ГЛАВА 2
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕНОСНОЙ ВЗРЫВОЗАЩИТНОЙ ПЕРЕМЫЧКИ
2.1. Конструкция и требования к взрывозащитной перемычке
Устойчивость взрывозащитной перемычки определяется ее размерами, материалом, конструкцией, давлением на фронте УВВ и длительностью приложения нагрузки. Наибольшую нагрузку воспринимают жесткие сплошные перемычки [17].
При подходе к жесткой преграде фронт УВВ, имеющий сверхзвуковую скорость, останавливается. Кинетическая энергия движения УВВ переходит в энергию давления, в результате чего давление на перемычку резко возрастает. Движущийся за фронтом волны сжатый слой воздуха также тормозится. При этом перемычка испытывает дополнительную нагрузку, вызванную действием скоростного напора, который зависти от скорости потока воздуха и его плотности [19].
Действию УВВ лучше сопротивляются подвижные перемычки. В конструкции перемычек используются тросы, цепи, конвейерная лента и другие материалы. Под действием УВВ подвижная перемычка прогибается. Энергия волны при этом дополнительно расходуется на перемещение перемычки и преодоление упругих деформаций, возникающих в ней. После отражения УВВ перемычка возвращается в первоначальное положение.
Учитывая недостатки известных конструкций перемычек и условия горного производства, а также мнение специалистов, занимающихся их возведением в горных выработках, автором сформулированы требования к современной взрывозащитной перемычке:
- возможность использовать перемычку в горизонтальных, вертикальных и наклонных горных выработках, требующих вентиляции [9, 64];
- быть надежными в эксплуатации, а именно иметь достаточную прочность и не разрушаться при воздействии на них ударной воздушной волны;
- для исключения влияния скоростного напора при воздействии УВВ, перемычка должна быть подвижной, перфорированной и состоять из упругих конструктивных элементов.
- элементы перемычки должны иметь небольшой вес для удобства их транспортирования по горным выработкам к месту установки;
- трудоемкость монтажа и демонтажа защитной перемычки не должна превышать 3чел?час;
- узлы и детали перемычки должны быть однотипными и взаимозаменяемыми;
- конструктивно перемычка должна иметь различную перфорацию для возможности проветривания горных выработок;
- перемычка должна быть многоразового использования.
С учетом изложенного автором разработана перемычка (рис. 2.1) которая состоит из гасящего элемента 1 - поперечных и продольных полос, которые прошиваются с обеих сторон прочными капроновыми нитями 2 для возможности продевания капронового троса 3. Концы тросов, соединяющие полосы, заканчиваются петлей, к которой присоединен карабин 4. Анкер 5, длиной 0,5 м заканчивается кольцом, в которое вставляются карабины.
Предлагаемая конструкция перемычки имеет следующие преимущества: быстрота монтажа и демонтажа, возможность полностью освобождать сечение выработки в течение короткого времени, возможность монтировать перемычку с коэффициентом перфорации в пределах от 0,8 до 0,2, легкость материала для перекрытия выработки.
В качестве гасящего элемента предполагается использовать новый искусственный материал - полиэстер, который имеет массу 0,9 кг/м2, обладает хорошими упругими свойствами и имеет достаточную прочность. Перемычка из такого материала будет иметь вес порядка 2 кг/м2, что по сравнению с существующими перемычками, имеющими массу 100 - 200 кг/м2 в 50 - 100 раз легче.
Рис. 2.1. Конструкция временной перемычки:
1 - гасящий элемент; 2 - шов; 3 - трос; 4 - карабин; 5 - анкер.
2.2. Последовательность расчета прочностных характеристик
конструктивных элементов взрывозащитной перемычки
Принципиальная расчетная схема исследований переносной взрывозащитной перемычки представлена на рис. 2.2. Как следует из расчетной схемы, взрывозащитная перемычка устанавливается в выработке перед охраняемым объектом (закладочной перемычки) на определенном расстоянии от нее.
Для определения несущей способности конструктивных элементов перемычки необходимо знать давление падающей на нее УВВ. Для теоретического определения распространения УВВ по горным выработкам необходимо знать параметры взрывных работ (тип ВВ, его количество и т.д.).
С целью установления натурных параметров УВВ необходимо произвести их инструментальные измерения в промышленных условиях. Удовлетворительная сходимость теоретических и фактических параметров УВВ позволит достоверно установить параметры взрывозащитной перемычки и технологию ее применения.
Олисов Б. А. [19] показал, что при замене реальной конструкции эквивалентной системой с одной степенью свободы, можно расчет свести к аналогичному расчету на действие мгновенно приложенной силы. В этом случае величина действующей нагрузки должна быть умножена на динамический коэффициент, изменяющийся от 1 до 2.
Порядок расчета конструкции взрывозащитной перемычки на действие УВВ, меняющейся во времени, заключается в следующем [19]:
1. Исходя из величины заряда и расстояния до места установки взрывозащитной перемычки, при помощи программного обеспечения рассчитываются параметры УВВ.
2. Составляют расчетную схему элементов перемычки.
3. Принимают значение динамического коэффициента kд.
4. Поскольку давление УВВ равномерно распределено по перемычке, эквивалентное давлению УВВ статическое давление определяется по формуле:
, кПа (2.1)
5. Приемами, принятыми в строительной механике, находят величины поперечных сил, возникающих в конструктивных элементах перемычки.
6. Расстояние от взрывозащитной перемычки до охраняемого объекта либо другой взрывозащитной перемычки определяется по формуле:
, м (2.2)
где S - площадь поперечного сечения горной выработки, м2.
7. Степень ослабления давления УВВ несколькими взрывозащитными перемычками определяется по формуле:
(2.3)
где ki - коэффициент ослабления давления УВВ i-ой перемычкой.
Существующие взрывозащитные перемычки, приведенные в п