Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ ПОД УКРЫТИЕМ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Посмотреть оригинал

Расчёт усилий в соединительных элементах укрытий при порядном взрывании блоков

Рассмотрим типовое укрытие, состоящее из расположенных в несколько рядов шин. Шины укладываются над каждой скважиной соосно, кроме этого со стороны охраняемого объекта уложен дополнительный ряд шин в качестве анкеров. Шины связаны между собой вдоль ряда, а также каждая шина в ряду связана с шинами соседних рядов. Таким образом, каждая шина в ряду связана с шинами соседних рядов. Таким образом, каждая шина из центральных рядов связана с четырьмя соседними, каждая шина из крайних рядов с тремя, угловые шины - с двумя. Схема укрытия показана на рис. 3.41, здесь шины, уложенные над скважинами, окрашены серым цветом (ряды 1-3), дополнительные шины (ряд 4) не окрашены. Пунктиром выделен типовой поперечный ряд шин укрытия.

Схема соединения шин в укрытие, состоящего из нескольких рядов шин, расположенных над скважинами, и ряда дополнительных шин

Рис. 3.41. Схема соединения шин в укрытие, состоящего из нескольких рядов шин, расположенных над скважинами, и ряда дополнительных шин

Рассмотрим укрытие как механическую систему, состоящую из одинаковых по массе и размерам тел (шин). Если заряды всех скважин одинаковые, то ударные импульсы, действующие на шины при взрыве зарядов и начальные скорости, сообщённые этими ударными импульсами шинам также можно считать одинаковыми. При этом движение каждой шины в момент подброса будет поступательным вдоль оси скважины, ибо масса шины и ударный импульс распределены симметрично относительно оси скважины.

Взрывание скважин производится порядно с замедлением в 0,02 секунды, начиная с 1 ряда. Если считать, что заряды всех скважин в ряду взрываются одновременно, то при порядном взрывании движение всех шин ряда должно начаться одновременно и в течение некоторого времени они будут двигаться одинаково вдоль оси скважины. При этом силы натяжения возникают только в поперечных связях, соединяющих шины соседних рядов. Для их определения рассмотрим типовой поперечный ряд шин. Шины /, 2у 3 расположены над скважинами, шина 4 - анкерная (рис. 3.42).

Типовой поперечный ряд шин укрытия, состоящего из нескольких

Рис. 3.42. Типовой поперечный ряд шин укрытия, состоящего из нескольких

рядов скважин

Проанализируем движения шин типового поперечного ряда. Поскольку массы шин и их начальные скорости равны, то и двигаться шины будут одинаково, только со сдвижкой по времени. Шина 2, начиная движение на 0,02 с позднее, будет догонять шину 7, так как движение шин замедляется. Шина 3 также будет догонять шины 7 и 2. Таким образом, высоты под- броса шин будут выравниваться, и натяжение связей в поперечном ряду не будет увеличиваться, т. е. для определения сил натяжения в связях поперечного ряда достаточно определить силу натяжения в связи 1-2.

Рассмотрим движение шины 7 в течение 0,02 с, т. е. до начала движения шины 2. Шина 7 - это шина крайнего ряда, если она со свободного края дополнительно удерживается анкером, то при подбросе шина удерживается двумя связями (рис. 3.43, а) и на неё будет действовать две силы натяжения (рис. 3.44, а), которые можно считать одинаковыми.

Если дополнительного анкера нет, то шина удерживается одной связью (рис. 3.43, б), на неё будет действовать одна сила натяжения (рис. 3.44, б). Кроме сил натяжения на шины действуют силы тяжести.

Схема подброса шины первого типового поперечного ряда при порядном взрывании с замедлением

Рис. 3.43. Схема подброса шины первого типового поперечного ряда при порядном взрывании с замедлением: а - шина 1 дополнительно удерживается анкером; б - шина 1 без анкера

Составим уравнения движения шины 7, удерживаемой двумя связями (см. рис. 3.44, а), в проекциях на ось Z

После преобразования уравнение принимает вид

Схемы для определения сил натяжения

Рис. 3.44. Схемы для определения сил натяжения: а - шина удерживается двумя связями; б - шина удерживается одной связью

Из уравнения (3.46) сила натяжения

Для решения уравнения (3.46) переменную zic =zic(t) аппроксимируем полиномом . Постоянные коэффициенты р, найдём

с помощью начального и промежуточных значений переменной, в данном случае высоты подброса шины, которые можно определить по кадрам видеосъёмки взрыва.

Запишем аппроксимирующую функцию и её производные

Для определения угла ср, рассмотрим движение шины 7 (рис. 3.45).

Схема для расчёта угла (pj В каждый момент времени

Рис. 3.45. Схема для расчёта угла (pj В каждый момент времени

где ДЛ, - разность высот центров тяжести 7 и 2 шин (высота подъёма шины 7); / - расстояние между осями 1 и 2 ряда скважин, R - радиус шины; (/ - 2R) - длина соединительного элемента. Шина 2 ещё не движется, поэтому ДЛ, равна высоте подброса шины 7, т. е.

тогда

Сила натяжения из уравнения (3.46) с учётом аппроксимирующей функции

Выражение 60,7 + 202 = zlc (ускорение шины) при подъёме шины будет отрицательным, потому что движение шины замедляется, и значение силы натяжения Fm будет положительным. Эта функция для определения силы натяжения применима только на малом промежутке времени подброса шины 7.

Для шины, удерживаемой одной связью (рис. 3.44, б), уравнение движения в проекциях на ось Z получим аналогично:

Следовательно, сила натяжения будет равна

или

Таким образом, если шина с противоположной стороны не удерживается анкером, значение силы натяжения будет в два раза больше. Кроме этого, под действием силы натяжения шина будет поворачиваться и может произойти опрокидывание (заброс) шины на укрытие. Это может произойти, если масса шины будет не достаточно большой. Для проверки на опрокидывание по формуле (3.47) определим высоту, на которую поднимется шина 1 до начала движения шины 2. Если эта высота невелика по сравнению с расстоянием между скважинами, опрокидывания не произойдёт.

Аналогично можно получить зависимости для определения сил натяжения в соединительных элементах трансформируемого укрытия при других схемах увязки шин. При этом коэффициенты аппроксимирующих функций zc=zc(t)y необходимых для определения сил натяжения, находятся экспериментально по высотам подброса шины в разные моменты времени по кадрам видеосъёмок взрывов.

Следует отметить, что расчётные значения сил натяжение в связях укрытия развиваются только тогда, когда система начинает работать как жёсткая. Экспериментальные исследования жёсткости связей показали, что в результате натяжения система переходит из упругой в жёсткую после выбора провисаний связей, зазоров обвязок и деформации самих шин, расчётная длина связей при этом увеличивается в среднем на 18 %.

Подбор сечения соединительных элементов производится по наибольшим значениям силы натяжения, поэтому достаточно выявить связи с наибольшей вероятностью разрыва и определить силы натяжения в этих связях. Для укрытия, расположенного на горизонтальной поверхности или на поверхности с небольшим уклоном, в наихудших условиях находится связь анкерная шина - крайняя шина, потому что анкерной шине, в отличие от шин укрытия, расположенных над скважинами, не сообщается ударный импульс. Переход системы из упругой в жёсткую в результате натяжения происходит при подбросе крайней шины (шины 7) на высоту Ah , расчётная длина связи увеличится до /, (рис. 3.46).

Схема для определения высоты подброса шины, при которой связь анкерная шина - крайняя шина становится жёсткой

Рис. 3.46. Схема для определения высоты подброса шины, при которой связь анкерная шина - крайняя шина становится жёсткой

Таким образом,

При этом сила натяжения в связи между анкером и шиной 1 не достигает расчётного значения, определяемого согласно формуле (4.25), потому что анкерная шина массой 280 кг оказывает сопротивление натяжению только за счёт силы трения о породу (рис. 3.47). Величину этой сдвигающей силы натяжения, превышение которой приводит к движению анкера, определим из состояния предельного равновесия анкерной шины.

Составив уравнения предельного равновесия в проекциях на координатные оси Z и У, получим:

Сила трения , тогда

Коэффициент трения для скальных горных пород /ш =0,3-0,5, приняв наиболее неблагоприятные условия /ш = 0,5, получим

Схема для определения сдвигающей силы натяжения, превышение которой приводит к сдвижке анкерной шины

Рис. 3.47. Схема для определения сдвигающей силы натяжения, превышение которой приводит к сдвижке анкерной шины

Это значение намного меньше расчётной силы натяжения в жёсткой системе и анкерная шина подтягивается к основной шине. Таким образом, усилие в связи не достигает теоретического значения, которое развилось бы при жёстком закреплении анкерной шины. Наибольшее значение силы натяжения, которое возникает при подбросе укрытия в связи анкеркрайняя шина равно FH = Ftf = 1,23 кН.

Для укрытия, расположенного на уступе в наихудших условиях, находится связь крайняя шина - шина на откосе (рис. 3.48, а). Шины укрытия, расположенные на откосе, своей массой выбирают провисаний связей, зазоров обвязок и деформации, сами деформируются и система становится жёсткой до начала подброса шины /.

При подбросе укрытия шина, находящаяся на откосе, оказывает сопротивление движению за счёт силы трения о породу и собственного веса, поэтому наибольшая сила натяжения, которая может развиться в связи, равна предельному значению сдвигающей силы, превышение которой приводит к движению шины. Величину этой сдвигающей силы определим, рассмотрев состояние предельного равновесия шины на откосе, когда значение силы трения достигло предельного значения, но шина под действием силы натяжения FH ещё не движется (рис. 3.48, б).

Составив уравнения предельного равновесия в проекциях на координатные оси, получим

Отсюда

Укрытие откоса

Рис. 3.48. Укрытие откоса:

а - расположение шин: 1 - шина над скважиной; 2 - шина-анкер; б - расчётная схема для определения сдвигающей силы натяжения, превышение которой приводит к движению анкера

Сила трения тогда

Для скальных горных пород угол откоса отк = 80°, коэффициент трения /ш =0,3-0,5, приняв наиболее неблагоприятные условия /ш =0,5, и, учитывая что (cos 80°= 0,174; sin80° = 0,985) получим

Таким образом, наибольшее значение силы натяжения, которая возникает в связи крайняя шина - шина на откосе при подбросе укрытия равно FH = = 2,95 кН. Превышение этого значения приводит к движению

шины вверх по откосу, предотвращая выброс породы в сторону от откоса.

Экспериментальные исследования соединительных элементов укрытий при массовых взрывах проводились в 2006-2009 гг. (рис. 3.49).

Рнс. 3.49. Видеограмма развития экспериментального массового взрыва

Видеосъёмка взрыва подтверждает, что взрыв всех скважин ряда происходит одновременно и движение всех шин ряда при подбросе укрытия практически одинаковое. Высота подброса шин, увязанных в единый мат значительно меньше высоты подброса отдельных шин при тех же условиях взрывания.

По кадрам видеосъёмки были определены высоты подброса шин первого ряда укрытия. На рис.3.50 приведена зависимость высоты подброса шины укрытия от времени с начала её подброса.

Динамика движения шин укрытия при массовых взрывах

Рис. 3.50. Динамика движения шин укрытия при массовых взрывах

С помощью этого графика построена схема полёта автошин соседних рядов (рис. 3.51).

Схема полёта шин соседних рядов укрытия при массовых взрывах

Рис. 3.51. Схема полёта шин соседних рядов укрытия при массовых взрывах

На схеме взрывание рядов скважин идёт слева направо, последующая шина в полёте отстаёт от предыдущей на 20 мс, соответственно высоты подброса шин разные. Эта разница более заметна в первые мгновения после взрыва, когда скорость подброса наибольшая, достигая 7 м/с. С увеличением высоты подброса эта разница уменьшается и в верхней точке равна нулю. Соединительные элементы (связи) охватывают шины с зазором и имеют провисание, поэтому перепад высот при подлёте соседних автошин в 0,2 м не позволяет выбрать зазоры, и соседние шины не влияют на траекторию полёта друг друга. Это обстоятельство приводит к выводу о том, что автошины, связанные в сплошное укрытие, работают как одиночные, и для расчёта их массы вполне применимы зависимости, предложенные для укрытий одиночных взрывных скважин.

С помощью высот подброса шин найдены коэффициенты аппроксимирующей функции, описывающей вертикальное движение шин укрытия при подбросе. Уравнение движения центра тяжести шин по оси Z имеет вид

Согласно проведённым теоретическим исследованиям наибольшие силы натяжения должны возникать в поперечных связях, соединяющих шины соседних рядов. По формулам (3.49) и (3.50) соответственно были построены графики зависимости сил натяжения в связях, соединяющих шины 1-го и 2-го рядов (связь 1-2) (рис. 3.52).

Зависимость сил натяжения связи Ри от времени подброса шин укрытия

Рис. 3.52. Зависимость сил натяжения связи Ри от времени подброса шин укрытия

при массовых взрывах

При определении сил натяжения и построении графиков, полагали, что тела (шины) абсолютно твёрдые и связи сразу вступают в работу, т. е. в начальный момент времени находятся в натянутом, но не напряжённом состоянии (не провисают). Из графика видно, что для жёстких систем, в начале движения шин укрытия должны развиваться огромные силы натяжения, однако этого на практике не происходит из-за упругости как самих элементов укрытия, так и связей.

Экспериментальные исследования показали, что связи между шинами не натягиваются до такой степени, что система становится жёсткой. Как уже указывалось, если соседние между рядами шины подлетают в направлении близком к вертикальному, то натяжения связей между этими шинами не происходит. Если же шина по какой-то причине (уложена не соосно с взрывной скважиной, ассиметричное расположение центра тяжести шины из-за попадания внутрь неё кусков породы и пр.) при подлёте перемещается в сторону, то связь с одной из соседних шин натягивается. Если это крайняя шина, то она начнёт перемещаться в сторону первой без обрыва связи. Если же эта шина расположена в одном из средних рядов, то её перемещение в сторону первой вызовет натяжение связи со следующей шиной и её перемещение в сторону первой, и т. д., с выбором зазоров и провисаний связей. Укрытие в этом случае работает как единая упругая система, не позволяющая усилиям в связях достигать больших величин.

Даже после того как упругая система становится достаточно жёсткой и связи нагружаются полностью, силы натяжения при малых ускорениях уже незначительны и воспринимаются связями без разрывов.

Таким образом, применение в трансформируемых газопроницаемых эластичных укрытиях связей, позволяющих укрытию в самом начале под- броса работать как упругой гибкой системе, позволяет избежать разрушающего воздействия ударного импульса от взрыва на соединительные элементы укрытия.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы