№72-04
Математичне моделювання зон руйнування масиву порід вибухом
М.М. Кононенко1, О.Є. Хоменко1, І.О. Садовенко1, В.В. Соболєв1
1 Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2023, 72:40-52
https://doi.org/10.33271/crpnmu/72.040
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Мета. Вдосконалення параметрів зон руйнування порідного масиву вибухом залежно від тиску продуктів вибуху в зарядній порожнині та фізико-механічних властивостей порід, шляхом суміщення аналітичного і чисельного математичного моделювання.
Методика дослідження. З використанням теорії пружності та основних положень квазістатично-хвильової гіпотези механізму руйнування твердого середовища під дією вибуху проведене аналітичне моделювання параметрів утворення зон зминання та подрібнення масиву гірських порід навколо зарядної порожнини при його вибуховому навантаженні. За зміною напружено-деформованого стану масиву під дією вибуху проведено чисельне моделювання зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення методом скінченних елементів. Для встановлення придатності отриманих аналітичних моделей до розрахунків радіусів зазначених зон проведено порівняння результатів аналітичного та чисельного моделювання.
Результати дослідження. Розроблені аналітичні моделі радіусів зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, що формуються навколо зарядної порожнини у масиві гірських порід при його вибуховому навантаженні з урахуванням тиску продуктів вибуху, межі міцності порід на розтягання-стискання, їх структурної будови, тріщинуватості та ущільнення під дією гірського тиску. Чисельним моделюванням руйнування порід навколо зарядної порожнини встановлено степеневі залежності зміни радіусів зон зминання та подрібнення масиву в залежності від діаметру зарядної порожнини, тиску продуктів вибуху і межі міцності порід на стискання. Порівнянням результатів аналітичного та чисельного моделювання для жорстких крайових умов однорідного нетріщинуватого масиву встановлено розбіжність величин радіусів означених зон – 4, 8 і 6% відповідно.
Наукова новизна. Встановлені математичним моделюванням радіуси зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, що формуються при вибуховому руйнуванні гірського масиву, змінюються за степеневою залежністю від діаметру заряду вибухової речовини, тиску продуктів вибуху у зарядній порожнині, міцності порід на розтягання-стискання, коефіцієнтів структури породи, структурного ослаблення та ущільнення, визначають підвищення точності оцінки параметрів руйнування гірського масиву до 50%.
Практичне значення. За математичними моделями радіусів зон зминання, інтенсивного подрібнення та тріщиноутворення, що формуються у масиві порід навколо зарядної порожнини під дією вибуху, визначаються вдосконалені параметри буропідривних робіт для проведення гірничих виробок, порожнин спеціального призначення і відбивання масиву.
Ключові слова: порідний масив, буропідривні роботи, вибухова речовина, зарядна порожнина, зони руйнування масиву порід.
Перелік посилань
1. Kononenko M., Khomenko O., Kovalenko I., & Savchenko M. (2021). Control of density and velocity of emulsion explosives detonation for ore breaking. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 69-75.
https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-2/069
2. Khomenko, O., Kononenko, M., Myronova, I., & Savchenko, M. (2019). Application of the emulsion explosives in the tunnels construction. E3S Web of Conferences, 123, 01039.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912301039
3. Krysin, R.S., Ishchenko, N.I., Klimenko, V.A., Piven, V.A., & Kuprin, V.P. (2004). Explosive ukranit-PM-1: Equipment and fabrication technology. Gornyi Zhurnal, (8), 32-37.
4. Kholodenko, T., Ustimenko, Y., Pidkamenna, L., & Pavlychenko, A. (2014). Ecological safety of emulsion explosives use at mining enterprises. Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining, 255-260.
http://doi.org/10.1201/b17547-45
5. Myronova, I. (2016). Prediction of contamination level of the atmosphere at influence zone of iron-ore mine. Mining of Mineral Deposits, 10(2), 64-71.
https://doi.org/10.15407/mining10.02.0064
6. Kononenko M., Khomenko O., Myronova I., & Kovalenko I. (2022). Economic and environmental aspects of using mining equipment and emulsion explosives for ore mining. Mining Machines, 40(2), 88-97.
https://doi.org/10.32056/KOMAG2022.2.4
7. Myronova, I. (2015). The level of atmospheric pollution around the iron-ore mine. New Developments In Mining Engineering 2015, 193-197.
https://doi.org/10.1201/b19901-35
8. Kazakov, N.N. (1975). Vzryvnaya otboyka rud skvazhinnymi zaryadami. Nedra.
9. Komir, V.M., Kuznetsov, V.M., Vorob'yev, V.V., & Chebenko, V.N. (1988). Povyshenie effektivnosti deystviya vzryva v tverdoy srede. Nedra.
10. Kononenko M., & Khomenko O. (2021). New theory for the rock mass destruction by blasting. Mining of Mineral Deposits. 15(2), 111-123.
https://doi.org/10.33271/mining15.02.111
11. Esen S., Onederra I., & Bilgin H.A. (2003). Modelling the size of the crushed zone around a blasthole. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, (40), 485-495.
https://doi.org/10.1016/s1365-1609(03)00018-2.
12. Torbica, S., & Lapcevic, V. (2014). Rock breakage by explosives. European International Journal of Science and Technology, 3(2), 96-104.
13. Danilenko V.V. (2010). Vzryv: fizika, tekhnika, tekhnologiya. Energoatomizdat.
14. Sobolev, V.V., Kulivar, V.V., Kyrychenko, O.L., Kurliak, А.V., & Balakin, О.O. (2020). Evaluation of blast wave parameters within the near-explosion zone in the process of rock breaking with borehole charges. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 47-52.
https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-2/047
15. Erofeev, I.E. (1977). Povyshenie effektivnosti burovzryvnykh rabot na rudnikakh. Nedra.
16. Mosinets, V.N., & Gorbacheva, N.P. (1972). A seismological method of determining the parameters of the zones of deformation of rock by blasting. Soviet Mining Science, 8(6), 640-647.
https://doi.org/10.1007/bf02497586
17. Persson, P. A., Holmberg, R., & Lee, J. (1993). Rock blasting and explosives engineering. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 560 p.
18. Torbica, S., & Lapčević, V. (2015). Estimating extent and properties of blast-damaged zone around underground excavations. Rem: Revista Escola de Minas, 68(4), 441-453.
https://doi.org/10.1590/0370-44672015680062
19. Fesik, S.P. (1982). Spravochnik po soprotivleniyu materialov. Budivel'nik.
20. Andrievskii, A.P., Kutuzov, B.N., Matveev, P.F., & Nikolaev, Y.I. (1996). Formation of the blast crater in a rock mass blast-loaded by column charges. Journal of Mining Science, 32(5), 390-394.
https://doi.org/10.1007/bf02046160
21. Kononenko M., Khomenko O., Savchenko M., & Kovalenko I. (2019). Method for calculation of drilling-and-blasting operations parameters for emulsion explosives. Mining Of Mineral Deposits, 13(3), 22-30.
https://doi.org/10.33271/mining13.03.022
22. Khomenko, O., & Kononenko, M. (2019). Geo-energetics of Ukrainian crystalline shield. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 12-21.
https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-3/3
23. Belyaev N.M. (1962). Soprotivlenie materialov. Moskva: Fizmatgiz, 856 p.
24. Anistratov Yu.I. (1996). Energeticheskaya teoriya rascheta tekhnologii otkrytykh gornykh rabot. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten, (3), 20-29.
25. Pokrovskiy, G.I. (1980). Vzryv. Moskva: Nedra, 190 p.
26. Кононенко М.М., Хоменко О.Є., & Коробка Є.О. (2021). Параметри буропідривних робіт для проведення гірничих виробок. Физико-технические проблемы горного производства, (23), 54-71.
https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.004
27. Кононенко М.М., Хоменко О.Є., & Косенко А.В. (2022). Чисельне моделювання лінії найменшого опору при підриванні зарядів. Збірник наукових праць НГУ, (69), 43-57.
https://doi.org/10.33271/crpnmu/69.043
