WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Гладырь А.В., Мирошников В.И. Экспериментальная установка для изучения динамических нагрузок на демпфирующее укрытие разрушаемого взрывом массива горных пород

Научная статья

 

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»      999


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


Экспериментальная установка для изучения динамических нагрузок на демпфирующее укрытие разрушаемого взрывом массива горных пород

Гладырь А. В.( rush@email.kht.ru ), Мирошников В. И. Институт Горного дела ДВО РАН

1. Введение

Горнодобывающая промышленность является одной из ведущих отраслей народного хозяйства нашей страны. Объем добычи твердых полезных ископаемых приблизился к 20 млрд. т/год [1].

Анализ современных тенденций в развитии горных работ показывает, что основным способом подготовки скальных горных пород к выемке и первичной переработке остаются буровзрывные работы, с помощью которых и достигаются заданные показатели дробления и рыхления.

Следует отметить, что открытый способ добычи полезных ископаемых оказывает серьезное негативное воздействие на состояние окружающей среды, вызывая ландшафтные и аэрологические изменения загрязнением прилегающих к горному предприятию территорий, воздушного и водного бассейна. Применяемые в настоящее время технологии и технические средства открытой добычи полезных ископаемых в большинстве своем не соответствуют накладываемым на них требованиям современной экономики, экологической и социальной безопасности. Особенно актуальной предстает проблема обеспечения эффективной разработки сложноструктурных месторождений, представленных перемежающимися горными породами и рудами различной крепости и ценности, требующими применения специальных методов взры-воподготовки и селективной выемки, особенно на глубоких карьерах [2].

Как один из вариантов решения задачи локализации воздействия ударной волны следует отметить применение защитных устройств - укрытий. Защитными устройствами в данном случае следует называть искусственные сооружения из различных материалов (бетона, дерева, металла, породы и др.), предназначенные для снижения дальности и интенсивности разлета кусков породы, а также для ослабления параметров ударных волн до заданных величин [3].

Сложившийся исторически способ ведения буровых работ вертикальными скважинными зарядами в настоящее время привел к тому, что прирост производительности взрывных работ упал до 4 % в год. Что, несомненно, отрицательно сказывается на общем развития отрасли. Усложнение условий эксплуатации действующих месторождений, возникновение дополнительных экономических и экологических ограничений вызывают необходимость формирования нового технического облика горнодобывающей отрасли на принципиально иных научных основах.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»     Ю00


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


Среди принципиально новых способов ведения взрывных работ можно выделить взрывные работы на карьерах под укрытием горизонтальными скважинными зарядами [2].

Одной из ключевых составляющих новой технологии является применение горизонтальных и вертикальных демпфирующих щитов в составе самостоятельных мобильных агрегатов [4]. Предлагаемая технология дает дополнительные возможности повышения эффективности технологических процессов:

  1. уменьшение ширины рабочей площадки позволит повысить угол наклона рабочих бортов карьера на 5-10°, а каждый градус снижает усреднен-ный эксплуатационный коэффициент вскрыши на 0,10 м /м ;
  2. дробление горной массы с гарантированно средним размером куска в 0,2 м в сухих скважинах дешевыми экологичными неводоустойчивыми взрывчатыми веществами с максимально возможным использованием энергии взрыва на дробление горных пород позволяет перейти на поточную технологию выемки и транспорта с заменой технологического автотранспорта на конвейерный с исключением стадии крупного дробления на первичной переработке руд и обеспечит высокую эффективность селективной выемки за счет сохранения первичной структуры массива;
  3. существенное снижение текущих объемов вскрышных работ за счет увеличения углов откосов рабочих бортов при уменьшении ширины рабочей площадки, эффективную расконсервацию временно нерабочих бортов в глубоких карьерах;
  4. улавливание пылегазовых выбросов при взрывах, с использованием дополнительного специального оборудования;
  1. уменьшение сейсмического воздействия;
  2. переход на ежесменное взрывание без остановки работы других технологических процессов и карьера в целом.

Переход к промышленному производству устройств для указанной технологии подразумевает определение технологических параметров демпфирующих щитов, что требует теоретических и экспериментальных исследований.

Исследование процессов динамического взаимодействия демпфирующего укрытия и взрываемой горной массой проводилось численными методами по упрощенным моделям [2]. Проведено экспериментальное исследование перемещений демпфирующего щита в момент взрыва [2, 5]. Для дальнейших исследований необходимо комплексное изучение распределенных во времени нагрузок на демпфирующие элементы, что требует разработки специальной экспериментальной установки.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»     Ю01


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


2. Структура установки

Установка включает в себя бетонный блок прямоугольной формы, имитирующий горную породу, с набором горизонтальных скважин различной длины, предназначенных для размещения зарядов взрывчатого вещества (рис. 1). Вариация длин скважин необходима для определения оптимальной величины недобура до отрезной щели. Лицевая и верхняя поверхности блока закрывается демпфирующими щитами, воспринимающими ударную волну в момент взрыва. Демпфирующий щит представляет собой плиту, которая выполнена из одного или более слоев демпфирующих материалов.

Щит фиксируется в заданном положении опорами, которые в свою очередь могут включать демпфирующие элементы.

Рис. 1 Бетонный блок (вид сверху)

Измерительно-регистрационное оборудование устанавливается на вертикальном и горизонтальном щитах и в основании опор.

Схему измерения и регистрации можно представить в виде ряда функциональных блоков (рис. 2).

Датчики воспринимают поступающее на демпфирующий щит динамическое воздействие и преобразуют его к виду, удобному для дальнейшей обработки, т.е. к электрическому сигналу, имеющему определенные характеристики (частоту, амплитуду, фазу), изменяющиеся в зависимости от величины прилагаемого воздействия.

Далее электрические сигналы поступают на согласующее устройство, которое предназначено для обработки поступающих с датчиков электрических сигналов, с целью обеспечить передачу информации на персональный компьютер для последующего анализа. Основным требованием, накладываемым на согласующее устройство, является необходимость передать сигнал от датчиков в персональный компьютер с необходимой скоростью передачи и наименьшими потерями информации вследствие магнитных, электрических и прочих помех различной природы.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»     1002


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


д

ь

W


д

ь

W


Согласующее устройство


Персональный компьютер


д

ь

W

Рис.2

Устройство наблюдения и регистрации.

Функциональная схема.

В устройстве применяется датчик емкостного типа, который обладает рядом преимуществ по отношению к датчикам других типов:

  1. быстродействие;
  2. возможность широкого варьирования пределов измерений путем подбора диэлектрических прокладок различной степени жесткости;
  3. низкая инерционность;
  4. простота обработки выходного сигнала.

К основному недостатку следует отнести необходимость тарировки каждого экземпляра датчика, что предполагает использование сложных и громоздких прессов.

В качестве согласующего устройства применяется генератор прямоугольных импульсов, управляемый емкостью. Поскольку генератор подключается к персональному компьютеру, целесообразно использование схем на логических элементах, оперирующих сигналами TTL уровней, что значительно упростит схемы согласования выходных сигналов генератора с входными линиями ПК. Также в целях оптимального подбора диапазона выходных значений в схему вводится цифровой делитель частоты с изменяемым коэффициентом деления.

Соединение со стороны ПК обеспечивается стандартным параллельным портом, который способен в специальных режимах работы реализовать двунаправленный цифровой обмен со скоростью до 2 Мбит/с. по восьми независимым каналам. Это позволяет подключать до восьми датчиков одновременно без применения дополнительных средств [6, 7].

Таким образом, задача определения давления на датчик сводится к задаче регистрации частоты прямоугольных импульсов, поступающих на параллельный порт персонального компьютера.

В качестве эталонного измерителя временных интервалов используется 16-и разрядный таймер-счетчик типа Intel 8254-2, тактовая частота которого стабилизирована кварцевым резонатором на уровне 1,19318 МГц. Следовательно, согласно теореме Котельникова [8], допустима достоверная регист-


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»     ЮОЗ


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


рация входной частоты до 500 кГц. С другой стороны, схемотехника параллельного порта персонального компьютера не позволяет отслеживать изменения сигналов на входе частота которых превышает 100 кГц, что снижает максимальную допустимую частоту информационных сигналов, но вполне достаточно для данной конструкции.

Следует отметить, что для оптимального использования памяти, отводимой для хранения информации, поступающей с датчиков, и исключения «холостых» измерений необходимо наиболее точно определять момент взрыва. Для чего предусматривается использование сигнала начала измерения путем ввода дополнительной информационной линии, работающей на размыкание. Провод размещается вместе с взрывчатым веществом внутри скважины. В момент взрыва происходит разрыв провода и программа, находящаяся в режиме ожидания, может с достаточной точностью определить начальный момент времени измерения.

3.Программное обеспечение

Для регистрации и хранения данных измерения разработан программный комплекс «R-контроль». Разработанный на языке C++ с использованием языка Ассемблер [9], данный комплекс способен функционировать под управлением операционной системы MS-DOS на компьютерах типа IBM PC с процессором 486DX и выше, контроллер параллельного порта которого поддерживает работу в режимах ЕРР или Bi-directional.

Разработанный комплекс позволяет:

  1. Настраивать оптимальные параметры для конкретных измерений.
  2. Производить тарировку датчиков в интерактивном режиме.
  3. Производить измерения динамических воздействий по одному или восьми каналам одновременно с применением одного из трех разработанных алгоритмов.

-   Сохранять полученные данные на магнитном носителе для после

дующего анализа.

Также следует отметить, что программный комплекс записывается на одном магнитном диске 3,5" вместе с файлами, обеспечивающими загрузку операционной системы настроенной необходимым образом, что не требует предварительной установки и настройки операционной система на жесткий диск компьютера, который предполагается использовать.

4.Заключение

Таким образом, разработанная экспериментальная установка, включает бетонный блок, демпфирующий щит и регистрационно-измерительный программно-аппаратный комплекс. Программно-аппаратный комплекс включает аппаратную часть (датчик, согласующая схема, персональный компьютер) и программную часть, обеспечивающую регистрацию, измерение и хранение


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»     1004


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/091.pdf


информации. Варьируя расположение датчиков, существует возможность детально изучать:

  1. механическое взаимодействие разрушаемой при взрыве горной массы с поверхностью демпфирующего укрытия;
  2. распределение давлений по времени и по поверхности демпфирующего щита;

-  реакцию опор при различных демпфирующих свойствах щита.

Детальный анализ и исследование взаимодействия взрываемой горной

массы и демпфирующих элементов мобильного укрытия на примере бетонного блока позволят собрать информацию для проектирования мобильного укрытия в рамках новой технологии ведения буровзрывных работ.

Список литературы

    • Буровзрывная технология разработки угольных месторождений: реалии и перспективы / В. И. Кузнецов, А. Р. Маттис, А. С. Ташкинов, Е. В. Ку-рехин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1995. вып. 6. С. 107-110.
    • Е. Б. Шевкун, В. И. Мирошников. Прогрессивная технология открытой разработки месторождений скального типа. Владивосток; Хабаровск: ДВОРАН, 1997. 88 с.
    • В. Н. Кутузов. Разрушение горных пород взрывам. М.: Издательство Московского Государственного Горного университета, 1994.
    • Шевкун Е. Б., Мирошников В. И. Устройство для укрытия мест взрыва//Патент РФ №2117160, МПК6 Е21 F 5/00, F42 D 5/045, Е 21 С 37/00.
    • Мирошников В. П., Шевкун Е. Б. Экспериментальное исследование демпфирующих элементов отражающего щита. // Эффективные способы добычи и переработки полезных ископаемых Дальневосточного региона. Владивосток. Дальнаука, 1998. С. 98-103.
    • М. Гук. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб: Издательство «Питер», 2000. 816 с: ил.
    • Нортон П., Уилтон P. IBM PC и PS/2. Руководство по программированию: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1994. 336 с: ил.
    • Жеребцов И. П. Основы электроники. 4-е изд., перераб. и доп. Л: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.
    • Подбельский В. В. Язык C++: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 1996. 560 с: ил.
     



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.