O modelowaniu numerycznym detonacji ładunków materiałów wybuchowych w otworach włomowych

• Autorzy: Małachowski J. , Pytel W. , Damaziak K. , Mazurkiewicz Ł. , Mertuszka P. , Cenian Ł.

Warianty tytułu

EN

On numerical modeling of explosives’ detonation within cut-holes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podstawowym celem stosowania technologii strzałowej przy urabianiu złoża w kopalniach podziemnych jest uzyskanie odpowiedniego zabioru, którego objętość determinuje wprost poziom produkcji. Jednym z kluczowych czynników, decydujących o uzyskaniu właściwego zabioru, jest odpowiedni dobór metryki strzelania, a w tym przede wszystkim geometrii otworów włomowych. Ponieważ do dziś nie istnieją właściwie efektywne metody analityczne doboru metryk strzałowych, w praktyce robi się to na podstawie prób dołowych i empirycznych doświadczeń. Biorąc pod uwagę istotne znaczenie procesu urabiania w ciągu produkcyjnym kopalni, istotne jest zatem, zarówno w aspekcie technologicznym, jak i finan-sowym, przeprowadzenie systematycznych prac badawczych, które pozwolą z grupy rozwiązań technicznie dopuszczalnych wyłonić rozwiązanie optymalne dla określonych warunków geologiczno-górniczych. Proponuje się zatem wykorzystanie techniki komputerowej, która już dziś pozwala rozwiązywać czasowo-szybkozmienne i jednocześnie nieliniowe zadania fizyczne, m.in. detonację materiału wybuchowego i jej skutki dla otoczenia. W związku z powyższym, w artykule przedstawiono podstawy teoretyczne oraz wstępne wyniki analiz numerycznych potwierdzających ich przydatność jako narzędzia pozwalającego scharakteryzować liczbowo strefę spękań, wywołaną detonacją ładunku materiału wybuchowego. Ich przestrzenny rozkład jest jednym z najważniejszych kryteriów oceny skuteczności strzelań w danej metryce i w danych warunkach geologiczno-górniczych. Przedstawiony materiał stanowi wprowadzenie do dyskusji o narzędziach analizy numerycznej detonacji MW i zakresie badań koniecznych dla uzyskania niezawodnych prognoz efektywności stosowanych metryk strzałowych.

EN

The main objective of drill-and-blast technology utilized in underground mines is the effective burden development which volume determines ore production. One of the crucial factor affecting the volume of burden is the appropriate selection of geometry of the cut-holes. Because till today there were no available effective analytical tools which would allow selection the effective geometry of shot-firing patterns, in practice they are selected through field tests and empirical concluding. Taking into account the importance of excavation process within the whole mine production, it is obvious that only systematically furnished research based on numerical modelling supported by field observations enables selecting the optimum solution from the population of technically allowed solutions applicable in a given geological/mining conditions. It is therefore proposed engaging computer technology which today permits solving time-extremely fast-varying and non-linear physical problems, among them detonation of explosives and its effect on surrounding rock mass. In this respect the theoretical background and the preliminary results of numerical modeling confirming their usefulness as a tool which is able to characterize quantitatively the fracture zone caused by detonation of explosives. The obtained fractures’ spatial distribution is one of the most important criterion of effectiveness of blasting in a given shot-firing pattern. The material presented in the paper may be treated as an introduction into discussion on analytical tools modelling detonations as well as on a scope of research necessary for getting reliable forecast of effectiveness of drill-and-blasting technology.

Słowa kluczowe

PL

technika strzałowa; modelowanie numeryczne

EN

blasting technique; numerical modelling

• Wydawca: KGHM CUPRUM Spółka z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe
• Czasopismo: Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 1
• Strony: 95--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Małachowski J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Warszawa

autor

Pytel W.

• KGHM CUPRUM sp. z o.o - Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław

autor

Damaziak K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Warszawa

autor

Mazurkiewicz Ł.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Warszawa

autor

Mertuszka P.

• KGHM CUPRUM sp. z o.o - Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław

autor

Cenian Ł.

• KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów

Bibliografia

• [1] Włodarczyk E., 1995, Podstawy detonacji, WAT, Warszawa.
• [2] Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z., 2005, The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, Butterworth-Heinemann.
• [3] Pytel W., 2010, Room-and-pillar mine workings design in high level horizontal stress conditions. Case study from the Polish underground copper mines, Rock stress and Earthquakes (ed. Xie), © 2010 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415--60165-8.
• [4] Butra J., Pytel W., 2010, Mine workings design in regional pillar mining conditions – a case study from a Polish copper mine, Deep Mining 2010 – (eds. M. van Sint Jan and Y. Potvin), © 2010 Australian Centre for Geomechanics, Perth, ISBN 978-0-9806154-5-6.
• [5] Mazurkiewicz Ł., Małachowski J., Baranowski P., Damaziak K., 2013, Comparison of numerical testing methods in terms of impulse loading applied to structural elements, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 51, 3, s. 615-625.
• [6] Baranowski P., Małachowski J., Mazurkiewicz Ł., 2012, Comparison study of numerical methods of explosion process implementation, ECCOMAS 2012 – European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Wiedeń, s. 4396-4406.
• [7] CONWEP, Conventional Weapons Effects, US Army TM-855, 1992.
• [8] Kingery C.N., Bulmash G., 1984, Air-Blast Parameters from TNT Spherical Air Burst and Hemispherical Surface Burst, U.S. Army Ballistic Research Laboratory.
• [9] Bogosian D., Ferritto J., Shi Y., 2002, Measuring uncertainty and conservatism in simplified blast models, 30th Explosives Safety Seminar, Atlanta, Georgia.
• [10] Longère P., Geffroy-Grèze A.G., Leblé B., Dragon A., 2013, Ship structure steel plate failure under near-field air-blast loading: Numerical simulations vs. experiment, International Journal of Impact Engineering, 62, s. 88-98.
• [11] Coughlin A.M., Musselman E.S., Schokker A.J., Linzell D.G., 2010, Behavior of portable fiber reinforced concrete vehicle barriers subject to blasts from contact charges, International Journal of Impact Engineering, 37, s. 521-529.
• [12] Sriram R., Vaidya U.K., Jong-Eun K., 2006, Blast impact response of aluminum foam sandwich composites, Journal of Materials Science, 414023-4039.
• [13] Baranowski P., Malachowski J., 2011, Numerical analysis of vehicle suspension system response subjected to blast wave, Journal of KONES Powertrain and Transport, 18, 1.
• [14] Li J., Huang X., Guowei M., 2008, Blast Protection Shelter by Using Hollow Steel Filled with Recycled Concrete, Tianjin University and Springer-Verlag, 14, 426-429.
• [15] Hallquist JO., 2006, LS-DYNA Theory manual, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, California.
• [16] Belytschko T., Liu W.K., Moran B., 2000, Nonlinear finite elements for continua and structures, John Wiley & Sons, England.
• [17] Souli M., Explicit Formulation for FSI Problems, Université de Lille.
• [18] Olovsson L., 2006, Training class in ALE and fluid-structure interaction, LSTC.
• [19] Małachowski J., 2010, Modelowanie i badania interakcji ciało stałe – gaz przy oddzia-ływaniu impulsu ciśnienia na elementy konstrukcji rurociągu, BEL Studio, Warszawa.
• [20] Chafi M.S., Karami G., Ziejewski M., 2009, Numerical analysis of blast-induced wave propagation using FSI and ALEmulti-material formulations, International Journal of Impact Engineering, 36, 10-11, s. 1269-1275.
• [21] Mazurkiewicz Ł., Kołodziejczyk D., Małachowski J., Damaziak K., Klasztorny M., Baranowski P., 2013, Load carrying capacity numerical study of I-beam pillar structure with blast protective panel, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 61, 2, 451-457.
• [22] Morka A., Kwaśniewski L., Wekezer J.W., 2005, Assessment of Passenger Security in Paratransit Buses, Journal of Public Transportation, 8, 4, s. 47-63.
• [23] Lu Y., Wang Z., 2006, Characterization of structural effects from above-ground explosion using coupled numerical simulation, Computers and Structures, 84, s. 1729-1742.
• [24] Li J., Rong J.l., 2010, Experimental and numerical investigation of the dynamic response of structures subjected to underwater explosion, European Journal of Mechanics/B Fluids, 32, s. 59-69.
• [25] Zhu Z., Mohanty B., Xie H., 2007, Numerical investigation of blasting-included initiation and propagation, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 44, s. 412-424.
• [26] Chafi M.S., Karami G., Ziejewski M., Biomechanical Assessment of Brain Dynamic Responses Due to Blast Pressure Waves, Annals of Biomedical Engineering, 38, 2, s. 490- -504.
• [27] Borrvall T., Riedel W., 2011, The RHT Concrete Model in LS-Dyna, 8th European LS-DYNA Users Conference, Strasbourg.