Експериментальне визначення рівня сейсмічних коливань при проведенні масових вибухів на кар’єрах Кривбасу

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Криворізький технічний університет

Експериментальне визначення рівня сейсмічних коливань при проведенні масових вибухів на кар'єрах Кривбасу

Є.О. Несмашний,

Д.А. Шевченко

м. Кривий Ріг

Анотація

Проведено експериментальне визначення рівня сейсмічних коливань ґрунту при проведені масових вибухів на кар'єрах Кривбасу. Для зменшення негативного впливу масових вибухів на стан промислових та цивільних споруд, рекомендується, при проектуванні вибухових робіт на кар'єрах, застосовувати часову діаграму.

Проведено экспериментальное определение уровня сейсмических колебаний грунта при проведении массовых взрывов на карьерах Кривбасса. Для уменьшения отрицательного влияния массовых взрывов на состояние промышленных и гражданских сооружений, рекомендуется, при проектировании взрывных работ на карьерах, применять временную диаграмму.

E.O. Nesmachny, D.A. Shevchenko. Experimental definition of level of seismic fluctuations caused by serial explosions at open pits in Krivbas

The experimental definition of a level of seismic fluctuations of a ground is carried out at implementation of serial explosions at open pits in Krivbas. To reduce a negative impact of serial explosions on a state of industrial and civil structures, it is recommended to apply the time diagram for designing explosive works on open pits.

Постановка наукової задачі

В «Єдиних правилах безпеки при вибухових роботах» [1] приводиться методика розрахунку безпечних відстаней по захисту від дії сейсмічних хвиль, що виникають при масовому підриванні зосереджених свердловинних зарядів.

Однак в них не враховуються особливості формування і поширення сейсмічних хвиль від вибуху розосередженої системи свердловинних зарядів при короткоуповільненому, багаторядному та багатоблочному підриванні в глибоких кар'єрах з урахуванням людського фактору, погодних умов, застосування нових вибухових речовин, засобів підривання та таке інше.

Тому завжди виникає необхідність в визначені фактичних величин рівня сейсмічних коливань ґрунту біля цивільних будинків та промислових споруд, які знаходяться поблизу кар'єрів і потребують відповідного захисту. Саме тому протягом 2002 року нами були здійсненні інструментальні вимірювання сейсмічних хвиль, які були створені масовими вибухами в кар'єрах Криворізького басейну.

Методика експериментів. Визначення рівня сейсмічних коливань ґрунту проводилось за методом багатоканального вимірювання коливань, розробленому в Інституті фізики Землі ім. О.Ю. Шмідта [2].

Для запису інформації застосовувався шлейфовий осцилограф К12-22 в комплекті з магнітоелектричними гальванометрами та електродинамічними датчиками СВ-10Ц, СГ1-10, та трьох компонентний п'єзоелектричний акселерометр АТП-1. (Свідоцтво про метрологічну атестацію вищеназваної апаратури № 1023 від 19.09. 2002 р).

При цьому модуль вектора максимальної швидкість Vmax коливань ґрунту визначався на основі трьох його проекцій на координатні осі (дві горизонтальні Vx та Vy і одна вертикальна Vz) таким чином:

, (1)

Виходячи з отриманого значення швидкості Vmax визначався рівень сейсмічних коливань у балах у відповідності з Міжнародною сейсмічною шкалою MSK-64 [3].

Отримані експериментальні данні. У 2002 році було проведено більше 30 польових вимірів рівня сейсмічних коливань при підриванні свердловинних зарядів на кар'єрах ПівдГЗК, ПівнГЗК, ЦГЗК.

Наприклад 20.03.02, місце проведення вимірювань знаходилося в районі будинку №1а по Машинобудівної вулиці (район Гданцівка) під час масового підривання 7 блоків з загальною масою вибухівки у 384 тони. При цьому перший вибуховий блок ініціювався за допомогою системи “Нонель”, а всі інші з використанням детонаційного шнура.

Аналіз отриманої сейсмограми показав, що на точці спостереження, максимальна величина швидкості сейсмічних коливань склала 0,07 см/с, що значно менше 1 бала по вищезгаданій шкалі. На такій відстані (R 5 км) сейсмічні коливання від окремих блоків не розділялись в часі, а їх загальна тривалість склала 7,5 с.

15.05.02 місце проведення вимірювань знаходилося біля кисневого заводу (R 900-1600 м) під час підривання 4 блоків в кар'єрі ПівдГЗК з загальною масою вибухівки у 334 тонни. Усі вибухові блоки ініціювався з використанням детонаційного шнура.

Аналіз отриманої сейсмограми (рисунок 1) показав, що на точці спостереження максимальна величина швидкості сейсмічних коливань склала 0,58 см/с, а прискорення - 0,06 м/с2, що відповідає 3 балам вищезгаданої шкали. Максимум сейсмічних коливань співпав з кінцем підриву першого вибухового блоку та початком підриву другого вибухового блоку. Сейсмічні коливання від окремих блоків практично не розділялись в часі, а їх загальна тривалість склала 4,7 с.

В цілому, на основі проведених у 2002 році польових інструментальних вимірів та їх лабораторного аналізу, був зроблений висновок: рівень сейсмічних коливань ґрунту, який був створений масовими підриваннями вибухових блоків на кар'єрах ПівдГЗК, ПівнГЗК, ЦГЗК відповідав допустимим нормам для цивільних будинків і промислових споруд у вищезгаданих районах.

Часова діаграма. Разом з тим детальний аналіз отриманих сейсмограм показав, що практика проектування вибухових робіт на кар'єрах Кривбасу має недоліки, головним з яких є незначний загальний час масового підривання (дивись копію сейсмограми, що наведена на рисунок 1).

Рисунок 1. Копія сейсмограми коливань ґрунту біля кисневого заводу при проведенні масових підривань свердловинних зарядів на кар'єрі ПівдГЗК 15 травня 2002 року

Внаслідок цього сейсмічні хвилі від окремих вибухових блоків на точку спостереження приходять майже одночасно, створюючи некеровану інтерференцію сейсмічних хвиль, яка може бути причиною значного резонансного збільшення амплітуди і швидкості сейсмічних коливань у місті знаходження цивільної чи промислової споруди і як наслідок привести, при окремих умовах, до її руйнування.

Для запобігання явища інтерференції сейсмічних хвиль в районі розташування промислових чи цивільних об'єктів, що охороняються, необхідно при проектуванні вибухових робіт на кар'єрах передбачувати наявність деякого проміжку часу () між проходженням окремих сейсмічних хвиль через точку спостереження. При цьому доцільно виходити з того, що при масових підриваннях наявність декількох сейсмічних хвиль малої амплітуди це значно краще, ніж одна хвиля великої амплітуди.

Для досягнення цієї мети нами пропонується розраховувати та завчасно використовувати відповідну часову діаграму масового підривання вибухових блоків на кар'єрі (рисунок 2).

Проміжок часу , за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження від відповідного вибухового блоку визначається за наступною формулою:

, (2)

де H - глибина розташування блоку, м;

R - відстань від точки спостереження до даного вибухового блоку, м;

V - швидкість сейсмічної хвилі, м/с.

При проектуванні вибухових робіт в умовах Криворізького басейну приблизне значення швидкості сейсмічної хвилі може бути прийняте рівним V 1000 м/с.

З часової діаграми, яка наведена на рисунку 2 видно, що наявність деякого проміжку часу () між проходженням окремих сейсмічних хвиль через точку спостереження, буде досягнута за умови:

= ₂ - ₁ + Т_2-1 > 0, (3)

де - необхідний проміжок часу між проходженням сейсмічних хвиль від окремих вибухових блоків через току спостереження, с.

Тоді час уповільнення підриву послідуючого вибухового блоку після здійснення підриву попереднього, можливо обчислити за наступним виразом:

Т_2-1 > ₁ - ₂, (4)

де j - час, за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження після підриву відповідного вибухового блоку, с.

При використанні цієї формули розмір перебільшення рекомендується брати не менше однієї секунди.

Рисунок 2. Часова діаграма для проектування масових підривань свердловинних зарядів на кар'єрах:

негативний гірський вибуховий сейсмічний промисловий

t_i - час підриву вибухових блоків, який визначається за умови, що маса вибухівки, яка одночасно підривається не перевищує граничного рівня по умовах правил безпеки [1], с;

Т_2-1 - час уповільнення підриву послідуючого вибухового блоку після підриву попереднього, с;

_j - час за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження після підриву відповідного вибухового блоку, с;

t_В - проектний час масового підриву блоків, с;

t_С - фактичний час проходження сейсмічних хвиль через точку спостереження, який визначається з сейсмограми, с.

У випадку, коли вибухові блоки знаходяться на значній відстані один від одного, їх можливо підривати майже одночасно, але з деякою затримкою Т₁, під якою мається на увазі проміжок часу між початком підриву попереднього блоку і початком підриву послідуючого (дивись часову діаграму, що наведена на рисунку 3).

У цьому разі сейсмічні хвилі на точку спостереження прийдуть з деяким інтервалом часу :

 = ₂ - ₁ + t₁ - Т¹ > 0. (5)

Тоді час затримки Т1 підриву послідуючого вибухового блоку, після початку підриву попереднього, можливо обчислити за наступним виразом:

Т¹ > ₁ - ₂ + t₁ , (6)

де t₁ - час підриву відповідних вибухових блоків, який визначається за умови, що маса вибухівки, яка одночасно підривається не перевищує граничного рівня по умовах правил безпеки [1], с;

Т₁ - час затримки підриву послідуючого вибухового блоку після початку підриву попереднього, с;

₁; ₂ - проміжок часу за який сейсмічна хвиля доходить до точки спостереження після підриву вибухового блоку, с.

На наш погляд, застосування часової діаграми приведе до того, що сейсмічні хвилі від окремих вибухових блоків будуть приходити до об'єктів, які захищаються, по черзі з деяким часовим інтервалом, що унеможливить явище інтерференції сейсмічних хвиль.

Позитивні результати застосування часової діаграми при проектуванні масових вибухів розосередженої системи свердловинних зарядів при короткоуповільненому багаторядному підриванні в глибоких кар'єрах добре видно з копії сейсмограми коливань ґрунту 26 квітня 2002 року в районі будинку №25 по вул. Люберецька (с. Веселі Терни) під час виконання масового підривання свердловинних зарядів загальною масою 347 тонн на Першотравневому кар'єрі ПівнГЗК, яка наведена на рисунку 4.

З цієї сейсмограми добре видно, що сейсмічні коливання, від окремих вибухових блоків, на точку спостереження приходять по черзі з деяким часовим інтервалом, що унеможливлює явище інтерференції сейсмічних хвиль біля об'єктів, які захищаються.

Тобто досягається суттєве зниження негативного впливу масових вибухів свердловинних зарядів на стан промислових споруд та житлових будинків.

Рисунок 3. Часова діаграма для проектування масових підривань свердловинних зарядів на кар'єрах, коли вибухові блоки знаходяться на значній відстані один від одного: t_В - проектний час масового підриву блоків; t_С - фактичний час проходження сейсмічних коливань через точку спостереження

Рисунок 4. Копія сейсмограми коливань ґрунту в районі будинку №25 по вул. Люберецька (с. Веселі Терни) під час виконання підривання свердловинних зарядів на Першотравневому кар'єрі ПівнГЗК 26 квітня 2002 року:

t_i - фактичний час підриву відповідного блоку, с;

_j - час затримки між підривом чергових блоків, с;

t_С - загальний час масового підриву вибухових блоків, с.

Загалом, проведене нами співставлення часових інтервалів, що були запроектовані у часовій діаграмі на конкретний вибух та їх фактичні значення, які були встановлені на основі обробки отриманої сейсмограми цього вибуху, дозволило встановити наступне: фактичний час підриву окремих вибухових блоків відрізняється від їх проектних значень на 10-15%; фактичний час уповільнення підриву послідуючих блоків після підриву попередніх, відрізняється від їх проектних значень на 20-30%; проектне значення часу масового підривання вибухових блоків майже завжди збігається з фактичним часом проходження сейсмічної хвилі через точку спостереження (похибка не перевищує 1-2%).

Висновки

Рівень сейсмічних коливань ґрунту, який був створений масовими підриваннями вибухових блоків на кар'єрах ЦГЗК, ПівдГЗК, ПівнГЗК у 2002 році, відповідав допустимим нормам для цивільних будинків і промислових споруд.

Для подальшого зниження негативного впливу сейсмічних коливань ґрунту на стійкий стан цивільних будинків і промислових споруд навколо Криворізьких кар'єрів, пропонується протягом 2003 року впровадити заходи по вдосконаленню практики проектування та проведення вибухових робіт з метою збільшення загального часу підривання вибухових блоків з 4-7 до 10-15 с.

Використання часової діаграми, при проектуванні вибухових робіт, дозволяє сподіватися на зниження рівня сейсмічних коливань на точці спостереження, при інших рівних умовах, у середньому на 0,5-1,5 бали за Міжнародною сейсмічною шкалою MSK-64.

Перелік посилань

1. Единые правила безопасности при взрывных работах. - Киев: Норматив, 1992. -172 с.

2. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах и массивах. - Л.: Наука, 1978. - 243 с.

3. Определение параметров взрывных работ и расстояний, безопасных по действию сейсмических и ударных воздушных волн. - Кривой Рог: НИГРИ, 1995. - 26 с.

Размещено на Allbest.ru