибуху розходуєть- ся на утворенні ударної хвилі. При подрібнюванні гірських порід основна час- тина енергії ударної хвилі іде на вторинне подрібнення порід. Мінімальний розмір частинок роздрібненої породи значно менше ширини фронту ударної хвилі. Необхідною умовою виникнення ударної хвилі у породі є створення для кожної з них тиску відповідної величини (для води – Ру = 535 МПа; граніту – Ру = 37,6 МПа; вапняку – Ру = 32,8 Гпа; мармуру – Ру = 31,8 Гпа; сухого піску – Ру = 50,4 – 169 МПа (при пористості 5 – 20%); глини – Ру = 272 – 358 МПа (при пористості 4 – 20%). Для гетерогенних середовищ існує декілька порогових тисків, що виклика- ють виникнення ударних хвиль. Наприклад, для ґрунтів: перше значення тиску- при стискуванні повітря; друге значення – при стискуванні води; третє – при стискуванні мінеральних зерен. При кожному зламі ударної адіабати речовини- змінюється порогові значення тиску. УДК 622.831 (043.3) Д-р техн.наук Д.В. Яковлев, ст. научн. сотр. Е. В. Гончаров, канд. техн. наук А. Т. Карманский (ВНИМИ) НОВЫЕ СПОСОБЫ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЕ ПЛАСТЫ И ИХ СПУТНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗООТДАЧИ У діапазоні теоретично обгрунтованих параметрів частот коливань термосейсмоакустіче- ского впливу на газовміщуючі пласти порід наведено результати його лабораторних і натур- них випробувань на шахтах Воркутинського родовища. Встановлено ефективність і безпеку процесу дегазації викидонебезпечних вугільних пластів з використанням такого джерела віб- раційного випромінювання. NEW WAYS TO ACTIVELY AFFECT THE COAL SEAM AND THEIR SATELLITES FOR INCREASE GAS RECOVERY The results of laboratory and on-site tests at Vorkuta coal-field mines are adduced for ther- moseismoacoustic influence on gas-containing layers of rocks in a range of its theoretically well- founded fluctuation frequencies parameters. It is ascertained that the degasification of ejection-risky coal layers using such a source of vibrating radiation is both efficient and safe. В течение нескольких последних десятилетий в связи с актуальностью про- блемы поиска путей повышения эффективности добычи метана из угольных пластов и нефтедобычи акустическое и вибрационное воздействия на флюидо- насыщенные пористые среды составляют предмет все более детального иссле- дования [4, 5, 6]. Современные теоретические и экспериментальные разработки отечественных и зарубежных авторов, в которых анализируются подземные

Теоретичні дослідження фізичних процессів в гірських породах, що протікають при розповсюдженні в них ударних хвиль

Institution

Ähnliche Einträge