Оценка масштабного эффекта при взрывах на выброс тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

од

национальная академия наук

кыргызской республики 2 4

институт физики и механики горных ПОР1Д

УДК 622.235 На правах рукописи

эмильбеков байкалбек эмильбекович

ОЦЕНКА МАСШТАБНОГО ЭФФЕКТА ПРИ ВЗРЫВАХ НА ВЫБРОС

Специальность 01.02.07 - «Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

БИШКЕК 2000

Работа выполнена в Институте физики и механики горных пород Национальной Академии Наук Кыргызской Республики

Научные руководители: академик, доктор технических наук

Айтматов Ильгиз Торокулович

профессор, доктор технических наук | Баранов Евгений Герасимович \

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Манжиков Батыр Цебекович

кандидат технических наук Савинков Василий Дмитриевич

Ведущая организация: Кыргызский горно-металлургический

и нститут.

Защита диссертации состоится 7 июля 2000г. в 13 часов на.

Д 05.00.105 пр№ Институте физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики по адрг.-у: 720815, г.Бишкек, ул.Медерова, 98,- факс: (+996-312) 54-11-17:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики.

Автореферат разослан «2?» мая 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^

канд.техн.наук, с.н.с. НИКОЛЬСКАЯ О.В.

ОБЩАЯ ЛРШШЛШ FAIOIbL

Актуальность работа. Центральным вопросом теории и практики взрыва на выброс является расчет величины заряда, обеспечиващего получение воронки заданных размеров. Необходимость осуществления крупных проектов значительно повысило требования к точности прогноза механического действия крупных зарядов ББ и выявило несостоятельность суцествущих методов расчета, разработанных применительно к взрывам относительно малого масптаба. Размеры полученных сооружений' оказались заметно меньше проектных.

Обнаруженный масштабный эффект связан с необходимость» учета собственного веса выбрасываемого грунта и затрат энергии на его перемещение в поле силы тяжести. Включение в число определяющих параметров ускорения силы тяжвстг и, соответственно, отказ от геометрического подобия сильно усложняет построение эмпирических расчетных формул. На этом этапе особое значение приобретают лабораторные исследования, так как изучение отдельных сторон весьма сложного процесса взрыва на выброс и разработка обоснованных физических представлений позволяет полнее использовать ' имещийся разрозненный фактический материал по крупным взрывам для экстраполяции расчетных зависимостей.

Б связи с этим, модельное исследование влияния поля силы тяжести на процесс образования и параметры воронки при взрыве на выброс, экспериментально устанавливающее вид и выявляющее особенности такой экстраполяции, является в'ажной и актуальной научной задачей. Имеющийся в ййЯП HAH KP линейно-механический ускоритель МУ-12 конструкции член-корр. РАК А.А.Ильшина, позволяющий получать постоянно действувдее на модель ускорение в диапазоне от 5g до 100g в течение. времени, достаточно« для изучения процесса выброса при взрыве кикрозарядов БВ, представляет собой почти идеальный инструмент для проведения такого исследования.

Цель работа состоит в развитии физически обоснованного подхода к прогнозированию масштабного эффекта крупных взрывов учетом экспериментально выявленных особенностей влияния силы тяжести на процесс выброса.

Идея работы заключается в использовании Ш для определения количественных и качественных закономерностей Ьлвдния перегрузок на развитие н результаты взрыва на выброс яда учете nja прогнозе параметров крутшсгласзтаСннх взрывов.

Задачи проводам, исследований включают : -развитие методики центробежного моделирования взрыва на выброс на ЖУ для решения модельных задач;

-установление закономерностей влияния перегрузок на параметры воронок одиночных, сосредоточенных зарядов;

-определение особенностей влияния перегрузок на параметры протяженных выемок при взрыве на выброс;

-выявление механизма влияния перегрузок на процесс образования воронки;

-разработку уточненной модели взрыва на выброс с учетом особенностей влияния силы тяжести;

-усовершенствование методики инженерного расчета взрыва на

ьыброс.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели применен комплекс современных методов исследования, включающий анализ и обобщение литературных данных по механическому действию подзем--ного взрыва, лабораторное изучение процесса выброса с использованием ЛМУ, статистический анализ и обобщение результатов исследований.

Основные научные положения, 'выдвигаемые на защиту :

1. Экспериментально полученные закономерности влияния пере-, грузок на параметры воронок и протяженных выемок :

-изменения параметров при увеличении величины перегрузки N

^шсываютМГстшШНОй^ушщией^^-—где——зависит—от—условий_

проведения взрыва (ЛНС, свойств среды, БВ и формы заряда);

-вид функций показателя действия взрыва и оптимальные параметры залокения заряда определяются свойствами среды и БВ и слабо зависят от величины перегрузок.

2. Расчетная зависимость размеров воронок от параметров заложения заряда И масштаба взрыва, установленная на основе модельного изучения закономерностей взрыва на выброс а отражающая взаимосвязь величины функции показателя действия взрыва и сгопени влияния перегрузок.

3. Экспериментально выявленные особенности влияния перегрузок на процесс развития взрыва на выброс, обусловленные образованием истинной воронки выброса.

4-. Уточненная модель взрыва на выброс, отличакщаяся от известных учетом выявленной стадии формирования истинной воронки.

Достоверность научных положений, ■ выводов и рекомендаций обоснована комплексностью проведенных экспериментально-аналитических исследований, большим объемом экспериментальных данных с хорошей воспроизводимостью и сходимостью с натурными данными. Научная ноБизна работы заключается в следующем : -впервые исследовано влияние перегрузок на характеристики протяженных выемок при взрывах на выброс;

-установлена двухфакторная зависимость конечных размеров воронок от параметров заложения заряда и величины перегрузки;.

-получено уточненное описание механизма влияния . поля силы тяжести на процесс развития взрыва на выброс и впервые выявлена промежуточная стадия формирования воронки;

-разработана модель взрыва на выброс, учитывающая выявленную стадию формирования истинной воронки'.

Личный вклад автора состоит в развитии и усовершенствовании методики физического моделирования на .ШУ, определении зависимостей размеров воронок от величины перегрузки, установлении механизма влияния"перегрузок на процесс выброса, обоснованном усовершенствовании схематизации взрыва на выброс, разработке методики прогноза параметров воронок с ростом масштаба взрыва.

Практическая ценность. Установленная уточненная схематизация взрыва на выброс мокет служить методологической основой для осуществления прогноза параметров воронок при численных расчетах, обработке экспериментальных данных и моделировании.' Предложенные рекомендации к инженерной методике расчета взрыва на выброс позволяют на стадии проектирования более обоснованно, подходить к оценке масштабного эффекта. ■

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на Ученом совете И1Ш1 HAH KP в 19301995 гг.; научно-техническом совещании "Использование анергии взрыва в народном хозяйстве", Батуми, 1981 г.; I Всесоюзном семинаре "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья", Фрунзе, 1967 г.; IX Всесоюзной конференции по механике горных пород, Бишкек, 1989 г.; Международной конференции "Горная наука в условиях рыночной экономики", Бишкек, 1995 г.; Международной научной конференции "Технологии и перспективы современного инженерного образования, науки и производства", йшкек, 1999 г. Публикации. По теме диссертации опубликованы десять печатных

работ.

Структура и объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 24? стр. машинописного текста, содержит 33 рис., 12 таблиц, список литературы из 201 наименования.

¿втор выракает глубокую признательность научным руководителям, академику МЛ.Айтматову и профессору Е.Г.Варанову за внимание и советы при работе над диссертацией,. к.т.н. С.Б.Барсанаебу за помощь и поддержку при проведении експериментов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РА60ТЫ.

Во бведении показаны актуальность и практическое значение оценки масштабного аффекта при взрывах на выброс'.-

Дерйая глава диссертации посвящена обзору современных представлений. о механическом действии и масштабном эффекте крупных взрывов. Описан механизм взрыва на выброс, приведен анализ существующих подходов к оценке масштабного эффекта, рассмотрены основные результата изучения влияния силы тяжести на процесс выброса при лабораторных исследованиях и численных-расчетах.

Элементы взрывных процессов в грунтах и скальных породах с успехом изучались в теоретических и экспериментальных работах М.А.Лаврентьева, и.А.Садовского, Я.Б.Зельдовича, Л.И.Седова, Н.В.Уельникова, Е.М.Шемякина, В.В.Адушкина, Л.В.Адьтшулера, Е.Г. Баранова, В. ¿..Боровикова, и.С.Вахрамеева, А.А.Вовка, С.С.Григоряна, А.Ю.йшшского, Н.Б.Звсишнского, А.-С.Компааейца, ■ П.Ф.Коротко-ва, ВЛ1;Карлвова, Э.А.Кошелева, В.М.Кузнецова, Е.Е.Ловецкого, И.А.Лучко, Г.Ы.Ляхова, А.Б.Иихалюка, В.Н.Мосинца, В.Н.Николаевс-кого, Г.И.Покровского, Х.А.Рахыатулина, Б.Н.Родионова, А.К.Рома-Еова, К.П.Станюковича, Г. И. Черного* Е.Н.Шера и многих других.

Согласно современной схематизации взрыва на выброс, влияние силы тякести существенно на стадии газового ускорения и лишь в том случае, если величина литостатического давления грунта над зарядом сравнила с давлением газообразных продуктов детонации в расширяющейся полости, что приводит к уменьшению энергии, переданной ВВ среда. Влияййе баллистического 1 разлета разрушенного грунта на размеры воронок мало, поскольку весь грунт, приведенный в дшшевве, выбрасывается за пределы воронки.

Дбя учета собственного веса грунта в общепринятую расчетную формулу обычно вводя? поправку на масштаб взрыва В, что придает

6

ей необходимую универсальность. Большинство исследователей (А.Ф. Беляев,. Г.И.Покровский, В.Н.Родишов, В.В.Адушкин и др.) экстраполяции осуществляют с учетом требований теория подобия и расчетную формулу записывают в виде

Я = Ш3/(п)(а + Ш. (1)

При малых масштабах (а^ЬЯ) она соответствует зависимости, отражающей принцип геометрического подобия (0 ~ (У3), при крупных взрывах (сг^) (3 ~ Я"4 (существенна только сила тякеста).

Статистический анализ результатов .экспериментальных взрывов, проведенных в США, приводит к зависимости <2 ~ ¡У3'4. Экспериментальные взрывы на сброс в гранитах описываются показателем степени 4,0, а взрывы а глинах - 3,3. Лаборатор1ша опыты на установках (Ш, центрифуга, самолет на вираже), позволять варьировать величину перегрузил 17 = '¿/я; , где ¿г - ускорение, создаваемое установкой, - ускорение свободного падения, 9,8 м/с2, показали, что лшейные размеры воронок. Ь существенно' уменьшаются с ростом перегрузок ,(0,08<гк0,18), или, после преобразований, ¿НУ1", \3,2<т3,6). Зависимости подобного вида могут быть подучены из анализа размерностей при конструировании одного определяющего безразмерного критерия подобия из нескольких, путем их перемножения и извлечения корней (Н.С.Бахе, Р.В.Т^зипе и др.).

А.Л.СЬаЬа!, А.Н.Ромашов при описании взрывов на выброс отказались от принципа геометрического подобия, полагая, что в процессе выброса основная роль принадлежит полю силы тяжести. Зависимость <2 ~ ¡Т4 с ростом масштаба взрыва перестает выполняться из-за того, что-проявляй: себя "нарушители подобия" (показатель простреливаемости, атмосферное давление, вязкость и др.), действие которых сводится к увеличений размеров воровок, что объясняет опытные зависимости СНГ.

Существование различных точек зрения на роль соты тяквста в процессе взрыва на выброс свидетельствует не только о сложности протекашщх процессов, часть из которых подчиняется принципу геометрического подобия, а в других важную роль играет собственный вес, но и об отсутствии единства в качественном описании взрыва на выброс. Отсюда, в частности, следует, что некоторые стороны явления отсутствует в общепринятой схематизация, которая не объясняет имеющиеся современные факты.

В заюшчениа главы определены цель я задачи исследований.

Во второй главе изложены физические основы подобия взрывных процессов, конструктивные особенности линейно-механического ускорителя и методика исследований. ЖУ, реализуя принцип падащего ящика, выгодно обличается от центрифуг тем, что отсутствуют ускорения Кариолиса и, вследствие этого, имеется возможность изучения взрывов на выброс.

Зависимости., справедливые для широкого класса подобных явлений одной физической природа, устанавливаются при постановке экспериментов и обработке результатов в безразмерном критериальном виде, причем оптимальным .является изучение двухфакторной зависимости. Показано, что возможность получения различных перегрузок на Ш позволяет проводить модельные исследования, направленные на выявление общих закономерностей и особенностей влияния силы тяжести на процесс развития взрыва на выброс. При этом, вследствие многообразия природных сред, в модели может быть допущена большая степень.абстракции и отображены лишь саше характер--ные параметры и стороны процесса. Наиболее общей формой постановки модельной задачи является исследование двухфакторной зависимости размеров воронок от основных параметров заложения заряда и величины шрегрузки ■ •

1/<21/э = /(ОЛЯ3, Я). '(2)

Щи атом первый критерий подобия отражает требование теорш подобия необходимости наличия геометрического подобия между сравниваемыми взрывам»!, а второй - влияние масштабного эффекта.

Основное правило моделирования процессов, в которых существенна роль силы тяжести, состоит в том, что на геометрически Подобную модель из. материала натур! воздействует- перегрузка, величина которой численно равна масштабу моделирования." Хорошев соответствие, полученное при моделировании натурных взрывов как на ЖУ, так ж на центрифугах (Е.Б.СаГГпеу, Е.М.5с1шШ: С.Н.Зег-гапо), не"оставляет сомнений в тем, что результаты любого взрыва, проведенного под перегрузкой, могут быть перенесены на натурный взрыв, проводимый в той же среде и с-использованием того же ВБ, у которого вес заряда и глубина его заложения соответственно равны

Согласно теории подобия, если взрыв проводится под перегрузкой, то эффект воздействия перегрузки (Я=£/£г0) неотличим от масштабного эффекта (1МГ/ТГ,). Поэтому физический смысл величины

а

перегрузки состоит в том, что в случае геометрического

подобия параметров заложения она может трактоваться как отношение масштабов 1!=Я/Ъ'о сравниваемых взрывов. Если на^неизменную модель воздействуй"! все возраста¥ядае перегрузки, та любые зафиксированные изменения в скоростях разлета, форме и размерах воронки, навала и т.д. будут иметь место и при увеличении масштаба взрыва, когда у сравниваемых взрывов пространственные параметры (форма зарядов, ШС я т.д.} геометрически подобны. Поэтому безразмерная величина перегрузки однозначно определяет влияние как поля силы тяжести, так и масштаба взрыва. . '

Второй критерий связан с переносимостью результатов взрывов на другие среды. Допустим, что существует автомодельность взрыва на выброс, в пользу которой свидетельствуют относительно близкие выражения для функций показателя действия взрыва, получаемые при взрывах на выброс в различных средах. Согласно теории подобия, к автомодельным относятся двучленные формулы, получаемые из одного определяющего критерия подобия. Автомодельной является расчетная формула М.М.Борескова и подобные ей. Тогда определяющими процесс взрыва параметрами являйся вес заряда, глубина его заложения и удельный расход ВВ, который интегрально содержит в себе учет свойств среды и БВ. Ш этих, определяющих параметров ■ может быть составлен только один критерий Q/W3.

Для выявлений качественной картины влияния перегрузок конструкция ускорителя была усовершенствована добавлением смотрового окна. Взрыв производился непосредственно на стальной наковальне цилиндрической формы диаметром 30 мм, жестко укрепленной на массивной упорной балке. Основание наковальни находится в одной плоскости с листовым оргстеклом. Бея конструкция закреплена в контейнере ЛЫУ, в передней-части которого вырезано окно размером 250-500 мм, через которое производится скоростная киносъемка.

Справедливость положения об эквивалентности взрыва у жесткой стенки и заряда удвоенного веса в свободном объеме подтверадена экспериментально (В.Н.Родионов, А.К.Ромашов, А.П.Сухотин и др.). Киносъемка взрыва в центральном поперечном сечении позволяет оценить размеры промежуточной воронки на всех стадиях развития взрыва. Сопоставление кинограмм взрывов, проведенных при различных перегрузках, приводит к ясной качественной картине механизма влияния перегрузок.

В третьей главе приведены результаты исследований влияния ' перегрузок на параметры воронок и протяженных выемок и уточненный механизм выброса, выявленный скоростной киносъемкой.

В качестве среды использованы сухой и увлажненный глицерином >.2,5% по Еесу) кварцевый песок, имеющий преимущественный размер 0,2 мм и плотность 1,55 г/см3.

Установлено, что воздействие перегрузок существенно уменьшает размеры воронок. В качестве типичного примера получаемых результатов, на рис.1 показаны зависимости объемов воронок от ЛЕС при различных перегрузках, полученные при взрывах сосредоточенных зарядов весом 0,6 г во влажном песке.

Рис.1. Зависимости объема воронки во влажном песке от заглубления заряда весом 0,6 г щш различных перегрузках.

Зависимости объемов от величины перегрузки при фиксированных параметрах заложения {<ущ1 = сопвХ) имеют' вид гладких кривых, которые описываются степенной функцией УеЯ)^^'*, где а зависит от ЛНС. Наименее подвержены влиянии силы тяжести взрывы с небольшими заглублениями (а=0,2), взрывы с оптимальной глубиной заложения (1гЧ<п<3) описываются показателем степени а=о,25, наиболее

10

сально уменьшаются размеры.воронок зарядов, заглубленных больше оптимального.

Уменьшение показателей выброса (безразмерного радиуса) с ростом перегрузок, в пределах разброса данных, для всех исследованных ЛНС может быть описано единой зависимостью

я = я г0'075. (3)

о л

Шесте с тем, при всех исследованных перегрузках функция показателя действия взрыва описывается по М.М.Борескову, а зависимость максимальной эпицентральной скорости выброса от приведенной глубины заложения заряда получена в виде

V = б^ЧЗ1'3/*)2,7. (4)

таах

Для количественной оценки влияния перегрузок надо так изменять параметры заложения заряда, чтоои получались Еоронки требуемых раздоров. Поскольку щд показателя действия взрыва не зависит от величины перегрузки, можно говорить, что, в связи с влиянием собственного веса грунта, при увеличении перегрузок (ила масштаба взрыва) увеличивается удельный расход ВВ. Поправка, найденная методом наименьших квадратов по отношениям средних удельных расходов й при различных перегрузках, В = = Я°>17.

Поправка В должна совместить друг с другом кривые на рис.1. Установлено, что независимость оптимальных параметров заложения заряда от величины перегрузки нарушает подобие и наилучшее согласование получается при Б=У0,а. Эта поправка позволяет ' получать воронку требуемых размеров при различных перегрузках. Степенной вид поправки показывает, что безразмерная величина перегрузка действительно играет роль относительного масштаба. Важны не абсолютные величины, а их отношения. Близкие изменения в размерах происходят при сопоставлении воронок, 'полученных при перегрузках 1:7 а 7:49.

На рис.2 приведены параметры воронок в сухом песке при взрывах сосредоточенных зарядов венсом 0,3 г. Установлено, что максимальные эпицентральные скорости выброса практически совпадают с полученными для влажного песка

у =8,8(а1/а/Ъ)3'6 (5)

как

Функция показателя действия взрыва найдена в виде /{ги^гг1** (ела-

бее функции Ы.М.Борескова) и независима от действуадей перегрузка. Воронки максимальных размеров с ростом перегрузок уменьшаются следунцим образом : У=Уо1Га>35, п=п0И'0,11> И=НоГа,г, т.е. воронки в сухом песке более чувствительны к величине перегрузки. Однако оценка поправки по удельному расходу ВВ дает В=№ •19, а оценка по объемам приводит к В-Е°-33, что практически совпадает с результатами Езрывов во влажном песке. Для наглядности приведенные параметры воронок показаны на рис.2 стрелками, а крестиками обозначены приведенные размеры оптимальных воронок.

Близкие результаты с аналогичными выводами получены для скважикных зарядов и для зарядов выброса, создащих протяженные выемки (однорядные, сближенные и цилиндрические горизонтальные).

Обнаружено, что линейные размеры выемок при увеличении, перегрузок становятся меньше растворов воронок одиночных зарядов.

Простым геометрическим наложением можно показать, что отношения объемов .) и при п>1 ширина выемки должна быть

больше раствора воронки, что обычно и наблюдается. Обнаруженный эффект обусловлен влиянием перегрузок и должен иметь место при крупных натурных взрывах.

Зависимость ширины протяженной выемки, от величины перегрузки найдена в виде л=]Г0,1а. Установлена поправка В=№'3. Несмотря на более сильное уменьшение размеров выемки, величина поправки не отличается от полученной при взрывах одиночных зарядов. Формально >то объясняется более слабой зависимостью /(п.) для ЦГЗ по сравнения с одиночным зарядом. Обобщение полученных результатов указывает, что существует взаимосвязь между величиной f(n) и степенью уменьшения воронок. Чем больше величина функции показателя выброса, тем слабее влияние перегрузок.

Далее изложен качественный механизм влияния перегрузок на процесс выброса. Методика обработки кинограмм- сводится к построению последовательных смещений реперов (контрастно окрашенных частиц, среда), контуров промежуточной воронка и тешей поверхности, купола. При графическом дифференцировании возникают большие ошибки, поэтому влияние силы тяжести выявлялось сопоставлением контуров в фиксированные моменты времени. Практически идентичные начальные скорости выброса при взрывах в сухом и влажном песка позволяют проводить 1а непосредственное сопоставление.

На рас.З приведены профили промежуточных воронок в различные ' моменты времени при глубине заложения 4,5 см заряда весом 0,3 г. Промежуточные воронки под перегрузкой оказалась близкими между собой и обозначены сплошной линией, а в сухом песке в стационаре - пунктиром.

Вплоть до 12,5 мсох профили промежуточных воронок практически одинаковы - на згсм этапе развития взрыва влияние перегрузок незначительно. К этому моменту времени во влажном песке стенки купола в средней части пронизаны радиальными трещинами, но периферийная часть купало, 'прилегающая к полупространству массива, еще сохраняет сплошность. В сухом песке заметных по кинограммам трещин не обнаружено.

В последующие Ю-15 мсек прилегащий к массиву купол и часть массива ниже свободной поверхности пронизываются радиальными трещинами отрыва, по которым и происходит последовательный выброс

разрушенного купала. Из-за развития трещин, вдоль которых сцепление равно нулю, движущиеся.часта купола теряют связь друг с другом, а периферийные части - с массивом. С этого момента во влажном песке существенным становится только поле силы тяжести. Влияние перегрузок начинает проявлять себя именно в этот промежуток времени.

Разница в размерах промежуточной воронки к моменту 1=18 мсек Своронки в сухом песке в стационаре больше) означает, что в этот промежуток времени начали проявлять себя силы сопротивления выбросу : сцепление во влажном песке и поле силы тяжести в сухом песке под перегрузкой. Профили воронок во влажном песке практически одинаковы, насмотря на то,, что один взрыв проведен в стаци-

Рас.З. Контуры промежуточной воронки в различные моменты времени. Пунктир - стационар,' сплошная - перегрузка.

В момент t=24 мсек.во влажном песке под перегрузкой практически сформирована промежуточная воронка выброса. Купол представляет собой рой разлетаксяхся частиц, которые уже пересекли гребень конечного навала (показан там же). Приведение на одном ри-

сунке промежуточной воронки и конечного профиля показывает области, которые охвачены движением. Близок к завершению процесс формирования истинной воронки в сухом песке под перегрузкой. Однако процесс развития выброса у взрывов в стационаре продолжается.

Далее представлены профили воронок в сухом песке в момент t=43 мсек. Воронка под перегрузкой почти сформирована, ее размеры заметно меньше, чем при взрыве в стационаре, что связано только с влиянием силы тяжести. Процесс формирования промежуточных воронок е стационаре практически заканчивается к 90 мсек.

Разлет грунта в виде разрушенной, но компактной массы и процесс формирования бортов видимой воронки зависит от величины перегрузки. -Под перегрузкой процесс выброса и образования воронки убыстрен, причем во многом из-за того, что периферийные части купола не могут преодолеть влияния перегрузок и быть выброшенными, и при 8-25 заканчивается примерно к 90 мсек. При взрывах в стационаре в этот момент времени грунт еще продолжает свое движение, основная часть которого оседает в виде навала к 200 мсек.

Борта получающейся промежуточной истинной воронки выброса во влажном песке пронизаны системой трещин, по одной из которых (обычно верхней) может произойти оползание части разрушенного борта в воронку. Отметим также, что трансформация формы истинной воронки выброса в нижней части (камуфлетная полость) начинается в процесса выброса и, вероятно, связана с разгрузкой среды.

Аналогичные результаты получены и для других ЛНС, незначительно отличаясь временем достижения характерных этапов выброса.

Существенно важными являются два момента. Во-первых, объемы периферийных частей купола превосходят объем промежуточной воронки, получаемой на стали газового ускорения.'Во-вторш, эти периферийные слои находятся ниже свободной поверхности и для их выброса надо совершать работу против силы тяжести. Поэтому влияние силы тяжести на втой стадии существенно при любом масвтабе взрыва, а обнаруженная взаимосвязь между величиной функции показателя выброса и степенью влияния перегрузок обусловлена тем, что они определяются условиями на одной и той же границе воронки.

Четвертая глава посвящена анализу и обобщению полученных результатов, аналитическим оценкам и усовершенствованию вмеюшей^я методики инженерного расчета взрывов на выброс.

Из анализа доступных данных по взрывам на выброс показано,

что выявленные особенности действительно имеют место. Так, степенной характер уменьшения размеров воронок и протяженных выемок обнаруживается при проведении систематических опытных взрывов промышленного ("Союзгиправодхоз") и полигонного (М.К.Герметчкков) масштабов. Обнарукенный на ЛМУ эффект более сильного уменьиения протяженных выемок действительно наблюдался у крупных однорядных взрьшоЕ ("Buggy" и Т-2>. Ширина выемок у этих взрывов оказалась меньше размеров воронок соответствувдих одиночных зарядов выброса, проведенных в том же масштабе. Отмечается, что поскольку этот результат не согласовывался с общепринятой точкой зрения, то он был объяснен усложнением геологических условий.

При крупных взрывах влияние силы тяжести может проявиться на стадии газового ускорения. Ввиду отсутствия надежных натурных данных, для оценки верхней границы применимости полученных результатов использованы взрывы на сброс, проведенные в вакуумной камере ®в АН СССР (Б.В.Адщякин, Л.М.Перник), когда заряды с идентичными параметрами зал^жени° взрывались на склонах различной крутизны. Критерии подобия были выбраны так, чтобы моделировались взрывы, проводимые на глубинах порядка десятков метров. Установлено, что с ростом угла склона размори воронок значительно увеличиваются, однако начальные скорости выброса остаются неизменными. Из соответствия качествешой кар™ш .выброса следует, что и количественные закономерности, полученные на ЛМУ, справедливы в указанном диапазоне.

В следующем параграфе рассмотрены характерные особенности расчетных формул, получаемых при априорном задании масштабного эффекта. Показано, что обработка опытных данных в таких координатах приводит к более сильной функции показателя действия взрыва. Подчеркивается, что задача оценки масштабного эффекта во много*, была бы решена, если Снималась надежная (опытная) зависимости j{n) для крупных взрывов в какой-либо среде.

Далее приведены аналитические оценки масштабного эффекта ш предлагаемой модели выброса, включавдей обнаруженную стадию формирования истинной воронки.' Полагается, чд-о выброс происходи1 прямолинейно вдоль радиусов, исходящих из центра заряда. Стада передачи ввертя ВВ среде исключены из рассмотрения задание! начального распределения скоростей Vq=A(Q1/3/V) соа"9, где б угол от вертикали, а коэффициенты а и m известны из опыта, огра

ничилйсь двумя случаями взрывов с характерными размерами камуф-летных полостей : в скальной породе (г « и мягком грунте {показатель прсстреливаемости №110 м3/г и г/з1п& « Я/2соз8), что упрощает выкладки. Уравнение сохранения энергии на границе будущей воронки разрешалось относительно веса заряда (3, а затраты энергий оценивались по параметру, игравдему роль удельного расхода ВВ.

Если работа выброса производится только против силы тяжести, то.расчетная зависимость для веса заряда

О = йГ^/Д3;3'3™!?3 1 т2;1 •5 (6)

Функция показателя выброса получилась слабее функции М.М.Есрескова, а удельный расход ББ имеет величину 0,5^ 0,7 кг/м3. Для выполнения ожидаемого соотношения ¡2 ~ !?4 нуано, чтобы в процессе передачи энергия ВБ среде распределение скоростей в поднимающемся куполе описывалось степенью яз-1,5. Такая степень имеет место при изотропном распределении энергии ВВ в среде. Более высокие значения эмпирического коэффициента т связана со стадией газового ускорения. Поэтому сам процесс передачи, энергии ВВ среде таков, чта предельное соотношение ф ~ (Г4 невыполнимо, а начальное распределение скоростей является весьма сильным нарушителем подобия.

Аналогично рассмотрена и работа против сап сцепления. Считается, что формирование воронки происходит путем сдвига вдоль поверхности отрыва купола от массива грунта, а сала трения мала по сравнении со сцеплением На этой стадии происходит последовательный выброс конических, слоев купала. Пра этом выбрасываемый слой испытывает влияние как вышележащего, так и нижележащего слоев. Поэтому элементарный акт работы при транспортировке элемента массы вдоль образующей конуса за пределы воронки

5А = х^б(53)-(П-П)/соз9 , (7)

где гЯ-элемент поверхности конуса, 35=2я&И, /ссав, а работа по выносу всего конусного слоя получается интегрированием в пределах от 0 до У. После приравнивания этой работы кинетической энергии слоя, получаем зависимость

а = 2,8(зх^рА3)3/*^((нпа)/г)3'*( (2пя+1 )/зп)3'2я (в)

Б это« случае выполняется принцип геометрического подобия ((3 ~ И3), функция показателя действия взрыва сильнее функции Ы.и.Воре скова, а параметр, играющий роль удельного расхода, возрастает с ростом прочности и для влажного песка со сцеплением 103 Па имеет величину 0,4- кг/м3. Плотность среда оказалась в знаменателе, поскольку она прямо связана с кинетической энергией среды.

Аналогично, если преобладающим механизмом в процессе формирования воронки является отрыв, то удельный расход имеет величину около 0,1 кг/мэ.

Совместное влияние затрат энергии с учетом трения и дилатан-сии качественно объясняет закономерности взрывов на выброс. Шесте с тем асимптотика представляется очевидной. При возрастании масштаба взрыва существенна только сила тяжести и здесь важную роль играет ¡обнаруженный "нарушитель подобия". Тогда для скальных пород имеем Я ~ ¡Т3>а, что весьма близко к полученным значениям в опытных взрывах на сброс в1 гранитах. В глине и лессе соответственно <3 ~ V3'7 и 0 ~ и3,5, но показатель степени должен уменьшиться, приближаясь к экспериментальным, ввиду значительного вклада котловой полости в объем воронки, а в глинах, кроме того, должно произойти дополнительное уменьшение показателя степени ^згза^вшяш^сцепления. Нам известна только одна работа, в которой изучались распределения скоростей периферийных частей купсшг (В.. Гарнов,. Д.А.Харин, 1963), результаты которой (и ~ I"5'6, яг = = 5,6, где Ь - приведенное гипоцентралъное расстояние)" находятся в-хорошем-соответствии с опытами на Ш и данными крупноиасштаб-ных взрывов в мягких грунтах.

. Предложены рекомендации к методике расчета крупных взрывов на выброс. Желательно : ■

- удельный расход ББ определять взрывами с ЛНС 2^3 м;

- определять' функцию показателя действия взрыва, (по трем "точкам"), поскольку она зависит от свойств грунта и ВВ и может значительно отличаться отГ функции М.М.Борескова;

- включить в расчетную формулу поправку на масштабный аффект В = (Я/Ио)а'3У где V - ЛНС проектируемого взрыва, глубина заложения "эталонного" взрыва, проведенного в данной среде (данные промышленных взрывов, проведенных в сходных условиях, или взрыва, проводимые для определения удельного расхода ВВ).

ЗАКЛЮЧЕНЬЕ

Б диссертавдонной работе решена важная научно-техническая задача, заключающаяся в развитии физически обоснованного подхода к прогнозированию масштабного аффекта крупных взрывов разработкой модели взрыва на выброс, учитывающей экспериментально выявленные особенности влияния силы тяжести на процесс выброса.

Основные научные, методические и практические результаты работы заключаются в еледумцем.■

1. ВперЕые исследовано влияние перегрузок на параметры протяженных выемок и обнаружено уменьшение размеров выемок по сравнению с Еоронками соответствующих, одиночных зарядов.

2. Экспериментально подтверждено влияние силы тяжести на процесс образования воронки при I рывах на выброс. При этом изменения параметров воронок при увеличении .величины перегрузки N описываются степенной функцией /Га, где а зависит от- • условий проведения взрыва ШС, свойств среды, ББ и формы заряда).

3. Вид функций показателя действия взрыва, оптимальные параметры заложения заряда и максимальные скорости определяются свойствами среды и ББ и слабо зависят от величины перегрузок.

4. Установлен общий вид единой двухпарамэтрической зависимости размеров воронки от параметре« заложения заряда и величины перегрузки, отражающей взаимосвязь величины функции показателя выброса и степени влияния перегрузки..

■ 5. Впервые " экспериментально выявлена стадия формирования истинной воронки, которая протекает между стадиями газового ускорения и баллистического разлета. •

6. Разработана усовершенствованная схема взрыва на выброс, включающая стадию формирования истинной воронки.

7. Определены границы применимости полученных количественных результатов и предложены рекомендации к методике инженерного расчета взрывов на выброс, учитывающие масштабный эффект и влияние силы тяжести.

Основные положения диссертации опубликованы в работах :

1. Барсанаев С.Б., Змильбеков Б.Э., Расиихин К.А. Моделирование взрывов с использованием искусственно создаваемой силы тяжести //Направленные взрывы на склонах.-Фрунзе: Илим, 1930, с.45-51.

2. Барсанаев C.B., Змильбеков Б.Э. Метода изучения действия крупномасштабных взрывов //Тезисы докладов научно-технического совещания "Использование энергии взрыва в народам хозяйстве".-Тбилиси: Мецниераба, 1981, с.121-123.

3. Барсанаев C.B., Расшхин К.А., Змильбеков Б.Э. Влияние силы тяжести на параметр« , воронки выброса //Взрывные работы в грунтах и горных породах.-Киев: Наукова думка, 1984, с.67-74.

4. Барсанаев С.Б., Змильбеков Б.Э. К вопросу о влиянии силы тяжести при взрывании удлиненных горизонтальных зарядов выброса //Действие взрыва зарядов в грунтах и горных породах.-Фрунзе: Илим, 1984, с.3-7.

5. Барсанаев С.Б., Змильбеков Б.З. Прогнозирование параметров крупномасштабных взрывов на выброс в грунтах // 1-й Всесоюзный семинар "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" Тезисы докладов. -Фрунзе: ФПИ, 1987, с.79-80.

6. Барсанаев С.Б., Змильбеков Б.Э. Методические основы прогнозирования, параметров крупномасштабных взрывов //Деформирование и разрушение горных пород (Материалы IX Всесоюзной конференции по механике горных пород).-Фрунзе: Шшм, 1990, с.23-34.;

7. Айтматов И.Т., Змильбеков Б.Э. О влиянии силы тяжести при взрывах на выброс //Сб.статей научного семинара кафедры механики КТУ. вып.1.- Бишкек: КТУ, 2000, е.35-46.

8. Айтматов И.Т./Эиильбеков Б.3. 0-схематизации взрыва—на—ви-брос//С0.статей научного семинара кафедры механики КТУ.' вып. 1.-БшпкекМСГУ, 2000, с.46-54.

9. Змильбеков Б.Э. О масштабном эффекте скважинных зарядов выбро-са//Цатераалы - научной конференции "Технологии и перспективы современного инженерного образования, науки и производства", посвященной 45-летию организации Фрунзенского политехнического института - Киргизского технического университета им.И.Раззакова. -Бишкек: Кырг.техв.ун-т, 1999, с.119-124

10. Змильбеков Б.З. Особенности влияния силы тяжести на протяженные выемки зарядов выброса //Материалы научной конференции "Технологии и перспективы современного инженерного образования, науки и производства", посвященной 45-летию организации Фрунзенского политехнического института - Кыргызского технического университета им.И.Раззакова.-Бишкек: Кырг.техн.ун-т, 1999, с.275-280

Змильбеков Байкалбек гмильбекович Оценка масштабного эффекта при взрывах на выброс Аннотация

С помощью 'линейно-механического ускорителя конструкции член-корр. РАН А.А.Илькшна исследованы -закономерности и особенности влияния перегрузок (поля силы тяжести) на процесс развития взрыва на выброс и конечные размера воронок и протяженных выемок. Разработана уточненная схематизация взрыва на ЕЫброс, вклачащая выявленную стада формирования истинной воронит, на которой существенно влияние силы тякестп при взрывах любого масштаба. Предложены рекомендации к инженерной методике расчета. -^uZ^ Змилъбеков Байкалбек Зкальбекович С'^'-''"' ' Жардыруудан кийинки ыргатщдъшардын масштабдык натыйжалуулугун баалоо Аннотация

Россия Иливдер Академяясыннн муче-корреспонденти А.А.Ильюшин конструкщшлаган багытуу-механикалык ылдаздаткычтын жардамы менен ашыкча куктэлуунун (оордук гсуч талаасынкн) харылуунун энутту про-цессине, ыргатындаларга кана пайда болгон воронка (оалган step) елчему менен чункурдун узундугуна тийглзген таасиринш закончене-мдуу-ттору, езгечвлуктвр7 изилденген. Ыргытындаларда пайда кылуу учти кургуз?лген жардырууларда. ар кандай масштабдуу оордук куч-терунун таасири маанилут (алуттуу) болтан, чыннлы варанханын ту-зулуу стадиясын ичине камтнган, жардыруу' такталган схемялары шаталин чыгылган. Инженердик эсептев методакасы катары пайдаланууга сунут кылынат. •

BalKalbek Е. Bsilbekov Estlmetlon of explosion craterlng scaling effect ■ ' SUMMERY

Using the linear-mechanical accelerator constructed toy corresponding member of Russian Academy of Sciences A.A.Il.jushin, regularities and peculiarities of gravity influence on explosion craterlng formation and finish sizes of craters and longed depression have been Investigated. "Accurated scheme of explosion craterlng. Including discovered stage of true crater formation, during which great means the gravitational fields In any yield of explosion, have been developed. The recccsaendatlona to engineering technique of calculation have been presented.