Файл: Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом.pdf

принять в качестве исходной следующую зависимость для определения избыточного давления во фронте плоской волны:

где R — расстояние от центра заряда до точки измерения, м;

е— плотность потока энергии плоской волны, кал/см2;

а— коэффициент, учитывающий потери энергии волны на тре­

ние о стенки выработки; d — диаметр выработки,

S — площадь поперечного сечения выработки, м2.

Плотность потока энергии е во фронте плоской волны при взры­

где qT — тротиловый эквивалент заряда применяемого ВВ, кг; QT — удельная теплота взрыва тротила, кал/кг.

где qt — масса заряда применяемого ВВ, кг;

Q; — удельная теплота применяемого ВВ, кал/кг.

Анализ зависимости (VII.1) показывает, что для определения избыточного давления во фронте плоской УВВ при взрывании сква­ жинных зарядов в горных выработках необходимо знать величину коэффициента потерь энергии волны на трение а и плотность потока энергии е, определяемые экспериментально. С этой целью были проведены замеры максимальных избыточных давлений во фронте плоской УВВ при взрывании открытых и скважинных зарядов в опытных штольнях и подземных выработках [86, 87]. Взрывали открытые заряды тротила и аммонита № 6ЖВ массой 0,8—100 кг и скважинные заряды аммонита № 6ЖВ общей массой 3,2—1200 кг. Диаметр скважин 65 мм, длина 8—12 м.

Для регистрации максимальных давлений во фронте УВВ исполь­ зовали электронную регистрирующую аппаратуру и мембранные измерители давления (МИД-2), а также пьезоэлектрические датчики. Расшифровку максимальных избыточных давлений, измеренных с помощью МИД-2, осуществляли по тарировочным кривым «избы­ точное давление УВВ — прогиб мембраны».

204

Наличие экспериментальных данных о величинах избыточного давления УВВ ДР при взрывании открытых зарядов (рис. 123) в выработках позволило определить величину коэффициента потерь энергии на трение из выражения (VI1.1):

0,29 i + « ' V T

Результаты расчетов показали, что для незакрепленной выра­ ботки коэффициент потерь энергии а, составляет 0,045—0,063.

Плотность потока энергии е УВВ при взрывании скважинных зарядов в выработках по измеренным давлениям определяли на основании приближенного решения для плоского заряда в воздухе. Это решение представлено в следующем виде:

V

(VII.2)

где г — безразмерная координата фронта волны;

q0 — отношение скорости звука в невозмущенной среде аг к ско­

p — показатель адиабаты, равный для воздуха 1,4. Скорость фронта УВВ

N = 340 у Т + 0,83 ЛРП, м/с,

где ДРП — избыточное давление на фронте плоской УВВ при взрыве заряда вне канала, кгс/см2.

205

Избыточное давление УВВ, измеренное в экспериментах, с учетом затухания за счет потерь энергии на трение на стенках выработки,

АРП= — —— кгс/см2.

-0 , 0 4 5 ■—

еd

Безразмерная координата фронта волны

где Гф — координата фронта, м; е-— плотность потока энергии, кгс - м/см2;

Р 0 — давление невозмущенного воздуха, кгс/см2.

Приравнивая выражения (VII.2) и (VII.3) при v = 1, получим

________ Яд ^ Гф

е = -------------г-----------, кгс • м/см2.

Яд

Полная энергия УВВ, распространяющейся в горной выработке,

E n = eS, кгс*м,

Отношение полной энергии УВВ к потенциальной энергии заряда

принято за условный коэффициент, учитывающий переход энергии взрыва в УВВ:

r\= E jE g ,

где Е0 — потенциальная энергия заряда (Е 0 = qTQT-427, кгм).

Результаты вычислений показали, что величина ri составляет

0,012-0,014.

С учетом полученного значения ц плотность потока энергии УВ В при взрывании шпуровых и скважинных зарядов может быть опре­

где elf е2 — плотность потока энергии УВВ при взрывании откры­ того заряда в сквозной выработке и в тупике выра­ ботки, кал/см2.

206

Зависимости (VII.4) и (VII.5) позволяют построить график изме­

Из практики работы горнорудных предприятий известно, что УВВ, образовавшаяся при обрушении потолочин в камерах, явля­ лась причиной аварий и несчастных случаев.

& Р, k z c J cm 2

Рис. 124. Зависимость из­ быточного давления во фронте УВВ от отношения R/ 8 при взрывании сква­ жинных зарядов в выра­

ботке

Скорость движения воздуха в камере зависит от скорости падения потолочины, которая может быть вычислена по закону свободного падения тела. Принимая массовую скорость движения воздуха равной скорости падения потолочины, по известным формулам можно определить избыточное давление во фронте УВВ.

Следует отметить, что процесс образования УВВ при обрушении потолочины сложен. Это объясняется тем, что обрушение может

207

происходить последовательно частями. В этом случае по выработкам распространяется система волн, которая при определенных усло­ виях может привести к образованию значительной по интенсивности УВВ. Еще более сложным является процесс образования УВВ при принудительном обрушении потолочины с помощью взрывных работМетоды расчета ожидаемых давлений при обрушении потолочин и мероприятия по уменьшению разрушительного действия УВВ приведены в работах [100 и 102].

§ 31. Закономерности распространения ударных воздушных волн в горных выработках

Обобщение литературных данных и выполненные исследования позволяют привести зависимость давления и длительности дей­ ствия фазы сжатия ударной воздушной волны в функции от рассто­ яния.

1. Величина избыточного давления во фронте волны при взрыве заряда ВВ:

для открытого заряда

АР = (о,29-^--f-0,76 ] /^ - ) е “ d , кгс/см2,

где а = 0,045;

для скважинного или шпурового заряда

АР = ^0,29 -^- + 0,76 j / ^ - j e а а , кгс/см2.

2. Величина избыточного давления во фронте волны с учетом наличия сопряжений

АРС= APjm^ кгс/см2,

где m-i — коэффициент затухания (для сопряжений под углами 45, 90 и 135° соответственно равен 1,82; 1,60 и 1,35).

3.Величина избыточного давления во фронте волны при переходе

из выработки большого сечения в выработку меньшего сечения

АРм = АРб/й, кгс/см2,

где АР6 — избыточное давление во фронте УВВ в выработке боль­ шего сечения, кгс/см2;

й — коэффициент усиления, определяемый из графика

(рис. 125).

208

4. Величина избыточного давления во фронте волны при переходе из выработки меньшего сечения в выработку большего сечения

АРб= k P J k oc, кгс/см2,

где кос — коэффициент ослабления, определяемый из графика

(рис. 126).