Luận án: Giảm ảnh hưởng tải trọng xung nổ mìn lên kết cấu công trình do Nguyễn Văn Thành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUỒNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHAT NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN c ú u GIẢM MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG XUNG TÁC ĐỘNG LÊN KET CẤư CÔNG TRÌNH DO SổN G NỔ GÂY RA C h u y ê n n g àn h : K h a i thác lộ th iên và vận hành m ỏ than, q u ặn g , p h i q u ặ n g và than bùn. rỡ TRUỒNG ĐẠI HỌC MỎĐỊACHÂT LUẬN ÁN PHÓ TIẾN Sĩ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGUỒI HUỠNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS, PTS - NHỮ VĂN BÁCH TRUỒNG ĐH M ỏ- ĐỊA CHẤT 2. PGS, PTS - NGUYỄN HŨU BẢNG TRUỒNG ĐH M ỏ- ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 1996 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tối.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bô trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN ÁN NGUYỄN VĂN THÀNH Mực LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 CHUƠNG 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của ■7 •> 4 sóng.nố khi nô mìn. Nghiên cứu về các loại tải trọng động- tải trọng xung và tác dụng của nó.

Nghiên cứu tác dụng nổ.1 Nghiên cứu về các loại tải trọng động- tải trọng xung và tác dụng của nó.2 Nghiên cứu tác dụng nổ.1 Tác dụng nổ và ảnh hưởng của nó đến môi trường xung quanh.2 Ảnh hưởng của những vụ nổ trong khai thác mỏ. 31 Kết luận chương 2 39 chuồng 3. Điều khiển tác dụng nổ nhằm giảm ảnh hưởng của những vụ nổ đến các công trình xung quanh. Những biện pháp giảm sóng chấn động.

Những biện pháp giảm sóng đập không khí. Công thức lượng nổ dài nổ trong đất đá và trong môi trường không khí. 45 Kết luận chương 3 53 CHUƠNG 4. Các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu - cửa công trình.

Sức sống công trình và Cơ cấu bảo vệ tổng hợp 54 4. Xác định tải trọng tính toán tác dụng lên cửa. Nguyên lý giảm xung, giảm siêu áp sóng nổ. Các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu cửa công trình- Cửa hầm kho vật liệu nổ.

64 Kết luận chương 4 72 CHƯƠNG 5. Nghiên cứu, tính toán cửa công trình chịu sóng nổ, áp dụng biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng. Các loại cửa công trình. Xây dựng mô hình tính.Trình tự giải bài toán về cửa khi chịu tác động của sóng nổ.

Phương pháp giải bài toán dao động. Dao động của cửa trên gối tựa đàn hồi. Nghiên cứu ảnh hưởng của gối tựa đàn hồi đến việc tính toán kết cấu cửa - Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn. 91 Kết luận chương 5 98 KẾT LUẬN * 99 PHẦN PHỤ LỤC 101 TÀI LIỆU TIIAM KHẢO 125 MỞ Đ Ầ U 1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong nhiệm vụ xây dựng đất nước và bảo vệ Tổ quốc xã hội chủ nghĩa vấn đề bảo đảm chất lượng công trình, hạn chế những ảnh hưởng xấu tác động lên kết cấu công trình đóng vai trò rất quan trọng. Công tác nổ mìn trong ngành công nghiệp khai thác mỏ của đất nước rất phát triển, hàng năm sử dụng một khối lượng thuốc nổ rất lớn. Trên các mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh, hàns năm phải bóc khoảng 8 triệu m 3 đất đá; các mỏ đá vôi khai thác khoảng 4 triệu m \ Lượng thuốc nổ được sử dụng đổ phá vỡ đất đá không dưới 5000 tấn trong mỗi năm. Sự tiến bộ về kỹ thuật trong lĩnh vực nổ mìn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các mỏ khai thác.

Nhiệm vụ không phải chí là ở chỗ tăng thêm được mức độ sử dụng hữu ích năng lượng nổ phá hiện nay mà còn hạn chế được những ảnh hưởng không có lợi của nó đối với các công trình xung quanh. Để thực hiện nhiệm vụ này, nhiều vấn đề khoa học kỹ thuật đặt ra cần được giải quyết trong đó có bài toán về điều khiển tác dụng nổ. Việc nghiên cứu những tính chất vật lý nổ nhằm tăng cường hiệu quả sử dụng thuốc nổ, nâng cao mức độ đập vỡ đất đá, giảm lượng thuốc nổ tiêu dùng có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế. Mặt khác khi nổ mìn, đặc biệt đối với những vụ nổ lớn thì ảnh hưởng của sóna chấn động và sóng đập không khí rất mạnh đến xung quanh.

Vấn đề an toàn cho người và các công trình lân cận cần được giải quyết. Hơn nữa một khối lượng lớn thuốc nổ được cất giữ trong các hầm kho yêu cầu được bảo vệ tốt. chốne được sự phá hoại từ bên ngoài do sóns nổ 2âv ra. Vấn đề nghiên cứu các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu cửa là cần thiết.

Trong lĩnh vực quân sự - quốc phòng nhiệm vụ báo vệ công trình, công sự đóng vai trò hết sức quan trọng. Do vậy việc nghiên cứu nâng cao sức sống công trình có ý nghĩa to lớn. Nghiên cứu tính chất vật lý nổ và sự truyền sóng nổ còn tạo ra khả nấng tìm kết cấu lượng thuốc nổ hợp lý trong phá vỡ đất đá, mối quan hệ giữa lực chấn động, áp lực sóng đập không khí với lượng thuốc nổ; đồng thòi tạo cơ sỏ' để quyết định các biện pháp bảo vệ các công trình hầm, kho trong xây dựng và trong quân sự. Cửa đường hầm cất giữ máy bay chiến đấu, tên lửa, hẩm kho trang thiết bị, thuốc nổ.

là điểm yếu nhất của công trình. Sức sống của công trình, mức đảm bảo sự tồn tại của con người, thiết bị, phương tiện, vũ khí và khả năng chiến đấu, sản xuất phụ thuộc vào kết cấu cửa công trình. Vấn đề đó được làm sáng tỏ qua kết quả nghiên cứu tính chất vật lý của sự nổ, truyền sóng nổ và các biện pháp giảm ảnh hưởng của sóng nổ lên kết cấu cửa công trình. Những vấn đề nêu ở trên khá rộng và phức tạp.

Các nội dung được tập trung nghiên cứu nhiều nhất là: điều khiển tác dụng nổ, giảm mức độ ảnh hưởng của sóng chấn động và chủ yếu là sóng đập không khí (hay còn gọi là sóng xung kích) do các vụ nổ khai thác mỏ và bom đạn nổ phá hoại gây ra tác động lên kết cấu công trình. Trên cơ sở đó tìm ra giải pháp hợp lý trong quá trình thiết k ế công trình. Rõ ràng là nội dung nghiên cứu trên đây vừa đáp ứng với nhu cầu nâng cao hiệu quả của phá vỡ đá, bóc đất đá trên các mỏ lộ thiên, vừa phục vụ các công trình quốc phòng, xây dựng và thể hiện nhu cầu cấp thiết đối với sản xuất và bảo vệ Tổ quốc, hợp với tinh thần Nghị quyết 8 của Đảng. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Mục đích của đề tài là tìm ra phương pháp điều khiển tác dụng nổ trong quá trình nổ mìn khai thác mỏ, nhằm hạn chế những tác động có hại của sóng chấn động và sóng đập không khí đến các công trình xung quanh; đề ra các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của tải trọng sóng nổ lên kết cấu công trình -đặc biệt là đối với kết cấu cửa.

Đánh giá ảnh hưởng của gối tựa đàn hồi đối với khả năng chịu lực của kết cấu cửa công trình quân sự và cửa hầm kho cất giữ vật liệu nổ của các mỏ khai thác. Xây dựng thuật toán và chương trình tính trôn máy vi tính. PHẠM VI NGHIÊN c ú u Luận án này giải quyết các vấn đề sau: — Nghiên cứu giảm mức độ ảnh hưởng của sóng chấn động và chủ yếu là ảnh hưởng của sóng đập không khí đến các công trình xung quanh. — Nghiên cứu các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của tải trọng nổ lên kết cấu công trình.

Điều khiển tác dụng nổ từ nguồn nổ cho đến quá trình lan truyền sóng và khi tác động lên kết cấu. — Đánh giá ảnh hưởng tác dụng của gối tựa đàn hồi đối với khả năng chịu lực của kết cấu cửa lrên cơ sở áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THựC TIỄN. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong công tác nổ mìn trên các mỏ khai thác để hạn chế ảnh hưởng khi nổ đối với các công trình xung quanh.

Áp dụng các biện pháp giảm mức độ ảnh hưởng của són? nổ đã nghiên cứu cho phép xây dựng được các kết cấu cửa công trình đáp ứng yêu cầu chịu lực đề ra và giám được chi phí vật liệu, giảm trọng lượng cửa, điều này có liên quan tới vấn đề đóng mở nhất là đối vói những cửa loại lớn - góp phần nâng cao sức sống của công trình. Kết quá và phương pháp tính toán có thê áp dụng cho cả những kết cấu cỗ dạng giống như kết cấu cửa nói chung khi chịu tác dụng của tải trọng động. 3 CHUƠNG1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN c ú u VỀ ẢNH HUỒNG CỦA SÓNG N Ổ KHI N ổ MÌN. Khoáng sản hữu ích của nước ta có nhiều loại, như các quặng kim loại đen và màu : sắt, đồng, chì, kẽm, thiếc.

các vật liệu xây dựng như đá vôi, đá khối. nguyên liệu cho hoá chất như apatit. nhiên liệu cho dân dụng và công nghiệp như than đá. Các loại này thường cứng và liên kết với nhau thành từng khối, từng mạch hay từng vía nằm sau dưới đất từ một vài chục mét đến một vài trăm mét.

Lớp đất đá phủ phía trên cũng dày đặc và cứng nên bằng những dụng cụ thônu thường hoặc máy móc đặc biệt cũng khó mà đập vỡ chúng được. Vì vậy trong các mỏ lô thiên hay mỏ hầm lò để đập vỡ và tách chúng ra khỏi nguyên khối người ta đều phải sử dụng chất nổ. Phương pháp dùng chất nổ để phá vỡ đất đá và khâu quặng là phương pháp đơn giản, dễ " dùng, ít vốn và giá thành hạ. Từ những mỏ đá vôi nửa cơ giới hoá đến các mỏ than hiện đại dùng máy xúc có dung tích gầu lớn và ôtô tải trọng hạng nặng đến 32 tấn như các mỏ Đèo Nai, Cọc Sáu, Hà Tu.

thì nổ mìn vãn là khau quan trọng, đi đầu trong dây chuyền sản xuất ơ mỏ. Khi nổ mìn khai thác mỏ có thể sử dụng cùng một lúc một lượng lớn thuốc nổ đến hàng chục tấn và lớn hơn nên nó ánh hưởng rất mạnh đến môi trường xung quanh. Mặt khác năng lượng nổ cũng được sử dụng trong nhiều việc khác như đào kênh, đắp đập, mở luồng, mở đường và dọn phá các công trình. Vấn đê nghiên cứu hạn chế ánh hưởng của sóng nổ đến môi trường xung quanh là rất quan trọng.