Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на важность, проблема прогнозирования и оценки влияния взрывного воздействия на кристаллы ценных минералов при отбойке кристаллосодержащих пород до настоящего времени остается открытой. Как правило на практике используются лишь эмпирическая связь повреждаемости кристаллов с кусковатостью отбитой породы или другие статистические оценки, ограниченные рамками конкретных горногеологических условий и типичными паспортами буровзрывных работ. В основу таких оценок положен средний радиус зоны повреждений кристаллов. При этом обычно игнорируется зависимость повреждаемости кристаллов от их крупности. Кроме этого на основании таких данных невозможен прогноз повреждаемости кристаллов при использовании новых, нетрадиционных типов ВВ.
Следует отметить, что в последние годы ведутся активные работы по безвзрывным методам добычи кристаллосырья, обеспечивающим большую его сохранность. Однако, в крепких породах и породах средней крепости такие методы значительно менее производительны и менее экономичны, чем взрывной.
Вышесказанное приводит к выводу о важности и актуальности задачи всестороннего исследования и описания механизма разрушения кристаллов при ударно-волновом воздейсівии. Только при понимании этого механизма возможен правильный прогноз повреждаемости для условий новых перспективных методов добычи, а также целенаправленный подход к выбору наиболее перспективных, с точки зрения сохранности кристаллов, новых типов ВВ.
Цель работы. Целью работы является разработка метода прогнозной оценки повреждаемости кристаллов при взрывном воздействии.
Идея работы заключается в использовании теории колебаний для описания процессов, происходящих в кристаллах под воздействием ударно-волновых нагрузок.
Методы исследований:
анализ литературных источников;
экспериментальное измерение деформаций имитаторов кристаллов пьезоэлектрическим и тензометрическим методами;
прикладные методы обработки результатов эксперимента на ЭВМ;
прямое наблюдение характера разрушений модельных образцов;
математическое моделирование деформирования кристаллов при импульсном нагружении;
сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов с привлечением анализа спектров.
Научные положения, выносимые на защиту:
- при импульсном нагружении кристаллы входят в режим колебаний на
собственных резонансных частотах с четко выраженными синусоидальными
циклами;
характер и интенсивность циклических деформаций кристаллов, вызванных ударно-волновым воздействием, описывается моделью одномерного гармонического осциллятора с затуханием, определяемым добротностью резонирующей системы "кристалл-вмещающая среда";
амплитуда локальных циклических деформаций, происходящих в кристалле на фоне его объемного сжатия нагружающим импульсом, является основным фактором, приводящим к возникновению растягивающих напряжений в кристалле и, как следствие, его разрушению.
Научная новизна работы заключается:
- в экспериментальном обнаружении возникающих переходных
колебаний в образцах, моделирующих кристаллы ценных минералов, при их
нагружении взрывом в жидкой и твердой средах;
- в экспериментальном выявлении зависимостей порогового давления,
приводящего к повреждению хрупких образцов в жидкой среде, от крутизны
фронта волны, размеров образца и толщины вязкого покрытия, наносимого на
образец;
- в математической интерпретации наблюдаемых закономерностей
поведения кристаллов при динамическом нагружении, учитывающей
параметры нагружающего импульса, характеристики кристалла и свойства
вмещающей среды; ?
- в установлении связи разрушающего воздействия взрыва на кристалл со
спектральными характеристиками взрывного импульса.
Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Личный вклад автора заключается:
- в постановке и проведении экспериментов, выявляющих связь
процессов разрушения кристаллов и возникновения в них собственных мод
колебаний под действием импульсного нагружения;
в обработке результатов измерений, в обосновании математической модели процесса разрушения кристаллов;
в проверке разработанного метода прогнозной оценки повреждаемости кристаллов путем сопоставления расчетов с данными собственных экспериментов и данными других авторов;
- в предложении способа сбора и обработки информации о
повреждающем кристаллы действии взрыва во вмещающей породе с
использованием анализа спектров колебаний.
Практическая ценность:
разработан метод прогнозной оценки повреждаемости кристаллов, реализованный на ЭВМ, позволяющий прогнозировать разрушаемость кристаллов при известных параметрах волны от взрыва заряда;
наряду с энергетическим критерием оценки разрушающего действия взрыва на кристаллы, предложен измерительный метод оценки такого действия по спектральному составу импульса напряжений, создаваемого зарядом ВВ.
Степень достоверности результатов проведенных исследований. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректностью постановок задач в рамках механики деформируемого твердого тела, экспериментальной проверкой результатов аналитических исследований и удовлетворительной их сходимостью с экспериментальными данными и результатами испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на I-ой Международной конференции по буровзрывным работам в строительстве (Москва, 1992г.), а также на объединенном семинаре лабораторий ИГД.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах.
Непностъ научных результатов заключается в обнаружении новых закономерностей динамического разрушения хрупких включений, размещенных в плотной среде, которые могут быть использованы в горном деле.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Она содержит^ страниц машинописного текста, 49 рисунков, одну таблицу и 47 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
