Какие пожары относятся к экзогенным и их причины?

Какие пожары относятся к эндогенным и их причины?

Меры предупреждения эндогенных пожаров.

Методы тушения пожаров в шахтах (рудниках).

Средства тушения пожаров в шахтах (рудниках).

Основные элементы системы противопожарной защиты шахты (рудника).

ЗАНЯТИЕ №9

ОБОСНОВАТЬ И РАССЧИТАТЬ ПАРАМЕТРЫ ЗАЩИТЫ

ОБЪЕКТОВ ОТ ДЕЙСТВИЯ УДАРНОЙ ВОЗДУШНОЙ ВОЛНЫ И СЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ

1. Цель работы:освоение студентами методик расчета опасных зон при производстве массовых взрывов на карьерах и в шахтах.

Теоретические положения

Необходимость защиты окружающей среды и инженерных сооружений от сейсмического действия промышленных взрывов и ударных воздушных волн возникла в последние годы в связи с созданием: высокопроизводительных буровых станков для открытых и подзем­ных горных работ, позволяющих обуривать значительные объемы горной массы и применять многорядное взрывание уступов, взрывание в зажатой среде с сохранением геологической структуры массива - на открытых горных работах; систем подэтажного и этажного принудительного обрушения, подэтажных штреков и ортов, слоевого обрушения - на подземных работах. Их эффективная реализация возможна только при условии резкого повышения величин одновременно взрываемых зарядов ВВ.

За короткое время масса одновременно взрываемых зарядов ВВ повысилась на открытых горных работах с 20-30 до 200-300 т, а в отдельных случаях до 500-1000 т, на подземных работах - с 5-6 до 20-30, а в отдельных случаях до 50-100 т.

Распространение упругих сейсмических волн характеризуется скоростью массового смещения среды  и (см/с) и периодом колебаний среды Т (с). На основании этих параметров возможно также определение таких параметров сейсмических волн, как амплитуда смещения S, см; ускорение смещения  j,  см/с²; энергия сейсмических колебаний W_S, кДж.

Общепринятыми критериями оценки интенсивности сейсмических колебаний являются скорость частиц и и энергия колебаний W_S:

                                                   (1)

В целях выражения параметров сейсмических волн в зависимости от массы заряда ВВ Q и расстояния до места взрыва R, общепринята их интерпретация через параметры энергетического и геометрического подобия:

.                                     (2)

Тогда смещение, скорость и период сейсмических колебаний могут быть выражены соответственно как

;                                        (3)

                                        (4)

,                                          (5)

где  - функция показателя действия взрыва;

 - эмпирические коэффициенты грунтовых условий;

 и  - показатели степени затухания сейсмических колебаний.

Управление сейсмическим действием взрыва возможно за счет изменения массы заряда ВВ Q и расстояния до центра взрыва R. Изменение эмпирических коэффициентов грунтовых условий и показателей степени затухания сейсмических колебаний существенно зависит от условий взрывания, которые устанавливаются экспериментально.

Анализ волновой картины действия взрыва в горных породах показывает, что если в области действия ударных волн затухание напряжений и соответственно скорость смещения пропорциональны  (в отдельных случаях, в средах высокой сжимаемости, ), в области упругопластических волн  (в отдельных случаях ), то в области сейсмических волн затухание скорости смещения пропорционально  и только в зоне ближнего действия взрыва, где наблюдается нелинейно упругое поведение пород, , а в зоне распространения поверхностных волн . В сейсмическую волну переходит около 1% потенциальной энергии ВВ, что упрощает сейсмическую защиту инженерных сооружений от действия взрыва.

Общепринятым  критерием оценки сейсмического действия взрывов в России является допустимая скорость колебаний в преобладающей по интенсивности волне и. В США и ряде других стран (Швеция, Канада) критерием сейсмической безопасности служит уровень допустимой энергии сейсмической волны. Совместные расчеты по данным критериям показывают, что их количественные параметры принципиально не отличаются. Если в России – допустимая скорость колебаний для гражданских и промышленных сооружений находится в пределах 1-12 см/с, то безопасный уровень сейсмиче­ской энергии, принятый за критерий в США, предусматривает допустимую скорость колебаний в пределах            3-12 см/с.

Анализ результатов экспериментальных исследований, выполненных по изучению составляющих колебаний по осям х, у, z в скальных породах, показывает, что в области расстояний , где преобладает по интенсивности продольная волна, основная энергия сейсмических колебаний (до 100%) связана с горизонтальной составляющей скорости колебаний и_х этой волны; в области , где наблюдается переход преобладающих колебаний от продольной к поверхностной волне, доля горизонтальной составляющей снижается с 85-90 до 35-42% и в области , где преобладают поверхностные волны, составляющие  скоростей колебаний распределяются по осям х, у, z примерно равнозначно. Таким образом, в наиболее опасной области сейсмических колебаний при  максимум сейсмической энергии связан с горизонтальными составляющими колебаний в продольной волне, тогда как вертикальные и поперечные колебания быстро затухают. Это дает основание в скальных породах оценивать сейсмическое действие взрыва на здания и сооружения по допустимой скорости колебаний одной горизонтальной составляющей продольной волны, несущей в области  около 80% сейсмической энергии. Допустимой скоростью колебаний называется такая скорость, при которой сохранение зданий или сооружений полностью гарантировано, а возможные локальные деформации не превысят прогнозируемые. Наряду с допустимой скоростью  для решения некоторых практических задач необходимо введение такого понятия, как предельная скорость колебаний , соответствующая граничным условиям сохранности зданий или сооружений. При возбуждении в массиве пород скорости колебаний выше допустимой  сохранность зданий или сооружений носит вероятностный характер. Критической может быть названа предельно допустимая скорость, выше которой сохранность здании или сооружении реализуется с вероятностью менее 0,5.

Определение допустимых и предельных скоростей колебаний для гражданских и промышленных зданий и сооружений может осуществляться на основании специальной шкалы, разработанной для оценки последствий землетрясений, но применимой с известным коэффициентом надежности и для оценки последствий взрывов. Эта шкала имеет XII баллов.

Сейсмические колебания в области от I до V баллов не причиняют вреда сооружениям, а большие (от X до XII) недопустимы по техническим условиям.

Таблица 1

Шкала оценки величин сейсмических воздействий на промышленные здания и сооружения

Представленная шкала (табл. 1) учитывает характер сотрясений, допустимую и предельную скорости колебаний и возможные в этих условиях нарушений зданий и сооружений. Из представленных данных видно, что для обеспечения полной безопасности сооружений допустимые колебания должны относительно предельных быть снижены на один балл, поэтому рекомендуется принимать: для ветхих зданий - IV балла; для зданий, имеющих деформацию, V баллов и зданий, находящихся в удовлетворительном состоянии, VI баллов.

Допустимая скорость колебаний зависит от назначения и состояия зданий и сооружений того или иного класса. В соответствии со            СНиП II-А.3-62 и СНиП II-А.12-69 промышленные здания и сооружения могут быть подразделены на IV класса:

I класс - особо ответственные здания и сооружения общесоюзного и республиканского значений, исторические и архитектурные памятники, ведение взрывных работ вблизи которых возможно лишь в исключительных случаях;

II класс - сооружения промышленного назначения большой важности: трубы, здания цехов больших размеров, копры шахт, водонапорные башни и т.п. со сроком службы более 20-30 лет; здания и сооружения гражданского назначения с большим скоплением людей, жилые дома, кинотеатры, дома культуры и т.п.;

III класс - сооружения промышленного и служебного назначения сравнительно небольших размеров в плане и не выше трех этажей по высоте; механические мастерские, компрессорные, бытовые комбинаты и т.п.; здания гражданского назначения с небольшим скоплением людей, жилые дома, магазины, служебные помещения и т. п.;

IV класс - здания промышленного и гражданского назначения с ценными и дорогостоящими машинами иприборами, нарушения которых не угрожают жизни и здоровью людей; складские помещения, экипировочные пункты для транспорта, здания автоматизированных холодильников, компрессорных установок и т. п.

Если в группе зданий находится несколько сооружений различных классов, то допустимая скорость принимается для наиболее важных зданий и сооружений или для наиболее нарушенных изних с тем, чтобы принятая скорость была минимальна. Допустимые скорости колебаний грунта в основаниях зданий и сооружений в зависимости от их класса приведены в табл. 2.

Таблица 2

Рекомендуемые допустимые скорости колебаний грунта для зданий и сооружений разных классов

Наиболее характерными деформациями, наблюдаемыми в зданиях при действии взрыва, являются трещины в несущих конструкциях, расслоение кирпичной кладки, нарушение связей между отдельными элементами. В зданиях и сооружениях, имеющих антисейсмические усиления, серьезных деформаций в несущих элементах не наблюдается, поэтому все антисейсмические мероприятия относятся к зданиям и сооружениям без специальных антисейсмических усилений.

Для решения задач по устойчивости при сейсмическом действии взрыва сооружений в горных породах (бортов карьеров, стволов шахт, штолен, гидротехнических тоннелей ибортов каньонов, камерных иподкарьерных целиков и др.) критерии, приведенные в табл. 2,непригодны, так как они относятся к строительным конструкциям.

При выборе допустимых скоростей колебаний в сплошных средах большое значение имеет общая оценка деформационных свойств горных пород. Известные из эксперимента скорости колеба­ний массивов горных пород имеют лишь частное значение для кон­кретных горно-геологических и горнотехнических условий.

Скорости колебаний (см/с) массивов горных пород в зависимости от характеристики разрушений приведены ниже.

В таких средах в области некоторого напряжения  как сжатие, так и разгрузка горных пород происходит упруго, т.е. по одному и тому же закону без остаточных деформаций, а при  - по разным законам с остаточной деформацией. Следовательно, при  в среде могут образоваться остаточные деформации, величина которых будет зависеть от максимального напряжения на фронте волны, действию которого подвергается среда при прохождении сейсмической волны. Накопление остаточных деформаций  при последовательном многократном производстве взрывных работ может привести к потере устойчивости и обрушению горных пород.

Деформации горных пород за пределами упругости наблюдаются при их относительных величинах, превышающих 0,0002-0,0003. Очевидно, что из условий упругого поведения горных пород относительная деформация   =0,0002¸0,0003 и должна приниматься в качестве допустимой, гарантирующей устойчивость горных пород при многократном производстве взрывов. Тогда в зависимости от упругопластических свойств горных пород и их относительной деформации

                 (5)

Допустимая относительная деформация горных пород установлена в соответствии с классификацией защищаемых сооружений по их ответственности и сроку эксплуатации (табл. 3), а допустимая скорость колебаний в соответствии с табл. 4.

Таблица 3

Рекомендуемые допустимые значения упругих деформаций

для сооружений разных классов

Класс сооружений	Характеристика сооружений, срок их эксплуатации	Допустимая упругая деформация,
I	Особо ответственные сооружения длительного срока эксплуатации (более 10—15 лет): гидротехнические тоннели, стволы шахт, капитальные штольни, камеры дробления, водоотлива, околоствольные дворы	0,0001
II	Ответственные сооружения со сроком эксплуатации более 5-10 лет: обводные и транспортные тоннели гидротехнических сооружений, надкамерные целики, квершлаги, уступы карьеров, отвалов	0,0002
III	Кратковременно эксплуатируемые сооружения (от 1 до 5 лет): камеры, уступы, штреки.	0,0003
IV	Неответственные сооружения со сроком эксплуатации до 1 года: очистные блоки, рабочие уступы, рабочие борта карьеров и т.п.	0,0005

Критическая скорость колебаний  может быть определена как удвоенная величина допустимой скорости .

Определение количественных параметров сейсмического действия взрыва в конкретных горно-геологических условиях рудников и карьеров осуществляется на основании решения равенства между допустимой скоростью и той скоростью, которая формируется в среде при взрыве заряда массой Q на расстоянии R от сооружения:

.                                            (6)

Определение скорости сейсмических колебаний в конкретных горно-геологических условиях может осуществляться экспериментально путем специальных сейсмических исследований. В результате исследований, выполненных на различных рудниках и карьерах, установлено (табл. 5), что скорость колебаний зависит от свойств массивов горных пород и тех условий, которые определяют положение защищаемого объекта по отношению к месту взрыва. Для предварительной оценки параметров сейсмического действия взрыва с достаточной для практических целей точностью расчеты могут быть выполнены с использованием зависимости

                                (7)

Как следствие обобщения экспериментальных данных табл. 5 и зависимостей, вытекающих из формул (6)-(7), сейсмобезопасная масса заряда ВВ при защите зданий и сооружений может быть представлена как

                                               (8)

Таблица 4

Рекомендуемые допустимые скорости колебаний

для сооружений разных классов в различных породах

Таблица 5

Рекомендуемые расчетные формулы для определения

скорости колебаний на карьерах и в подземных условиях

Наименование пород и условий взрывания	Скорость волны, м/с		Скорость колебаний, см/с
	продольной	поперечной
Массивные окремненные известняки и джаспероиды, взрывание скважин на карьере	2500-3000	1600-1800
Углисто-глинистые и слюдис-тые сланцы, взрывание на карьере	2000-2500	1000-1300
Известняки силлура, взрывание на карьере	2400	1300
Углисто-глинистые, углисто-кремнистые, слюдисто-гли-нистые сланцы, взрывание на карьере	1900	1000
Крупноблочные трещинова-тые известняки, взрывание на карьере	2230	1230
Сильноокварцованные и сла-боокварцованные сиенитдио-риты, взрывание на карьере	2500-3300	1360-1800
Крупноблочные трещинова-тые известняки, взрывание на карьере	2730	1500
Амфиболиты и амфиболовые сланцы, взрывание в подзем-ных условиях	5000	3600
Углистые, углисто-кремнистые и углисто-карбонатные слан-цы, темные и светлые фил-литы, взрывание в подземных условиях	2000-2500	1000-1300
Известняки силлура, взрывание в подземных выработках	2400	1300
Углисто-кремнистые, углисто-глинистые и слюдисто-гли-нистые сланцы, взрывание на подземных работах	1900	1000

Продолжение табл. 5

Наименование пород и условий взрывания	Скорость волны, м/с		Скорость колебаний, см/с
	продольной	поперечной
Массивные окремненные известняки и джаспероиды, взрывание на карьере с регистрацией взрывов под землей	2500-3000	1600-2000
Углисто-глинистые и слюдистые сланцы, взрывание на карьере с регистрацией взрывов под землей	2000-2500	1000-1300

Порядок расчета

1. При заданной характеристике сооружений определяется его класс по табл. 3.

2. Задается значение  - количество одновременно взрываемого ВВ (кг) и  (м).

3. В соответствии с характеристикой горных пород и класса сооружений определяется допустимая скорость колебаний, см/с (табл. 4).

4. По формуле  определяется безопасное расстояние от места взрыва до охраняемого объекта.

5. Рассчитывается скорость колебаний (см/с) по формулам, представленным в табл. 5 с учетом характеристики взрываемых пород.

6. Производится сравнение полученной скорости колебаний с допустимой. Если рассчитанная скорость колебаний окажется больше допустимой то необходимо определить допустимое количество ВВ при заданном значении  (м).

7. Расчеты производятся для условия ведения массовых взрывов на карьере и в рудниках.

Варианты заданий: Взрывные работы на карьерах

Варианты заданий: Взрывные работы в шахте

Вопросы для самоконтроля: