Численные эксперименты исследования сейсмического воздействия массовых взрывов на подземные горные выработки

В связи с повсеместным интенсивным развитием горнодобывающих предприятий, расширением границ ведения горных работ, увеличением переработки объемов пород и руд, увеличением массы заряда взрывчатых веществ повышаются риски аварийных ситуаций в зонах примыкающих к горным работам. Перед предприятиями стоит задача правильного определения безопасных параметров взрывных работ и оценки сейсмического воздействия на охраняемые объекты. seismic-1_1 Известны несколько методов оценки сейсмического воздействия взрывных работ на близлежащие сооружения: 1) аналитический метод, недостатком которого является низкая точность, поскольку не учитываются многие факторы, существенно влияющие на оценку сейсмического воздействия, такие как геологическое строение и структура горного массива, физико-механические свойства горных пород, коммутация скважинных зарядов, величина замедления и т.д., 2) инженерная сейсмометрия — данная методика основывается на анализе данных, регистрируемых сейсмометрической аппаратурой. Ее достоинство состоит в том, что она позволяет получить натурные данные о сейсмовзрывных волнах, а недостатком методики является ограниченность получаемых данных, как по расстоянию, так и по азимуту относительно фокуса взрыва и неполнота динамической картины сейсмического воздействия 3) численное моделирование методом конечных элементов, основанное на расчете динамического воздействия на горный массив и охраняемые сооружения. Метод численного моделирования с привлечением результатов сейсмометрии для калибровки и тестирования расчетных моделей позволяет получить адекватный и комплексный анализ сейсмического воздействия массовых взрывов на охраняемые сооружения. С другой стороны, возможность проведения различных численных экспериментов позволяет определять параметры взрывных работ, обеспечивающие допустимое сейсмическое воздействие на сооружение.

Пространственная и театраэдральная модель взрываемого блока и подземной выработки
Пространственная и театраэдральная модель взрываемого блока и подземной выработки

Метод численного моделирования в условиях интенсивного ведения горных работ позволяет просчитывать различные варианты ведения взрывных работ, оперативно принимать решения. Для этого необходимо дополнительно создать возможность получения и обработки регистрируемых данных сейсмометрических наблюдений, подготовить пакет программного обеспечения для расчета и анализа сейсмического воздействия, внедрить высокопроизводительные вычислительные технологии на базе современных программно-аппаратных архитектур. Разработка и отладка целого комплекса аппаратно-программных продуктов обеспечат значительное сокращение расчетного времени, расширят спектр оперативно решаемых задач и ускорят принятие решений. Такой подход обеспечивает внедрение методов численного моделирования физических процессов сейсмовзрывного воздействия в планирование и производство буровзрывных работ, а также позволяет разработать технологические рекомендации для обеспечения сейсмобезопасного уровня буровзрывных работ на карьерах.

Модель среды. Распространение динамических полей в ближней и дальней зоне при взрыве в горном массиве можно описать в рамках упруговязкопластичной модели Бигмана. Данная модель является упругой для области напряжений seismic-formula1, пластичной при seismic-formula2 и записывается в следующем виде [4]:

seismic-formula3 (1)

Здесь seismic-formula4 — напряжение, seismic-formula5 — предельное напряжение, seismic-formula6 — динамическая вязкость, seismic-formula7 — деформация, seismic-formula8 — модуль Юнга.

Распределение максимальных скоростей в массиве при различных схемах взрывания
Распределение максимальных скоростей в массиве при различных схемах взрывания

Вычислительная схема. Расчет временных последовательностей абсолютных смещений каждого из узлов конечно-элементной модели под действием динамических нагрузок осуществлялся решением пространственно-дискретизированных уравнений структурной динамики с использованием явных методов:

seismic-formula9 (2)

где seismic-formula10, seismic-formula11, seismic-formula12 — векторы ускорений, скоростей и смещений, seismic-formula13, seismic-formula14, seismic-formula15 — матрицы масс, демпфирования и жесткости, seismic-formula16 — вектор нагрузок. Таким образом, физико-механические свойства горных пород, в рассматриваемой модели, определены через модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность породы и динамическую вязкость. Выходными данными программы являются величины смещений в узлах конечно-элементной модели для различных моментов времени.

High-risk Seismic Zones
Сейсмоопасные зоны

Предварительные выводы. Проведены предварительные численные эксперименты сейсмического воздействия массовых взрывов на подземные выработки. Несмотря на недостаток сведений о поведении массива горных пород при динамических, взрывных нагрузках, численные эксперименты позволили получить некоторые интересные выводы:

  • вычислительный метод позволяет оценивать сейсмическое воздействие массовых взрывов на подземные выработки взрываемого блока при различных схемах взрывания;
  • вычислительное моделирование позволяет получать сведения о сейсмическом воздействии как в любой точке массива в любой момент времени, так и получать сведения о сейсмическом воздействии на весь исследуемый массив;
  • наиболее щадящим оказалось поскважинное взрывание, поскольку значения смещений, скоростей и ускорений при поскважинном взрывании меньше чем при мгновенном взрывании и КЗВ порядном. Скорость смещений при поскважинном взрывании меньше максимально допустимой скорости для подземных выработок.
Расчет поля скоростей с учетом рельефа поверхности
Расчет поля скоростей с учетом рельефа поверхности

Публикации. Некоторые статьи участников проекта, относящиеся к тематике проекта:

  1. Коваленко В.А., Григорьев В.В. О численном моделировании разрушения горных пород динамическим нагружением // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Академия унаук СССР, Сибирское отделение, 1991, №5, С. 71-77.
  2. Баранов Е.Г., Коваленко В.А., Коваленко Е.А., Ляхов Г.М. Расчет параметров взрывных волн в плотных средах при различных схемах детонации // Журнал прикладной механики и технической физики, Академия наук СССР, Сибирское отделение, 1980, №1, С. 133-140.
  3. Korjenkov A. M., Kovalenko V. A. and Usmanov S. F.. Long-term preservation of paleoseismic deformations as a tool for revealing traces of ancient seismic catastrophes (on example of Chon-Kemin Valley, Kyrgyzstan) — in (M. F. Buchroithner — ed.) Proceedings of the 7th International Symposium on High Mountain Remote Sensing Cartography. Bishkek, Kyrgyzstan, July, 2002. Kartographische Bausteine, Band 23, Dresden 2004. P. 137-153.
  4. Райымкулов М.А., Воробьев Д.А., Борисенко В.А. Метод конечных элементов для расчета сейсмического воздействия при массовом взрыве // Сб. докладов международного семинара «Передовые технологии на карьерах», Бишкек, КРСУ, 2012, С.102-106.
  5. Усманов С.Ф., Коваленко В.А., Долгушев В.Г. Численное моделирование сейсмического воздействия на борт карьера //Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета №11, 2009, С.189-193.

отзовикПродвижение сателлитами дорвеями дорами доргенштукатурка стен цементным раствором цена