№78-2
Моделювання процесу вибухового руйнування гірських масивів різної міцності в ANSYS AUTODYN
М.І. Бельтек1, О.В. Ган1, О.О. Фролов1
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2024, 78:18–29
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/78.018
АНОТАЦІЯ
Мета. Метою досліджень представленої публікації є виявлення закономірностей дії вибуху в масивах різної міцності при моделюванні процесу руйнування гірських порід у програмному середовищі ANSYS AUTODYN для заданих технологічних умов.
Методика дослідження. Використано комплексний методичний підхід, який полягає в аналізі попередніх результатів наукових досліджень з моделювання дії вибуху в ANSYS AUTODYN, порівняльного аналізу отриманих даних з комп’ютерного чисельного моделювання, графоаналітичне встановлення залежності між об’ємом воронки вибухового руйнування та коефіцієнтом структурного ослаблення гірського масиву.
Результати дослідження. Проведене комп’ютерне моделювання вибухового руйнування гірського масиву в ANSYS AUTODYN показали достовірність отриманих результатів, що підтверджуються даними досліджень науковців та особистим досвідом авторів.
Встановлено, що тривалість активного руйнівного тиску продуктів вибуху в гірській породі при даних умовах становить приблизно 0,35 мс. Подальше руйнування гірського масиву здійснюється під дією накопичених навантажень в породі та інерції руху гірничої маси до 1,0..1,5 мс залежно від міцності гірського масиву.
Отримані епюри руйнувань гранітного гірського масиву з різним ступенем структурного ослаблення, за якими створені об’ємні фігури воронок руйнування та визначені їх об’єми.
Встановлено, що об’єм воронки руйнування граніту, міцність якого приймається як міцність у лабораторному зразку, майже в 6 разів менше за об’єм руйнування максимально структурно ослабленого гранітного гірського масиву.
Наукова новизна. Встановлені графічна та аналітична залежності об’єму воронки руйнування від коефіцієнту структурного ослаблення у гірських масивах різної міцності для заданих умов моделювання.
Практичне значення. Результати моделювання дії вибуху циліндричного заряду вибухової речовини у скельному середовищі дозволяють виконувати оптимізацію параметрів буропідривних робіт на гірничих підприємствах з видобутку корисних копалин, а також при будівництві підземних споруд загального та спеціального призначення у масивах різної міцності.
Ключові слова: скельний гірський масив, коефіцієнт структурного ослаблення, чисельне моделювання, ANSYS AUTODYN, модель міцності, свердловинний заряд, вибухова речовина, епюра руйнувань, об’єм воронки руйнування.
Перелік посилань
1. Шашенко, О.М. , Сдвижкова, О.О. & Гапєєв, С.М. (2008). Деформованість та міцність масивів гірських порід: монографія. Дніпропетровськ: Національний гірничий університет.
2. Бельтек, М.І., Євпак, Н.А. & Фролов, О.О. (2022). Аналіз факторів, що впливають на міцність тріщинуватого гірського масиву. Тези Всеукраїнської науково-практичної online-конференції здобувачів вищої освіти і молодих учених, присвяченої Дню науки, Житомирська політехніка, 129–130. https://conf.ztu.edu.ua/wp-content/uploads/2022/06/7-1.pdf
3. Ковров, О.С. & Терещук, Р.М. (2020). Аналіз підходів щодо визначення міцнісних характеристик гірських порід для прогнозу зсувонебезпечності укосів, Науково-технічний журнал «Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві», 1, 63–72. https://doi.org/10.31649/2311-1429.2020-1-63-72
4. Бельтек, М.І. & Фролов, О.О. (2023). Встановлення впливу ступеня тріщинуватості гірського масиву на показник зниження його міцності. Збірник наукових праць НГУ, 74, 7–19. https://doi.org/10.33271/crpnmu/74.007
5. Кулинич, В.Д., Шаповал, О.О., Драгобецький, В.В., Воробйов, В.В., Шлик, С.В. Пєєва, І.Е., Аргат, Р.Г., & Воробйова, Л.Д. (2022). Технологія вибухового руйнування середовища шляхом зміни механічних властивостей в ближній зоні вибуху: монографія. Кременчук: НОВАБУК.
6. Сайт компанії ANSYS, Inc. (n.d.). https://www.ansys.com.
7. Faserova,D. (2006). Numerical Analyses of Buried Mine Explosions with Emphasis on Effect of Soil Properties on Loading: PhD Thesis. UK: Cranfield University.
8. Vorobyov, V., Pomazan, M., Shlyk, S., & Vorobyova, L. (2017). Simulation of dynamic fracture of the borehole bottom taking into consideration stress concentrator. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1(87)), 53–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101444
9. Бельтек, М.І., Євпак, Н.А., & Фролов, О.О. (2024). Моделювання дії вибуху свердловинного заряду в природно порушеному тріщинуватому масиві в середовищі Ansys. Тези Всеукраїнської науково-практичної онлайн-конференції аспірантів, молодих учених та студентів, присвяченої Дню науки, Житомирська політехніка, 147–148. https://conf.ztu.edu.ua/wp-content/uploads/2024/06/sekcija-7.pdf
10. ANSYS Autodyn User's Manual (2013). Release 15.0, Southpointe, Canonsburg.
11. Hansson, H. (2009). Determination of properties for emulsion explosives using cylinder expansion tests and FEM simulation. Swebrec Report 2009:1, Stockholm.
12. Beltek, M.I., & Evpak, N.A. (2024). Results of modeling the explosion of a borehole charge in a fractured rock massif in ANSYS AUTODYN. Збірник наукових праць ХVІ науково-технічної конференції «ЕНЕРГЕТИКА. ЕКОЛОГІЯ. ЛЮДИНА», КПІ ім. Ігоря Сікорського, 124–128. https://en.iee.kpi.ua/files/2024/dopovidi2024.pdf
