CC BY
134
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПРОБЛЕМАТИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ СЕЙСМИКИ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЙСМОБЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЗРЫВОВ
Криворучко Надежда Ивановна
аспирант, Институт гидромеханики НАН Украины,
Украина, г. Киев E-mail: [email protected]
THE PROBLEM RESEARCHES OF INDUSTRIAL SEISMIC IN THE FIELD OF PROVIDING OF SEISMIC SAFETY OF TECHNOLOGICAL EXPLOSIONS
Nadezhda Kryvoruchko
postgraduate student, Institute of Hydromechanics NAS of Ukraine,
Ukraine, Kyiv
АННОТАЦИЯ
Осуществлен обзор исследований в области промышленной сейсмики. Рассмотрены некоторые проблемы обеспечения сейсмобезопасности взрывных работ на карьерах, с учетом которых приведены перспективные направления дальнейших исследований.
ABSTRACT
Review of the researches in the field of industrial seismic was realized. Some problems of providing of seismic safety of explosive works in the quarries were considered. The perspective directions for further researches were given in this article.
Криворучко Н.И. Проблематика исследований промышленной сейсмики в области обеспечения сейсмобезопасности технологических взрывов //
Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2013. № 1 (1) .
: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/791
Ключевые слова: сейсмика, взрыв, сейсмические волны, сейсмические колебания, сейсмобезопасность.
Keywords: seismic, explosion, seismic waves, seismic vibrations, seismic safety.
Современное горнодобывающее производство, базируясь на передовых методах поиска и освоения недр, является одной из наиболее активных областей народнохозяйственного использования взрыва. Вследствие непрерывного развития общественных потребностей и роста масштабов строительства происходит увеличение количества горных предприятий и возникает необходимость расширения границ уже существующих. При этом границы карьеров все ближе приближаются к гражданским и промышленным сооружениям, подвергая их динамическим воздействиям сейсмических колебаний, вызванных проведением промышленных взрывов.
В связи с этим обеспечение сейсмобезопасности для окружающих поверхностных и подземных объектов при воздействии на них сейсмических колебаний, вызванных взрывом зарядов взрывчатых веществ (ВВ), является одним из главных заданий исследований в промышленной сейсмике. Необходимо контролировать вредное воздействие взрывов для сохранения целостности окружающих охранных объектов.
Обзор и систематизация существующих результатов исследований, связанных с обеспечением сейсмической безопасности зданий и сооружений при взрывных работах на карьерах, являются целью данной работы.
Изучение сейсмического эффекта взрыва включает целый ряд вопросов, ответы на которые имеют определенное значение в теории и практике взрывного дела. К таким вопросам относятся: установление сейсмобезопасных расстояний и разработка методов по их уменьшению; процесс перехода энергии взрыва в энергию колебательного движения и распределение энергии между волнами разных типов; определение зон действия взрыва, объяснение механизма очага взрыва и т. д.
Сейсмические волны характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются динамические (смещение; скорость и ускорение частиц среды; частотный спектр; фазовая скорость; скорости продольной, поперечной, поверхностной волн; период колебаний), силовые и энергетические (радиальное напряжение; удельный импульс; плотность энергии)
характеристики. Тот или иной сейсмический параметр (амплитуда, период и т. п.) зависит от физико-механических свойств грунта (как в месте взрыва, так и в пункте наблюдения), и каждый из них требует отдельного детального изучения [10, с. 751].
Сложная волновая картина сейсмического действия взрыва при высокой энергетической характеристике сейсмических колебаний определяет необходимость их глубокого и всестороннего изучения для разработки обоснованных инженерных методов управления энергией взрыва при сейсмической защите промышленных сооружений. Необходимым
условием такого изучения является определение источника сейсмических
колебаний и тех волн, которые обусловливают его максимальное
разрушительное действие на различных стадиях развития взрыва.
Скорость смещения частиц грунта среди динамических характеристик сейсмических колебаний является наиболее устойчивой по отношению к условиям взрыва и непосредственно связанной с причинами разрушительных действий сейсмических волн. Это объясняется тем, что она для многих типов грунтов, кроме водонасыщенных, слабо зависит от геологических условий места проведения взрывных работ.
Смещение и ускорение в значительной мере зависят от характера изменения периодов колебаний, чутко реагируют даже на небольшие изменения в среде на пути распространения сейсмических волн [6].
В связи с этим в большинстве исследований [7—9] скорость смещения частиц грунта принята в качестве основного критерия оценки сейсмического действия взрыва. Для ее расчета используется базовая формула М.А. Садовского:
и = к„
г г \~а
V 3 т у
(1)
где: кс — коэффициент, зависящий от условий взрывания и распространения колебаний;
т — масса заряда ВВ;
г — расстояние от взрыва;
а — показатель затухания скорости смещения.
В соответствии с этим критерием были разработаны нормативные документы, содержащие данные о безопасных уровнях этого параметра в зависимости от типа зданий и сооружений, их конструктивных особенностей и физического состояния. С помощью величины максимальной скорости колебаний волн, которая не должна превышать допустимую величину, взятую из существующих нормативных документов, осуществляются оценки взрывов и регулирования их параметров.
Однако в ряде работ [1—5] установлено, что сейсмическое действие зависит не только от скорости смещения частиц грунта, но и от отношения Т/Т0 (Т — период колебаний грунта; Т0 — период собственных колебаний сооружения). Если период колебаний грунта Т по сравнению с периодом собственных колебаний сооружения Т является очень малым, то амплитуда смещения конструкции сооружения по отношению к амплитуде смещения основания будет сравнительно небольшой, и сооружение останется относительно неподвижным. При значениях периода Т близких к Т0 амплитуда колебаний достигает максимума и может превысить в несколько раз амплитуду колебаний грунта (резонанс).
Следовательно, сейсмическое воздействие взрыва на здания и сооружения определяется не только особенностями колебаний грунта, но в значительной мере конструктивными особенностями и динамическими свойствами сооружения, которые характеризуются периодом собственных колебаний Т , а также логарифмическим декрементом затухания Л. Скорость смещения хотя
и важный критерий сейсмобезопасности, но не определяющий без наличия частотных данных сейсмовзрывных волн и охраняемого объекта.
Таким образом, важным показателем в совместном колебательном процессе системы «грунт—сооружение» является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) [1], которая указывает на отношение амплитуды колебаний сооружения к амплитуде вынужденных колебаний грунта в зависимости от отношения их периодов Т/Т , и выражается зависимостью:
( 2 Л-1/2
и,-Р =[(1 -(Т/Т, )2) + 4Л-(ТТ )2/(ж2 +Л2 ^ . (2)
Проблематичность исследований с учетом АЧХ состоит в том, что полученные расчетные данные иногда бывают недостоверными, т. к. в своем большинстве базируются на эмпирическом, а не на теоретическом материале. Применяемые эмпирические коэффициенты, характеризующие свойства среды и затухание массовой скорости с расстоянием, вынужденно принимаются усредненными и не могут в полной мере учесть многообразие свойств среды и условий ведения взрывных работ.
Наиболее результативным способом снижения скорости сейсмоколебаний с целью повышения сейсмобезопасности признано короткозамедленное взрывание (КЗВ). Поскольку здания и сооружения являются резонансными системами и реагируют на сейсмовоздействия, то уменьшение сейсмоопасности стоит рассматривать на основе регулирования спектрального состава сейсмоколебаний. Низкочастотные составляющие спектра сейсмоколебаний представляют наибольшую опасность. Таким образом, снижение степени сейсмоопасности можно осуществить с помощью снижения энергонасыщености диапазона частот собственных колебаний сооружений.
За последние годы при взрывах на карьерах Украины для монтажа схем КЗВ стали использовать системы неэлектрического инициирования зарядов (СНИЗ), которые отличаются высшей точностью оценки.
Однако, несмотря на то, что оценка сейсмоэффекта от взрыва с использованием СНИЗ существенно отличается от взрывов, проведенных
в одинаковых условиях и приведенной массой ВВ с использованием систем инициирования зарядов детонационными шнурами (ДШ), методы оценки сейсмического действия взрыва остались без изменений.
В связи с этим целесообразно [3] проводить исследования для оценки сейсмобезопасного действия КЗВ не только по существующей граничнодопустимой норме, но и с учетом интервалов замедления каждого заряда ВВ, общей продолжительности взрыва и количества ступеней замедления.
Многолетний опыт исполнения работ в промышленной сейсмике и анализ существующих данных исследований, нормативных документов определяют следующую концепцию сейсмобезопасности: наибольшую опасность вызывает тот тип волн, который по частотному спектру и максимальному значению амплитуды колебаний наиболее приближается к собственным колебаниям сооружения. Оценка сейсмического действия взрыва только по одному типу волн (поверхностной) является не всегда правильной.
Некоторые направления проблемных исследований в области обеспечения сейсмобезопасности взрывных работ
V V ^ і ' і V
Получение достоверных зависимостей теоретического характера Исследование всех основных типов волн, вызванных взрывом Оценка взрывных работ при КЗВ с использованием СНИЗ Уделение особого внимания АЧХ взрыва, спектральному анализу Усовершенствование нормативной базы ведения взрывных работ
їЯ 8 И о і> & , К ср й К
о Е о 3
8 5 8
8 3
М ®
сз 23
СО га Н Ю
Я о 8 ° а й & * н ^
С^ Л & ^ о н
<р а н и;
X
л
03
о
н
о
о
л
03
н
о
к
н
?у
Ш ^
га ю в
<о &
й сз ^ 2 8
ЁЛ ^ 2^ ° ё 63 С и
сЗ
ю
о
о н й ° в 'ІЗ
Е &
X
X
03
А
н о
Ез & ^
2 ^ я
со й
8
£
03
о
X
о
о
ю
о
«
к
X
<э
03
С ж
03 К
03
о
4 о
- X -
КН Ю ^
й о ы
о ^
<&
о о
^ Е & о н
Б оз л о о н о д н ^
-а
л
о
03
н
о
й >к й 5 о 5 к м
Я Л °
Я 8 I
М и а
« о ^в
в п о и сЗ 8 8 Н
В 1Т
о л
5 Зз 5- ^
о а> о ^ * *§ ^ Л
х
ч
о
03
сЗ
X
к «
н ч
о ^
и Д
о н н о
^ § о *
^ 8 ^ в
^ 5 ° 2
& £ 2 >в
си о
о
н
Е
«
К
X
«
к
ч
03
К
Е
сЗ
03
о
4 о о
к
2
?у
а
-а
Ч
О
н
ш
I 8
Н 8 о 8
Ч 5
ш 8
* оУ Й
* & £
а » 3 о о
л н о
и СҐ о
М К
ГО 8
ы ?а
« ю
8 О 8 & сЗ Ч
«§ йЗ
о, 8
^ В
* 1
8 Й
8
о
6^
8 8 22 00 £ =Є5 22 ^ г!
со гз
Й п
9 ч
Ш 8
^ яе
и <о Ё
^ ?! С рэ
«
8
8
«
О
н
о
,
О
о
58
<о
о
8
8
Я
сЗ
со
8
8
8
8
О
н
со
8
,
8
8
3
4 о
,
§ т
„ м >8 _, о л 8 о ^ Й и
сЗ
сЗ
8
Ю § сЗ К а о
Й к
ЕЙ «
і^ о
м и Р0 н
К
н
о
сЗ X о
со
Ю О 2 о Ж
о й о X
V
я о
&
X
Е г ■
5^ Й № Л
^ I
с 8
о
н
<о
&
?У
О
е
гг
?у
К
н
с^
О 5 К О X X сЗ м « 5 Ей « 5ч
Ю
Ч о й о
с^
03
о
4 о о К
К
X
<э
03
о
£
о
ж
о
03
о
э-
Й
X
о
Рисунок 1. Некоторые направления проблемных исследований в области обеспечения сейсмобезопасности взрывных работ
Использование существующих нормативов оценки сейсмобезопасности зданий различного технического состояния при техногенных взрывах не всегда обеспечивает их сейсмобезопасную надежную эксплуатацию, так как не учитывает в полной мере условий и особенностей распространения волн, а также ослабленность трещинами зданий и сооружений, находящихся в зоне интенсивного влияния сейсмовзрывных волн.
Учитывая выше изложенное, можно в виде схемы предложить некоторые направления проблемных исследований в области сейсмобезопасности
взрывных работ на карьерах (рис. 1), а именно: получение достоверных зависимостей теоретического характера; исследование всех основных типов волн, вызванных взрывом; оценка взрывных работ при КЗВ с использованием СНИЗ; уделение особого внимания АЧХ взрыва, спектральному анализу и усовершенствование соответствующей нормативной базы.
Таким образом, несмотря на достигнутые успехи в решении основных задач промышленной сейсмики, на ряде горнодобывающих предприятий возникают проблемные вопросы, требующие разработки методов прогнозирования и управления сейсмическим действием взрывов. Необходимость в решении этих вопросов обусловлена в основном изменчивостью грунтовых условий на пути распространения сейсмических волн, приближением фронта горных работ к охраняемым объектам, параметрами технологии взрывных работ и т. д. Предложенные в работе некоторые направления проблемных исследований в области сейсмобезопасности взрывных работ будут служить ориентиром для последующих исследований.
Список литературы:
1. Бойко В.В., Кузьменко А.А., Хлевнюк Т.В. Оценка сейсмобезопасности сооружений при воздействии на них взрывных волн с учетом их спектральных характеристик // Вюник НТУУ «КП1». Серія «Прництво»: Зб. наук. праць. — № 16. — 2008. — С. 3—13.
2. Бойко В.В., Кузьменко А.А., Лемешко В.А. Вопросы аппаратурного контроля и сейсмобезопасности взрывных работ // Информационный бюллетень украинского союза инженеров-взрывников. — 2011. — № 3. — С. 13—20.
3. Бойко В.В. Прогнозування сейсмоефекту короткосповільненого підривання з урахуванням суперпозиції хвиль в гірському масиві // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць (Будівництво). — Вип. 75: в 2-х кн.: Книга 1. — Київ, ДП НДІБК, 2011. — С. 28—33.
4. Бойко В.В. Проблеми сейсмічної безпеки вибухової справи у кар’єрах України: монографія. — К.: ТОВ «Видавництво Сталь», 2012. — 184 с.
5. Вовк А.А., Леванкова Л.Н. Параметры поверхностных сейсмических волн при массовых взрывах // Вісник НТУУ «КПІ». Серія «Гірництво»: Зб. наук. праць. — № 13. — 2006. — С. 23—33.
6. Криворучко Н.И. О некоторых проблемах сейсмобезопасности взрывных работ на карьерах // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты: сборник материалов VII Международной научнопрактической конференции. — Новосибирск: ЦРНС, 2013. — С. 83—87.
7. Медведев С.В. Сейсмика горных взрывов. — М.: Недра, 1964.
8. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. — М.: Недра, 1976. — 271 с.
9. Садовский М.А. Геофизика и физика взрыва / Избранные труды. — М.: Наука, 1999. — 347 с.
10. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. — Изд. 3-е, переработан. — В 2-х т.: Т. 1. — М.: Физматлит, 2002. — 832 с.
