Устройство для гашения энергии ударной волны взрыва в горной выработке Советский патент 1982 года по МПК E21F5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ВЗРЫВА В ГОРНОЙ ВЫРАБОТКЕ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использо вано для защиты людей, коммуникаций и оснащения от поражающего и разрушающего действия воздушных ударных волн, возникающих при проведении мае совых взрывов в рудниках или взрывах газа и пыли в угольн1-1х шахтах. Известно устройство для гашения энергии ударной волнп з горной выработке, включающее одну или несколько расположенных с определенным шагом по выработке эластичных перемычек, каждая из которых выполнена в виде купола, закрепленного по его перимет ру при помощи строп, сходящихся в единый узел (коушную шайбу), посредством которого каждая эластичная перемычка парашютного типа закрепляется к одному из элементов оснащения горной выработки t13. Недостатком такого устройства является то, что эффективность гашения энергии ударной волны в основном зависит от воздухопроницаемости, прочности и деформативной способности эластичных куполов и крепежных строп парашютных перемычек, взаимодействующих с ударной волной взрыва, а также от симметричности закрепления строп перемычек к оснащению горных выработок. Известно устройство для гашения энергии воздушной ударной волны в горной выработке, включающее пара(чютообразный купол из воздухонепроницаемого материала, перекрывакхций поперечное сечение горной выработки, стропы, длину которых принимают не менее двух диаметров купола, и резиновые растяжки, одни концы которых закреплены по периметру купола, вторые концы строп собраны в пучок и соединены посредством коушной шайбы для закрепления ее к одному из элементов оснащения горной вуработки, 3Э а вторые концы резиновых растяжек служат для закрепления купола к элементам оснащения горной выработки рассредотоменно по периметру поперечного сечения последней, резиновую ра.стяжку, закрепленную одним концом к центру купола, а вторым - к элементам оснащения-горной выработки, и элементы жесткости, размещенные на наружной поверхности купола в кольцевом и радиальном направлениях 2. Недостатком известного устройства является низкая эффективность гашения энергии волны взрыва в горной выработке. Целью изобретения является повышение эффективности га1иения энергии и задержания переносимых взрывом предметов. Поставленная цель достигается тем что устройство снабжено опорой, выполненной из вертикальных гидравлических стоек, горизонтальных и наклонных соединительных элементов, при этом коуш-строп перемычки закреплен посредством энергопоглотителя на опо ре симметрично относительно высоты и ширины поперечного сечения выработки Причем энергопоглотитель выполнен в виде толстостенной полой металлической трубы с установленной на одном ее конце крышкой с отверстием и расположённых внутри нее металлического стержня с шайбой на одном ее конце и круглых деревянных бобышек, при этом шайба выполнена в виде усеченного конуса, закрепленного на стержне посредством гайки, и направлена вершиной конуса в сторону бобышек. Кроме того, устройство снабжено металлической связью, расположенной в верхней части выработки, к которой подвешены энергопоглотитель и купол парашютной перемычки. На фиг. 1 изображено устройство для гашения энергии ударной волны взрыва в горной выработке, общий вид на фиг. 2.- разрез А-А на фиг.1; на фиг.З энергопоглотитель, разрез. Устройство состоит из двух-трех гидравлических стоек 1, которые уста новлены в лунки 2, сделанные в почве и в кровле горных выработок. Все гид ростойки 1 установлены строго посередине поперечного сечения горной вы работки. Гидростойки 1 со стороны действия взрыва установлены в одном створе с шагом, равным длине горизон тальных соединительных элементов 3. Горизонтальные 3 и наклонные 4 соединительные элементы выполнены из уголков и связаны при помощи П-образных скоб (хомутов) с гидравлическими стойками 1. В совокупности после монтажа все эти элементы представляют собой плоскую форму, к которой при помощи хомута 5 закреплен энергопогяотитель 6, в качестве которого могут использоваться гидравлические с 1рикционные, и т. п, конструкции энергопоглотителей . К энергопоглотителю 6 прикреплен коуш-строп 7 парашютной перемычки 8. Верхняя кромка парашютной перемычки 8 закреплена к металлической связи (трубе) 9, расположенной у кровли выработки, которая соединяет форму и гидростойку 1, установленную за куполом парашютной пе.ремычки.Закрепление купола парашютной перемычки 8 и металлической связи 9 осуществлено при помощи крепежной петли 10, которая удерживает верхнюю кромку купола в раскрытом состоянии. Полюсное отверстие, равное 1/50.диаметра купола парашютной перемычки, также закреплено к металлической связи 9 при помощи каната 11 посередине сечения выработки. Таким же канатом П к связи 9 строго посередине высоты выработки закреплен энергопоглотитель 6. Резиновые подвески 12 закреплены к боковым стенкам и фиксируют края купола парашютной перемычки в полураскрытом виде. У краев купола парашютной перемычки к стенкам горных выработок устанавливаются легкоразрушаемые контейнеры 13 с водой. Аналогичным образом с шагом не менее двух длин строп устанавливаются по выработке последующие парашютные перемычки. Энергопоглотитель (фиг.З) представляет из себя толстостенную полую металлическую трубу I, закрытую с одного конца крышкой 15 с круглым отверстием для металлического стержня 16. В трубу Н плотно вставлены круглые деревянные (из пихты или тополя J бобышки 17 с отверстием, через которое проходит металлический стержень 16. На одном конце стержня 16 смонтирована конусообразная ме- таллическая шайба 18, которая направлена вершиной усеченного конуса к древесине и закреплена к стержню гайкой 19. Другой конец упругопластического металлического стержня 16

заканчивается крепежной петлей, к которой монтируется коуш-строп парашютной перемычки. Такие же две спаренные петли 20, эквивалентные по прочности стержню 16, закреплены к металлической трубе 1А энергопоглотителя.

Устройство работает следующим образом.

При взаимодействии каждой парашют ной перемычки с ударной волной взрыва купол парашютной перемычки 8 полностью перекрывает поперечное сечение горной выработки ,разрушает контенеры 13 с водой, При этом часть энер гии ударной волны затрачивается на торможение ее парашютной перемычкой, а также на диспергирование и перенос распыленных капель воды взрывом.

Другая часть энергии взрыва затрачивается на заоанее запланированную работу. Усилия из-за взаимодействия парашютной перемычки 8 с ударной волной через коуш-строп 7 действуют на энергопогяотитель 6, в котором гашение энергии происходит за счет смятия деревянных бобышек 16 конусообразной шайбой 18 и в экстремальных случаях за счет упругопластической работы стержня 16. Энергопоглотитель.6 надежно закреплен к метал;лической ферме, которая совместно с металлической связью 9 обеспечивает симметричность приложения нагрузки от взрыва на парашютную перемычку.

(Жесткость энергопоглотителя определяют через площад поперечного сечения сминающихся внутри металлической трубы энергопоглотителя деревянных бобышек, исходя из их прочности на сжатие. За расчетное усилие, сминающее деревянные бобышки, принимают половину значения разрывного суммарного усилия строп парашютных перемычек. Энергопоглотитель работает эффективно при

где - допускаемое напряжение древесины на сжатие, кгс/см , R - суммарное разрывное усилие

строп парашютной перемычки,

кгс; F - плсицадь сминающей древесины,

см.По этой формуле подсчитывают необходимыую площадь поперечного сечения бобып-ек энергоНоглотителя.Время

работы энергопоглотителя рассчитывают по формуле

n ,

где L - длина рабочей части энергопоглотителя, см; V - средняя скорость деформирования деревянных бобышек под действием динамической нагрузки от взрыва, см/с; tg,Q - соответственно время работы энергопоглотителя и эффективное время действия ударно волны от взрыва, с. Наиболее рациональна работа энергопоглотителя, когда t,2 Q.

Проведенные в ударной трубе на моделях устройства эксперименты показали эффективность гашения взрыва. Расчеты показывают, для реальных условий горных выработок площадь не более 6 м металлическую трубу 14 энергопоглотителя необходимо принимать диаметром 100-1 0 мм, а ее рабочую длину 1000-1200 мм. Толщину трубы И металлического стержня 16 принимают в зависимости от предполагаемого давления во фронте ударной волны взрыва, действующей на устройство Изобретение позволяет энергию уда ной волны взрыва расходовать не только на деформацию материала ,из которого выполнена парашютная перемычка, и на трение о стенки выработок, но и на, заранее запланированную работу, которая гасится водой и энергопоглотителем, при этом снижается динамика действия нагрузки и уменьшается суммарное усилие, возникающее в крепежных стропах перемычки.

Симметричное закрепление парашюз-ных перемычек в горной выработке исключает неравномерное наполнение куполов и неодинаковые усилия в крепежных стропах парашютной перемычки.

Наличие энергопоглотителя позволяет применять в предлагаемом устройстве парашютные перемычки, выполненные из наиболее прочных и применяемых в горной промышленности материалов и изделий. Например, купол парашютных перемычек можно изготовить из транспортерной ленты, а крепежные стропы из металлических тросов. Именно из таких материалов были изготовлены модели парашютных перемычек устройства при проведении экспериментов в ударных трубах. При этом установлено, что эффективность рабо ты предлагаемого устройства по гашению ударной волны примерно на 15°о выше, мем у известных воздухопроницаемых переиымек такого типа. Предлагаемая конструкция успешно задерживает переносимые взрывом пред меты. Экспериментально установлено, что улавливание переносимых ударной волной предметов достигает 90%. Усилие в стропах модели парашютной riepe мычки, закрепленной к энергопоглотителю, примерно на 30 меньше, чем у той же перемычки, закрепленной без энергопоглотителя при прочих равных условиях проведения экспериментов. Формула изобретения 1. Устройство для гашения энергии ударной волны взрыва в горной вырабо ке, включающее парашютную перемычку, стропы которой прикреплены к коушу, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности гашения энергии и задержания переносимых взрывом предметов, оно снабжено опорой, выполненной из вертикальных гидоавлических стоек, горизонтальных и наклонных соединительных элементов, при этом коуш-строп перемычки закреплен посредством энергопоглотителя на опоре симметрично 8 относительно высоты и ширины поперечного сечения выработки. 2.Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что энергопоглотитель выполнен в виде толстостенной полой металлической трубы с установленной на одном ее конце крышкой с отверстием и расположенных внутри нее металлического стержня с шайбой на одном ее конце и круглых деревянных бобышек, при этом шайба выполнена в виде усеченного конуса, закрепленного на стержне посредством гайки, и направлена вершиной конуса в сторону бобышек. 3.Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что оно снабжено расположенной -в верхней части выработки металлической связью, к которой подвешены энергопоглотитель и купол парашютной перемычки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 7t801t, кл. Е 21 F 5/00, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР 781370, кл. Е 21 F 5/00, 1979 (прототип),

11-4

/ 20

13 W

Фиг. 2

Фт.З