Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Підривання грунтів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2004
Тип роботи:
Лекція
Предмет:
Інші
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Військовий інженерний інститут при ПДАТА
ЗАТВЕРДЖУЮ
начальник кафедри інженерних загороджень
полковник В.Г.Григор’єв
“___”___________2004 р.
Л Е К Ц І Я
з дисципліни “Вибухова справа”.
ТЕМА № 5 “ Підривання грунтів”
Час, відведений на лекцію __2_ години
АВТОР: підполковник Савіцький А.О.
Розглянуто на засіданні кафедри (предметно-методичної комісії).
(Протокол № ___ від “___”_________ 2004 р.)
м. Кам’янець-Подільський
2004 р.
МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА
для проведення занять з дисципліни “Вибухова справа”
ТЕМА № 5 “Підривання грунтів”
Заняття № 1 “Механічна дія вибуху зарядів у ґрунті”.
З М І С Т
ВСТУП.
Піддатливість грунтів і скельних порід дії вибуху.
Основні поняття, пов’язані з вивченням дії вибуху в ґрунті.
Дія вибуху одиночного заряду на навколишнє середовище. Методика розрахунку небезпечних зон.
ЗАКЛЮЧЕННЯ.
Література:
1.Руководство по подрывным работам. Стор. 156-172.
МП(ПР) стор. 112-122.
3.Таранов, Гудзь. Руйнування гірських порід вибухом. Стор. 97-107.
4.Гейман Л.М. «Вибух» стор. 117-129.
Навчально-матеріальне забезпечення:
Плакати за темою.
Схеми воронок викиду.
Таблиці коефіцієнтів “М” та “К”.
В С Т У П
Розвиток науки, техніки, розвиток технічного процесу дозволили використовувати вибух в багатьох областях і отраслях народного господарства. Він став використовуватися не тільки в гірничо-видобувальній промисловості, но і в ході військово-інженерних робіт, в ході бойових дій.
Одно з перших згадувань про підземні порохові фугаси відноситься до часів осади м. Негропонте (1472р.). Особливим успіхом порохові заряди користовувались іспанським полководцем П. Новарським в 1500 році, при взятті замка св. Георгія на о. Кафалонія (1500р.) і двох замків біля Неаполя (1503р.).
Підземні міни стали головною силою і були прийняті на озброєння не тільки наступаючими арміями, но і осажденними. Так, підземно-мінна війна з успіхом велась росіянами в 1581-1582 р.р. під Псковом під час осади його С. Баторієм.
Роботи по великим мінним зарядам проклали шлях для використання камерних зарядів в скельних породах. В теперешній час за допомогою вибуху стискають грунт, викидають його в заданому напрямку.
Вибухові роботи в грунтах і скельних породах ведуться з метою:
інженерного обладнання позицій військ;
влаштування загороджень та руйнувань;
будівництва шляхів, земляних гребель та інших інженерних споруд;
влаштування колодязів, шахт, галерей та інших підземних виробок;
руйнування фортифікаційних споруд противника;
добування та заготівлі будівельних матеріалів.
Всі ці роботи виконуються шляхом:
руйнування та викидом грунту;
рихлення грунту без викиду;
утворення порожнин в скельних породах.
Ці основні напрямки розробки грунтів необхідно знати офіцерам МНС, інженерних військ так як вони будуть організовувати виконання вище вказаних завдань для забезпечення дій військ.
І. ПІДДАТЛИВІСТЬ ГРУНТІВ І СКЕЛЬНИХ ПОРІД ДІЇ ВИБУХУ
При розгляданні дії вибуху природні гірничі та штучні кам’яні, бетонні, залізобетонні моноліти об’єднуються у єдине поняття - тверде середовище. У природі грунти дуже різні за своїми фізико-механічними властивостями.
Грунтами називають гірничі породи, що залягають у верхніх шарах земної кори. Грунти розділяють на скельні, великоуламкові, пісчані, глинисті. Умовно їх можна розділити на два класи: скельні та пористі.
До скельних відносяться грунти, що мають жорсткиий зв’язок між зернами мінералів, які складають породу. В залежності від цього зв’язку скельні грунти діляться на зпаяні та зцементовані. Під дією зовнішнього навантаження вони не змінюють щільності.
До пористих грунтів відносяться піски, глини, суглинки, пісчаники, туфи. Вони представляють сукупність твердих мінеральних частинок, що знаходяться у контакті одна з однією і утворюють скелет. Простір між твердими частками заповнений водою та повітрям. Можна сказати, що такий грунт є трьохкомпонентним середовищем. При стисканні грунту спочатку проходить зближення твердих часток за рахунок скорочення об’єму пор, зайнятих повітрям, а потім вже при високих навантаженнях – ущільнення часток.Треба відмітити, що під час вибуху у грунті основна частина енергії вибуху безповоротньо витрачається на його руйнування та подолання сил тертя.
Скельні грунти характеризуються великою щільністю, близькою до щільності твердого компоненту.
Стискаємість скельних грунтів мала, внаслідок чого хвилі стискання розповсюджуються у них з великою швидкістю і слабше затухають у середовищі, ніж при вибухах у пористих грунтах.
Під дією вибухових навантажень гірнича порода руйнується, змільчується або пластично деформується. Природньо, переходячи у новий стан, вона змінює своЇ властивості. Головна властивість твердого тіла – чинити опір зміненню форми.
Для оцінки можливості гірничих порід чинити опір вибуху необхідно знати основні характеристики: міцність, буримість, підриваємість, дробимість, тріщинуватість, крихкість, а також геологічні особливості залягання гірничих порід.
Міцність – здатність породи чинити опір руйнуванню від дії зовнішніх зусиль.
Буримість – здатність гірничої породи руйнуватися при механічному бурінні. Характеризується чистою швидкістю буріння при стандартних умовах.
Підриваємість – відносний опір гірничої породи руйнуючій дії вибуху. Визначається кількістю еталонної ВР в кг/м3 (питома витрата ВР), необхідної для утворення прямокутної вирви вибухо, при глибині закладання 1 м та розміщенні заряду в шпурі діаметром 40 мм, заряд розміщений під кутом 450 до вільної поверхні. Для визначення міцності гірничих порід запропоновано декілька класифікацій побудованих на різноманітних принципах. Наприклад: професор М.М. Протод’яконов у 1910 році запропонував класифікацію гірничих порід в основі яких лежить їх міцність на роздавлювання. Прийнято, що порода з міцністю на роздавлювання 100 кгс/см2 має коефіціент міцності і дорівнює 1 (глина щільна, міцні наноси, глинистний грунт відносяться до категорії – м’ягка порода). Виходячи з того, порода з міцністю на роздавлювання 1000 кгс/см2 має коєфіціент міцності = 10. Таким чином коєфіціент міцності порід показує на скільки разів дана порода міцніша іншої, яка прийнята за одиницю. На підриваємість гірничих порід великий вплив робить тріщинуватість та наявність шарів у масиву. Всі породи за тріщинуватістю розділяються на малотріщинуваті породи з видимими відкритими тріщинами переважно в одному напрямку , які розміщені один від одного на відстані 0,5-1,0 м.
Тріщинуваті з тими ж тріщинами, які пронизують масив в різних напрямках на відстані 0,1-0,5м один від одного.
Дуже тріщинуваті – з добре видимими відкритими тріщинами в різних напрямках на відстані один від другого 0,1-0,3 м. Наявність шарів з різною міцністю порід робить значний вплив на їх підриваємість. Так, монолітні дрібнозернисті гірничі породи (піщаники) важче підірвати ніж ті які складаються з декількох шарів. Підриваемість грунтів та скельних порід характеризується спеціальними коєфіціентами “К” і “а”, які залежать від властивостей ВР та властивостей гірничої породи яка руйнується.
ІІ. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ, ПОВ’ЯЗАНІ З ВИВЧЕННЯМ ДІЇ ВИБУХУ
В ҐРУНТІ
При підриванні грунтів заряди ВР розподіляються на слідуючі види:
- заряди викиду;
- заряди рихлення;
- камуфлети (заряди для утворення порожнин і руйнування підземних та заглиблених споруд).
За формою заряди діляться на зосереджені і здовжені. Заряд називають зовнішнім, якщо він прикладений до поверхні руйнуємого об’єкту і внутрішнім, якщо він розміщений у середині руйнуємого середовища.
Здовжені заряди мають форму паралелепіпеда, довжина якого більше ніж в 30 разів перевищує їх найменші поперечні розміри.
Заряд викиду – це заряд енергії вибуху, якого достатньо , щоб в додаток до рихлення середовища додати кількість кінетичної енергії необхідної для викиду породи на значні відстані і утворення видимої вирви викиду навіть в умовах горизонтальної вільної поверхні. Заряд одніеї і тієї ж величини може бути в залежності від глибини його заглиблення зарядом викиду, рихлення і камуфлетом.
Зарядом рихлення називають заряд в результаті дії якого оточуюче середовище розрихляється без надання йому кінетичної енергії достатньої для викидання розрихленого середовища на далекі відстані.
Якщо при вибухові ВР у масиві породи дія її нічим не проявиться на поверхні і локалізується в середині масиву то це називається камуфлетною дією, а заряд – камуфлетом. По дослідницьким даним кінетична енергія руху грунту при вибухові складається всього з декількох відсотків енергії вибуху. На подолання сил тертя при пластичній течії грунту розходується 50-70% енергії вибуху, на стискання і розігрівання грунта 20-30%, 5-20% енергії залишається в різноманітних продуктах вибуху.
Найбільш сильна руйнуюча і розкидальна дія вибуху заряда ВР, закладеного в грунт, або скельну породу спостерігається в напрямку ближньої до заряду вільної поверхні. В цьому напрямку грунт (порода), яка підривається, робить найменший опір дії вибуху. Відстань від центру заряда до ближньої поверхні називається лінією найменшого опору (ЛНО).
При закладанні заряду зі сторони ближньої вільної поверхні ЛНО є одночасно і глибиною закладання заряду.
Руйнуюча дія вибуху заряду закладеного в грунт або в скельну породу характеризується показником дії вибуху “n“, що представляють собою відношення радіуса вирви “r“ до лінії найменшого опору “h „ n =
Воно показує наскільки раз “r“ вирви більше або менше глибини закладання заряду.
Показник дії вибух “n“ доцільно застосовувати:
для зарядів викиду n >1
для зарядів рихлення n < 1 ( 0,4 - 0,7);
для зарядів комуфлета n = 0 (найбільший комуфлет).
З метою найбільш економного розходування ВР при проведенні розрахунків заряду доцільно застосовувати:
- для зосереджених зарядів n= 1,5-3,0 (найвигідніше значення n =2,0);
- для здовжених зарядів n = 2 - 3,5 (найвигідніше значення n = 2,7);
Як ми знаємо робота вибуху проявляється в двох основних формах: фугасній і бризантній. Бризантна дія вибуху проявляється в розкиданні кусків породи, розламуванні і дробленні гірничних порід на деяких відстанях від контактного заряду з підриваючим середовищем, в переміщенні взірваної маси, утворенні підземних порожнин в стискаємих грунтах, руйнуванні утворених ударною повітряною хвилею. Фугасність(працездатність) ВР характеризується руйнуванням і викидом матеріалу того чі іншого середовища (частіше всього грунту), в якому проходить вибух.
Форми роботи вибуху обгрунтовані спільними діями ударної хвилі і продуктів вибуху напротязі деякого часу. Загальна дія вибуху залежить від теплоти вибуху і характеризується його працездатністю. Бризантна дія вибуху залежить від швидкості детонації і щільності ВР, тому при проведенні вибухових робіт необхідно враховувати ці характеристики і властивості ВР.
ІІІ. ДІЯ ВИБУХУ ОДИНОЧНОГО ЗАРЯДУ НА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ.
МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ НЕБЕЗПЕЧНИХ ЗОН.
Під час вибуху зосередженого заряду ВР, розміщеного в породі, заряд практично і миттєво перетворюється в газоподібні продукти з температурою до декількох тисяч градусів. Тиск цих газів в початковий момент досягає десятки і навіть сотні тисяч атмосфер, і до того ж наносить на оточуючу породу
різкий удар великої сили, в результаті якого в породі утворюється ударна хвиля, що розповсюджується у всі сторони від місця вибуху. Ця хвиля більш сильніша біля вибушнувшого заряду, слабкіша по мірі віддалення від нього.
Сильна вибухова хвиля породжує порушення зв’зку між частками породи навкруги вибухнувшого заряду на деякій відстані і утворює напружений стан масиву.
Одночасно з цим порода під дією вибухнувших газів переміщується і довкола заряду утворюється шароподібна порожнина, яка називається котловою або камуфлетною порожниною.
Довкола порожнини утворюється сферичний шар роздрібленої і сильно ущільненої породи. По мірі втрати енергії тиск вибухнувших газів слабкішає і деформація породи зтискуванням на деякій відстані від місця вибуху припиняється, але все ще великий тиск вибухнувших газів приводить до утворення розтягуючих зусиль. Так як порода в десять-двадцять разів легше руйнується під дією розтягуючих зусиль, ніж від стискання, то під дією високого тиску вибухнувших газів і перемішуючих стисканням шарів порід відбуваються розриви масиву (швидкість утворення тріщин 200-1500м/с), тобто утворюються радіальні тріщини, які розміщуються довкола сферичного шару, але звужуються по мірі віддалення від цетру вибуху.
На деякій відстані від центру вибуху розтягуючі зусилля стають недостатніми, щоб спричинити руйнування породи.
В процесі утворення вибухової хвилі подрібнення, витіснення і ущільнення породи, утворення котлової порожнини і великої кількості радіальних тріщин вибухові гази значно розширюються і охолоджуються тиск їх різко падає, тому сильно стиснена пружиниста порода не значно зміщується назад до місця вибуху. Таким чином, вслід за хвилею стискання в породі виникає хвиля розтягування, під дією яких між радіальними тріщинами утворюються нові кільцеві тріщини.
Недалеко від вибухнувшого заряду ВР розповсюдження вибухової хвилі і рух розширюючих вибухових газів проходить на деякій відстані практично одночасно. Але при цьому тиск вибухових газів і швидкість їх розширення поступово зменшується. В той же час вибухова хвиля випереджує хвилю стискання, відходить за межу радіуса руйнування і розповсюдження на значні відстані. При цьому вона не спричиняє порушення зв’язку між частками породи, але створює значні пружні коливання або струси навколишніх порід. Таким чином, дію вибуху заряду ВР у гірській місцевості можна характеризувати зонами:
зона витискування грунту (породи) або утворення порожнини;
зона руйнування, що характеризується подрібненням грунту з порушенням зв’язку часток (утворення розривів, тріщин) в межах певної зони;
зона небезпечного струсу, що характеризується струсом грунту з руйнуванням або пошкодженням розташованих в ньому споруд
(в межах певної зони).
Вказані зони при вибухові зосереджених зарядів мають форму сфери, а при вибухові здовжених зарядів – форму еліпсоїду. Розміри зон дії заряду можуть бути визначені за формулами :
- радіус зони витискування грунту (породи утвореної комуфлетом) в метрах визначається: Rв= m rо
m - коєфіцієнт, який залежить від властивостей ВР та форми заряду (РПР-69 стор. 170 табл.26);
rо - радіус заряду в метрах. Радіус заряда визначається за формулами;
- для зосередженних зарядів r0 =
для здовжених зарядів r0 =
Радіус зони руйнування грунту Rp, яка утворюється при вибухові заряду комуфлета визначається:
для зосереджених зарядів Rp = 1,13
для здовжених зарядів Rp = 1,2
Радіус зони руйнування, утвореної в грунті вибухом заряду рихлення або зарядом викиду визначається :
Для здовженого заряду Rp = 1,13 (1-)
Для зосередженого заряду Rp = 1,2 (1-)
Величина радіуса зони небезпечного струсу Rстр залежить від ваги підриваємого заряду “С”, від характеристики грунту “породи” “К” і від міцності розміщеної в ньому споруди, для якої повинна бути визначена ця величина.
Для споруд із дерева, цегли, бутового каменю які розміщені в звичайних “земляних” грунтах радіус зони небезпечного струсу, приблизно, в 1,5 рази більший від радіуса зони руйнування грунту. Для залізобетонних споруд, радіус зони небезпечного струсу може бути прийнятий приблизно рівним радіусу зони руйнування грунту.
За зовнішньою межою зони безпечного струму розміщується зона безпечності, найменший радіус якої дорівнює радіусу зони безпечного струсу.
Щоб споруда не була зруйнована або пошкоджена вибухом її необхідно розміщувати так, щоб вона знаходилась за межою зони безпечного струсу.
ПРИКЛАД: визначити радіус зон витискування і руйнування для заряду із чорирьох 400 гр тротилових шашок поміщенних у суглинку на глибину 2 метра.
РІШЕННЯ : Rв= m rо = m = 5,2 = 0,4м
Rp = 1,13 = 1,13 = 1,13м
Rос = 1,5 Rр = 1,5*1,13=1,7м
Якщо зосереджений заряд ВР розмістити в масиві породи на глибині менше ніж радіус зони руйнування, то при його вибусі порода буде не тільки зруйнована, але й приведена в рух і частково викинута в сторону відкритої поверхні.
Якщо енергії газоподібних продуктів вибуху заключеної в порожнині достатньо щоб подолати опір руйнуючої породи і підняти її на висоту, яка вимірюється з глибиною розміщення заряду, то відбувається викид і утворюється вирва цьому сприяє зміщення грунту викинутого хвилею стискання.
Розглянуто нами якісна сущність сучасних поглядів на механізм руйнування гірничних порід вибухом сформувалась за останні 40 років. Довгий час до цього вчені та практики не виходили за межу накладних об’ємних закономірностей (наприклад: відношення об’єму підриваємої ВР до об’єму вирви викиду).
Джерела теорії дії вибуху в гірничних породах тянуться до ХУІІІ в, коли французький військовий інженер де ВІЛЛЬ у 1628 році запропонував першу в історії вибухової справи формулу, за якою величина заряду була рівна добутку лінії найменшего опору на коефіціет, який характеризував властивості грунту. Формула була покращена у тому ж столітті знаменитим військовим інженером Себаст’яном П’єр Вобоном (1633-1707р.), який вважав, що вага заряду пропорціональна об’єму конусу викиду. Через 22 роки після смерті Вобона вийшла книга “Нова теорія мінного містецтва” в який вперше були сформульовані научні основи теорії вибухнувшого руйнування. Автор книги – генерал французської армії Бернар Белідор (1698-1761р), який дослідницько і теоретично підтвердив, що заряди пропорційні кубу радіусу вибуху.
Формули Бєлидора постійно уточнувались вченими, пропонували нові формули для розрахунку ваги заряду.
На основі особистого досвіду і аналізу підземно-мінної війни в Севастополі військовий інженер М.М.Фролов (1868 р.) запропонував найбільш простий висновок фломули для функції показника викиду, який був розвинуттий і фундаментально уточнений через три роки М.М.Боресковим. В дійсний час для розрахунку зосереждених зарядів при влаштуванні вирв в грунтах і скельних породах застосовується формула:
С=КМh3 , кг
для здовжених зарядів: Су=КМу h2 Lo, кг
С - вага зосередженого заряду (кг);
Су - погонна вага (вага 1 пм) здовженого заряду в кг;
L -повна довжина здовженого заряду в метрах:
К - питомий розхід ВР, який залежить від властивостей грунту (матеріалу) і застосування ВР (табл.23) стор. 160 РПР-69;
М, Му - коефіціенти які залежать від показника дії вибуху, табл. 24 РПР-69;
h - лінія найменьшого опіру в метрах.
Схема вирви викиду (слайд, схема)
При вибухові заряду викиду утворюється вирва.
Найбільша видима глибина “Р” визначається за формулою: P= anh, де
а - коефіціент який залежить від властивостей грунту (РПР-69) стор. 167
- для сухого піска 0,4-0,45
- для вологого піска (супіска і суглинка) 0,45-0,50
- для глини 0,5-0,6
- для скельних порід і бетона 0,6-0,7.
Найбільша висота валу може бути визначена за формулою t = 0,15 r, м.
Найбільша дальність розвалу породи визначається l = (5-7) r, м.
Найбільша дальність розльоту окремих груд визначається за формулою:
L=140n , м.
Деколи приходиться практично визначати значення коефіціенту “К”. Для цього необхідно підірвати декілька зарядів (найменше 3), які необхідно розміщувати на різних глибинах. Потім замірявши радіус вирви знайдемо чому рівний показник дії вибуху „n”. Знаючи значення показника дії вибуху за таблицею знайдемо значення коефіціента “М”, і з формули:
С=КМh3 , кг
визначаємо значення К 1,2,3 = , кг/м3
Середнє значення “К” і буде величиною питомого розходу ВР.
ЗАКЛЮЧЕННЯ
При підриванні зарядів, що розміщені на поверхні грунту (зовнішні заряди), також утворюються виїмки:
1. Від зосередженого заряду вирви у вигляді параболоїда.
2.Від здовженого заряду – рів трикутньої форми. Вага зовнішніх зарядів визначається за формулою.
С = 18 Кr3 , кг
С = 7 Кr2 , кг/п.м.
де r - радіус вирви або половина ширини рову в метрах.
Розглянуті питання дії вибуху заряду в грунті мають велике практичне значення. Сучасний бій потребує швидкого влаштування загороджень і руйнувань з метою затримки просування противника і нанесення йому втрат. Для виконання цих задач військовими будуть застосовуватись велика кількість ВР та ЗП.
Тому, вашим завданням є поглибленє вивчення теми підривання грунтів і скельних порід з метою правильного розходування і максимального використання енергії вибуху ВР. Необхідно вже тепер звернути увагу на ряд не до кінця вирішенних питань, а самє:
1. Розроблення мерзлих грунтів прискореним темпом з метою обладнання позицій в короткі строки.
2. Влаштування котлованів під споруди і укриття для особового складу та бойової техніки в мінімальні строки.
3.Використання вибухів для утворення порожнин де можливо зберігати паливно-мастильні матеріали у любому місці.
Завдання на самостійну підготовку:
1. Розвязати приклади: визначити вагу заряду ВР для утворення вирви на лісній дорозі, грунт – суглинок при різних показниках „n” - 1,5 ; 2,0; 2,5; 2,0 з ЛНО = 0,3 м.
Зробити порівняльний аналіз:
Ваги зарядів.
Глибини закладання зарядів.
Видимої глибину вирви.
Старший викладач кафедри інженерних загороджень
підполковник А.О. Савіцький
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора